Устройство для защиты от замыканий на землю

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) Ц ЯО02 Н 3/ ЕНИЯ стем оками идетельство СССР 02 Н 3/16, 1963. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Г 21) 4082693/24-07, 4082694/24-07(71) Томский политехнический инстит(56) Кискачи В.М. Селективная чуввительная защита от замыканий на злю в сетях с малыми емкостными ттипа ЗЗП. - Электрические станции1966, У 3.Авторское свУ 172898 ф кл. Н(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛ)1(57) Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для осуществления защиты от замыканий на землюв сетях с нейтралью, заземленнойчерез высокоомный резистор, а такжедля осуществления направленной защитьот однофазных замыканий на землю сетей с изолированной нейтралью. Цельюизобретения является повышение чувствительности и селективности. Устройство содержит фазочувствительныйусилитель (ФЧУ) 2, фильтр 3, испол"1376170 нительный орган 4, датчик тока нулевой последовательности (ДТ) 5 и датчик напряжения нулевой последовательности (ДН) 6. Цель изобретения, достигается тем, что в устройство введенкомпаратор 1, вход которого соединенс выходом ДН 6, выход компаратора 1соединен с первым управляющим входомФЧУ 2, второй вход которого соединенс выходом ДТ 5. Выход ФЧУ 2 соединенчерез Фильтр низких частот 3 с входомисполнительного органа 4, реагирующего на модуль входного сигнала. Дляобеспечения работы защиты в сети сизолированной нейтралью в устройство тей неповрежденных Фаз; 1 - ток разряда поврежденной Фазы; 1 - токвосстановления заряда неповрежденныхФаз неповрежденного присоединения;14 - ток восстановления заряда неповрежденных Фаз поврежденного присоединения; 1 - ток восстановления5заряда поврежденной Аазы поврежденно О го присоединения.Устройство (Аиг.1) содержит компаратор 1, подключенный к Аазочувствительному усилителю 2, выход которогочерез Аильтр 3 низких частот подклю чен к двухпороговому реагирующему органу 4. Второй вход Фазочувствительного усилителя 2 подключен к выходудатчика 5 тока нулевой последовательности. Вход компаратора соединен с .20 выходом датчика 6 напряжения нулевойпоследовательности.Устройство защиты работает следующим образом.При металлическом замыкании на 25 землю на входе защиты появляется напряжение ЗБ при этом на выходекомпаратора 1 Аормируется логическийсигнал х, причем х=1 при 311, ) О;х= О при 311 с О,Изобретение относится к электро энергетике и предназначено для осуществления защити от однофазных замыканий на землю сетей с нейтральв, заземленной через високоомный резистор,а также для осуществления направленной защиты от одноАазних замыканийна землю сетей с изолированной нейтральв.Целью изобретения является повышение чувствительности и селективности защити,На Фиг.1 приведена схема устройства защиты; на Фиг.2 - схема реализации двухпорогового реагирующего ор" гана на базе сдвоенного компаратора и характеристика его срабатывания; на фиг.З - схема реализации формирователя управляющих импульсов и эпюры, поясняющие его работу; на фиг.4 - схема замещения сети; на фиг.5 - векторная диаграмма величин нулевой последовательности; на Аиг.6 - эпюры сигналов, поясняющие работу защиты на поврежденном и неповрежденном присоединениях; на Аиг.7 - схемы замещения сети при горении дуги и после ее погасания (без учета индуктивностей элементов сети; на Аиг.8 - эпюры сигналов для случая дугового замыкания, когда пробой происходит при максимуме Фазного напряженияНа Аиг.7 использованы следующие обозначения; 1, - ток доэаряда емкосвводится Аормирователь управляющихимпульсов между выходом компаратора1 и управляющим выходом ФЧУ 2. Призамыкании на землю на выходе Аильтра3 Аормируется сигнал, пропорциональный интегралу тока нулевой последовательности, который при внутреннем:замыкании равен суммарному изменениюзаряда емкости всей сети и имеетзначительнув величину, а при внешнемзамыкании близок к нулю. Наличие исполнительного органа, реагирующегона модуль входного сигнала, позволяет упростить эксплуатацию защиты.2 з.п. Ф-лы, 8 ил,Сигнал х с выхода компаратора 1поступает на первый вход фазочувствительного усилителя для управления 35 знаком его коэффициента усиления.5 10 15 20 45 50 55 Коэффициент усиления фазочувствительного усилителя 2 равен+К при х = 1;при х = О.МНа выходе Фазочувствительного усилителя (Фиг.б) сформированы сигналы, среднее значение которых на неповрежденном присоединении равно нулю, а на поврежденном присоединении среднее значение напряжения У пропорционально 1 (или То для случая Хц = 1 с).Среднее значение выходного напряжения Фазочувствительного усилителя 2 формируется на выходе Фильтра 3 низких частот, который реализуется в виде пассивного Фильтра первого порядка. При дуговых перемежающихся замыканиях рассмотрим работу защиты в сети с нейтралью, заземленной через резистор. При перемежающихся замыканиях имеет место последовательно сме" няющие друг друга процессы горения дуги, когда одна фаза сети имеет связь с землей,и восстановления напряжений до следующего пробоя. За время горения дуги емкость поврежденной Фазы сети разряжается, а емкости неповрежденных Фаз получают дополнительный заряд. После обрыва дуги имеет место процесс восстановления зарядов всех фаз сети, соответствующих нормальному режиму, причем все токи, связанные с изменением зарядов Фаз сети, протекают через место установки защиты благодаря наличию в нейтрали резистора. Рассмотрим процесс изменения и восстановления зарядов емкостей Фаз сети и соответствующие токи при следующих условиях; пробой происходит при положительном максимуме Фазного напряжения, переходные процессы изменения зарядов за время горения дуги и после обрыва дуги до следующего пробоя практически полностью заканчиваются. Также пренебрегаем изменением принужденного напряжения за время горения дуги, а контуры токов рассматриваем как независимыеПри этом через место замыкания протекают токи разряда емкости поврежденной Фазы и токи доза- ряда емкости неповрежденных Фаз, причем последние могут быть определены как токи заряда неповрежденных фаз от нуля до -,1 . При принятых условиях процесса суммарное изменение 25 30 35 40 заряда емкостей Фаз сети за время между двумя пробоями равно нулю и, следовательно, равен нулю интеграл суммарного тока замыкания на землю.На Фиг.б представлены схемы замещения сети (Фиг.4) при горении дуги и после ее погасания (без учета индуктивностей элементов сети). Как видно из Фиг,7 направление токов, протекающих в месте установки защиты в поврежденной линии, за время горения дуги и после ее погасания одинаково и поэтому интеграл тока нулевой последовательности за время между пробоями р авенар2 1(1)М = - (1 - ъ)СП - - (1 - к,)С 11 +о 3Р 3 Рм3 3 2 1ум+ где С - суммарная емкость сети;6 емкость поврежденного прпсгединения; Т = 1 + 1 - интервал временипр ф Ммежду пробоями; ; - время горения дуги; т- время от момента погасания дуги до следующего пробоя; -(1-й)С 11(рм = 2Ы доз,(1) с 11 интеграл от токов дозаряда емкостей неповрежденных Фаз неповрежденного присоединения за время горения дуги;1 Ф,-(1- М,) С 3 =3. (1 ) Ж - инте )м о рар,ограл тока разряда емкости поврежденной Фазы неповрежденного присоединения за время горения дуги;2- й 11,р,= 2з. (1) Ы - интеграло роостотоков восстановления зарядов емкостей неповрежденных фаз поврежденного присоединения после обрыва дуги;о3 МС 11 р= . 3.о ,(1)дС - интеграл тоока восстановления заряда емкости поврежденной Фазы поврежденного присоединения после обрыва дуги.На неповрежденной Фазе упомянутые токи направлены встречно и поэтомуз. Ы -- -(1-ы,)С 11,- -(1-ы)СП .о3(1- ) ,. 3(1- )= О,2 1где - -(1-)С 11 = 2х (1)Ыл. синтеграл токов дозаряда емкостей неповрежденных Фаз неповрежденного присоединения за время горения дуги;1376170 51- -(1-)СЦ = 1а - ин 3 фаа ) о рарСтеграл тока разряда емкости неповрежденной Аачы неповрежденного присоеди1 пнения; - ,(1-Ы)СП = 2х (1)ЫУ 3 )р м,) ) 9 осс 1аинтеграл тока восстановления зарядовнеповрежденных Ааз неповрежденногоприсоединения после обрыва дуги;1л- Л-) ЕИ = ( .фй 1 - инте 3 9 ф 1О 8 остограл тока восстановления заряда поврежденной Фазы неповрежденного присоединения,Таким образом, независимо от распределения емкости между отдельнымиприсоединениями в поврежденной линииинтеграл тока нулевой последовательности равен суммарному изменению20заряда емкости всей .сети, а в неповрежденной линии - нулю.Укаэанная закономерность не завигсит от Аормы и спектра переходного25процесса, которая определяется параметрами сети - индуктивностьв, емкостью, активным сопротивлением, ивыполняется и при других условияхпротекания процесса дугового замыкания, Принципиальное значение при этом 30имеет сопротивление резистора, таккак именно от него зависит скоростьвосстановления зарядов. При заземлении нейтрали сети череч резистор,создающий активный ток замыкания,рав - 35ный емкостному, постоянная времени разряда емкости сети равна 3 10 с. Приэтом избыточный заряд стекает с емкостей сети через резистор в нейтрализа полпериода промьшытенной частоты. 40Работу защиты при перемножающихсязамыканиях поясним эпврами (фиг.8)сигналов для случая дугового замыкания, когда пробой происходит примаксимуме Аазного напряжения, а погасаине дуги происходит при первомпрохождении через нуль тока дозарядаемкостей неповрежденных фазСреднеезначение сигнала на выходе Фазочунствительного усилителя 2 - 1)50(Аиг.8) равно нулв на неповрежденном3присоединении. На выходе Аильтранизких частот при подаче на его входсложного напряжения П с периодом,равным , сАормируется его среднеезначение, равное ц = )(с)а и 1 а,(с)ы = о о Сь 3 = ьГ,где П - выходное напряжение фильтранизких частот;6 Й - изменение зарядаТо есть в предлагаемой защите навыходе Аильтра низких частот формируется величина, пропорциональная изменению заряда всей сети при дуговомзамыкании в случае внутреннего замыкания, а при внешнем замыкании сигнал на выходе Аильтра 3 близок к нулв. Независимо от фазиронки входныхвеличин нулевой последовательностина выходе Аильтра 3 низких частот вслучае внеинего повреждения будетсигнал, близкий к нули (значительноменьше, чем при внутреннем замыкании). При внутреннем замыкании отФазиронки входных величин зависиттолько знак, но не величина выходногонапряжения фильтра, Применение впредлагаемой защите двухпороговогореагирующего органа 4 позволяет реагировать только на величину, но нена знак выходного напряжения Фильтра 3.Таким образом предлагаемая защитане требует Аачировки входных величин,Пороги срабатывания реагирующегооргана должны выбираться исходя изфазовой погрешности датчиков нулевойпоследовательности, так как при этомв случае внешнего замыкания (Аиг.б)фазовый сдвиг между сигналом с выхода комнаратора х и 31 на входахк оФазочувствительного усилителя не будет равен /2, при этом среднее значение напряжения 11 не равно нулю.Работа устройства при защите отзамыкания на землв в сетях с изоли-.рованной нейтральв осуществляетсяпри введении в канал напряжения формирователя управляющих импульсовмежду выходом компаратора и первымвходом Аазочувстнительного усилителя.Согласно эпврам, пояснявщим работуАормирователя управлявших импульсов,на входе компаратора при помощи цепизадержки ВГ Аормируется сигнал Ппри этом на выходе компаратора формируется сигнал (логический) 11 передний Фронт которого сдвинут относительно переднего Фронта сигнала хна Т 1 . Величина сдвига, равная Т 1Г/Ч аобеспечивается выбором постояннойвремени В,С,а и порога срабатываниякомпаратора. Цепь В С формирует ко1376170 8 роткие импульсы по фронтам сигналаПоложительный импульс П запускает одновибратор на базе операционного усилителя,при этом на выходе одновибратора и соответственно на выходе формирователя 2 Формируется сигнал х,Преимуществом предлагаемой защиты в сравнении с известной является ее более высокая чувствительность и 1 О селективность при любых видах повреждений, особенно при дуговых перемежающихся, а также упрощение, заключающееся н устранении Фазировки входных величин, что существенно упростит эксплуатацию и позволит избежать часто встречающихся ошибок при монтаже защит. Ф о р м у л а изобретения 1. Устройство для защиты от замыканий на землю, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, Фильтр низких частот, реагирую щий орган, датчик тока нулевой последовательности, выход которого подключен к первому входу Фазочувствительного усилителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, .что, с целью повьппения чувствительности и селективности, фазочувствительный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, к второму управляющему входу которого подключен выход введенного компаратора, вход которого подключен к датчику напряжения нулевой последовательности, а выход Фазочувствительного усилителя соединен с входом фильтра низких частот, выход которого подключен к входу исполнительного органа.2. Устройство по и,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения эксплуатации, исполнительный орган выполнен реагирующим на модуль входного сигнала. 3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения работы защиты в сети с изолированной нейтралью, в него введен формирователь управлявших импульсов, вход которого подключен к выходу компаратора, а выход подключен к второму управляющему входу Фаэочувствительного усилителя.1376170 йс1 АМ 7 Составитель О.МТехред М.Дидык в дактор Л.Гратил ктор Н.Корол аказ 794/5 113 Производственно-полиграйическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 ЮбюЮрм 3 Ьчиев прюююЪмеаю Подписное комитета СССР и открытий ская наб., д.4/5Тираж 649ИИПИ Государственног по делам изобретений 5, Москва, Ж, Рауш