Устройство для защиты от замыканий на землю

(54) УСТРОЙСТВ КАНИЯ НА ЗЕИДЮ ЗАЩ.57) ий инст ик Ф,Карбыш щитыстатосборньвьппе н по релеиоров, рабоИ,-Л.,- 52,защитаЭнергия,з амь генер фильт электриче 1976, с. Чернобтока ания ая защита- рис.15-17. нер то ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ПНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Руконой защиттающих наГосэнергоиФедосее айнштейн и А.16.925 (088,8)одящие указанияЗащита генерасборные шины.здат, 1961, с, чв А.М. Релейнаяких систем. - М96-399.овов Н.В. Релейя, 1976, с. 444 Изобретение относится к электро е, а именно к устройствам эат замыканий на землю обмотки а генератора, работающего на е шины. Цель изобретения - пое чувствительности защиты. При нии на землю в обмотке статора тора вектор вторичного тока 1с а 1 складывается из векторов ебалачса фильтра и тока замына землю. Напряжение с выхообразователя 4, пропорциональку 1 , подается на вход форми1492409 рователя ортогональных составляющих5, на другой вход которого подаетсялинейное напряжения Ц, а на выходеполучаются два напряжения, пропорциональные 1 сов и 1здп 1 иподаваемые на входы формирователя 6приращений, на третий вход которогопоступает сигнал с выхода блока 7управления. На вход блока 7 управления подается сигнал, пропорциональный 311 , а сигнал с второго выхода Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего на сборные шины. 20Цель изобретения - повышение чувствительности защиты.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для защиты от замыкания на землю обмотки статора генератора, 25 работающего на сборные шины; на фиг. 2 - векторная диаграмма вторичных величин трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности до и, после замыкания на землю; на фиг.3 схема форырователя ортогональных составляющих; на фиг. 4 - схема формирователя приращений; на фиг. 5 схема блока управления;на фиг, 6 эгюры сигналов, поясняющие работу блока управления; на фиг. 7схема блока сравнения.Устройство (фиг. 1) содержчт трех- трансформаторный фильтр 1 тока нуле- ВОЙ пос 1 едовательности Датчик 2 ли 40 нейного напряжения, датчик 3 напряжения нулевой последовательности, преобразователь 4, формирователь 5 ортогональных составляющих формирователь 6 приращений блок 7 Управления, стробируемую схему 8 сравнения.Вход преобразователя 4 подключеч к грехтрансформаторному фильтру 1 тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым входом Форми 50 роваталя 5 ортогональных составляющих, второй вход которого подключен к датчику 2 линейного напряжения. Первый и второй (информационные) входы формирователя 6 приращений соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователей 5 ортогональных составляющих, третий (управляк 1 лий) вход формирователч 6 прнпоступает на схему 8 сравнения, надва других входа которой поступаютсигнапы с двух выходов формирователя6. Схема 8 сравнения содержит двавыпрямителя или квадратора и стробируемый компаратор, выход которогоявляется выходом защиты. При замыкании на землю в обмотке статора генератора на выходе защиты имеет место сигнал определенной длительности,5 з,п,ф-лы, 7 ил,ращенчй соединен с первым выходом блока 7 управления, вход которого подключен к датчику 3 напряжения нулевой последовательности. Лва выхода формирователя 6 приращений соединены с первым и вторым входами стробируемой схемы 8 сравнения, третий вход которой соединен с вторым выходом блока 7 управления. Выход стробируемой схемы 8 сравнения является выходом защиты.Устройство реагирует на сумму модулей или квадратов приращений ортогональных составляющих вторичного тока трехтрансформаторного фильтра ток нулевой последовательности при замыкании на землю.В момент замыкания на землю запоминаются текущие значения ортогональных составляющих тока небаланса в системе координат, задаваемой линейным напряжением генератора, и затем сравниваются со значениями ортогонапьных составляющих вторичного тока трехтрансформаторного фильтра при замыкании, что обеспечивает отстройку от тока небаланса, независимо от его величины,Векторной диаграмме вторичных величин трехтрансформаторного фильтра тока нулевой последовательности )до и после эаыкания на землю (фиг,2) обозначены Б - вектор линейного напряжения, принятый за ось координат;1 р - вектор тока небаланса; О Угол между Ци 1 нр1 вектор тока замыкания на землю; О - угол между 01 и 1 О; 11 = 1 + 1 д - вектор вторичного тока фильтра при замыкании на землю; ц - угол между Б и 1.5 14924 векторов 1 и 1 изменяются случайо ным образом в диапазоне 360Приращения ортогональных составляющих при замыкании равны Устройство работает следующим образом. 10В нормальном режиме, до возникновения замыкания на землю, на вход преобразователя 4 с выхода трехтрансформаторного фильтра 1 поступает 1, а при замыкании на землю 1. 15Преобразователь 4 может быть реализован в виде резистора, включенного в нулевой провод трехтрансформаторного фильтра 1 (фиг, 1). 20 25 30 35 40 45 На вторые входы сумматоров 14 и15 с выходов блоков 16 и 17 выборкии хранения поступают напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим тока небаланса: 50 При этом на выходе сумматоров 14 и 15 формируются приращения ортого 55 нальных составляющих:1 к 12 м 1 нбк 1 ох ец г Оба оуВыходное напряжение преобразователя 4, пропорциональное в нормальном режиме току небаланса 1, а при замыкании на землю 1 , поступает на первый вход формирователя 5 ортогональных составляющих, на второй вход которого поступает напряжение 1 с выхода датчика 2 линейного напряжения. На выходе формирователя 5 ортогональных составляющих формиру.гся два напряжения, пропорциональные в нормальном режимег 11 н созс у = 1 ибу = 1 нБ здп1 а при замыкании на землю - 1 в 1 гх=1созф у - 1 1з 1 п Схема наиболее простой реализации формирователя 5 ортогональных составляющих (фиг. 3) содержит два детектора (две фаэочувствительные схемы) 9 и 10, выходы. которых являются выходами формирователя, информационные входы детекторов соединены и являются первым входом формирователя, Опорный вход детектора 9 соединен с выходом усилителя - ограничителя 11, а опорный вход детектора 10 соединен через усилитель - ограничитель 12 с выходом фаэовращателя 13, обеспечивающего фазовый сдвиг входного сигнала на 90. Входы фазовращателя 13 и усилителя-ограничителя 11 соединены между собой и являются вторым входом формирователя ортогональных составляющих, подключаемым к выходу датчика линейного напряжения.Формирователь 6 приращений (фиг.4) содержит два сумматора 14 и 15 и два 09 6блока 16 и 17 выборки и хранения, информационные входы которых соединены с соответствующими входами сумматоров. На укаэанные входы формирователя 6 приращений поступают выходные сигналы формирователя 5 ортогональных составляющих. Выходы блоков 16 и 17 выборки и хранения соединены с вторыми входами сумматоров 14 и 15. Выходы сумматоров 14 и 15 являются выходами формирователя 6 приращений. Управляющие входы блоков 16 и 17 выборки и хранения соединены между собой и являются третьим входом формирователя 6 приращений, на который подается логический сигнал Х, сформированный на первом выходе блока 7 управления, причем сигнал Х,=ОприЗ 1. иХ,=1 при 31,о, где 1, - порог срабатывания (уставка) блока 7 управления по напряжению нулевой последовательностиВ нормальном режиме (до замыкания на землю) Х = 0 и ключи выборки и хранения находятся в замкнутом состоянии, Входные сигналы 1 и 1 поступают на входы сумматоров 14 и 15 непосредственно и через блоки 1 и 17 выборки и хранения, при этом сигналы Ь 1 и Ю на выходах сумматоров 14 и 15 равны нулю.При замыкании на землю Х, = 1 и ключи выборки и хранения находятся в разомкнутом состоянии, При этом на первые входы сумматоров 14 и 15 поступают напряжения, пропорциональные ортогональным составляющим вторичного тока трехтрансформаторного фильтра 1:35 Блок 7 упранления формирует наряду с логическим сигналом Х, управляющим работой блоков 16 и 17 выборки и хранения Формирователя 6 приращений, также сигнал стробирования Х для управления работой стробируемог схемы 8 сравнения,Блок 7 управления (фиг5) содержит элемент 18 сравнения (орган максимального напряжения), вход которого является входом блока 7 управления, а выход элемента 18 сравнения соединен с входом логического элемента И 19 и входом интегратора 20 со сбросом и является первым выходом блока 7 управления. Выход интегратора 20 со сбросом через дна компаратора 21 и 22 соединен с входами КБ- триггера 23 или элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом логического элемента И 19. Выход элемента И 19 является вторым выходом блока 7 управления.При замыкании на землю в момент времени с (Фиг, 5 и 6) срабатывает элемент 18 сравнения и формирует сигнал Х= 1, который поступает на первый выход блока 7 управления, вход элемента И 19 и на информационный и управляющий входы интегратора 20 со сбросомКлюч К размыкается и происходит заряд емк ости С, В моменты времени п и з последовательно срабатывают компараторы 21 и 22, формируя на входах КЯ-триггера 23 или элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ логические сигналы Х, и Х , которые последовательно переводят КБ-триггер 23 или элемент ИСКЛЮЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ в состояние логической единицы (при Х ,= 1 и Хг,= О), а затем логического нуля (при Х , = 1 и Х=. 1). При этом на выходе элемента И 19 и оответстненно на втором выходе блока управления Формируется сигнал ХВыдержка временидолжна задаваться исходя из быстродействия фильтра 1, преобразователя 4 и Формирователя 5 ортогональных составляющих, чтобы к моменту времени С выходные напряжения формиро 2вателя 5 с достаточной степенью точности соответствовали входному сигналу защиты. Длительность стробирующего импульса Х , равная выбирается исходя из быстродействия блока 8 сравнения. При замыкании на землю на первыйи второй входы стробируемого блока8 сравнения поступают сигналы, пропорциональные приращениям ортогональных состанляющих вторичного токатрехтрансформаторного фильтра: ЬП= 1,соя(3; ЬУ= 1,ныл, 10Блок 8 сравнения (фиг. 7) содержит стробируемый компаратор 24, выход которого является выходом блока8 сравнения. На нходах стробируемого 15 омпаратора 24 включены выпрямители(Формирователи модуля) или квадраторы25 и 26, нходьг которых являются первым ивторым входами стробируемогоблока 8 сравнения, Стробируемый вход 20 компаратора 24 является третьим входом блока 8 сравнения.Наиболее простой реализацией блока8 сравнения является схема, Содержащая стробируемый компаратор 24, на 25 входах которого включены выпрямители.При этом схема сравнения реагируетна величину Зависимость П =имеет максимум при 3 = 45: Защита имеет повьппенную чувствительность к собственному емкостному току генератора при внешних замыканиях. Например, при уставке срабаты нания защиты 1 = 5 А собственныйемкостный ток генератора должен быть менее 3,5 А.При наличии кнадраторов 25 и 26н блоке 8 сравнения защита реагирует на величину У - (ЬУ) + (ЬП): 1 о независимо от величины ., что повы шает отстройку от собственного емкостного тока генератора.Алгоритм измерения защиты обеспечивает формирование на входах блока 8 сравнения при замыкании на землю сигналов, величины которых пропорциональны току нулевой последовательности независимо от величины тока небаланса трехтрансформаторногофильтра, поэтому защиту необходимо отстраивать тол ко ат собственного емкостного тока генератора при внешнем замыкании на землю,5Формула изобретения1. Устройство для защиты от замыкания на землю, содержащее трехтранс форматорный Фильтр тока нулевой пос - ледовательности, трансформаторы тока которого снабжены клеммами для присоединения первичных обмоток к фазам сети, и блок сравнения, выход которого является выходом защиты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены преобразователь тока в напряжение, датчик линейного на пряжения, датчик напряжения нулевой последовательности, формирователь ортогональных составляющих, формирователь приращений, блок управления, при этом вход преобразователя тока в напряжение подключен к выходутрехтрансформаторного Фильтра тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым входом формирователя ортогональных составляющих, второй вход которого соединен с датчиком линейного напряжения, первый и второй выходы формирователя ортогональных составляющих соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя приращений, третий 35 вход которого соединен с первым выходом блока управления, вход которого соединен с датчиком напряжения нулевой последовательности, а второй выход блока управления соединен с 40 третьим входом блока сравнения, два других входа которого соединены с выходами формирователя приращений.2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирова тель приращений выполнен в виде первого и второго сумматоров, первого и второго блоков выборки и хранения, при этом информационные входы последних соединены с первыми входами 50 соответствующих сумматоров и являются первым и вторым входами Формирователя приращений, управляющие входы блоков выборки и хранения соединены между собой и являются третьим вхо дом формирователя приращений, а выходы блоков выборки и хранения соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров, выходы которыхявляются выходами формирователя приращений,3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сравнения выполнен в виде стробируемогокомпаратора, выход которого является3выходом блока сравнения, стробируемыйвход компаратора является третьимвходом блока сравнения, а информационные входы компаратора соединеныс выходами соответствующих выпрямителей, входы которых являются первыми вторым входами блока сравнения,4, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что преобразователь тока в напряжение выполненв виде резистора, включенного в нулевой провод трехтрансформаторногофильтра тока нулевой последовательности.5. Устройство по и. 1, о т д и -ч а ю щ е е с я тем, что,формирователь ортогональных составляющих выполнен в виде двух усилителей-ограничителей, Фазовращателя и двух детекторов, информационные входы которых соединены между собой и являютсяпервым входом формирователя ортогональных составляющих, выходы детекторов являются выходами формирователя, а управляющие входы детекторовсоединены с выходами усилителей-ограничителей, вход второго усилителя-оганичителя соединен с выходом фазовращателя, вход которого соединенс входом первого усилителя-ограничителя и является вторым входом формирователя. 6, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде элемента сравнения, вход которого является входомблока управления, а выход - первымвыходом блока управления и соединенс информационным и управляющим входами интегратора, выход которого соединен с входами двух компараторов,выходы которых соединены с входамиэлемента ИСКЛЮЧЛКМГЛ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, авыход является вторым выходом блокауправления, 14924091492409 ставитель И.Офицеровхред Л.Олийнык Корректор О,К ва,р Н,Туп Ред Заказ 3887/53 Тиразк 607 ПодписноВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ГКНТ ССС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уигород, ул. Гагарина, 10