Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (его варианты)

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцналнстмческниреспублнк ц 943960( )М. Кл. Н 02 Н 3/16 Фщудврстюкы кевтвт веер в йвввн вмуетееФ в еткрцей(23) Прнормтет Опублнковано 15.07.82. Бюллетень %26 Дата опублнковамня опнсання 15.07.82) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ ОТ ОДНОФАЗНОГОЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАНННЕЙТРАЛЬЮ (ЕГО ВАРИАНТЫ) орич йства епра 1Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты от замыкания на землю в сети,нейтраль которой не заземлена,.Известно устройство для защиты от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью, содержащее трансформатор напряжения нулевой последовательности (ТННП), к вт ной обмотке которого подключен пусковой орган (ПО), трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП), установленные на присоединениях и подключенные через преобразователи переменного тока в пропор" циональное ему выпрямленное напряжение (ПТН) с запоминающими конденсаторами к входам индикатора наибольшего напряжения (ИБН), выходы которого подключены к исполнительным органам (ИО) присоединений 11.Известное устройство может неселективно срабатывать от сигналов помех. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты от замыкания на землю, содержащее уста" новленные на каждом присоединении ТТНП, преобразователь ток-выпрямленное напряжение с запоминающим конденсатором, подключенные к ИБН, ссединенному с ИО, ПО, связанный с ТННП своим входом, а выходом - с блоком управления двумя общими на все присоединения ключами 2. Недостаток известного устро состоит, в том, что оно может н вильно работать при появлении на любом из присоединений или на любом из входов устройства сигналов помехи, обусловленных, например, током, небаланса (иэ-за неодновременности замыкания контактов выключателяприсоединения и др.). В этом случае устройство реагирует на сигнал (при достаточной его величине), который не характеризует сумм 4 ныйФ943960 ток замыкания на землю и фактически не является током повреждения,Целью изобретения согласно первому варианту является повышение селективности работы.Указанная цель достигается тем,что устройство, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток - выпрямленное напряжение с запоминающим конденсатором, подключенные ко входаминдикатора наибольшего напряжения,соединенного своими выходами черезэлементы совпадения с соответствующими исполнительными органами, пусковой орган, вход которого подключен к трансформатору напряжениянулевой последовательности, а выход - к блоку управления двумя общими на все присоединения ключами,один из которых выполнен размыкающим, а другой - замыкающим,. при этомупомянутый блок управления содержитэлемент выдержки времени, снабженоодними общими на все присоединениясумматором сигналов, делителем напряжения "на два", элементом сравнения и элементом НЕ, причем своимивходами сумматор сигналов подключенк выходам упомянутых преобразователеток - выпрямленное напряжение, авыходом через упомянутый делительнапряжения - к одному из входов элемента сравнения, другой вход которого подключен к общему выходу индикатора наибольшего напряжения, выходэлемента сравнения через элемент НЕподключен к одним из входов упомянутых элементов совпадения всех присоединений.Кроме того блок управления ключами дополнен элементами ЗАПРЕТ и ИЛИ,входы которого подключены к выходамисполнительных органов, а выходк управляющему входу элемента ЗАПРЕТ,включенного между управляющими входами упомянутых ключей и выходомэлемента выдержки времени,5 1 О 15 го а й35 4 Р 45 50 55 На фиг. 1 приведен первый вариант устройства для защиты от однофазного замыкания наземлю.Устройство содержит установленные на защищаемых присоединенияхи 2 ТТНП 3 и 4, ПТН 5 и 6, к выходам которого подключены ИБН 7 и сумматор 8 сигналов, элемент 9 сравнения,один вход которого подключен к общему выходу ИБН 7, а другой через делитель 10 напряжения "на два" - квыходу сумматора 8, элементы 11 и 12совпадения , одни входы которых подключены к выходам ИБН 7, а другиевходы объединены вместе и через элемент НЕ 13 подключены к выходу элемента 9 сравнения, ИО 14 и 15 с элементами ПАМЯТЬ, подключенные. к выходам элементов 11 и 12 совпадения,ПО 16, связанный с ТННП 17 своимвходом, а выходом - с блоком 18управления двумя общими на все присоединения ключами: размыкающим 19и замыкающим 20.Преобразователи 5 и 6 ток - выпрямленное напряжение состоят изтрансреакторов, выпрямителей с.запоминающими конденсаторами и разрядными резисторами.Блок 18 управления содержит элементы выдержки времени 21, ЗАПРЕТ22 и ИЛИ 23. Входы элемента ИЛИ 23подключены к выходам исполнительныхорганов 14 и 15, а выходы - к управляющему входу элемента ЗАПРЕТ 22,включенного между выходом элемента21 выдержки времени и управляющимивходами ключей 19 и 20.Устройство работает следующим образом.При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ключ 19 замкнут, ключ 20 разомкнут, ПО 16, ИО 14и 15, элемент 21 выдержки временинаходятся в исходном состоянии.При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, например, на присоединении 1, на выходевторичной обмотки ТННП 17 появляется напряжение нулевой последовательности и происходит срабатываниеПО 16, подающего сигнал на входэлемента 21 выдержки времени.Одновременно с этим на выходахТТНП 3 и 4 и соответственно на запоминающих конденсаторах ПТН"5 и 6появЛяются сигналы, по величине пропорциональные токам нулевой последовательности защищаемых присоединений,Спустя расчетную выдержку времени, достаточную для заряда конденсаторов до напряжений, соответствующих максимальным (амплитудным) значениям токов переходного процесса,элемент 21 выдержки времени срабатывает и через элемент 22 ЗАПРЕТ подается сигнал на размыкание ключа19 и замыкание ключа 20, осуществляющих отключение запоминающих конденсаторов от выпрямителей ПТН 5 и 6 5и подключение их к входам ИБН 7 исумматора 8 сигналов. ИБН 7 и сумматор 8 сигналов могут быть выполнены на транзисторах, диодах, операционных усилителях и др,ИБН 7 выполняет две функции: выделяет наибольшее напряжение иуказывает номер присоединения с наибольшим напряжением. В рассматриваемом случае таким является первое15присоединение, и на левом выходеИБН 7 появляется сигнал, поступающий на один из входов элемента 11совпадения, Сумматор 8 производитсуммирование напряжений конденсаторов всех присоединений,Так как ток нулевой последовательности, протекающий через поврежденное присоединение при однофазномзамыкании на землю, практическиравен сумме токов нулевой последовательности всех неповрежденных при 1соединений, то на выходе сумматора8 появляется напряжение, равноепо величине удвоенному значению30напряжения на конденсаторе ПТНповрежденного присоединения. 25 В то же самое время напряжение делителя 10 напряжения "на два" равно напряжению на конденсаторе поврежденного присоединения 1 и напряжению на общем выходе ИБН 7. Сигнал на выходе элемента 9 сравнения при этом отсутствует, Вследствие этого 40 происходит срабатывание ИО 14 и отключение выключателя присоединения 1. После отключения поврежденногоприсоединения ПО 16 ИО 14 и элемент21 выдержки времени возвращаются висходное положение. Одновременно со срабатыванием ИО 14 появляется сигнал на управляю щем входе элемента ЗАПРЕТ 22 и происходит замыкание ключа 19 и размыкание ключа 20. Таким путем исключается возможность неправильного функционирования защиты в последующие моменты из-за неодинаковой скорости разряда конденсатора на поврежденном, присоединении и конденсаторов на неповрежденных присоединениях. Аналогично устройство работаетпри коротком замыкании на присоединении 2,При появлении на одном из присоединений сигнала помехи сколь угоднобольшой величины устройство в действие не приходит, так как на выходеделителя 10 напряжения присутствуетнапряжение, по величине вдвое меньшее напряжения на общем выходе ИБН 7.В результате этого, происходитпоявление сигнала на выходе элемента 9 сравнения и исчезновение сигнала на выходе элемента НЕ 13,Введение в устройство сумматоранапряжений всех присоединений, дели"теля напряжения "на два" и элемента сравнения позволяет создать помехоустойчивую и селективную защитус высокой чувствительностью, чтопозволяет повысить надежность электроснабжения потребителей и безогас"ность при эксплуатации электроустановок,Схемная реализация устройстваможет быть осуществлена на базетиповых элементов и узлов (интегральных микросхем, герконов и т,д.).Устройство защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, выполненное согласно второму варианту, обеспечивает повышение чувствительности и селективности работы и содержит установленные на каждом присоединениипоследовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток - выпрямленное напряжение с запоминающей ячейкой, блок сравнения, одни входы которого подключены к выходам соответствующих преобразователей ток выпрямленное напряжение, пусковой орган, подключенный своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выходом - ко входу блока управления выход которого соединен с управляющим входом размыкающего ключа, связанного с упомянутыми преобразователями, исполнительные органы, в него введен также общий на все присоединения сумматор сигналов, подключенный своими входами к выходу преобразователей ток " выпрямленное напряжение, по числу присоединений, элементы ЗАПРЕТ и пороговые элементы, а блок сравнения выполнен на двухвходовыхэлементах сравнения, общее количество которых равно числу присоединений, первые входы которых объединены и через вновь введенный делитель напряжения "на два" подключенык выходу упомянутого сумматора сигналов, а вторые входы подключены квыходам соответствующих преобразователей ток - выпрямленное напряжение, выходы элементов сравненияподключены к управляющим входам упо"мянутых элементов ЗАПРЕТ, включенныхмежду входами исполнительных органови выходами пороговых элементов, входы которых обьединены с выходамипреобразователей ток - выпрямленноенапряжение, при этом размыкающийключ через вновь введенный элементИЛИ соединен с упомянутыми преобразователями, запоминающие ячейкикоторых выполнены по схеме с закрытым входом,На фиг. 2 приведен второй вариантустройства для защиты от однофазного замыкания на землю.Устройство для защиты от замыкания на землю содержит ПО 24, подключенный своим входом к вторичнойобмотке ТННП 25, установленнье наприсоединениях 26 и 27 последовательно соединенные ТТНП 28 и 29,ПТН 30 и 31, к выходам которых подключены входы пороговых элементов32 и 33, сумматора 34 сигналови одни входы блока 35 сравнения,другие входы которого через делитель36 напряжения "на два" подключенык выходу сумматора 34, выходы блока,35 сравнения подключены к управляю - щим входам соответствующих элементовЗАПРЕТ 37 и 38, подключенным своимивходами к выходам пороговь,х элементов 32 и 33, ИО 39 и 40 с элементами памяти, подключенные к выходамэлементов ЗАПРЕТ 37 и 38, блок 41управления, вход которого подключенк выходу ПО 24, а выход - управляющему входу ключа 42, подсоединенного через элемент ИЛИ 43 к выходамвыпрямителей ПТН 30 и 31,ПТН 30 и 31 включают в себя трансреакторы, выпрямители и запоминающие ячейки, выполненные по схеме с закрытым входом и состоящие из запоминающих конденсаторов, диодов и разрядных резисторов.Блок 35 сравнения выполнен на двухходовых элементах 44 и 45 срав 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нения. Блок 41 управления состоитиз элементов выдержки времени 46 иЗАПРЕТ 47,Устройство работает следующим образом,При отсутствии в сети однофазногозамыкания на землю ПО 24, пороговыеэлементы 32 и 33 и ИО 39 и 40 находятся в исходном состоянии., ключ 42замкнут.При возникновении в сети однофазного замыкания на землю, напримерна присоединении 26, на выходеТННП 25 появляется напряжение нулевойпоследовательности, под действиемкоторого срабатывает ПО 24, при помощи которого производится пускэлемента 46 выдержки времени и размыкание ключа 42, дешунтирующего выходывыпрямителей ПТН 30 и 31.После этого начинается процессзарядки запоминающих конденсаторовспустя расчетную выдержку времени,достаточную для зарядки конденсато"ров до напряжений, соответствующихмаксимальным (амплитудным) значениям токов нулевой последовательности присоединения, срабатывает элемент 46 выдержки времени и подаетсигнал на управляющий вход элементаЗАПРЕТ 47. Ключ 47 замыкается и навыходах ПТН 30 и 31 появляются напряжения, которые подаются одновременно на входы пороговых элементов32 и 33, сумматор 34 сигналов, иэлементы 44 и 45 сравнения. Поскольку сигналы на выходе ПТН 30 и делителя 36 напряжения примерно равны,то на выходе элемента 44 сравненияи на управляющем входе элементаЗАПРЕТ 37 сигнал не появляется, 0этом случае при условии срабатывания порогового элемента 32 происходитсрабатывание ИО 39 и отключение выключателя присоединения 26. Срабатывания ИО 40 не происходит даже приусловии, если выходной сигнал ПТН 31достаточен по величине для работыпорогового элемента 33. Это обьясняется тем, что на входы элемента45 сравнения подаются два не одинаковых по величине сигнала: сигналповрежденного присоединения, являющийся наибольшим, и сигнал неповрежденного присоединения, т.е. присоединения 27, В результате этого,на выходе элемента 45 сравненияи соответственно на управляющем вхо10 45 50 55 де элемента ЗАПРЕТ 38 появляетсясигнал и ИО 40 блокируется.Таким образом, обеспечиваетсяселективная работа устройства отбросков собственных емкостных токов.При появлении на одном из присоединений сигнала помехи, величинакоторой может быть сколь угоднобольшой, исполнительные органы устройства в действие не приходят,так как выходной сигнал делителя 36напряжения и, следовательно, сигналы на одном из входов элементов 44и 45 сравнения примерно в два разаменьше сигнала на каком-либо другомвходе этих элементов сравненияПриэтом на всех управляющих входах элементов ЗАПРЕТ 37 и 38 присутствуютсигналы, блокирующие работу исполнительных органов.Аналогично устройство работаетпри замыкании на землю и при действии помехи на присоединение 27.Устройство в состоянии реагировать как на переходные, так и наустановившиеся токи замыкания наземлю, Оно не требует отстройки отбросков собственных токов замыканияна землю,Введение в устройство сумматорасигналов, делителя напряжения, пороговых элементов и элементов ЗАПРЕТ .по числу присоединений позволяетсоздать высокоселективную и чувствительную защиту от замыкания на землю, что способствует повышению надежности электроснабжения и электробеэопасности при эксплуатацииэлектроустановок.Схемная реализация устройстваможет быть осуществлена на типовыхэлементах и узлах, выпускаемых серийно промьшленностью (интегральныхмикросхемах, транзисторах, диодах,тиристорах, герконах и т.д.). формула изобретения 1. Устройство для защиты от одно фазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности,преобразователь токвыпрямленное напряжение с запоминающим конденсатором, подключенные ко входам индикатора наибольшего напряже 15 20 25 ЭО 35 40 ния, соединенного своими выходамичерез элементы совпадения с соответствующими исполнительными органами,пусковой орган, вход которого подключен к трансформатору напряжениянулевой последовательности, а выход - к блоку управления двумя общими на все присоединения ключами,один из которых выполнен размыкающим, а другой - замыкающим, при этомупомянутый блок управления содержитэлемент выдержки времени о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения селективности работы,оно снабжено одними общими на всеприсоединения сумматором сигналов,делителем напряжения "на два", элементом сравнения и элементом НЕ,причем своими входами сумматор сигналов подключен к выходам упомянутыхпреобразователей ток - выпрямленноенапряжение, а выходом через упомянутый делитель напряжения - к одномуиз входов элемента сравнения, другойвход которого подключен к общемувыходу индикатора наибольшего напряжения, выход элемента сравнениячерез упомянутый элемент НЕ подключен к одним из входов упомянутыхэлементов совпадения всех присоединений,2, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления ключами дополнен элементамиЗАПРЕТ и ИЛИ, входы которого подключены к выходам исполнительныхорганов, а выход - к управляющемувходу элемента ЗАПРЕТ, включенногомежду управляющими входами упомянутых ключей и выходом элемента выдержка времени,3. Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью содержащее установленные на каждом присоединении последовательно соединенные трансформатор тока нулевой последовательности, преобразователь ток выпрямленное напряжение с запоминающей ячейкой, блок сравнения одни входы которого подключены к выходам соответствующих преобразователей ток - выпрямленное напряжение, пусковой орган подключенный своим входом к трансформатору напряжения нулевой последовательности, а выходом ко входу блока управления, выход которого соединен с управляющим вхо 11 943960 12 дом размыкающего ключа, связанного телей ток - выпрямленное напряжение с упомянутыми преобразователями, выходы элементов сравнения подключеисполнительные органы, о т л и - ны к управляющим входам упомянутых ч а ю щ е е с я тем, что, с целью элементов ЗАПРЕТ, включенных между повышения чувствительности и селек- % входами исполнительных органов и тивности работы, в него введен общий выходами пороговых элементов, входы на все присоединения сумматор сиг- которых объединены с выходами преобналов, подключенный своими входами разователей ток - выпрямленное нак выходу упомянутых преобразовате- пряжение, при этом размыкающий ключ лей ток - выпрямленное напряжение, ф через вновь введенный элемент ИЛИ по числу присоединений, элементы соединен с упомянутыми преобразова- ЗАПРБТ и пороговые элементы, а блок телями, запоминающие ячейки которых сравнения выполнен на двухвходовых выполнены по схеме с закрытым вхоэлементах сравнения, общее количест- дом.во которых равно числу присоединений, Ипервые входы которых объединены Источники информации, и через вновь введенный делитель принятые во внимание при экспертизе напряжения "на два" подключены к 1Авторское свидетельство СССР выходу упомянутого сумматора сигна е кл Н 02 Н 3/16, 1966. лов, а вторые входы подключены к 20 2. "Промышленная энергетика", выходам соответствующих преобразова- Ю 11, 196, с. 38-40,943960 Составитель Л.Васьковаедактор Л.Алексеенко Техред К. Ьцьо Корректор И Коста аказ 5) илиал ППП "Патент", г. Ужг Проектная,е41/68 Тираж 669 ВНИИПИ Государственного ком по делам изооретений и от 3035 Иосква, Ж, Раушская на