Устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью

Полезная модель предназначена для выявления линий с замыканием на землю в сетях 6-35 кВ. Устройство позволяет исключить возможность ложного срабатывания при затухающих колебаниях сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, обеспечивает сохранение информации о времени возникновения повреждения, номере поврежденного присоединения, величине тока замыкания на землю и производит запись осциллограмм напряжений и токов нулевой последовательности за время действия защиты. Для этого устройство содержит устройства сопряжения (УСО) по току по числу отходящих присоединений, устройства сопряжения по напряжению по числу секций шин, блоки оцифровки сигнала, включающие в себя цифро-аналоговый преобразователь, операционный усилитель, фильтр и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера, а вход соединен с выходом операционного усилителя, вход фильтра соединен с соответствующим выходом датчика тока нулевой последовательности, а выход подключен к первому входу операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соответственно соединен с первым выходом микроконтроллера, а второй вход - с выходом операционного усилителя, микроконтроллер, осуществляющий обработку сигналов, поступающих на входы, и подающий дискретные воздействия на выходы, соединенный по интерфейсу связи с блоком индикации и управления. В результате устройство имеет более высокую селективность и чувствительность, чем прототип, фиксирует замыкания на землю при перемежающейся дуге, обеспечивает вывод сигналов телеуправления на отключение выключателей, что расширяет его функциональные возможности.

Полезная модель относится к электроэнергетике и предназначена для защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), а также может быть использована в сетях, где нейтраль заземлена через резистор.

В таких сетях селективное выявление линии электропередачи, в которой произошло замыкание на землю, часто оказывается непростой задачей, особенно если в месте повреждения возникают большие переходные сопротивления, а к рассматриваемой секции сборных шин в каком-то реальном рабочем режиме (в том числе ремонтном) может быть присоединено малое количество линий электропередачи. Например, при наличии двух подключенных к секции сборных шин линий разной длины и появлении замыкания на землю на длинной линии ток в ее защите может оказаться очень небольшим, недостаточным для срабатывания классических защит от замыкания на землю, реагирующих на величину тока нулевой последовательности [Бухтояров В.Ф., Маврицын A.M. Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров. - М.: Недра, 1986. - 184 с, Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 520 с].

Часто возникающие в таких сетях при замыканиях на землю перемежающиеся дуги [Вайнштейн Р.А., Фальк Ю.П. Принципы выполнения селективной защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока / Томск, политехн. Институт. Томск, 1985. - 30 с - Деп. в ИНФОРМЭНЕРГО 08.07.85, N 1891 эн - Д85., Фальк Ю.П. Усовершенствование защиты от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ на основе исследования вероятностных характеристик электрических величин при перемежающихся дуговых замыканиях. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Томск, Томский политехнический институт, 1987, 208 с.] еще больше усложняют ситуацию. В настоящее время нет строгого однозначного математического описания процессов, протекающих в сети при наличии перемежающейся дуги. Это, в свою очередь, затрудняет анализ поведения релейной защиты, которая должна выявлять такие повреждения.

Известно серийно выпускаемое устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью «Сириус-ОЗЗ [Сириус-ОЗЗ [Электронный ресурс]: Устройство определения присоединения с однофазным замыканием на землю. - Москва: ЗАО «РАДИУС Автоматика», 2008. - Режим доступа: http://www.rza.ru/production_s_sirius2_new.htm, свободный. - Загл. с экрана.], содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, два измерительных трансформатора напряжения нулевой последовательности, первичные обмотки которых подключены к двум секциям сборных шин питающей подстанции, а вторичные обмотки соединены с первым входом модуля входных развязывающих трансформаторов напряжения и тока, включающего в себя промежуточные развязывающие трансформаторы тока и напряжения, модуль микроконтроллера, состоящий из платы микропроцессорного контроллера, модуль оптронных входов и выходных реле, три модуля коммутации каналов тока 3I₀, содержащие восемь реле, модуль питания, модуль управления, содержащий плату клавиатуры, светодиоды и жидкокристаллический индикатор, выходы модулей коммутации каналов тока 3I₀ подключены ко второму входу модуля входных развязывающих трансформаторов напряжения и тока, все модули объединены между собой с помощью печатной кросс-платы.

При пропадании сигнала напряжения нулевой последовательности (3U₀) устройство возвращается в исходный режим без сохранения какой-либо информации о срабатывании, что не позволяет данному устройству фиксировать перемежающиеся замыкания на землю. По принципу действия данное устройство производит опрос каждого канала в течение времени от 0.2 с до 9.99 с, что при большом числе присоединений даст большую задержку на срабатывание.

Устройство не предусматривает действие на отключение. Это ограничивает его функциональные возможности. Кроме того, устройство не идентифицирует замыкание на секции.

Известно устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [Патент 2316010 (Российская Федерация). Селективное устройство для определения однофазных замыканий в кабельных линиях.// Кошелев В.И., Дубов Д.А., Коновалов Е.В. - Опубл. в Б.И. 2008, 3.], содержащее N измерительных каналов, входы которых являются входами устройства с первого по N-й, каждый канал состоит из последовательно соединенных трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП) и согласующего каскада, подключенного к входу мультиплексора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), соединенного со входами двух измерителей - амплитудного, состоящего из последовательно соединенных АР-фильтра, усредняющего сумматора, блока оперативной памяти, блока выбора максимума, и фазового, состоящего из последовательно соединенных полосового фильтра, фазочувствительного блока, второй вход которого соединен с выходом умножителя частоты, вход которого является (N+1)-м входом устройства, блока оперативной памяти и блока определения номера канала с отличающейся фазой, являющегося выходом фазового измерителя, выход а блока управления соединен со вторыми входами АЦП, АР-фильтра, полосового фильтра и усредняющего сумматора, выход b блока управления соединен с N+1 входом мультиплексора, выход с блока управления соединен со вторыми входами фазочувствительного блока и блоков оперативной памяти, четвертым входом АР-фильтра, выход d блока управления соединен со вторыми входами блока определения номера канала с отличающейся фазой и блока выбора максимума, выход е блока управления соединен с третьим входом АР-фильтра, в которое также введены схема ИЛИ, блок определения номера секции и блок логической обработки, причем два выхода блока выбора максимума и первый выход блока определения номера канала с отличающейся фазой соединены с тремя входами блока логической обработки, выход которого и два выхода блока определения номера канала с отличающейся фазой соединены с входом схемы ИЛИ, выход которой подключен к первому входу блока определения номера секции (содержащему схему запуска селекции), выход которого соединен с входом блока управления и со вторым входом индикаторного блока, при этом блок логической обработки содержит две схемы совпадений, схемы ИЛИ-НЕ, две ключевые схемы и индикаторный дешифратор, которые соединены следующим образом: первые входы обеих схем совпадений подключены к фазовому измерителю, вторые входы подсоединены к первому и второму регистрам блока выбора максимума, выходы схем совпадений подключены к входу схемы ИЛИ-НЕ и каждая к первому входу своей ключевой схемы, второй вход которых подключен к выходу соответствующего регистра схемы выбора максимума, выходы ключевых схем подсоединены к входу индикаторного дешифратора номера фидера, выход которого подключен к первому входу индикаторного блока, а блок определения номера секции включает в себя генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, мультиплексор, пороговое устройство, регистр номера секции и схему запуска селекции, которые соединены следующим образом: генератор тактовых импульсов подключен к счетчику адреса, выход которого соединен с входами регистра номера секции и мультиплексора, входы которого являются (N+2)(N+2+J)-ми входами устройства, выход мультиплексора соединен с входом порогового устройства, выход которого подключен к второму входу схемы запуска селекции и второму входу регистра номера секции, выход которого подключен к входу схемы управления и второму входу индикаторного блока.

Недостатком описанного устройства является то, что оно не определяет замыкание на секции, потому что при замыкании на секции токи всех присоединений будут совпадать по фазе, и устройство будет выдавать сигнал «Ошибка фазового измерителям, и не фиксирует замыкание при перемежающейся дуге, так как в устройстве нет в наличии ни одного блока, который может запоминать информацию о предшествующих замыканиях и их длительности.

Известно устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [Патент 2244992 (Российская Федерация). Устройство для определения однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. // Батулько Д.В. - Опубл. в Б.И. 2005, 2.], являющееся прототипом, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, входные преобразователи тока, первыми входами соединенные с выходами соответствующих трансформаторов тока нулевой последовательности, а вторым входом подключенные к выходной клемме источника опорного напряжения, первый замыкающий ключ, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, элемент сравнения фаз, трансформатор напряжения, обмотка "разомкнутый треугольник" которого подключена к выходному преобразователю напряжения, компаратор, одним входом подключенный к выходной клемме источника порогового напряжения, первый формирователь времени задержки, фильтр нижних частот, исполнительный блок, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные формирователь времени измерения и второй формирователь времени задержки, преобразователь напряжения, блок управления, генератор прямоугольных импульсов, формирователь сигнала установки, вторые замыкающие ключи по числу присоединений, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего второго формирователя прямоугольных импульсов, вход каждого из первых формирователей прямоугольных импульсов подключен к выходу соответствующего входного преобразователя тока, а выход - к первому входу соответствующего первого замыкающего ключа, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего элемента сравнения фаз, вторым входом соединенного с выходом соответствующего второго замыкающего ключа, выход входного преобразователя напряжения подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения и с входами вторых формирователей прямоугольных импульсов, вторые входы первых и вторых замыкающих ключей соединены с выходом формирователя времени измерения, входом подключенного к выходу первого формирователя времени задержки, вход которого и первый вход блока управления соединены с выходом компаратора, вторым входом подключенного к первому выходу преобразователя напряжения, второй выход которого соединен с первым входом формирователя сигнала установки, вторым входом соединенного с выходом генератора прямоугольных импульсов, а выходом - со вторым входом блока управления, выход которого подключен к третьим входам элементов сравнения фаз, выходами соединенных с соответствующими входами исполнительного блока, управляющий вход которого подключен к выходу второго формирователя времени задержки.

В этом устройстве измеряется ток нулевой последовательности в линиях и сравнивается с током срабатывания, если при этом происходит превышение напряжением нулевой последовательности уставки срабатывания, то сравниваются фазы токов и напряжения нулевой последовательности, причем поврежденной считают ту линию, для которой разность фаз оказывается в диапазоне от 180° до 360° в течение времени от запуска до останова схемы сравнения.

Устройство реализует фазный принцип, что и серийно выпускаемая защита при однофазном замыкании на землю (ЗЗП-1). Но ЗЗП-1 - устанавливается на каждое присоединение, т.е. в непосредственной близости от трансформатора тока нулевой последовательности (ТНП). Это же устройство является централизованным по той причине, что обрабатывает все присоединения, имея соответствующее количество элементов сравнения фаз, и блок индикации с аналогичным числом выходов. Такая централизация даст, возможно, экономию по сравнению с индивидуальными устройствам в элементной части, однако усложняет монтаж, поскольку требует прокладку контрольных кабелей от ТНП всех присоединений к одному устройству. При этом сопротивление нагрузки ТНП будут различным, что приведет к разным значениям вторичного тока ТНП при одном и том же первичном токе.

Для отстройки от начальной стадии переходного процесса (в момент появления 3U₀) в устройстве предусмотрен формирователь времени задержки. А для отстройки от конечной стадии переходного процесса (в момент исчезновения ОЗЗ частота напряжения 3U₀ уменьшается, следовательно, изменяется фазовые сдвиги между током и напряжением) предусмотрен формирователь времени измерения. Таким образом, устройство определяет поврежденное присоединение в течение времени (t_з1+t_изм ) (примерно 50 мс) от момента появления 3U₀, что позволяет отнести его к устройствам однократного действия. То есть, если в течение 50 мс не удалось определить поврежденное присоединение, а ОЗЗ является устойчивым, импульс длительностью t_изм больше не сформируется если не исчезает 3U₀ и устройство откажет в действии.

Устройство не устойчиво функционирует в переходных режимах и откажет в действии и при перемежающейся дуге, если погасание дуги будет происходить не реже одного раза в 50 мс.

Устройство не предусматривает реализацию возможности отключения поврежденного присоединения. Имеются выходы на ТС (телесигнал и на индикацию). Это ограничивает его функциональные возможности.

В случае неверного определения поврежденного присоединения обслуживающий персонал произведет его отключение. Однако напряжение 3U₀ не исчезнет, что не позволит повторно подействовать устройству.

Устройство не идентифицирует замыкание на секции.

Задачей является повышение достоверности селективного определения поврежденных присоединений и секций сборных шин при замыканиях на землю, устойчивости функционирования в переходных режимах, реализация возможности отключения поврежденного присоединения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, два измерительных трансформатора напряжения нулевой последовательности, первичные обмотки которых подключены к двум секциям сборных шин питающей подстанции, а обмотки "разомкнутый треугольник" соединены с входом устройства сопряжения по напряжению, введены устройства сопряжения, включающие в себя датчик тока нулевой последовательности и выходное реле, по числу защищаемых линий, блоки оцифровки сигнала по числу защищаемых линий и трансформаторов напряжения, микроконтроллер, блок индикации и управления, подключенный по линии связи к интерфейсу связи, который с помощью линии связи соединен с микроконтроллером, соответствующие выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами датчиков тока нулевой последовательности, к первым входам блоков оцифровки сигнала подключены выходы соответствующих датчиков тока нулевой последовательности и устройств сопряжения по напряжению, вторые входы блоков оцифровки сигнала соединены с соответствующими первыми выходами микроконтроллера, первые входы которого соединены с выходами блоков оцифровки сигнала, вторые выходы микроконтроллера соответственно соединены с входами выходных реле, третьи выходы микроконтроллера подключены к входам дискретных выходов, а вторые входы - к выходам дискретных входов.

При этом блок оцифровки сигнала может содержать фильтр, операционный усилитель, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера, а вход соединен с выходом операционного усилителя, вход фильтра соединен с соответствующим выходом датчика тока нулевой последовательности, а выход подключен к первому входу операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соответственно соединен с первым выходом микроконтроллера, а второй вход - с выходом операционного усилителя.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью.

Предлагаемое устройство содержит по числу присоединений трансформаторы тока 1 нулевой последовательности (ТТНП), к которым подключены устройства 2 сопряжения (УСО), включающие в себя датчик тока 3 (ДТ) нулевой последовательности и выходное реле 4, действующее на отключение поврежденного присоединения, первичными входами ДТ соединены с выходами соответствующих трансформаторов тока 1 нулевой последовательности, а вторичными выходами подключенные к входам блоков 5 оцифровки сигнала по числу защищаемых линий N, содержащих частотный фильтр 6, операционный усилитель 7 (ОУ), имеющий в обратной связи цифроаналоговый преобразователь 8 (ЦАП), управляемый микроконтроллером 9 (МК), аналого-цифровой преобразователь 10 (АЦП), передающий цифровой сигнал в микроконтроллер 9, два измерительных трансформатора напряжения 11 нулевой последовательности, входы которых подключены к двум секциям сборных шин питающей подстанции, а выход соединен с входом устройства сопряжения 18 по напряжению (УСОН), выход которого подключен к блоку 5 оцифровки сигнала, который передает сигнал в микроконтроллер 9 имеющий интерфейсы связи (13), дискретные выходы 15 для сигнализации о срабатывании реле и неисправности микроконтроллера, дискретные выходы 17 для подачи команды на отключение выключателя поврежденного присоединения, дискретные входы 16 для пуска от дискретного сигнала напряжения нулевой последовательности, блок индикации и управления 14.

Устройство 2 сопряжения (УСО) предназначено для преобразования вторичного тока ТТНП (1) в соответствие с тем током, который может принять и обработать блок 5 оцифровки сигнала. В состав УСО 2 входит датчик тока 3 нулевой последовательности и выходное реле 4, действующее на отключение поврежденного присоединения.

Устройство 18 сопряжения по напряжению (УСОН) предназначено для преобразования вторичного напряжения нулевой последовательности трансформатора 11 напряжения в ток такой величины, который может принять и обработать блок 5 оцифровки сигнала. В состав УСОН 18 входит датчик напряжения нулевой последовательности.

Блок 5 оцифровки сигнала предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму. Блок 5 оцифровки содержит фильтр 6 для снижения уровня высших гармоник до приемлемой величины, ОУ 7 для усиления слабых сигналов от УСО 2, цифроаналоговый преобразователь 8 в обратной связи операционного усилителя 7 управляемый микроконтроллером 9, для изменения коэффициента усиления сигнала, и аналого-цифровой преобразователь 10 для преобразования сигнала в цифровую форму для передачи в микроконтроллер 9.

Микроконтроллер 9 предназначен для сравнения сигналов со значениями уставки и между собой, как по величине, так и по фазе, сравнения сигналов тока нулевой последовательности с сигналом напряжения нулевой последовательности по фазе, фиксации наличия ОЗЗ и записи события в протокол, записи осциллограммы при пуске от сигнала напряжения нулевой последовательности, обеспечения объединения в информационную сеть посредством интерфейса связи, управления работой выходных реле 4, осуществления самотестирования, вывода информации на многострочный индикатор, обеспечения связи с персональным компьютером посредством интерфейса связи, пуска защиты посредством дискретных входов, осуществления сигнализации при срабатывании защиты или возникновении неисправности.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) в одной из отходящих линий (присоединений) сети с изолированной или заземленной через резистор нейтралью напряжением 6-35 кВ на выходе ТН 11, обмотки которого соединены по схеме "разомкнутый треугольник", появляется сигнал 3U₀ напряжения нулевой последовательности (ННП), а на вторичных обмотках ТТНП 1, включенных в каждую отходящую линию (присоединение), появляются сигналы тока нулевой последовательности 3I₀. Ток замыкания на землю, протекающий по проводу поврежденной фазы линии, имеет направление от шин подстанции к месту замыкания на землю. Суммарные емкостные токи, протекающие по неповрежденным линиям, имеют направление от присоединения к шинам подстанции. Таким образом, во время ОЗЗ в сети во вторичных обмотках ТТНП 1 поврежденной и неповрежденных линий будут протекать токи, противоположные по направлению, и согласно временной диаграмме, приведенной в [Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2006. - 639 с.: ил.], вектор 3U₀ в поврежденной линии будет отставать от вектора 3U₀ примерно на 90°. В неповрежденных линиях вектора 31о будут опережать вектор 3U₀ приблизительно на 90°.

Сигнал напряжения нулевой последовательности 3U ₀ поступает на вход устройства сопряжения 12 по напряжению (УСОН), которое уменьшает уровень сигнала до приемлемого для блока 5 оцифровки сигнала, который входной сигнал преобразует в цифровую форму. Выходной сигнал блока 5 оцифровки сигнала поступает на вход микроконтроллера 9, который сравнивает поступающий оцифрованный сигнал с пороговым значением U_п в цифровом виде, значение которого задается через интерфейс пользователя в виде уставки. В случае если значение напряжения, поступающего с выхода блока 5 оцифровки сигнала, превышает пороговое значение, происходит запуск защиты и осциллографирования.

Микроконтроллер 9 производит запуск таймера производящего отсчет времени срабатывания защиты t_cp и выдает сигнал на дискретный выход, который удерживается от момента появления ОЗЗ до момента, когда происходит возврат защиты, т.е. сброс таймера отсчета времени срабатывания t_cp.

Одновременно с появлением сигнала напряжения нулевой последовательности на выходах ТТНП 1 появляются сигналы тока нулевой последовательности 3I₀, которые поступают на входа УСО 2, которое уменьшает уровень сигнала до приемлемого для блока 5 оцифровки сигнала, который входной сигнал преобразует в цифровую форму. Выходной сигнал блока 5 оцифровки сигнала поступает на вход микроконтроллера 9, который определяет количество присоединений, по которым протекает ТНП, вычисляет действующее значение этих токов и производит выделение трех номеров присоединений с наибольшими токами и сравнивает последние между собой по фазе. Отходящая линия считается поврежденной, если угол сдвига фаз между ТНП находится в диапазоне от 90 до 270°. Если угол сдвига фаз между ТНП находится в диапазоне от -90 до 90°, считается, что замыкание произошло на шинах.

Микроконтроллер 9 производит запись номера поврежденного присоединения каждый период (20 мс). При снижении напряжения нулевой последовательности ниже порогового значения U_п на время t_З (время задержки возврата) МК 9 продолжает отсчет времени срабатывания, этим обеспечивается работоспособность при дуговых замыканиях на землю. По истечении времени t_cp МК 9 определяет номер поврежденного присоединения по наибольшему числу периодов, когда это присоединение фиксировалось как поврежденное, это позволяет исключить влияние возможных временных небалансов и помех, и выдает выходной сигнал 17, путем подачи дискретного сигнала на выходное реле 4 УСО 2 соответствующего номеру поврежденного присоединения, срабатывая, выходное реле 4 выдает дискретный сигнал на отключение выключателя. Одновременно с этим МК 9 производит запись протокола срабатывания, останавливает запись осциллограммы и выводит на блок индикации и управления, позволяющий с помощью текстового индикатора производить настройку устройства и считывание данных из него, информацию о срабатывании.

Централизованный принцип построения защиты позволяет одновременно производить анализ информации обо всех токах присоединений, что достаточно просто сделать на базе микропроцессорной техники. На структурной схеме приведены все необходимые функциональные элементы по предварительной обработке сигналов, поступающих от ТТНП 1 и от трансформатора напряжения 11 (3U₀), которые нормируются с помощью промежуточных трансформаторов тока и напряжения, фильтруются и затем поступают на вход операционных усилителей 7 с управляемым коэффициентом усиления. Последнее необходимо для обеспечения заданной точности оцифровки аналогового сигнала в широком диапазоне изменения токов нулевой последовательности (емкостные токи замыкания на землю могут составлять от 0,5 А до 100 А и более). Управление коэффициентом усиления осуществляется микроконтроллером 9 по определенному алгоритму, обеспечивающему уровень цифровых сигналов поврежденного присоединения в заданном диапазоне числовых значений.

Для повышения достоверности селективного определения поврежденного присоединения или секции сборных шин при замыканиях на землю и устойчивости функционирования в переходных режимах в устройстве используется несколько признаков идентификации поврежденного присоединения. Первый из них основан на сравнении действующих значений токов всех присоединений - ток в поврежденном присоединении больше любого из токов неповрежденных. Аналогичный принцип сравнения амплитудных значений переходных токов присоединений приведен в [Борухман В.А., Иоэльсон В.И. Способ определения поврежденной электрической линии. А.С. 136445. Опубл. в «Бюл. изобрет. и товарных знаков», 1961, 5, Лебедев О.В., Шуин В.А. О защите от замыканий на землю компенсированных кабельных сетей 6-10 кВ с использованием принципа сравнения амплитуд переходных токов. - «Электричество», 1973, 12, с.12-17.]. Однако его использование как единственного не позволяет отличать ОЗЗ на сборных шинах или в цепи вводного выключателя понижающей подстанции от повреждения на присоединении. При таком ОЗЗ было бы неверно определено как поврежденное присоединение с большим емкостным током. Поэтому одновременно используется второй признак, основанный на сравнении токов присоединений по фазе: в неповрежденных присоединениях все токи совпадают по фазе, в поврежденном - вектор тока относительно других повернут на 180°. Таким образом, если определено присоединение с максимальным током и вектор этого тока имеет противоположное направление относительно других фиксируемых токов, то это однозначно позволяет определить номер поврежденного присоединения. Если же все они оказались согласно направленными, то независимо от их величины устройство укажет на повреждение на сборных шинах. Использование второго признака позволяет исключить принципиальный недостаток первого, основанного на сравнении токов всех присоединений. При наличии линий с большой емкостью, например, питающая секцию шин линия распределительной подстанции может иметь емкость, на порядок превышающую суммарную емкость всех остальных отходящих присоединений. В этом случае ток от ТТНП 1 поврежденного присоединения будет незначительно отличаться от тока этой линии. Наличие погрешности ТТНП 1, токов небаланса могут привести к неселективному действию защиты. Сравнение токов по фазе исключает такую возможность.

Использование только второго признака идентификации как единственного также нежелательно. Во-первых, в этом случае пришлось бы анализировать фазы токов по всем присоединениям сборных шин, на что потребуется значительные вычислительные ресурсы микропроцессора. Во-вторых, при наличии присоединения с малым собственным емкостным током на фазу этого тока может повлиять небаланс (I_нб ). Совместное же использование двух признаков исключает возможность неселективного действия защиты при использовании фазового сдвига, если существует большой небаланс в присоединении с малой емкостью, поскольку такое присоединение не является поврежденным, исходя из первого признака идентификации. Кроме того, анализ фазовых соотношений векторов тока достаточно произвести для трех присоединений с максимальными токами: если фазовый сдвиг между этими токами близок к нулю, фиксируется замыкание на сборных шинах, если в одном из трех токов сдвиг составлял 180°, это присоединение является поврежденным.

На понижающих подстанциях в случае определения только двух присоединений, обтекаемых током при ОЗЗ, автоматически вводится третий признак идентификации - сопоставление углов между напряжением нулевой последовательности 3U₀ и током 3I₀. Для поврежденного присоединения ток будет отставать от напряжения 3U₀ примерно на 90°, для неповрежденного - опережать на 90°.

Предлагаемое устройство позволяет селективно определять поврежденные присоединения при замыканиях на землю, фиксировать замыкания на землю при перемежающейся дуге и идентифицировать замыкания на секции, а также обеспечивает вывод сигналов телеуправления на отключение выключателей, что расширяет его функциональные возможности.

1. Устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, два измерительных трансформатора напряжения нулевой последовательности, первичные обмотки которых подключены к двум секциям сборных шин питающей подстанции, а обмотки "разомкнутый треугольник" соединены с входом устройства сопряжения по напряжению, отличающееся тем, что в него введены устройства сопряжения по числу защищаемых линий, включающие в себя датчик тока нулевой последовательности и выходное реле, блоки оцифровки сигнала по числу защищаемых линий и трансформаторов напряжения, микроконтроллер, блок индикации и управления, подключенный по линии связи к интерфейсу связи, который с помощью линии связи соединен с микроконтроллером, соответствующие выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами датчиков тока нулевой последовательности, к первым входам блоков оцифровки сигнала подключены выходы соответствующих датчиков тока нулевой последовательности и устройств сопряжения по напряжению, вторые входы блоков оцифровки сигнала соединены с соответствующими первыми выходами микроконтроллера, первые входы которого соединены с выходами блоков оцифровки сигнала, вторые выходы микроконтроллера соответственно соединены с входами выходных реле, третьи выходы микроконтроллера подключены к входам дискретных выходов, а вторые входы - к выходам дискретных входов.

2. Устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью по п.1, отличающееся тем, что блок оцифровки сигнала содержит фильтр, операционный усилитель, цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к соответствующему входу микроконтроллера, а вход соединен с выходом операционного усилителя, вход фильтра соединен с соответствующим выходом датчика тока нулевой последовательности, а выход подключен к первому входу операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соответственно соединен с первым выходом микроконтроллера, а второй вход - с выходом операционного усилителя.