Устройство для шунтирования места однофазного замыкания

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШУНТИРО- ВАНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ , .содержан ее определитель поврежденной фазы, соединенный тремя выходами с логическим б-локом, реализованным на трех элементах 2И, выходы которого связаны с шунтирующими выключателями каждой фазьг , при этом определитель поврежденной фазы состоит из .последовательно соединен ных блока преобра.зования напряжения нулевой последовательности в ток, адекватный Чоку замыкания на землю, и блока «реобразо вания тока заМыкания на землю в дополнительное напряжение и трех цепочек, каждая из ; которых состоит из последовательно соединенных блоков суммирования дополнительного напряжения е фазным .|}апряженмем сети, блоков сравнения и выходных пороговых ; элементов, выходы которых являются выходами определителя поврежденной фазы, а соответствующие датчики фазных напряжений сети подключаются к вторым входам блоков суммирования дополнительного напряжения с фазным напряжением сети и к вторым входам блоков сравнения каждой из цепоче.;, причем датчик напряжения нулевой последовательности подключается к :входу блока преобразования напряжения нулевой последовательности в ток, адек;ватный току замыкания на землю, а выход ;блока преобразования тока замыкания на гземлю в дополнительное напряжение под ключей к первым входам блоков суммировани;я дополнительного напряжения с фаЗ , ным напряжением сети, каждой цепочки, а J3 отличающееся тем, что, с целью позьплепия избирательности путем, блокирования ра (Л боты устройства при замыканиях на корпус в обмотках электродвигателей или поннжающих трансформаторах, введены три элемента временной задержки и вспомогательный логический блок, выполненный по схеме ЗИ, входы которого подключены к трем выходам определителяповрежденной фазы, а выходы-к блокировочнь1М входам элементов ел временной задержки каждой фазы, причем 05 выходы логического блока через элементы СО 4 ЬО временной задержки каждой фазы соедине , ны с шунтирующими выключателями кажI дои фазы соответственно.

ÄÄSUÄÄ 1056342

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

g(5i) Н 02 Н 3/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHGMV. СВИДЕТЕЛЬСТВУ с (21) 3333087/24-07, элементов, выходы которых являются вы(22) 31.08.8! ходами определителя поврежденной фазы, (46) 23.11.83. Бюл. № 43 а соответствующие датчики фазных напря-. (72) В. О. Жидков; 10. H Ильин, Л. А. Пла- жений сети подключаются к вторым входам шанский и А. В. Полозков блоков суммирования дополнительного на(71) Восточный научно-исследовательский пряжения с фазным напряженнем сети и к институт по безопасности работ в горной вторым входам блоков сравнения каждой промышленности из цепоче.;, причем датчик напряжения ну.(53) 621.316.925 (088.8) левой последовательности подключается. к (56) !. Авторское свидетельство СССР входу блока преобразования напряжения № 744819, кл. Н 02 Н 3/16, !977. нулевой последовательности в ток, адек2. Авторское свидетельство СССР па за-:ватный току замыкания .на землю, а выход .явке . № 3306257/24-07, кл. Н 02 Н 3/16,:блока преобразования тока замыкания на

22. 12.81. ;землю в дополнительное напряжение под. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШУНТИРО- (ключен к первым входам блоков суммироВАНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫ- вания дополнительного напряжения с фазКАНИЯ,.содержашее определитель повреж- ным напряжением сети, каждой цепочки, денной фазы, соединенный тремя выходами, отличающееся тем; что, с целью повышения с логическим блоком, реализованным на трех избирательности путем.. блокирования раэлементах 2И, выходы которого связаны с . боты устройства при замыканиях на корпус шунтируюшими выключателями каждой фа- в обмотках электродвигателей или понижаю- у зы, при этом определитель поврежденной цех трансформаторах, введены три элеменфазы состоит из .последовательно соединен.-" та временной задержки и вспомогательный ных блока преобразования напряжения ну- . логический. блок, выполненный по схеме ЗИ, 2 левой последовательности в ток, адекватный; входы которого подключены к трем выходам,у,"гоку замыкания на землю, и блока нреобразо . определителя поврежденной фазы, а выхования тока замыкания на землю в дополните- ды — к блокировочным входам элементов льное напряжение и трех цепочек, каждая из временной задержки каждой фазы, причем которых состоит из последовательно соеди- выходы логического блока через элементы, (3 .) ненных блоков суммирования дополнительно временной задержки каждой фазы соедине-, (;ф

ro напряжения с фазным напряжением сети,, ны с шунтирующими выключателями кажблоков сравнения и выходных пороговых . j дой фазы соответственно. 3Я !

1056342

Изобретение относится к,защите электрических сетей от однофазных замыканий на землю и защите людей от поражения электротоком при однофазном прикосновении и может быть использовано в трехфазных электрических сетях, работающих с изолированной нейтралью.

Известно устройство шунтирования места однофазного замыкания, состоящее. из блока определения поврежденной фазы и шунтирующих выключателей, соединяющих поврежденную фазу с землей. Поврежденная фаза в этом устройстве определяется . посредством измерения напряжений, искусств-> венно сформированных геометрическим суммированием фазных напряжений с развернутым на определенный угол напряжением

Нулевой последовательности и .сравнения сформированных напряжений с пороговой величиной. Поврежденная фаза при этом определяется по условию достижения пороговой величины срабатывания амплитуда-, ми сформированных, указанным способом напряжений неповрежденных фаз (I).

Недостатками этого устройства являются: снижение быстродействия определения ловрем<денной фазы, обусловленное последовательным сравнением амплитудного значения измеряемых напряжений ла всех трех фазах с пороговой величиной, вследствие этого время определения поврежденной фа-, зы достигает 20 — 25 мс; зависимость зоны

30 чувсгвительносги от колебаний напряжения сети; отсутствие селективности определения поврежденной фазы по месту замыкания, : т.с. способность реагировать на замыкание, лроизошедшсе как иа линии, так и в обмотке потребителя, Последнее может привести к неэффекгивному шунтированию и усугубить процесс однофазного замыкания на землю, Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором повышен(1. . быстродсйствие определения поврежденной,"" фазы до 3-8 мс, за счет реализации ино- го принципа, заключающегося в сравненйи мгновенных значений напряжений фаз пО знаку с током замыкания на землю одновременно на всех фазах. При однофазных 45 замыканиях на землю на участке сети от источника питания до потребителей существует закономерность: на поврежденной (замкнувшейся на землю) фазе остаточное напряжение находится в фазе с током замыкания на землю в течение всего полупе- g0 риода; на неповрежденных фазах остаточные напряжения какую-то часть полупериода не совпадают ло знаку с током замыкания на землю. По этой информации логическая схема устройства и определяет поврежденную фазу; 55

Кроме того, исключена зависимость чувствительности от колебаний напряжения се- ти. Это достигнуто введением «следящейз за йапряжением сети пороговой величины срабатывания (2) .

Недостатком известного устройства является отсутствие селективности определения поврежденной фазы яо месту замыкания. Обусловлено это тем, что в случае замыкания фазы на землю в обмотках электродвигателей или понижающих тря,нсформаторов остаточное напряжение в месте замыкания, определяемое падением напряжения на части обмотки от ее начала до точки замыкания., оказывается значительным, При этом через землю, заземляющие цепи и шунтирующий выключатель будет протекать ток, превышающий ток металлического однофазного замыкания, который может создавать в заземляющих цепях опасные .. напряжения прикосновения.

Цель изобретения — повышение избирательности путем блокирования работы устройства при замыканиях на корпус в обмотках электродвигателей или понижающих трансформаторах.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для шунтирования места однофазного замыкания, содержащее определитель поврежденной фазы, соединенный тремя выходами с логическим блоком, реализованным на трех элементах 2И, выходы которого связаны с шунтирующими включателями каждой фазы, при этом определитель поврежденной фазы состоит из последовательно соединенных блока преобразования напряжения нулевой последовательности в ток, адекватный току замыкания на землю, и блока преобразования тока замыкания на землю в дополнительное напряжение и трех цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных блоков суммирования дополнительного напряжения с фазным напряжением сети, блоков .сравнения и выходных пороговых элементов, выходы которых являются выходами определителя поврежденной фазы, а соответствующие датчики фазных напряжений сети

1 подключаются к вторым входам блоков суммирования дополнительного напряжения с фазным напряжением сети и к вторым входам блоков сравнения каждой из цепочек, причем датчик напряжения нулевой

/ последовательности подключается к входу блока преобразования напряжения нулевой последовательности в ток, адекватный току замыкания на землю, а выход блока преобразования тока замыкания на землю в дополнительное напряжение подключен к первым входам блоков суммирования дополнительного напряжения с фазным напряжением сети каждой цепочки, введены три элемента временной задержки и вспомогательный логический блок, выполненный по схеме ЗИ, входы которого подключены к трем выходам определителя поврежденной фазы, а выходы — к блокировочным вхолам элементов временной задержки каждой фазы, причем выходы логического блока через элементы временной задержки каждой фазы соединены с шунтирующими выключателями каждой фазы соответственно.

На фиг. 1 представлены векторные диаг5 раммы напряжений и тока при однофазных замыканиях в линиях (а) и в обмотках электропотребителей (б); на фиг. 2 — блок-схема устройства; на фиг. 3 — диаграммы напряжений соответствующих режиму замыкания в линиях (а) и в обмотках электрических машин (б). Ток однофаэного замыкания имеющий преимущественно емкостной харак° I тер, i, на участках от источника питаниями/ до вводных клемм потребителя совпадает по .фазе с остаточнйм напряжением поврежденI5 ной фазы U

При однофазных замыканиях на корпус обмоток электрических машин и понижающих трансформаторов, т.е. непосредственно в обмотках потребителей электроэнергии, ток 2О однофазного замыкания на землю i оказывается не синфазным с остаточным напряжением поврежденной фазы Uo . Остаточное напряжение U является геометрической суммой напряжения относительно земли в месФе замыкания, обусловленного прово- 5 димостью изоляции U» (напряжение обмотки в месте замыкания относительно земли и падения напряжения в обмотке потребителя на участке от вводных клемм до места замыкания о(1н те . 30

UOCT = UN3 +

Так как замыкания на корпус в обмот ках потребителей носят дуговой характер сопротивлением дуги, не превышающей не- сколько Ом,то модуль вектора Биз составляет (0,005 — 0,01) от модуля фазного напряжения. Падение же напряжения bU» в зависимости от точки замыкания может по модулю достигать значения, близкого к модулю фазного на п ряжения.

Поэтому, как следует из векторной диаг- 40 раммы, показанной на фиг. 1,б, 13ост по фазе будет примерно совпадать с 811», т.е. с исходным фазным напряжением поврежден-» ной фазы U .

С другой стороны известно, что

Uoc = Uop — Uo, где Uo — напряжение нулевой последовательности, возникающее при замыкании на корпус одной фазы обмотки потребителя и обусловленное нарушением симметрии про-- 5п водимости изоляции фаз.

Учитйвая, что < по фазе примерно совпадает с 11ор для случая номинальной загрузки потребителя, Uo также будет примерно совпадать по фазе с 8U и Uo<>.

При других реально возможных сочетаниях 55 емкостной проводимости изоляции и нагрузки потребителя угол рассогласования фаз

Uo и 811» не превышает 15 . Ток замыкайия на землю i;, протекающий пол воздействием напряжения, будет опережать по фазе напряжение LJ «фа угол 75-90 . При замыкании ее в линиях электропередач угол межлу ic и Uoc близок к нулю, т,е. они практически синфазны.

Слеловательно, используя различия в фазовых соотношениях между током замыкания на земле и остаточным напряжением поврежденной фазы, можно однозначно различать место замыкания и выполнять селективное шунтирование, т.е. осуществлять его при замыканиях на земле в линиях электропередач, характеризующихся синфазностью между током замыкания и остаточным напряжением фазы, и не допускать шунтирование при замыканиях на корпус одной из фаз обмоток потребителей, характеризующихся угловым сдвигом тока замыкания и остаточного напряжения фазы на угол близкий к 90.

Ю

Устройство состоит из определителя 1 поврежденной фазы с логическим блоком 2, реализующим логические - функции Y» == Хд Х» Хс, У» = Хх Х» Хс, Yo = Xa Х Х,, присоединенным выходами к элементам 3 — 5 временной задержки, которые в свою очередь выходами подключены к шунтирующим выключателям б — 8. Параллельно входам логической схемы 2 подключены входы вспомогательного логического блока 9, выполненного по схеме ЗИ, выходы которого присоединены к блокировочным входам элемен-. тов 3 — 5 временной эалержки.

Определитель поврежденной фазы 1 вклю- чает в себя следующие функциональные блоки: блок 10 преобразования напряжения нулевой последовательности Ua в ток, адекватный току замыкания на землю i. .; блок преобразования тока замыкания на землю в дополнительное напряжение U3 . 11; блоков 12 — 14 суммирования дополнительного напряжения Ua с напряжениями фаз сети относительно земли; блоков 15 — 17 срав-. нивая модулей мгновенных значений суммар-. ных напряжений U с модулями мгновенных значений фаз сети относительно земли и выходных пороговых элементов 18 — 20, подключенных к входам логического блока 2.

В исходном состоянии, т.е. при отсутствии в сети однофазного замыкания на землю, напряжение нулевои последовательности U© отсутствует и, следовательно, на вход опрелелнтеля 1 поврежденной фазы управляющий сигнал не поступает. Поэтому и с выходов определителя 1 поврежденной фазы сигналы не поступают на логические блоки 2, 9. В силу этого шунтирукицие выключатели 6 — 8 не замыкают фазы сети на землю.

При возникновении однофаэпого замыкания на землю в сети. появляется напряжение нулевой последовательности 1!, . которое

$ поступает на вход определителя повреж:денной фазы. При этом блок 10 преобразо вывает напряжение U в ток, адекватный току однофазного замыкания на землю ф

Затем блоком 11 ток, адекватный !», преобразуется в добавочное напряжение U3, которое блоками 12 — -14 суммируется с напряжениями фаз сети относительно земли. ,Полученные таким образом суммарные йа,пря>кения (4а, !Ьь, (Ьс блоками 15 — 17 сравниваются по модулю с напряжениями фаз сети относительно земли U, Бь, Uc. u в случае превышения суммарного напряжения над фазными, на какой-либо из фаз выходной пороговый элемент !8 — -20, соответствующий этой фазе, передает сигнал на вход логических блоков 2,9. Количество входных сигналов, поступающих на входы логических блоков 2,9, зависит от места. возникновения однофазного .замыкания.

П ри однофазном замыкании в линиях электропередач ю>а вход блоков 2,9 будет поступать два гигнала, соответствующих не. поврежденным фазам.

Г!аявление именно двух последовательно . поступающих сигналов обусловлено тем, что при однофазных замыканиях в линиях суммарные няпря>кения U на неповрежденных фазах, полученные посредством сложения дополнйтельного напряжения Uh и остаточного напряжения на поврежденной фазе ()ест, в течение некоторой.части каждого полупериода превышают напряжения этих фаз относительно земли. Л на поврежденной фазе Ur всегда меньше остаточного напряжения этой фазы.

При появлении на входах двух сигналов логический блок .2 реализует функции

Ул = Хх Хь Хг., Уь = ХА Х Хс, Yc = . = ХдХ Х, и передаст команду на один из элементов 3 — -5 временной задержки, соответствующий повре>кденной фазе. Вспомогательный логический блок 9, выполненный по схеме ЗИ, на наличие двух входных сигналов не реагирует, поэтому на блокировочные входы э,лементов 3 —.Ь временной задержки, сигналы от логической схемы 9 не поступают. Вследствие этого элемент временной задержки, на который поступила команда от логической блока 2, через заданную выдержку времени, выдает команду на один из шунтнрующих выключателей 6—

8, соединяющий, поврежденную фазу с землей и, таким образом, осуц ествляющий шунтирование места повреждения.

При однофазном замыкании на корпус обмотки двигателя или трансформатора

1056342 фазности тока замыкания ic с остаточным напряжением поврежденной фазы Uoc (угол рас ождения может состав.:чть 75—

90 ) суммарные напряжения Ок превышают напряжения !1>аз относительно земли не только на 1аеповрежденных фазах, но и на повреж»;, иной.

Таким о разоч устройство позволяет однозначно отличить однофазные замыкания на землю в линиях от однофазных замыканий на корпус в обмотках электрических машин и понижающих трансформаторов (потребителей электроэнергии) и осуществлять в соответствии с этим селективное шунтирование при замыканиях в линиях,исключая шунтирование замыканий на корпус обмоток потребителей.

40

Использование предложенного устройства позволяет повысить электробезопасность при эксплуатации электроустановок угольных разрезов и шахт, а также горных предприятий других отраслей промьцпленности.

50 (потребителей электроэнергии) на входй логических блоков 2 и 9 будет поступать последовательно с некоторыми интервалами времени три сигнала. Логический блок 2 после поступления двух сигналов сработает и передаст команду на соответствующий элемент временной задержки. Дальнейшее прохождение сигнала возможно только после выдержки времени 4» заранее зало- женной в элементы 3 — 5 временной задерж-, ки. Выдержка времени ts выбрана такой, чтобы она перекрывала интервал времени между появлением второго и третьего входных сигналов на логические схемы 2, 9.

Поэтому элемент временной задержки, на который поступил сигнал от логического блока 2, не успев пропустить этот сигнал, получает на блокировочный в запрещающий сигнал от вспомогательного логического блока 9, отработавшей (по схеме ЗИ) три последовательно поступивших входных

20 сигнала. Таким образом, элементы 3 — 5 временной задержки оказываются заблоки.рованными и не пропускают командные сигналы на шунтирующие выключатели, исключая тем самым шунтирование места повреждения в обмотках потребителей. В этом

25 ь случае зашита от однофазных замыкании осуществляется только отключением поврежденного фидера.

Появление третьего сигнала при однофазном замыкании на ко).пус обмоток потребителей обусловлено тем, что вследствие присущей этому виду повреждения несин08

С

В

4 низа

Фиг.1

С д

056342

Составитель Н. Чутчев

Редактор С. Патрушева Техред И. Верес Корректор А. Дзятко

3 а каэ 9323/50 Тираж 6!7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нэобретеннй и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4