Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ РТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные преобразователь сигналов , подключенный к транс(|)орматору йапряжения нулевой последовательности, и первый ограничитель сигналов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго пороговых органов, подключенный к трансформатору тока второй ограничитель сигналов, выход которого соединен с пер: выми входами третьего и четвертого пороговых органов, два логических элемента И, I Каждый с двумя входами, выходы которых подключены к соответствующим входам логического элемента ИЛИ, соединенного через релейный усилитель с исполнительным органом, пятый пороговый орган, подключенный к выходу первого ограничителя сигналов , и первый блок времени, выход которого соединен с вторыми входами первых четырех пороговых органов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в рабо;те и помехоустойчивости, в него введены блок формирования короткого импульса, вторрй блок Времени, четыре К5-триггерй и четыре логических элемента .И-НЕ, причем выходы первого и второго пороговых : органов соединены соответственно с первы ми входами первого и второго логических элементов И-НЕ, а выходы третьего и четвертого пороговых органов - соответственно с первыми входами третьего и четвертого логических элементов И-ЙЕ, выходы логических элементов И-НЕ соединены с S-входами соответствующих RS-триггеров, инверсные выходы первого и второго RS-триггеррв соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И, а инверсные выходы третьего и четвертого RS-триггеров - соответственно с вторыми входами первого и второго логи-: ;ческих элементов И, прямые выходы первого и второго Н5-триггеррв соединены соответ- i ственно с вторыми входами второго и первого логических элементов И-НЕ, а прямые выходы третьего и четвертого RS-тригге- , ;ров - с вторыми входами четвертого и| третьего логических элементов И-НЕ, выход I пятого порогового органа через блок формиррвания коррткого импульса подключен к первым входам первого и второго блоков, времени, первый выход второго блока вре-; мени подключен к R-входам RS-триггеров,; а вторрй 1выход - к второму входу первого блока времени.. 2. Устррйство по п. I, отличающееся теы, что первый блок времени содержит последовательно соединенные логический элемент И и счетчик импульсов, установочный вход счетчика импульсов подключен к первому входу блока, а выход - к выходу блока и к вторрму. входу логического элемента И, первый вход которрго подключен к вторрму входу блока. 3. Устррйство по п. I, отличающееся тем, что второй блок времени содержит последовательно соединенные генератор импульсов, логический элемент И и счетчик имггу.гьсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИЯ

РЕСПУБЛИН

3др Н 02 Н 3/!6

/

I с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ .(21) 336!462/24-07

-. -(22) 01.12.81

: .(46) 23.11.83. Бюл. № 43 (72) О. А. Петров и В. 3. Арендт

:(7 l ) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола

,(53) 621.316.925 (088.8) ,(56) 1. Защита направленная импульсная от замыкания на землю ИЗС. Техническое опи сание и инструкция по эксплуатации. Рига, !

977, с. 42.

2. Авторское. свидетельство СССР в 675513, кл. Н 02 Н 3/16, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР ,% 754547, кл. Н 02 Н 3/16, 1976. ! 4. Дударев Л. E., Зубков В. В. и др. Комплексная защита от замыканий на землю. - «Электрические станции», 1981, № 7 с. 59 — 61.

;;(54) (57) !. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ,ОТ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ HA ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные преобразователь сигналов, подключенный к трансформатору.напряжения нулевой последовательности, и первый ограничитель сигналов, выход которого соедийен с первыми входами первого и второго пороговых органов, подключенный к трансформатору тока второй ограничитель сигналов, выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого пороговых органов, два логических элемента И, : каждый с двумя входами, выходы которых подключены к соответствующим входам ло. гического элемента ИЛИ, соединенного через релейный усилитель с исполнительным органом, пятый пороговый орган, подключенный к выходу первого ограничителя сигналов, и первый блок времени, выход которого соединен с вторыми входами первых четы- .рех пороговых органов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в раба; Te и помехоустойчивости, в Aего введены блок формирования короткого импульса,,;SU„1056343 A второй блок времейи, четыре RS-триггера и четыре логических элемента И-НЕ, при.чем выходы первого и второго пороговых ,органов соединены соответственно с первы ми входами первого и второго логических элементов И-НЕ, а выходы третьего и четвертого пороговых органов — - соответственно с первыми входаМи третьего и четвертого логических элементов И-НЕ, выходы логических элементов И-НЕ соединены с S-входами соответствующих RS-триггеров, инверсные выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И, а инверсные выходы третьего и четвертого RS-триггеров — соответственно с вторыми входами первого и второго логи-;ческих элементов И, прямые выходы первого щ Ct и второго RS-триггеров соединены соответ- ственно с вторыми входами второго и перво- го логических элементов И-НЕ, а прямые выходы третьего и четвертого RS-тригге-, С

"ров — с вторыми входами четвертого и., л третьего логических элементов И-НЕ, выход: пятого порогового органа через блок формирования короткого импульса подключен к первым входам первого и второго блоков времени, первый выход второго блока вре-. мени подключен к R-входам RS-триггеров, а второй выход — к второму входу первого блока времени.

2. Устройство ho п. l, отличающееся тем, (, ф что первый блок времени содержит после- довательно соединенные логический элемент

И и счетчик импульсов, установочный вход счетчика импульсов подключен к первому входу блока, а выход — к выходу блока и к второму, входу логического элемента И, первый вход которого подключен к второму входу блока.

3. Устройство по и. 1, птликаюи<ееся тем, чта второй блок времени содержит последовательно соединенные генератор импульсов, логический элемент И и счетчик импу.п,сов, 1056343 установочный вход счетчика импульсов подключен к входу блока, а выход его соединен с первым выходам блока и с вторым

Изобретение относится к электротехйи

ke, в частности к области защиты электри ческих сетей, и предназначено для работы в электрических сетях с изолироваййой и компенсированной нейтралью.

Известно устройство направленной импульсной защиты от замыкания»»d землю, содержащее реле направлейия мощности, включающее фильтры кайала тока и йапря» жейия, элемент койтроля знака мощйости в

:одновибраторы; а также триггеры, элемейт

И, реле йремейи и выходное реле )lj.

Известйо также устройство для йаправ ленной защиты от однофазного замыкайия

Bd землю в сети с изолировайной или .ком пенсированной нейтралью, содержащее им. пульсный орган направления мощности йулевой последовательности с самоудержайием по напряжению и автоматическим возвратам, к одйому из выходов которого подключены последовательно соедийенйые измерительный орган. перемежающегося дуго-, вого замыкания, логический элемент И и блок отключейия: сети, к второму выходу подключены второй вход логического эле-. мента И, а также последовательно соединенные орган фиксации установившегося:, металлического замыкания и элемейт сигнализации, к третьему выходу подключей

,счетчик числа единичных пробоев ф).

Недостаток известных устройств заклю-

I чается в там, чта фильтры приводят .к различной задержке высокочастотных сигйа-: лов, поступающих на элемент контроля. мощности, и в результате — к ухудшейиФ селективности действия защиты.

Известно, также устройство длй защйтй сети переменного тока от замыкания на зем лю, содержащее основные и дополнительные пороговые элементы тока и напряжения, первые входы которых подключены к дат-; чикам тока и напряжейия соответственно; первые выходы через. основной и дополни. тельный элементы И соответственно подклю чены к исполнительному органу, вторые вы-. ходы основйых и дополйительйых пороговых

;элементов така и напряжения подключены к блокирующим входам дополнительных и осаовных пороговых элементов така и йапряжения соответственно, вход блока возврата йодключен к датчику напряжения, а выходы — к дополнительным входам всех поро, говых элементов j3). входом логического элемента И, выход генератора импульсов подключен к второму выходу блока.

Недостатком известного устройства является пониженное быстродействие, обусловленное снятием питания с его оперативных цепей.

Наиболее близким к изобретению является устройство комплексйой защиты от.замыканий йа землю, содержащее датчики така и напряжения нулевой последовательнос;ти, измерительйый орган защиты, выполнейribN в виде четырех пороговых устройств с

1б памятью, два логических элемента И, логияеский элемейт ИЛИ, блок задержки, счетчик пробоев, устройство возврата с блоки., ровкой по напряжению нулевой последова",тельности, измерительйый орган дуговых . замыканий, два реле и логический эле.

",мент И (41.

Недостаток известного устройства зй1

,ключается в пониженном быстродействид

" из-за задержек сигналов, несущих ийфор мацию об одйофазйом замыкании на землю, 29 а также за счет снятия питания с оператив;йых цепей защи. ы при возврате схемы в исходное состояние.

Цель изобретения — повышение надежности работы и помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, чта в устройство для защиты от.однофазйога замыкайия на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последова.

1тельйо соединеййые преобразователь сигна

; лов, подключенный к трансформатору на

3р пряжения йулевой последовательности, и первый ограничитель сигналов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго пороговых органов, подключеййый к трансформатору тока второй ограничитель сигналов, выход которого соединен с первы35 ми входами третьего и четвертого пороговых оргайов, два логических элемейта И, каждый с двумя входами, выходы которых под* ,,ключены к соответствующим входам логи ческого элемейта ИЛИ, соединенного через релеййый усилитель с исполнительным органом, пятый пороговый орган, подключенный к выходу первого ограничителя сигналов, и

:первый блок времени, выход которого соедийен с вторыми входами первых четырех по-

,роговых органов, введены блок формирова, йия короткого. импульса, второй блок времени, четыре RS-триггера и четыре логических элемента И-НЕ, причем выходы первого и второго пороговых органов соединены соответственно с певвыми входами первого и

1056343

3 второго логических элементов И-НЕ, а выходы, третьего и четвертого пороговых органов — соответственно с первыми входами третьего и четвертого логических элементов И-НЕ, выходы логических элементов .

И-НЕ соединены с S-входами соответствую,5 щих RS-триггеров, инверсные выходы первого и второго RS-триггеров соединены соответственно с первыми входами первого и второго логических элементов И, а инверсные выходы третьего и четвертого RS-тригге- >р ров — соответственно с вторыми входами, первого и второго логических элементов И, прямые выходы первого и второго RS-триг-: геров соединены соответственно с вторыми входами второго и первого логических эле-, ментов И-НЕ, а прямые выходы гретьего и 15 четвертого RS-триггеров — с вторыми входами четвертого и третьего логических элементов И-НЕ, выход пятого порогового органа через блок формирования короткого импульса подключен к первым входам первого и второго блоков времени, первый выход второго блока времени подключен к

К-входам RS-триггеров, а второй выход— к второму входу первого блока времени.

При этом первый блок времени содержит последовательно соединенные логический 25 элемент И и-счетчик импульсов, установочный вход счетчика импульсов подключен к первому входу блока, а выход — к выходу блока и к второМу входу логического элемента И, первый вход которого подключе к второму входу блока.

Второй блок времени содержит последа вательно соединенные генератор импульсов, логический элемент И и счетчик импульсов, установочный вход счетчика импульсов под. ключен к входу блока, а выход его соедийен, с первым выходом блока и с вторым входом З5

; логического элемента И, выход генератора

; импульсов подключен к второму выходу

- блока.

Блок формирования короткого импульса: предназначен для формирования короткого 40 импульса для .сброса счетчиков, содержащих ся в первом и втором блоках времени, в мо-. мент однофазйого замыкания на землю с. . целью разрешения работы последних. -Пер; вый и второй блоки времени формируют" прямоугольные импульсы длительностью 45

М и Л !д соответственно. Прямоугольный импульс М1 разрешает работу первых четырех пороговых органов на время прохождения первой полуволны высокочастотных сигналов тока и напряжения нулевой после довательности. Эта необходимо с. целью повышения быстродействия устройства защиты. Прямоугольный импульс л1г поступает на Й-входы RS-триггеров, разрешая работу посАедних на время, достаточное для срабатывания исполнительного optaAa. При ликвидации однофазного замыкания на землю как только напряжение Uo станет меньше

1величины, соответствующей уставке пятого порогового органа, выходной сигнал последнего становится равным нулю, устройство вновь будет готово к работе. Таким образом, достигнуто повышение быстродействия устройства для защиты от однофазных замыканий на землю.

На фиг. 1 представлена схема устройства защиты; на фиг. 2 — пример выполнения первого блока времени; на фиг. 3 — пример ,выполнения второго блока времени.

К трансформатору напряжения нуле,вой последовательности (фиг. 1) подключе: ны последовательно соединенные преобразователь 2 сигналов и ограничитель 3 сигналов. Выход последнего соединен с первыми входами первого 4 и второго 5 порого-": вых органов, выходы которых подключены со ответственно к первым входам первого 6 и второго 7 логических элементов И вЂ” НЕ, выходы их соединены с S-входами соответственно первого 8 и второго 9 RS-триггеров.

Неинверсные выходы первого и второго

RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами второго 7 и первого 6 логич::скнх элементов И-НЕ.

К трансформатору !0 тока нулевой последовательности подключен ограничитель 11 сигналов, выход которого соединен с первыми входами третьего 12 и четвертого 13 пороговых оргайов, выходы последних под-:.! ключены соответственно .к первым входам третьего 14 .и четвертого 15 логических элементов И-НЕ, выходы которых соединены с

S-входами соответственно третьего 16 Й четвертого 17 RS-триггеров,. Неинверсные выходы третьего и четвертого RS-триггеров соединены соответственно с вторыми входами четвертого 15 и третьего 14 логических элементов И-HE. Инверсные выходы перво го 8 и второго 9 RS-триггеров подключены к первым входам соответственного первого 18 и второго 19 логического элементов И, а инверсные выходы третьего 16 и четвер-. того 17 RS-триггеров подключены к вторым входам соответственно первого 18 н второго 19 логических элементов И. Выходы этих! элементов соединены с соответствующими ! входами логического элемента ИЛИ 20, вы-; ход которого через релейный усилитель 21 соединен с исполнительным органом 22..К выходу ограничителя сигналов 3 подключены последовательно соединенные пятый 23 пороговый орган и блок 24 формирования короткого импульса, выход последнего сое-! динен со входами первого 25 и второго 26, блоков времени. Выход первого блока 25 врЕ мени подключен к вторым входам первых четырех пороговых элементов. Первый выход второго блока 26 времени подключен к второму входу первого блока 25 времени, а второй — к R входам RS-триггеров 8, 9, 16, 17. Первый блок 25 времени (фиг. 2) содержит последовательно соединенные счет- чик 27 импульсов и логический элемент И 28.

Установочный вход счетчика импульсов подключен к первому владу блока, а выход — —. к выходу блока. Второй вход логического

f056343

S элемейта И 28 подключен к второму входу блока, а выход -- к счетному входу счетчика 27 импульсов. Второй блок 26 времени (фиг. 3) содержит последовательно соединенные генератор 29 импульсов, логический элемент И 30 и счетчик 31 импульсов, причем установочный вход счетчика импульсов подключен к входу блока, выход счетчика импульсов — — к первому выходу блока и к второму входу логического элемента И 30, выход генератора 29 импульсов подключен к второму выходу блока.

В нормальном режиме работы сети напряжение нулевой последовательности Ц,; и ток нулевой последовательностй !о близки к нулю. На выходе пороговых органов 4, 5, 12, И и 23, иа инверсных выходах RS: 15 триггеров 8, 9, 16 и 17 и выходе логического элемента ИЛИ 20 будут нулевые сигналы. Исполнительный орган 22 будет на=; ходиться в исходном состоянии.

При одпофазном замыкании на землю в месте замыкания протекает ток переходного процесса, который содержит высокочастотную составляющую, а в напряжении нейт

1 рали появляется высокочастотная состав-: ляющая напряжения. Первая составляющая:, трансформируется через трансформатор m- р5 ка 10 нулевой последовательности и посту пает на вход ограничителя 11 сигналов к далее на первые входы пороговых органов 12 и 13. Высокочастотная составляющая напряжения пейтрали через трансформатор 1 напряжения нулевой последовательйости пос- ЗО тупает на вход преобразователя 2, который изменяет фвзу этой составляющей. С выхода преобразователя 2 через. ограничитель 3 сигналов сигнал поступает на первые входы первого 4, второго 5 и пятого 23 пороговых органов.

При этом срабатывает пятый 23 пороговый орган, реагирующий на первый полупериод (положительйый или отрицательный) входного высокочастотного сигнала, а также срабатывают первый 25 и второй 26 блоки времени. На выходе первого блока 25 времейи появляется прямоугольный импульс длительностью at«a >)a выходе второго блока времени 26 — прямоугольный импульс длительностью htq причем At> < к A t< Это необходимо для того, чтобы., И увеличить быстродействие и надежность. устройства. Эти блоки времени разрешают работу соответственйо порОГОВЫХ оРгайов 4;:

5„12, 13 и RS-триггеров 8,.9, 16, 17.

Пусть- замыкание Аа землю произошло : 5О вне зоны защиты, тогда высокочастотные

;сигналы, поступающие на входы ограничителей сигналов 3, 11 и далее, будут находиться в противофазе. Если первый полупериод высокочвстотного сигнала на первых входах блоков 4 и 5 положителен (отрица.,телен ), то соответствующий сигнАл на пер вых входах блоков 12, 13 — отрицателен (положителен). Пороговые, органы 4 и 12 реагируют на положительную половину, а

5 и 13 —. иа отрицательную. На инверсных выходах первого 8 (второго 9) и четвертого 7 (третьего 16) RS-триггеров сигналы изменяются с логических нулей на логические единицы, а на выходе логических элементов И 18, 19 сигналы не меняются и остшотся равными логическим нулям. Исполнительный орган 22 в данном случае работать не будет.

При замыкании на землю в зоне защит высокочастотная составляющая токв транс- форматора 10 тока совпадает по фазе с вы сокочастотным сигналом, появляющимся на выходе преобразователя 2. Й результате на инверсных выходах первого 8. (второго 9) и третьего 16 (четвертого 17) RS-триггеров сигяалы стануг равными логической едини1 це и через логические элементы И 18 (19), ИЛИ 20, релейный усилитель 21 сигнал пос.. тупает .на исполнительный оргай 22, кото рый сработает.

В нормальном режиме работы сети выходные сигналы логических элементов И-НИ

6, 7 (14, 15) и сигналы на неинверсных выходах RS-триггеров 8, 9 (26, 17) равны логической единице, а иа инверсных. выходах — логическому нулю. При однофазйом замыкании на землю на R входы RS-триггеров приходит разрешающий прямоугольный импульс длительностью A tg, достаточный для срабатывания исполнительного органа 22. Если первый полупериод высокочас-: тотных составляющих положителен (отрица- телен), то изменяется выходной сигнал пер-,: вого 6 (второго 7) и третьего 14 (четвертого 15) логических элементов И вЂ” НЕ и состояние соответствующих триггеров изменяется на противоположное, На иеинверсных вы ходах первого 8 (второго 9) и третьего !6

I (четвертого 17) RS-триггеров появляются сигналы, равные логическому нулю, которые блокируют прохождение второго полу йериода высокочастотного сигнала на вто:рой 9 и четвертый !7 (пераый 8 и третий 16), R5-триггеры благодаря запрету второго 7 и четвертого 15 (первого 6 и .третьего 14) логических элементов.

В нормальном, режйме работы сети гене

: ратор 29 вырабатйвает импульсы прямо угольйой формы, которые поступают на первые входы логических элементов И 28, 30. Остальные входные и выходные сигналы ,.первого 25 и второго 26 блоков времени ,равны нулю. При одиофазиом замыкании

"яа землю блок 24 формирования короткого

:импульса реагирует на серию входных им:пульсов я на первый бросок формирует короткий импульс прямоугольной формы, кота рый сбрасывает счетчики 27 и 31, изменяя их выходные сигналы с логического нуля иа логическую единицу. Эти сигналы разрешают прохождение счетных импульсов

1056343

7 на Счетные входь| счетчиков 27 н 3l через соответствующие логические элементы

И28и 30.

Череэ время ht4, яа выходе счетчика 27 н через время ht яа выходе счетчика 3l сигналы станут равными логическим нулям.

Применение данного устройства увеличит надежность работы защиты повысит помехоустойчивость н сократит простой оборудования.

1 .6

Редактор С. Патрушева

Заказ 9323/50

Составйтель Л. ВаськоваТехред И. Верес Корректор О. билак

Тираж 61 7:.. Подписное

ВНИИЙИ f îcóäàðñòâåííîãî комитета СССР по дела и изобретений и открытий

I 13035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патента, F. Ужгород, тл. Проектная, 4