Устройство для защиты электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью от однофазного (однополюсного) замыкания на землю

Союз Советскик

Социалистическик

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 25 07.80 (21) 2964792/24-07 с присоединением заявки-М (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.82. Бюллетень №8

Дата опубликования описания 28.02.82 (51)М. Кл.

h 02 Н 3/17

1ве) Аэроткенный KDMMT97

СССР (53) УДК 621 ° 316 ° .925!088.8) ею леттам изобретений и открытий

Л.Н. Карпиловский (72) Автор изобретения (71) Заявитель (g4) УстРОйСтво ДЛЯ ЗИ.ИтЬ ЭЛЕКтРИЧЕСКО 1 СЕТИ

С ИЗОЛИРОВАННОЙ ИЛИ КОМПЕНСИРОВАННОЙ

НЕЮ РАЛЬЮ ОТ ОДНОФАЗНОГО (ОДНОПОЛЮСНОГО)

ЗАИЫКАНИЯ НА ЗЕМЛР

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрических сетей.

Известно устройство для защиты электрической сети от токов утечки, содержащее источник оперативного напряжения, датчики оперативного тока, пороговый элемент и выключатели фидеров „13. . Недостатком устройства является малое быстродействие, обусловгенное двухэтапностью контроля и выявлением поврежденного фидера только на втором этапе последовательной проверкой величины тока утечки каждого фидера.

Наиболее близко по технической сущности к предлагаемомутустройство для защиты электрической сети от однофазных замыканий, содержащее пороговый элемент, блок выделения максимального сигнала и по числу контролируемых фидеров (элементов сети) датчики оперативного тока и выключатели фидеров 32)

Недостатком известного устройства является сравнительно низкое быстродействие защиты, обусловленное

5 тем, что общее время отключения всех поврежденных фидеров равно сумме времен отключения каждого вы- . ключателя (a основном, электромеханического1 поврежденного фидера и времени определения дефектности каждого фидера. Зто объясняется тем, что каждая из максимальных на данный момент времени составляющих l5 оперативного тока выводится из сравнения с другими составляющими только после отключения очередного поврежденного фидера.

Цель изобретения — повышение быстродействия защиты при наличии более одного однофазного замыкания в электрической сети.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты элек3 90 трической сети с изолированной или компенсированной нейтралью от однофазного (однополюсного) замыкания на землю, содержащее пороговый элемент, блок выделения максимального сигнале и по числу контролируемых фидеров датчики оперативного тока, выключатели фидеров и элементы И, к первым входам которых подключен выход порогового элемента, дополнительно введены источник оперативного напряжения, датчик полного оперативного тока, развязывающий элемент, блок коррекции (разности,вычитания) и по числу контролируемых фидеров датчики-преобразователи нали чия тока, запоминающие элементы и переключатели, причем один вывод источника оперативного напряжения подсоединен к земле, а другой через последовательно соединенные датчик полного оперативного тока и развязывающий элемент подсоединен к фазе (полюсу) защищаемой сети, выход датчика полного огеративного тока через блок коррекции подключен ко входу порогового элемента, вторые входы элементов И соединены с выходами датчиков-преобразователей наличия тока, выходы элементов И через запоминающие элементы подсоединены к управляемым входам выключателей фидеров и управляемым входом переключателей, информационные входы которых соединены с выходами датчиков оперативного тока, а первые выходы переключателей через датчики-преобразователи наличия тока соединены с соответствующими входами блока выделения максимального сигнала, вторые выходы переключателей соединены с соответствующими входами блока коррекции.

На чертеже изображена функциональ ная схема устройства..

Устройство содержит источник 1 оперативного напряжения, датчик 2 полного оперативного тока, развязывающий элемент 3, блок 4 .коррекции (разности), пороговык элемент (уставка) 5, логические элементы И 6 по числу контролируемых фидеров, датчики-преобразователи 7 наличия тока, блок 8 выделения максимального сигнала, выполненный, например, в

° виде логического элемента ИЛИ с количеством входов по числу контролируемых фидеров, датчики 9 оперативного тока, выполненные дпя сетей перемен9741 4

Устройство работает следующим образом.

От источника 1 оперативного напряжения подают в защищаемую сеть оперативный ток, полная величина которого измеряется датчиком 2 тока, сигнал с выхода которого через блок

4 коррекции (разности) поступает на вход порогового элемента 5. В наного тока, например, в виде трансформаторов тока нулевой последовательности в режиме трансреакторов, на выходе которых находится фильтр выделения оперативного сигнала, резистор 10, запоминающие элементы

11 (по числу контролируемых фидеров), переключатели 12 (по числу контрелируемых фидеров), причем один вывод

1р источника 1 оперативного напряжения подсоединен к земле (корпусу), а другой через последовательно соединенные датчик 2 полного оперативногсь тока и развязывающий элемент 3 под15 соединен к фазе (или полюсу) защищаемой сети. Выход датчика 2 полного оперативного тока через последовательно соединенные блок 4 коррекции (разности) и пороговый элемент 5 р соединен с. первыми входами логических элементов И 6 (6-1, 6-2,..., 6-n), вторые входы которых соединены с выходами датчиков-преобразователей

7 наличия тока (7-1, 7-2,...,7-п), выходы логических элементов Vi 6 через запоминающие элементы 11 (11-1, 11-2,...11-и) подключены к управляющим входам выключателей фидеров (элементов сети). Выходы блока 8 выделезр ния максимального сигнала (например, элемента ИЛИ) через последовательно включенные датчики-преобразователи 7 наличия тока и размыкающие контакты переключателей 12 (12-1, 12-2,..., 35

12-и) подсоединены с выходами датчиков 9 оперативного тока (при необходимости через согласующие каскады (не показаны), чтобы не затруднять восприятие). Выходы запоминающих элементов 11 соединены с управляемыми входами переключателей 12, а выходы датчиков 9 тока через замыкающие контакты переключателей 12 подключены ко входам блока 4 кор45 рекции (разности). При выполнении блока 8 выделения максимального сигнала в виде элемента ИЛИ его выход соединен через резистор 10 с землей (корпусом).

5 о

15 о

25 зо

4О

5 9 чальный момент до огределения первого поврежденного фидера сигналы коррекции на блок 4 коррекции через переключатели 12 не поступают, т.е. вычитаемые равны нулю, и сигнал с выхода датчика 2 полного оперативного тока проходит через блок 4 коррекции (разности) без изменения поэтому пропорционален общему току утечки всей сети (со всеми фидерами).

Напряжение на выходах датчиков 9 оперативного тока, пропорциональное составляющим оперативного тока в фидерах, через (согласующие каскады при необходимости) размыкающие контакты переключателей 12 и датчикипреобразователи 7 наличия тока поступает на соответствующие входы блока 8 выделения максимального сигнала, например входы логического элемента ИЛИ.

Так как оперативное напряжение прикладывается к защищаемой сети по отношению к земле (корпусу), то пол— ный оперативный ток и его составляющие характеризуют величины полного (эквивалентного) сопротивления изоляции всей сети и отдельных фидеров соответственно, а следовательно, и величины соответствующих токов утечек,(при известном рабочем напряжении сети).

При выполнении блока 8 выделения максимального сигнала в виде элемента ИЛИ ток в каждый данный момент времени протекает только через тот диод логического элемента ИЛИ, который подсоединен ко входу, на который поступает максимальное в данный момент времени напряжение с датчиков ." оперативного тока. Остальные диоды элемента ИЛИ в этот момент заперты максимальным из существующих на выходах датчиков 9 оперативного тока напряжений.

Сигнал с выхода датчика-преобразователя 7 наличия тока, например ñ датчика 7-3, находящегося в цепи ! открытого диода, поступает на второй вход соответствующего логического элемента И 6, например элемента 6-3. Однако на выход этого логического эгэмента К 6-3 сигнал проходит только в том случае, если на первые входы всех элементов И 6 поступает сигнал с выхода порогового элемента 5, несущий информацию о том, что поступивший íà его вход сигнал с выхода датчика 2 полного

09741 ь оперативного тока, прошедший через блок 4 коррекции (раэности), превышает его порог срабатывания, т.е. величина тока утечки всей сети превышает допустимый уровень.

В этом случае сигнал с выхода элемента И 6-3 через запоминающий элемент 11-3 поступает на управляемый вход соответствующего выключателя в качестве сигнала (команды) на отключение фидера.

Одновременно с поступлением сигнала на отключение фидера этот же сигнал поступает на управляемый вход переключателя 12-3, вызывая размыкание размыкающего контакта и замыкание замыкающего. Благодаря этому несмотря на то, что фидер еще не отключен (только находится в процессе отключения), информация о величине составляющей тока оперативного сигнала, протекающего через него, уже перестает гоступать на сравнение (анализ), а влияние фактического состояния фидера на общий оперативный сигнал исключается подачей сигнала, пропорционального протекающей через него составляющей тока оперативного сигнала, на блок 4 коррекции (разности) через замкнувшийся (замыкающийся) контакт переключателя 12-3.

Таким образом, несмотря на то, что в течение времени выключения поврежденного фидера величина сигнала, пропорционального полному оперативному току, поступающего на вход 4 блока коррекции (раэности), характеризует величину тока утечки всей сети {c учетом поврежденного фидера), уже на выходе блока 4 коррекции (разности) величина сигнала после определения поврежденного фидера характеризует ток утечки защищаемой сети беэ поврежденного фидера. Такая коррекция дает возможность получать информацию о состоянии остальной сети без поврежденного фидера в тот отрезок времени, когда поврежденный фидер фактически еще подключен к сети.

В этот момент, когда происходит отключение фидера, ток, гропорциональный его току утечки, выполняющий в течение отрезка времени от получения сигнала на отключение фидера до его фактического отключения роль сигнала коррекции, поступающего на блок 4 коррекции (разности), обращается в нуль и, таким образом, коррек9097

40 ция за ненадобностью автоматически снимается.

Исключе«ие необходимости коррекции после фактического. отключения фидера объясняется тем, что полный ток оперативного сигнала характеризует уже величину тока утечки (и сопротивления изоляции) сети без поврежденного фидера.

После выдачи сигнала на отключение поврежденного фидера (но еще до

его Фактического отключения) максимальное из оставшихся напряжений с выходов датчиков 9 оперативного тока приложено уже к какому-то другому 5 входу блока 8 выделения максимального сигнала, в рассматриваемом примере элемента ИЛИ, например, 1. Это находит отражение в появлении сигнала на выходе уже другого датчикапреобразователя 7 наличия тока, например 7-1, подсоединенного к этому входу элемента ИЛИ. Сигнал с выхода датчика 7-1 поступает уже на другой элемент И 6, например 6-1.

Если в этот момент времени величина полного откорректированного тока превышает допустимое значение, то сигнал появляется на выходе элемента

И 6-1 в качестве команды на отключение выключателя очередного поврежденного фидера. Одновременно этот сигнал поступает на управляемый вход переключателя 12-1, вызывая размыкание его размыкающего контакта и замыкание замыкающего, что обеспечи35 вает коррекцию информации о величине полного оперативного тока уже при исключении из сравнения (анализа) информации о величине составляющей тока оперативного сигнала, протекающей через второй поврежденный фидер в течение отрезка времени, при котором на отключение второго поврежденного фидера уже получен, а сам он

45 фактически еще не отключен.

Далее процесс происходит аналогично. Если же после получения сигнала на отключение очередного фидера и проведения после этого коррекции полного оперативного тока сигнал на выходе блока 4 коррекции (разности) становится меньше порога срабатывания порогового элемента 5, то сигнал на отключение очередного фидера не проходит ни через один из элементов И 6 . Это означает, что как полная величина тока утечки, так и токи утечки отдельных фидерсв теперь не

41 8 выходят за допустимые пределы, в связи с нахождением в допустимых пределах величин соответствующих сопротивлений изоляции, и что в остальной части электрической сети однофазное замыкание на землю отсутствует, Введение запоминающих элементов

11 обусловлено необходимостью запоминаний (Фиксации) сигнала на отключение поврежденного фидера в условиях прекращения подачи очередного максимального напряжения с выходов датчиКоВ 9 оперативного тока. После устранения повреждений фидеров и подключения их к сети запомминающие элементы 11 возвращаются в исходное состояние (связи возврата в исходное состояние не показаны).

Эффект повышения быстродействия. защиты по сравнению с известным устройством обусловлен тем, что, если в известном устройстве поврежденность очередного фидера определяется только после отключения ранее обнаруженного поврежденного фидера, т.е. последовательно во времени, и поэтому времена отключений поврежденных фидеров суммируются, то в предлагаемом осуществляется практически параллельное отключение поврежденных фидеров, так как выделение очередных поврежденных фидеров продолжают, не ожидая фактического отключения уже обнаруженного поврежденного фидера. Время же фактического отключения поврежденного фидера намного превосходит в общем случае время анализа, поэтому практически фидеры отключаются одновременно (с небольшим смещением во времени).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства вытекает из повышения быстродействия защиты, что повышает пожаро- и электробезопасность при эксплуатации электроустановок.

Формула изобретения

Устройство для защиты электрической сети с изолированной или компенсированной нейтралью or однофазного (однополюсного) замыкания на землю, содержащее пороговый элемент, блок выделения максимального сигнала и по числу контролируемых фидеров датчики оперативного тока, выключатели фидеров и элементы И, 90974

Составите Л. Васькова

Релактор В. Петраш Техред Л.Пекарь Корректор Н. Швыдкая

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д ° 4/5

Заказ 905/74

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 к первым r>.oäàì которых подключен выход порогового элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия защиты при наличии более одного однофазного

5 замыкания в электрической сети, в него дополнительно введены источник оперативного напряжения, датчик полного оперативного тока, развязывающий элемент, блок коррекции и по 1о числу контролируемых фидеров датчикипреобразователи наличия тока,запоминающие элементы и переключатели, причем один вывод источника оперативного напряжения подсоединен к земле, а другой через последовательно соединенные датчик полного оперативного тока и развязывающий элемент подсоединен к фазе (полюсу) защищаемой сети, выход датчика полного оперативного тока через блок коррекции подключен к входу порогового элемента, вторые входы элементов l l0

И соединены с выходами датчиков-преобразователей наличия тока, выходы элементов И через запоминающие элементы подсоединены к управляемым входам выключателей фидеров и управляемым входам переключателей, информационные входы которых соединены с выходами датчиков оперативного тока, а первые, выходы переключателей через датчики-преобразователи наличия тока соединены с соответствующими входами блока выделения максимального сигнала, вторые выходы переключателей соединены с соответствующими входами блока коррекции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское. свидетельство СССР

h" 442543, кл. Н 02 Н 3/16, 1974.

2. Бухтояров В.Ф. Новые устройства для защиты .от замыканий на землю.

Обзор 4НИЭИУ. М., 1976, с. 9-11 (прототип).