PL174668B1 - Układ reagowania na awaryjny upływ prądu z obwodu elektrycznego zmienno-prądowego do ziemi - Google Patents

Abstract

1. Układ reagowania na awaryjny upływ prądu z obwodu elektrycznego zmienno-prądowego do ziemi, zawierający w po57) łączeniach wydzielony przekładnik Ferrantiego połączony z obwodem chronionym, blok zasilania, wzmacniacz nastawny połączony z blokiem nastawianych opóźnień czasowych z kolei połączony z przekaźnikiem wykonawczym, a także zaopatrzony w ręczne łączniki testowania i resetowania pracy układu, znamienny tym, że ma blok (1) kontroli prawidłowości połączeń przekładnika (2) Ferrantiego z układem, a w bloku tym przetwornik (11) prąd-napięcie jest połączony z wejściem połączonym z tym przekładnikiem, oraz taki sam przetwornik (13) prąd-napięcie jest poprzez wejście (14) połączony także z przekładnikiem (2), a wejście (14) jest też połączone z wyjściem przetwornika (li), oraz wyjścia tych przetworników są połączone z operacyjnym różnicowym wzmacniaczem (15) z kolei połączonym poprzez filtr (16) z operacyjnym odwracającym wzmacniaczem (17) o wyjściu połączonym z komparatorem (18), którego wyjście (19) stanowi jedno z wyjść bloku (1), a następne jego wyjście stanowi wyjście wzmacniacza (15), a także układ ma blok (10) wskaźnika wielkości prądu różnicowego, w którym scalony układ (21) jest odpowiednio połączony z szeregowo usytuowanymi świecącymi diodami (22), natomiast wejście (23) tego bloku jest połączone z układem scalonym (21), a wyjście (24) steruje blokiem (4) nastawianych opóźnień czasowych, z blokiem (10) po- łączonajest świecąca dioda (36) sygnalizująca zadziałanie układu i dioda (37) sygnalizująca załączenie zasilającego bloku (8), przy czym układ ma od przekładnika (2) i ręcznego łącznika (30) testowania podłączony obwód (7) zdalnego testowania i od bloku (4) nastawianych opóźnień czasowych poprzez ręczny łącznik (25) resetowania ma podłączony obwód (6) zdalnego resetowania.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ reagowania na awaryjny upływ prądu z obwodu elektrycznego zmienno-prądowego do ziemi, przystosowany do działania w obwodzie sieci elektroenergetycznej jednofazowej lub wielofazowej o napięciu znamionowym do 500 V i o częstotliwości 50 - 60 Hz.

Znane są do tego celu różne układy składające się z elektronicznych przekaźników w połączeniu z badaną siecią poprzez inne elementy obwodu zabezpieczanego.

Znany jest układ według patentu polskiego 92710, który zawiera wydzielone źródło napięcia pomiarowego, włączone jednym biegunem do zacisku uziemienia, a drugim biegunem poprzez zestyk przełącznika programowego i dławik do układu elektroenergetycznego. Równolegle do tego układu, poprzez układ sprzęgający, dławik i przełącznik, jest włączony dzielnik napięcia pomiarowego połączony z pomiarowowykonawczymi elektronicznymi przekaźnikami pierwszego i drugiego stopnia działania członu pomiarowo-wykonawczego.

Także układ według patentu polskiego 135036 zawiera człon rejestracji zmian rezystancji izolacji oraz automatycznego sterowania zapisem, o wejściu połączonym z dzielnikiem napięcia pomiarowego, który z kolei jest połączony z przyrządem samopiszącym. Ponadto układ zawiera blok sygnalizacji optycznej połączony z zespołem przekaźników funkcjonalnych, które są zasilane z wydzielonego źródła napięcia pomiarowego. Poza tym układ ma wyłącznik sieciowy włączony w obwód układu elektroenergetycznego oraz blok sygnalizacji akustycznej połączony z niezależnym źródłem

174 668 zasilania. Człon skalowania zawiera rezystor połączony z wydzielonym źródłem napięcia oraz połączony poprzez styk przycisku skalowania człon sprzęgający i odłącznik izolacyjny z układem elektroenergetycznym. Natomiast człon pomiarowo-wykonawczy zawiera wzmacniacze prądu stałego wyposażone w diody elektroluminescencyjne umieszczone w kolektorach tranzystorów mocy. Człon rejestracji zmian rezystancji izolacji oraz automatycznego sterowania zapisem zawiera przekaźnik o stykach wykonawczych połączonych współzależnie ze stykami wykonawczymi pierwszego i drugiego stopnia działania członu pomiarowo-wykonawczego. Blok sygnalizacji optycznej zawiera lampki sygnalizacyjne podzielone na dwa stopnie sygnalizacji. Pierwszy stopień zawiera lampki sygnalizacyjne zasilane bezpośrednio z wydzielonego źródła napięcia pomiarowego. Drugi stopień zawiera lampki sygnalizacyjne, w których obwód zasilania jest włączony elektroniczny migacz, poprzez styk zwiemy przekaźnika pierwszego stopnia działania w bloku pomiarowo-wykonawczym. Jedna z lampek sygnalizacyjnych drugiego stopnia sygnalizacji optycznej jest włączona w obwód zasilania, poprzez styk zwierny przekaźnika drugiego stopnia działania w bloku pomiarowo-wykonawczym.

Natomiast układ według patentu polskiego 151895 ma przekaźnik elektroniczny zawierający włączony na wyjściu filtr wejściowy zbudowany z równolegle połączonych ze sobą dławika i kondensatora rezonansowego, oraz połączonych z nim szeregowo diody i dodatkowego kondensatora, a także przyłączony do zacisków tego kondensatora dodatkowego dzielnik pomiarowy, złożony z szeregowo połączonych rezystorów pomiarowych podłączonych do wyjścia źródła napięcia pomiarowego. Zaciski jednego z rezystorów pomiarowych są przyłączone do tranzystora sterującego poprzez rezystor sprzęgający, złącze baza-emiter tranzystora sterującego i rezystor emiterowy tego tranzystora sterującego. Kolektor tego tranzystora jest połączony poprzez inny rezystor z bazą tranzystora wyjściowego, posiadającego kolektor połączony poprzez element wykonawczy z zasilaczem. Natomiast emiter także tego tranzystora jest połączony ze wspólnym punktem łączącym jednocześnie wyjścia źródła napięcia pomiarowego ze wspólnym punktem łączącym jednoimienne wyjście źródła napięcia pomiarowego i zasilacza oraz rezystor pomiarowy i rezystor emiterowy.

Wymienione znane układy nie mają zastosowania w układach reagowania na awaryjny upływ prądu z obwodu elektrycznego zmienno-prądowego do ziemi w dowolnych sieciach energetycznych, a są przeznaczone szczególnie do sieci kopalnianych ponieważ nie są zastosowane w nich przekładniki Ferrantiego.

Natomiast znane są do tego celu układy zawierające Przekładnik Ferrantiego. Według patentu amerykańskiego 3930187 układ zawiera Przekładnik Ferrantiego, którego uzwojenie pierwotne stanowią przewód fazowy i przewód neutralny, a uzwojenie wtórne jest połączone ze wzmacniaczem prądu różnicowego, który jest połączony z cewką wyzwalacza elektromagnetycznego. Także układ zawiera obwód sprawdzania połączenia uziemienia z przewodem neutralnym i obwód testujący. Układ sprawdzania połączenia uziemienia z przewodem neutralnym składa się z transformatora próbkującego o rdzeniu nasyconym, którego uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem sieciowym, a uzwojenie wtórne stanowi przewód neutralny. Obwód testujący składający się z rezystora i przycisku, jest połączony z przewodem neutralnym przed przekładnikiem Ferrantiego oraz z przewodem fazowym za przekładnikiem.

Poza tym według patentu polskiego 141078 układ zawiera Przekładnik Ferrantiego, którego uzwojenie pierwotne stanowi przewód fazowy i przewód neutralny oraz obwód sprawdzania połączenia uziemienia z przewodem neutralnym. Obwód testujący charakteryzuje się tym, że do uzwojenia wtórnego przekładnika Ferrantiego jest podłączony dyskryminator progowy, który jest połączony z cewką wyzwalacza elektromagnesowego za pośrednictwem wzmaicniacza mocy, a obwód sprawdzania połączenia uziemienia z przewodem neutralnym składa się z członu generacyjnego, połączonego z uzwojeniem pierwotnym transformatora próbkującego. Do tego uzwojenia jest włączony szeregowo detektor prądu, który jest połączony z wejściem dyskryminatora progowego.

174 668

Dwa te znane rozwiązania mają zastosowanie tylko do sieci jednofazowych.

Także według patentu brytyjskiego 1532814 układ zawiera Przekładnik Ferrantiego ze wzmacniaczem operacyjnym o wyjściu połączonym poprzez element progowy z bramką tyrystora, który powoduje zadziałanie zabezpieczenia. Energia zasilająca układ jest pobierana poprzez transformator prądowy z obwodu zabezpieczanego. Przycisk testowania ręcznego jest włączony jednym przewodem do obwodu chronionego za przekładnikiem Ferrantiego a drugim przewodem z obwodem chronionym przed tym przekładnikiem.

Charakterystyczną cechą tego układu jest to, że ma tylko testowanie ręczne poprawności działania układu, nie występuje sygnalizacja optyczna stanu pracy układu i brak jest możliwości zmiany regulacji czułości układu.

Układ według patentu brytyjskiego 2170367 ma podobną budowę do układu według patentu brytyjskiego 1532814, z tą tylko różnicą, że ma obwód testujący podłączony jednym końcem do obwodu chronionego a drugim końcem do ziemi, co powoduje dodatkową rozbudowę instalacji.

Obydwa układy według patentów brytyjskich reagują na dodatnią połówkę sinusoidy i w przypadku gdy prąd upływu będzie miał charakter pulsujący, co się wiąże z prostowaniem ujemnych połówek sinusoidy, to wówczas układ nie będzie działać. Poza tym układy te mają zastosowanie tylko do sieci jednofazowych.

Także znany jest układ przekaźnika różnicowo-prądowego typu SNSEL SRD z literatury fabrycznej DORMAN SMITH - Anglia, polegający na tym, że przekładnik Ferrantiego jest wydzielony z układu. Układ z kolei jest połączony z tym przekładnikiem poprzez wzmacniacz różnicowy, blok komparatora, blok opóźnień czasowych i przekaźnik wykonawczy. Układ ma obwód testowania i resetowania działający poprzez przyciski ręczne. Zasilanie układu odbywa się tylko z jednej fazy, co jest o tyle niedogodne, że w zastosowaniu w sieci wielofazowej wymaga wprowadzenia dodatkowych zabezpieczeń w przypadku zaniku napięcia w fazie z której jest zasilany. Także niedogodnością jest brak w układzie wskaźnika wielkości prądu upływu z sieci oraz brak jest także wskaźnika sygnalizującego uszkodzenie w obwodzie połączenia z przekładnikiem Ferrantiego.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że ma blok kontroli prawidłowości połączeń przekładnika Ferrantiego z układem i w bloku tym przetwornik prąd-napięcie jest połączony z wejściem połączonym z tym przekładnikiem, oraz taki sam przetwornik prąd-napięcie jest połączony także z tym przekładnikiem, przy czym wyjścia tych przetworników są połączone z operacyjnym wzmacniaczem różnicowym. Operacyjny wzmacniacz różnicowy z kolei jest połączony poprzez filtr z operacyjnym wzmacniaczem odwracającym o wyjściu połączonym z komparatorem, którego jedno wyjście jest wyjściem z bloku kontroli prawidłowości połączeń przekładnika Ferrantiego z układem, a następne jego wyjście stanowi wyjście operacyjnego wzmacniacza różnicowego. Także układ ma blok wskaźnika wielkości prądu różnicowego w którym układ scalony jest odpowiednio połączony z szeregowo usytuowanymi diodami świecącymi. Wejście tego bloku jest połączone z układem scalonym, a wyjście steruje blokiem nastawianych opóźnień czasowych oraz w połączeniu tego bloku jest dioda świecąca sygnalizująca zadziałanie układu i dodatkowa dioda sygnalizująca załączenie bloku zasilającego. Poza tym układ ma od przekładnika Ferrantiego i ręcznego łącznika testowania podłączony obwód zdalnego testowania i od bloku nastawianych opóźnień czasowych poprzez łącznik ręczny ma podłączony obwód zdalnego resetowania układu.

Zaletą układu według wynalazku jest to, że dzięki wprowadzeniu do układu przekaźnika różnicowo-prądowego, bloku kontroli prawidłowości połączenia przekładnika Ferrantiego z układem, nastąpiło zwiększenie niezawodności układu poprzez zabezpieczenie użytkownika przed wystąpieniem upływu prądu, na przykład przy przerwie w obwodzie przekładnika Ferrantiego. Jednocześnie budowa bloku zapewnia silne obciążenie przekładnika Ferrantiego w wyniku czego pojawienie się składowej stałej w

174 668 obwodzie chronionym nie powoduje zmniejszenia czułości układu. Zwiększenie się rezystancji połączenia przekładnika Ferrantiego z układem powyżej zadanej wartości, powoduje zadziałanie przekaźnika i wyłączenie obwodu chronionego sygnalizując, że układ jest niepełnosprawny. Także zaletą jest wprowadzenie zdalnego testowania i resetowania pracy układu przekaźnika, dzięki czemu może on pracować w sieciowych układach wysoko zautomatyzowanych, bowiem brak tego zdalnego testowania i resetowania powoduje konieczność stałego dozoru personelu technicznego nad prawidłowością działania układu przekaźnika.

Poza tym dzięki wprowadzeniu do układu bloku wskaźnika wielkości prądu różnicowego, użytkownik ma możliwość ciągłego obserwowania stanu izolacji doziemnej obwodu chronionego, wskutek sygnalizacji wielkości prądu upływu za pomocą diod świecących wyskalowanych w procentach nastawianych czułości w układzie przekaźnika, a poprzez wzmacniacz nastawny osiąga się możliwość wyboru wymaganej czułości układu przekaźnika. Natomiast wskutek zastosowania bloku nastawianych opóźnień czasowych jest możliwość wyboru wymaganego zadziałania układu przekaźnika, co pozwala na dokonanie koordynacji zabezpieczeń różnicowo-prądowych w sieci elektroenergetycznej.

Także zaletę stanowi zastosowanie bloku zasilania o możliwości zasilania z sieci czteroprzewodowej to jest o trzech fazach i przewodzie neutralnym, o napięciu do 500 V, który charakteryzuje się tym, że dostarcza napięcie do zasilania układu nawet wtedy gdy występuje napięcie tylko w jednej fazie zasilającej, dzięki czemu układ przekaźnika zabezpiecza daną sieć bez względu na to czy występują w niej wszystkie napięcia fazowe.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat połączeń elektrycznych układu, fig. 2 - schemat połączeń elektrycznych bloku kontroli prawidłowości połączenia przekładnika Ferrantiego z układem, fig. 3 - schemat połączeń elektrycznych bloku wskaźnika wielkości prądu różnicowego, fig. 4 - schemat połączeń elektrycznych zdalnego resetowania układu, a fig. 5 - schemat połączeń elektrycznych zdalnego testowania układu.

Układ według wynalazku ma blok 1 kontroli prawidłowości połączenia przekładnika Ferrantiego z układem, połączony na wejściu z tym przekładnikiem 2, a na wyjściu poprzez nastawczy wzmacniacz 3, blok 4 nastawianych opóźnień czasowych z wykonawczym przekaźnikiem 5. Blok 4 jest dodatkowo połączony z obwodem 6 resetowania układu. Obwód 7 testowania układu jest połączony z przekładnikiem 2, przy czym resetowanie i testowanie jest zdalne. Blok 8 zasilania jest połączony z chronionym obwodem 9. Następnie do wyjścia wzmacniacza 3 jest dołączony blok 10 wskaźnika wielkości prądu różnicowego.

Blok 1 ma przetwornik 11 prąd-napięcie połączony przez wejście 12 z przekładnikiem 2, oraz taki sam przetwornik 13 prąd-napięcie połączony poprzez wejście 14 także z tym przekładnikiem, przy czym wejście 14 jest także połączone z wyjściem przetwornika 11. Wyjścia tych przetworników są połączone z operacyjnym różnicowym wzmacniaczem 15 z kolei połączonym poprzez filtr 16 z operacyjnym odwracającym wzmacniaczem 17 o wyjściu połączonym z komparatorem 18, którego wyjście 19 stanowi jedno z wyjść bloku 1, przy czym następne wyjście 20 stanowi wyjście wzmacniacza 15.

Blok 10 układu zawiera scalony układ 21 połączony odpowiednio z szeregowo usytuowanymi świecącymi diodami 22. Blok ten ma wejście 23 połączone z układem 21 i na wejście to jest podany sygnał proporcjonalny do wielkości prądu upływu z bloku 3. Natomiast wyjście 24 bloku 10 steruje blokiem 4.

Obwód 6 składa się z ręcznego łącznika 25 i podłączonego równolegle do niego transoptora 26. Obwód ten ma dwa wejścia 27, 28 dla obwodu zdalnego resetowania układu i jest połączony poprzez wyjście 29 z blokiem 4.

Natomiast obwód 7 składa się z ręcznego łącznika 30 połączonego równolegle z transoptorem 31. Obwód ma dwa wejścia 32, 33 dla obwodu zdalnego testowania i jest połączony poprzez wyjście 34 z blokami 1, 3.

174 668

Działanie układu według wynalazku polega na tym, że w przypadku zaistniałego upływu prądu z obwodu, układ mierzy w blokach 3, 10 wielkości tego prądu i gdy prąd upływu przekroczy nastawioną w bloku 3 wartość czułości układu, to spowoduje zadziałanie bloku 4 i po czasie opóźnienia nastawionego w bloku 4, spowoduje zadziałanie przekaźnika 5, a tym samym całego układu, co spowoduje wyłiączenie wyłącznika A zasilania obwodu chronionego. Jednocześnie wielkość prądu upływu jest wyświetlana w bloku 10, wyskalowanego w procentach nastawianych czułości. Pojawienie się prądu upływu w obwodzie chronionym powoduje zaindukowanie się napięcia w uzwojeniu wtórnym przekładnika 2 i sygnał z przekładnika 2 wchodzi do bloku 1 poprzez wejścia 12 i 14. Przetworniki 11, 13 i wzmacniacz 15 zmieniają sygnał prądowy przekładnika 2 na proporcjonalne do niego napięcie przemienne i jednocześnie wywarzają sygnał stałonapięciowy proporcjonalny do rezystancji uzwojenia wtórnego przekładnika 2 razem z rezystancją przewodów łączących przekładnik 2 z układem. Z wyjścia 20 sygnał zmienno-prądowy proporcjonalny do prądu upływu wchodzi do bloku 3 gdzie jest wzmacniany i prostowany dwupołówkowo. W filtrze 16 następuje rozdzielenie sygnału stało-napięciowego, który jest wzmocniony w wzmacniaczu 17 i porównywany w komparatorze 18. W przypadku gdy rezystancja połączenia przekładnika 2 z układem przekroczy wartość zadaną, wówczas zasygnalizowane to będzie świecącą diodą 35 oraz z wyjścia 19 uruchomiony zostanie przekaźnik 5 powodujący odłączenie obwodu 9. Sygnał z bloku 3 jest doprowadzony na wejście 23 bloku 10. W układzie 21 sygnał ten jest porównywany z wewnętrznym wzorcem odniesienia i w zależności od tego gdy napięcie wejściowe osiągnie 20%, 40%, 60%, 80% wielkości, następuje kolejne włączenie się diod 22, które stanowią wskaźnik wielkości zmierzonego prądu upływu. Gdy wartość tego prądu osiągnie 100% czułości nastawionych z wyjścia 24 zostanie uruchomiony blok 4, co powoduje odmierzenie zadanego opóźnienia czasowego i zadziałanie przekaźnika 5.

Podczas normalnej eksploatacji układu przekaźnika różnicowo-prądowego dokonuje się co pewien czas sprawdzanie działania tego układu w dwojaki sposób, to jest za pomocą ręcznego łącznika 30 w obwodzie 7 lub zdalnie poprzez przyłożenie napięcia z zacisków 32, 33 co powoduje zadziałanie transoptora 31 i zadziałanie układu, co sygnalizowane jest świecącą diodą 36. Po zadziałaniu układu, aby móc włączyć wyłącznikiem A obwód chroniony, należy najpierw przywrócić normalny stan pracy układu, co dokonuje się ręcznym łącznikiem 25 w obwodzie 6. Czynność tę można wykonać też zdalnie przykładając napięcie do wejść 27, 28 co włączy transoptor 26 i wykona zdalne resetowanie układu. Wówczas zgaśnie dioda 36 sygnalizując, że jest gotowość układu przekaźnika do normalnej pracy.

Zasilanie układu jest poprzez blok 8 stanowiący przetwornicę napięcia z przemiennego na stałe zasilającego układ. Włączenie bloku 8 sygnalizowane jest świecącą diodą 37. W bloku 8 napięcie przemienne jedno lub wielofazowe jest prostowane na napięcie stałe wymagane do zasilania układu.

174 668

Fig.2

Fig.5

Fig.4

174 668

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ reagowania na awaryjny upływ prądu z obwodu elektrycznego zmienno-prądowego do ziemi, zawierający w połączeniach wydzielony przekładnik Ferrantiego połączony z obwodem chronionym, blok zasilania, wzmacniacz nastawny połączony z blokiem nastawianych opóźnień czasowych z kolei połączony z przekaźnikiem wykonawczym, a także zaopatrzony w ręczne łączniki testowania i resetowania pracy układu, znamienny tym, że ma blok (1) kontroli prawidłowości połączeń przekładnika

(2) Ferrantiego z układem, a w bloku tym przetwornik (11) prąd-napięcie jest połączony z wejściem połączonym z tym przekładnikiem, oraz taki sam przetwornik (13) prąd-napięcie jest poprzez wejście (14) połączony także z przekładnikiem (2), a wejście (14) jest też połączone z wyjściem przetwornika (11), oraz wyjścia tych przetworników są połączone z operacyjnym różnicowym wzmacniaczem (15) z kolei połączonym poprzez filtr (16) z operacyjnym odwracającym wzmacniaczem (17) o wyjściu połączonym z komparatorem (18), którego wyjście (19) stanowi jedno z wyjść bloku (1), a następne jego wyjście stanowi wyjście wzmacniacza (15), a także układ ma blok (10) wskaźnika wielkości prądu różnicowego, w którym scalony układ (21) jest odpowiednio połączony z szeregowo usytuowanymi świecącymi diodami (22), natomiast wejście (23) tego bloku jest połączone z układem scalonym (21), a wyjście (24) steruje blokiem (4) nastawianych opóźnień czasowych, z blokiem (10) połączona jest świecąca dioda (36) sygnalizująca zadziałanie układu i dioda (37) sygnalizująca załączenie zasilającego bloku (8), przy czym układ ma od przekładnika (2) i ręcznego łącznika (30) testowania podłączony obwód (7) zdalnego testowania i od bloku (4) nastawianych opóźnień czasowych poprzez ręczny łącznik (25) resetowania ma podłączony obwód (6) zdalnego resetowania.