PL182148B1

PL182148B1 - Sposób i układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć

Info

Publication number: PL182148B1
Application number: PL31954197A
Authority: PL
Inventors: Franciszek Rodon; Rudolf Glowocz; Mariusz Talaga
Original assignee: Przed Uslug Elektroenergetyczn
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2001-11-30
Also published as: PL319541A1

Abstract

1. Sposób zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć, polegający na przetwarzaniu wejściowych sygnałów prądowego i napięciowego oraz na lokalizowaniu linii doziemnej w oparciu o wykorzystanie składowej zerowej napięcia i składowej zerowej prądu, znamienny tyra, że przetwarza się przebieg składowej zerowej prądu wukładzie noszącym cechy układu całkującego i uzyskuje się sygnał zbliżony kształtem do przebiegu składowej zerowej napięcia, wyznaczasię całkę iloczynu przebiegów składowej zerowej napięcia i całki składowej zerowej prądu e0(t) J uo(t) ioc(t) t -T dt, wokreślonym czasie T, a następnie wynik porównuje się znastawionąwartością rozruchową zabezpieczenia, zaś informację o częstotliwości składowej zerowej napięcia wykorzystuje się do blokowania zabezpieczenia w wypadku pojawienia się ferrorezonansu, objawiającego się pojawieniem składowej zerowej napięcia o częstotliwości poniżej 50 Hz 2 Układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć zawierający napięciowy i prądowy blok wejściowy, komparator napięcia i człon wykonawczy, znamienny tym, ze zawiera dwa komparatory, energii (6) i częstotliwości (9), dwa układy całkujące (31 5) oraz układ mnożący (4), przy czym jedno z wejść układu mnożącego (4)jest połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego (1), a drugie wejście jest połączone z wyjściem układu całkującego (3), którego wejściejestpołączone z wyjściem bloku wejściowego prądowego (2), równocześnie wyjście układu mnożącego (4) jest doprowadzone do wejścia układu całkującego (5), którego wyjście jest połączone z wejściem komparatora energii (6), zaś wyjście komparatora energii (6)jest połączone z wejściem członu wykonawczego (7), podczas gdy dwa wejścia blokujące człon wykonawczy (7)sąpołączone z wyjściami komparatorów napięcia (8) i częstotliwości (9), których wejścia są połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego (1)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć dla sieci prądu przemiennego z izolowanym punktem zerowym, zwłaszcza w sieciach średnich napięć od kilku do kilkudziesięciu kV.

Znane są sposoby i układy zabezpieczeń ziemnozwarciowych wykorzystujące zasadę porównywania faz składowej zerowej prądu oraz składowej zerowej napięcia.

Z polskiego opisu patentowego nr 90204 znany jest statyczny przekaźnik napięciowo-prądowy dla zabezpieczeń od zwarć z ziemią w sieci z uziemionym punktem gwiazdowym, określający kierunek przepływu prądu ziemnozwarciowego według składowej zerowej napięcia. Przekaźnik ten jest wyposażony w przetwornik prądowo-napięciowy, połączony z członem wejściowym prądowym i z członem wejściowym napięciowym oraz z członami rozruchowymi. Człony rozruchowe są połączone z członem kierunkowym i z członami czasowymi, zaś człony czasowe są połączone z członami wyjściowymi.

Natomiast z polskiego opisu patentowego nr 157 028, znany jest statyczny przekaźnik kierunkowy ziemnozwarciowy, zawierający znane człony, wejściowy prądowy impulsowy, wejściowy napięciowy, układ badający koincydencję przebiegów wejściowych, dyskryminator działania, dyskryminator blokady, element opóźniający tył impulsu i elementy logiczne. W układzie tego przekaźnika, wyjście członu wejściowego prądowego impulsowego oraz wyjście członu wejściowego napięciowego sąpołączone z wejściami układu badającego koin182 148 cydencję, którego wyjście jest połączone z wejściem dyskryminatora działania i dyskryminatora blokady. Z kolei wyjście dyskryminatora blokady jest połączone, poprzez element opóźniający tył impulsu i element logiczny negujący, z jednym wejściem elementu iloczynu logicznego, którego drugie wejście jest połączone z wyjściem dyskryminatora działania.

Z kolei z polskiego opisu patentowego nr 153 359 jest znany układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego przed skutkami zwarć doziemnych, zawierający przekładnik prądowy do pomiaru składowej zerowej prądu w kablu, przekładnik pośredniczący, wzmacniacz, prostownik, komparator i przekaźnik czasowy. Na wejściu wzmacniacza układ posiada zespół składający się z rezystora i kondensatora połączonych szeregowo, włączony równolegle w tor zabezpieczenia, a przed wejściem do komparatora posiada rezystor, włączony szeregowo i kondensator, włączony równolegle w tor zabezpieczenia. Pierwszy zespół rezystora i kondensatora powoduje uśrednienie przebiegu prądu oraz obniżenie sygnału na wejściu wzmacniacza. Dzięki temu wzmacniacz pracuje przez cały czas w zakresie aktywnym, także przy dużych amplitudach prądu zwarciowego. Drugi zespół rezystora i kondensatora powoduje opóźnienie w działaniu komparatora uzależnione od wartości składowej zerowej prądu zwarciowego i kształtuje charakterystykę prądowo-czasowąw ten sposób, że w obwodzie, w którym wystąpi zwarcie, zadziałanie komparatora następuje najwcześniej.

Znane sposoby i układy porównują kąt przesunięcia składowej zerowej napięcia i składowej zerowej prądu co gwarantuje selektywność działania w wypadkach doziemień metalicznych, kiedy przebiegi te zawierają niewielką ilość harmonicznych. Natomiast w czasie doziemień łukowych, z powodu dużej ilości harmonicznych w przebiegu składowej zerowej prądu, występują trudności z określeniem kąta, co zmniejsza selektywność działania znanych zabezpieczeń ziemnozwarciowych.

W sposobie według wynalazku przetwarza się przebieg składowej zerowej prądu w układzie noszącym cechy układu całkującego i uzyskuje się sygnał zbliżony kształtem do przebiegu składowej zerowej napięcia. Wyznacza się całkę iloczynu przebiegów składowej zerowej napięcia i t

całki składowej zerowej prądu e₀(t) = Z u₀ (t) · i_oc(t) dt, w określonym czasie T, a następnie pot- T równuje się wynik z nastawioną wartością rozruchową zabezpieczenia. Informację o częstotliwości przebiegu składowej zerowej napięcia wykorzystuje się do blokowania zabezpieczenia w wypadku pojawienia się ferrorezonansu, objawiającego się pojawieniem składowej zerowej napięcia o częstotliwości poniżej 50 Hz.

Układ według wynalazku zawiera dwa komparatory, energii i częstotliwości, dwa układy całkujące oraz układ mnożący. Jedno z wejść układu mnożącego jest połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego, a drugie wejście jest połączone z wyjściem układu całkującego, którego wejście jest połączone z wyjściem bloku wejściowego prądowego. Równocześnie wyjście układu mnożącego jest doprowadzone do wejścia układu całkującego, którego wyjście jest połączone z wejściem komparatora energii. Z kolei wyjście komparatora energii jest połączone z wejściem członu wykonawczego. Dwa wejścia blokujące człon wykonawczy są połączone z wyjściami komparatorów napięcia i częstotliwości, których wejścia są połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego.

W sposobie i układzie według wynalazku, przez wykorzystanie do pomiaru składowej zerowej napięcia i całki składowej zerowej prądu, zastosowano nowe kryterium do lokalizacji miejsca doziemienia, polegające na wyznaczeniu kierunku przepływu energii w czasie doziemienia, co zapewnia wymaganą selektywność działania zabezpieczenia, niezależnie od rodzaju doziemienia.

Wynalazki są bliżej objaśnione w przykładzie wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu, fig. 2 - przebiegi składowej zerowej napięcia uo, składowej zerowej prądu io, całki składowej zerowej prądu i_Oc oraz eo czyli całkę iloczynu składowej zerowej napięcia i całki składowej zerowej prądu w funkcji czasu t, w linii doziemionej podczas doziemienia metalicznego, fig. 3 - przebiegi jak dla fig. 2 w linii doziemionej podczas doziemienia łukowego, fig. 4 - przebiegi jak dla fig. 2, w linii niedoziemionej podczas doziemienia metali4

18:2 148 cznego w sieci, zaś fig. 5 - przebiegi jak dla fig. 2, w linii niedoziemionej podczas doziemienia łukowego w sieci.

W sposobie według wynalazku sygnał z napięciowego bloku wejściowego 1 podaje się bezpośrednio na pierwsze wejście komparatora napięcia 8 i na pierwsze wejście komparatora częstotliwości 9 oraz na pierwsze wejście układu mnożącego 4. Na drugie wejście komparatora napięcia 8 wprowadza się wartość napięcia rozruchu Ur a na drugie wejście komparatora częstotliwości 9 wprowadza się wartość częstotliwości rozruchu fr. Sygnał z prądowego bloku wejściowego 2 doprowadza się do układu całkującego 3 o transmitancji —, przy czym może to być także sT inny układ noszący cechy zbliżone do układu całkuj ącego, na przykład układ inercyjny pierwszego rzędu o transmitancji —+— lub układ inercyjny n-tego rzędu o transmitancji —+— i + sT i + sT —+— ..... —s— , przy odpowiednio dobranych stałych czasowych. Na wyjściu z układu i+sT₂ i+sT_n całkującego 3 uzyskuje się przebieg zbliżony kształtem do przebiegu napięcia U_o występującego w chronionej sieci. W układzie całkującym 3 eliminuje się również oscylacje powstające w chwili zapłonu łuku a sygnał z jego wyjścia podaje się na drugie wejście układu mnożącego 4. Z wyjścia układu mnożącego 4 doprowadza się sygnał do wejścia drugiego układu całkującego 5 t

wyznaczającego energię poprzez obliczenie wyrażenia e₀(t) = J u₀(t) · i_oc(t) dt, w określonym t- T czasie T, a następnie doprowadza się sygnał na pierwsze wejście komparatora energii 6, przy czym sygnał wyjściowy komparatora energii 6 zmienia swój stan jeżeli energia e₀(t), obliczona w określonym czasie T, przekroczy wartość energii odpowiadającą nastawionej wartości prądu Ir, doprowadzonego do drugiego wejścia komparatora energii 6. Komparator energii 6 steruje członem wykonawczym 7, który może być blokowany przez komparator napięcia 8, w wypadku gdy wartość składowej zerowej napięciajest zbyt niska do pobudzenia zabezpieczenia oraz przez komparator częstotliwości 9, w wypadku pojawienia się ferrorezonansu, objawiającego się pojawieniem składowej zerowej napięcia o częstotliwości poniżej 50 Hz.

Układ według wynalazku zawiera dwa bloki wejściowe, napięciowy 1 i prądowy 2, dwa układy całkujące 3 i 5, układ mnożący 4, trzy komparatory energii 6, napięcia 8 i częstotliwości 9, oraz człon wykonawczy 7. Jedno z wejść układu mnożącego 4 jest połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego 1, a drugie wejście jest połączone z wyjściem układu całkującego 3, którego wejście jest połączone z wyjściem bloku wejściowego prądowego 2. Wyjście układu mnożącego 4 jest doprowadzone do wejścia układu całkującego 5, którego wyjście jest połączone z wejściem komparatora energii 6. Wyjście komparatora energii 6 jest połączone z wejściem członu wykonawczego 7. Dwa wejścia blokujące człon wykonawczy 7 sąpołączone z wyjściami komparatorów napięcia 8 i częstotliwości 9, których pierwsze wejścia sąpołączone z wyjściem bloku napięciowego 1.

Blok wejściowy napięciowy 1, zasilany napięciem Uo z przekładnika napięciowego zabezpieczanej linii i blok wejściowy prądowy 2, zasilany prądem I_o z przekładnika prądowego zabezpieczanej linii, izolują galwanicznie oraz dopasowują sygnały z przekładników do poziomu wymaganego przez inne układy zabezpieczenia. Sygnał U₀(t) z napięciowego bloku wejściowego 1 doprowadza się bezpośrednio na pierwsze wejścia, komparatora napięcia 8 komparatora częstotliwości 9 oraz układu mnożącego 4. Komparator napięcia 8 blokuje działanie zabezpieczenia jeżeli wartość napięcia U jest niższa od wartości nastawionej Ur a komparator częstotliwości 9 blokuje działanie zabezpieczenia jeżeli wartość częstotliwości f jest niższa od wartości nastawionej fr. Sygnał io (t) z prądowego bloku wejściowego 2 doprowadza się do układu 3 noszącego cechy zbliżone do układu całkującego, który jest układem inercyjnym pierwszego

182 148 rzędu o transmitancji —i + sT

Na wyjściu z układu całkującego 3 uzyskuje się przebieg zbliżony kształtem do przebiegu napięcia U_o występującego w chronionej sieci.

W układzie całkującym 3 eliminuje się również oscylacje powstające w chwili zapłonu łuku a sygnał z jego wyjścia podaje się na drugie wejście układu mnożącego 4. Z wyjścia układu mnożącego 4 doprowadza się sygnał do wejścia drugiego układu całkującego 5, wyznaczającego t

energię poprzez obliczenie wyrażenia e₀(t) = J u₀(t) · i_oc(t) dt, w określonym czasie T, a następt- T nie doprowadza się sygnał do pierwszego wejścia komparatora energii 6, przy czym sygnał wyjściowy z komparatora 6 zmienia swój stan jeżeli energia e₀(t), obliczona w określonym czasie T, przekroczy wartość energii odpowiadającą nastawionej wartości prądu Ir. Komparator energii 6 steruje członem wykonawczym 7, który może być blokowany przez komparator napięcia 8, w wypadku gdy wartość składowej zerowej napięcia jest zbyt niska do pobudzenia zabezpieczenia oraz przez komparator częstotliwości 9, w wypadku pojawienia się ferrorezonansu, objawiającego się pojawieniem składowej zerowej napięcia o częstotliwości poniżej 50 Hz.

Przebiegi czasowe poszczególnych sygnałów przedstawiono na fig. 2, 3, i 4 i 5, przy czym fig. 2 i 3 przedstawiają przebiegi sygnałów w wypadku doziemienia w zabezpieczanej linii, zaś fig. 4 i 5 - podczas doziemienia poza zabezpieczaną linią, z tym że przebiegi na fig. 2 i 4 obrazują zwarcia metaliczne a na fig. 3 i 5 - zwarcia łukowe.

182 148

oc

Fig. 2.

182 148

Fig. 3.

182 148

t

Fig. 4.

182 148

O □					n
				r	f_L		l~

	P		1—I		J *-
	t
O
		1		1	1		U	L
		'1	1	t	1	r >	f	I

	t
O O				t-t
	h	—	rt	, r		Π
			r	U		t
	..
	t
O Φ



	t

Fig. 5.

182 148

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć, polegający na przetwarzaniu wejściowych sygnałów prądowego i napięciowego oraz na lokalizowaniu linii doziemnej w oparciu o wykorzystanie składowej zerowej napięcia i składowej zerowej prądu, znamienny tym, że przetwarza się przebieg składowej zerowej prądu w układzie noszącym cechy układu całkującego i uzyskuje się sygnał zbliżony kształtem do przebiegu składowej zerowej napięcia, wyznacza się całkę iloczynu przebiegów składowej zerowej napięcia i całki składowej t

zerowej prądu e₀(t) J u₀(t) · i_oc(t) dt, w określonym czasie T, a następnie wynik porównuj e się z t -T nastawionąwartościąrozruchowązabezpieczenia, zaś informację o częstotliwości składowej zerowej napięcia wykorzystuje się do blokowania zabezpieczenia w wypadku pojawienia się ferrorezonansu, objawiającego się pojawieniem składowej zerowej napięcia o częstotliwości poniżej 50 Hz.

2. Układ zabezpieczenia ziemnozwarciowego sieci średnich napięć zawierający napięciowy i prądowy blok wej ściowy, komparator napięcia i człon wykonawczy, znamienny tym, że zawiera dwa komparatory, energii (6) i częstotliwości (9), dwa układy całkujące (3 i 5) oraz układ mnożący (4), przy czym jedno z wejść układu mnożącego (4) jest połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego (1), a drugie wejście jest połączone z wyjściem układu całkującego (3), którego wejście jest połączone z wyjściem bloku wejściowego prądowego (2), równocześnie wyjście układu mnożącego (4) jest doprowadzone do wejścia układu całkującego (5), którego wyjście jest połączone z wejściem komparatora energii (6), zaś wyjście komparatora energii (6) jest połączone z wejściem członu wykonawczego (7), podczas gdy dwa wejścia blokujące człon wykonawczy (7) są połączone z wyjściami komparatorów napięcia (8) i częstotliwości (9), których wejścia są połączone z wyjściem bloku wejściowego napięciowego (1).