RU2005139372A - Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока и устройство для его осуществления - Google Patents

Claims (6)

1. Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, в соответствии с которым при однофазном замыкании на землю из сигнала напряжения нулевой последовательности выделяют низкочастотную составляющую, соответствующую рабочей частоте, кроме того, выделяют высокочастотные составляющие из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, измеряют амплитуды их первых полуволн, сравнивают результаты измерений с соответствующими эталонными значениями и, при наличии одновременного превышения над эталонными значениями, измеряют фазовые соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, кроме того, измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, сравнивают полученное значение с эталонным, результат фиксируют, и при нахождении угла сдвига фаз в заданных пределах и наличии превышения эталонного значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности формируют аварийный сигнал через интервал времени, который задают с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю и с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, отличающийся тем, что в качестве эталонного значения для амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности принимают максимально допустимое и нижнее контролируемое значение амплитуды, при этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали, при этом, если в результате измерения фазовых соотношений между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты угол сдвига фаз находится в заданных пределах, то результат измерения угла сдвига фаз фиксируют в течение контрольного интервала времени, продолжительность которого задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения, после чего в течение контрольного интервала времени измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, для чего сначала проверяют наличие превышения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности нижнего контролируемого значения, и, в случае фиксации превышения нижнего контролируемого значения, отслеживают в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, если фиксируют факт превышения максимально допустимого значения, то аварийный сигнал формируют после момента фиксации через интервал времени, который задают, кроме того, с учетом времени, позволяющим отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю.

2. Устройство для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, содержащее высокочастотные каналы тока и напряжения нулевой последовательности, входы которых являются соответственно входом сигнала тока нулевой последовательности и входом сигнала напряжения нулевой последовательности, при этом высокочастотные каналы выполнены идентично; низкочастотный канал напряжения нулевой последовательности, вход которого подключен к входу сигнала напряжения нулевой последовательности, фазочувствительный элемент, к входам которого с первого по четвертый подключены, соответственно, выходы положительной и отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности, и схему формирования аварийного сигнала, выход которой является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены схема управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности (СУ), формирователи времени задержки с первого по четвертый, первый элемент ИЛИ, схема сброса результата фазового детектирования (СФД), при этом выход сигнала блокировки СУ и выходы формирователей подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу блокировки фазочувствительного элемента, информационные входы первого формирователя времени задержки подключены к выходам высокочастотного канала тока нулевой последовательности, а выход подключен к собственному входу блокировки срабатывания и к первому входу СФД, выход которой подключен к входу аннулирования отсчета второго формирователя времени задержки, вход которого подключен к выходу фазочувствительного элемента, а выход, кроме того, подключен к информационному входу четвертого формирователя времени задержки, при этом инверсный выход второго формирователя подключен к входу разрешения отсчета третьего формирователя, информационный вход которого подключен к выходу четвертого формирователя и ко второму входу СФД, при этом вход разрешения отсчета четвертого формирователя и выход подключены, соответственно, к выходу и второму входу СУ, первый вход которой и вход аннулирования отсчета четвертого формирователя подключены к выходу низкочастотного канала напряжения нулевой последовательности, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу СУ, кроме того, выход третьего формирователя подключен к входу схемы формирования аварийного сигнала, при этом низкочастотный канал напряжения нулевой последовательности содержит последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель, первый фильтр низкой частоты и пороговый элемент с гальванической развязкой и управляемым порогом срабатывания, при этом вход выпрямителя является входом низкочастотного канала, выход и управляющий вход порогового элемента - соответственно, выходом и управляющим входом канала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фазочувствительный элемент содержит первый и второй D-триггеры и второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами триггеров, а выход является выходом фазочувствительного элемента, при этом, С и D - входы первого триггера соединены с выходами положительной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности, а С и D - входы второго триггера соединены с выходами отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности соответственно, при этом R - входы триггеров соединены и являются входом блокировки фазочувствительного элемента.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что схема управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности содержит пятый формирователь времени задержки, второй фильтр низких частот, линию задержки, третий D-триггер, элемент НЕ, элемент И и третий элемент ИЛИ, при чем вход элемента НЕ является первым входом СУ и подключен к входу аннулирования отсчета пятого формирователя, кроме того, выход элемента НЕ подключен к входу второго фильтра низких частот и к входам разрешения отсчета третьего D-триггера и пятого формирователя, выход которого подключен к входу линии задержки, выход которой подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом СУ, а выход является выходом сигнала блокировки СУ, кроме того, информационный вход пятого формирователя подключен к источнику сигнала единичного уровня, а выход третьего элемента ИЛИ подключен, кроме того, к входу аннулирования отсчета третьего D-триггера, информационный вход которого подключен к источнику сигнала единичного уровня, а выход является управляющим выходом СУ и, кроме того, подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго фильтра низких частот, а выход является выходом СУ.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что схема сброса результата фазового детектирования (СФД) содержит формирователь коротких импульсов и элемент ИЛИ - НЕ, при чем вход формирователя коротких импульсов является первым входом СФД, первый вход элемента ИЛИ-НЕ является вторым входом СФД, второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу формирователя коротких импульсов, а выход элемента ИЛИ-НЕ является выходом СФД.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в низкочастотном канале напряжения нулевой последовательности пороговый элемент с управляемым порогом срабатывания содержит n-p-n транзистор, у которого параллельно переходу база-коллектор включен резистор, а к базе последовательно подключен минусом первый стабилитрон, к которому последовательно подключен второй стабилитрон, параллельно которому подключен управляющий ключ, размыкающий контакт которого соединен с управляющим входом НЧ канала, а минус второго стабилитрона соединен с выходом НЧ канала.