RU2082269C1

RU2082269C1 - Device for protection against single-phase short- circuit to ground in power supply line with insulated neutral wire

Info

Publication number: RU2082269C1
Application number: RU94040068A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Бухтояров; Г.И. Токарев; В.И. Удавихин
Original assignee: Акционерное общество по производству огнеупоров "Магнезит"
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1997-06-20
Also published as: RU94040068A

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device has zero sequence current transformers 3 and 4 which are located on connections 1 and 2, current-to-direct-voltage converters 5 and 6, integrators 7 and 8, threshold gates 9 and 10, matching gates 11 and 12, pulse expanders 13 and 14, final-control units 15 and 16, NOR gate 17, NOT gate 18, OR gate 19 and prohibition gate 20, start unit 21, low-frequency locking unit 22, zero sequence voltage transformer 23, main and additional reference voltage sources 24 and 25, closing gate 26, breaking gate 27, diode assembly 28. OR gate, NOT gate, prohibition gate, low-frequency locking unit, diode assembly, additional reference voltage source, closing and breaking gates are introduced to accomplish the goal of invention. EFFECT: increased functional capabilities, increased precision of detection of destroyed connection. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices for protection against a single-phase earth fault in a network with isolated neutral.

Известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы совпадения, ИЛИ, НЕ и "Запрет", ключи, исполнительные органы, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, и источники опорного напряжения (см. авт. свид. СССР N 1647733, кл⁵. H02H 3/16, 1988).A device is known for protection against a single-phase earth fault in a network with an isolated neutral, containing, according to the number of connections, zero-sequence current transformers, the outputs of which are connected in series to rectified voltage current converters, integrating and threshold coincidence elements, OR, NOT, and "Prohibition", keys, executive bodies, a starting element connected by its input to the output of the zero-sequence voltage transformer, and sources of reference voltage (see ed. certificate. CCC N 1647733, cl ^5. H02H 3/16, 1988).

Недостатком данного устройства является сложность схемы и возможность отказа при многоместных повреждениях в защищаемой сети. The disadvantage of this device is the complexity of the circuit and the possibility of failure in case of multiple damage in the protected network.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы, к выходам которых подключены входы общего на все присоединения элемента ИЛИ-НЕ и первые входы элементов совпадения, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ, исполнительные органы, подключенные через расширители импульсов к выходам элементов совпадения, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, источник опорного напряжения, выход которого подключен к выходам интегрирующих элементов (см. авт. свид. СССР N 1651335, кл⁵. H02H 3/16, 1988).Closest to the proposed invention is a device for protection against a single-phase earth fault, containing, according to the number of connections, zero-sequence current transformers, the outputs of which are connected in series to the rectified voltage current converters, integrating and threshold elements, the outputs of which are connected to all common connections the OR-NOT element and the first inputs of the coincidence elements, the second inputs of which are connected to the output of the OR-NOT element, actuators, conn connected through pulse expanders to the outputs of the matching elements, a trigger connected to the output of the zero-sequence voltage transformer by its input, a reference voltage source whose output is connected to the outputs of the integrating elements (see ed. certificate of the USSR N 1651335, class ^5. H02H 3 / 16, 1988).

Недостаток данного устройства состоит в том, что при многоместных повреждениях в сети, например при однофазных замыканиях одновременно на двух присоединениях, оно отключит только одно присоединение, которое имеет наибольший ток замыкания на землю. Другими недостатками устройства являются относительная сложность схемы (наличие на каждом присоединении ключей, формирователей импульсов, элементов "Память" и др.) и недостаточная точность определения поврежденного присоединения. The disadvantage of this device is that in case of multi-location faults in the network, for example, with single-phase faults at two connections simultaneously, it will disconnect only one connection that has the highest earth fault current. Other disadvantages of the device are the relative complexity of the circuit (the presence of keys, pulse shapers, Memory elements, etc. at each connection) and the insufficient accuracy of determining the damaged connection.

В отличие от известных устройств для защиты от однофазного замыкания на землю, которым присущи указанные недостатки, заявленное устройство имеет более простую схему, позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства и повысить точность определения поврежденного присоединения. In contrast to the known devices for protection against a single-phase earth fault, which are characterized by these drawbacks, the claimed device has a simpler circuit, can significantly expand the functionality of the device and improve the accuracy of determining a damaged connection.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для защиты от однофазного замыкания на землю, содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, интегрирующие и пороговые элементы, к выходам которых подключены входы общего на все присоединения элемента ИЛИ-НЕ и первые входы элементов совпадения по числу присоединений, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ-НЕ, исполнительные органы, подключенные через расширители импульсов к выходам упомянутых элементов совпадения, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, основной источник опорного напряжения, выход которого функционально связан с выходами интегрирующих элементов, снабжено общим на все присоединения элементом ИЛИ, входы которого подключены к выходам расширителей импульсов и к выходам вновь введенных элемента НЕ и элемента блокировки низкой частоты, которые подключены соответственно к выходам элемента ИЛИ-НЕ и трансформатора напряжения нулевой последовательности, диодной сборкой, вход которой через вновь введенные размыкающий и замыкающий ключи подключен соответственно к основному и вновь введенному вспомогательному источникам опорного напряжения, а выходы соединены с выходами интегрирующих элементов, элементом "Запрет", вход которого подключен к выходу пускового органа, а выход соединен с управляющими входами замыкающего и размыкающего ключей, при этом управляющий вход элемента "Запрет" соединен с выходом элемента ИЛИ. The essence of the invention lies in the fact that the device for protection against a single-phase earth fault, containing, according to the number of connections, zero-sequence current transformers, the outputs of which are connected in series to rectified voltage current converters, integrating and threshold elements, the outputs of which are connected to all common inputs the connection of the OR-NOT element and the first inputs of the elements of coincidence in the number of connections, the second inputs of which are connected to the output of the OR-NOT element, rods connected through pulse expanders to the outputs of the mentioned coincidence elements, the trigger, connected by its input to the output of the zero sequence voltage transformer, the main reference voltage source, the output of which is functionally connected to the outputs of the integrating elements, is equipped with an OR element common to all connections, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse expanders and to the outputs of the newly introduced element NOT and the low-frequency blocking element, which are connected respectively to the output of an OR-NOT element and a zero-sequence voltage transformer, a diode assembly, the input of which is connected to the main and newly introduced auxiliary voltage sources, respectively, through the newly introduced disconnecting and closing keys, and the outputs are connected to the outputs of the integrating elements, the "Inhibition" element, whose input connected to the output of the trigger, and the output is connected to the control inputs of the closing and disconnecting keys, while the control input of the element "Prohibition" is connected to the output of the element IL .

На чертеже представлена функциональная схема устройства для защиты от однофазного замыкания на землю. Схема дана для двух присоединений, общее число которых может быть любым. The drawing shows a functional diagram of a device for protection against single-phase earth faults. The scheme is given for two connections, the total number of which can be any.

Устройство содержит установленные на защищаемых присоединениях 1 и 2 трансформаторы 3 и 4 тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи 5 и 6 тока в выпрямленное напряжение (ПТВН), интегрирующие элементы 7 и 8 (ИЭ) и пороговые элементы 9 и 10 (ПЭ), элементы 11 и 12 совпадения, расширители 13 и 14 импульсов (РИ), исполнительные органы (ИО) 15 и 16, элементы ИЛИ-НЕ 17, НЕ 18, ИЛИ 19 и "Запрет" 20, пусковой орган (ПО) 21 и элемент 22 блокировки низкой частоты (ЭБНЧ), подключенные к выходу трансформатора 23 напряжения нулевой последовательности (ТННП), основной 24 и вспомогательный 25 источники опорного напряжения (ИОН), замыкающий 26 и размыкающий 27 ключи, диодная сборка 28 (ДС). The device contains transformers 3 and 4 of zero sequence current transformers 3 and 4 installed on the protected connections 1 and 2, to the outputs of which are connected serially connected converters 5 and 6 of the current to rectified voltage (PTVN), integrating elements 7 and 8 (IE) and threshold elements 9 and 10 ( PE), coincidence elements 11 and 12, pulse expanders 13 and 14, pulse expanders (IO) 15 and 16, elements OR-NOT 17, NOT 18, OR 19 and “Prohibition” 20, launching element (ON) 21 and element 22 low frequency lock (ELF) connected to the output of transformer 23 voltage Nia zero sequence (TNNP), the main 24 and auxiliary 25, reference voltage sources (PEI), the closure 26 and the break keys 27, a diode assembly 28 (DS).

ПТВН 5 и 6 состоят из согласующих трансформаторов и выпрямителей со сглаживающими конденсаторами. PTVN 5 and 6 consist of matching transformers and rectifiers with smoothing capacitors.

ИЭ 7 и 8 выполнены на резисторах и конденсаторах и имеют одинаковые постоянные времени зарядной цепи. IE 7 and 8 are made on resistors and capacitors and have the same time constant of the charging circuit.

ПЭ 9 и 10 выполнены на компараторах с одинаковыми уставками (порогами) срабатывания. PE 9 and 10 are made on comparators with the same settings (thresholds) of operation.

РИ 13 и 14 могут быть выполнены в виде генераторов прямоугольных импульсов. Длительность импульсов выбирается несколько большей времени срабатывания защиты и собственного времени отключения выключателя защищаемого присоединения. RI 13 and 14 can be made in the form of rectangular pulse generators. The duration of the pulses is chosen a little longer than the response time of the protection and the intrinsic time of the circuit breaker of the protected connection.

ПО 21 выполнен с небольшой задержкой (по времени), отстроенной от кратковременных замыканий на землю. ON 21 is made with a slight delay (in time), detuned from short-circuit to ground.

ЭБНЧ 22 выполнен в виде реле, реагирующего на частоту субгармонических колебаний. ELF 22 is made in the form of a relay that responds to the frequency of subharmonic oscillations.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При отсутствии в сети однофазного замыкания на землю ключ 26 разомкнут, а ключ 27 замкнут. Верхние обкладки конденсаторов ИЭ 7 и 8 имеют относительно общей точки (земли) отрицательное напряжение, обусловленное их зарядом от основного ИОН 24. If there is no single-phase earth fault in the network, key 26 is open, and key 27 is closed. The upper plates of the capacitors IE 7 and 8 have a negative voltage relative to a common point (earth), due to their charge from the main ion 24.

ПЭ 9 и 10, РИ 13 и 14, ИО 15 и 16, ПО 21 и ЭБНЧ 22 находятся в состоянии, при котором сигналы на их выходах отсутствуют. PE 9 and 10, RI 13 and 14, IO 15 and 16, PO 21 and ELF 22 are in a state in which there are no signals at their outputs.

При возникновении в сети замыкания на землю, например на присоединении 1, срабатывает ПО 21. В результате этого ключ 26 замыкается, а ключ 27 размыкается. При замыкании ключа 26 диоды ДС 28 закрываются, чем исключается влияние этих диодов на работу интегрирующих элементов 7 и 8 и обеспечивается повышение точности определения поврежденного присоединения. If an earth fault occurs, for example, at connection 1, software 21 is activated. As a result, key 26 closes and key 27 opens. When the key 26 is closed, the diodes of the DS 28 are closed, which eliminates the influence of these diodes on the operation of the integrating elements 7 and 8 and provides increased accuracy in determining the damaged connection.

При размыкании ключа 27 и замыкании ключа 26 начинается процесс перезаряда конденсаторов ИЭ 7 и 8. При достижении напряжениями на конденсаторах значений порога срабатывания элементов 9 и 10 на их выходах появляются импульсы, поступающие на входы элементов 11 или 12 и элемента 17 ИЛИ-НЕ. В рассматриваемом случае первым сработает пороговый элемент 9, поскольку он находится в канале защиты поврежденного присоединения, имеющего, как правило, наибольший ток замыкания. В результате появляются сигналы на входах РИ 13 и элемента ИЛИ 19. При появлении этих сигналов происходит срабатывание ИО 15, а также размыкание ключа 26 и замыкание ключа 26 и замыкание ключа 27, чем обеспечивается невозможность срабатывания порогового элемента 10 неповрежденного присоединения. When the key 27 is opened and the key 26 is closed, the process of recharging the capacitors IE 7 and 8 begins. When the voltages on the capacitors reach the threshold values of the elements 9 and 10, pulses appear at their outputs that arrive at the inputs of the elements 11 or 12 and the element 17 OR NOT. In the case under consideration, the threshold element 9 will be the first to operate, since it is located in the protection channel of the damaged connection, which, as a rule, has the largest fault current. As a result, signals appear at the inputs of RI 13 and the OR element 19. When these signals appear, the IO 15 is triggered, as well as the key 26 is opened and the key 26 is closed and the key 27 is closed, which ensures that the threshold element 10 of the undamaged connection is not triggered.

После отключения поврежденного присоединения сигнал на выходе РИ 13 исчезает, схема устройства возвращается в исходное состояние и оно готово к повторному действию при наличии в сети второго замыкания на землю. After disconnecting the damaged connection, the signal at the output of RI 13 disappears, the device circuit returns to its original state and it is ready for re-operation if there is a second earth fault in the network.

Если замыкание было одноместным (на одном присоединении, в одной точке сети) и после его отключения в контуре нулевой последовательности возникли субгармонические колебания (токи и напряжения нулевой последовательности с частотой ниже 50 Гц), срабатывает ЭБНЧ 22 и через элемент ИЛИ 19 подается сигнал на управляющий вход элемента "Запрет" 20, чем исключается возможность срабатывания защиты в послеаварийном режиме при наличии токов и напряжения нулевой последовательности, изменяющихся с частотой ниже промышленной. If the fault was single (at one connection, at one point of the network) and after it was disconnected, subharmonic oscillations occurred in the zero-sequence circuit (currents and voltages of the zero sequence with a frequency below 50 Hz), the EHF 22 is triggered and a signal is sent to the control via the OR element 19 input of the element "Prohibition" 20, which excludes the possibility of tripping protection in the emergency mode in the presence of currents and voltage of zero sequence, changing with a frequency below the industrial.

Аналогично устройство работает при однофазном замыкании на землю на присоединении 2. Similarly, the device operates with a single-phase earth fault at connection 2.

Claims

A device for protection against a single-phase earth fault in a network with an isolated neutral, containing, according to the number of connections, zero-sequence current transformers, to the outputs of which are connected series-connected current-to-rectified voltage converters, integrating and threshold elements, the outputs of which are connected to the inputs of a common element for all connections OR NOT and the first inputs of the elements of coincidence in the number of connections, the second inputs of which are connected to the output of the element OR NOT, the executive bodies, sub obtained through pulse expanders to the outputs of the mentioned coincidence elements, a starting element connected by its input to the output of the zero sequence voltage transformer, the main reference voltage source, the output of which is functionally connected to the outputs of the integrating elements, characterized in that it is equipped with an OR element common to all connections, the inputs of which are connected to the outputs of the pulse expanders and the outputs of the newly introduced element NOT and the low-frequency blocking element, which are connected respectively to the outputs of the OR element and the zero-sequence voltage transformer, a diode assembly, the input of which is connected to the main and newly introduced auxiliary voltage sources, respectively, through the newly introduced disconnecting and closing keys, and the outputs are connected to the outputs of the integrating elements, the PROHIBIT element, the input of which is connected to the output of the trigger, and the output is connected to the control inputs of the closing and disconnecting keys, while the control input of the element is PROHIBITED is connected to the output e element OR.