RU2156531C1 - Device for detection f phase ground short circuit in three-phase power supply network with insulated neutral wire - Google Patents

Device for detection f phase ground short circuit in three-phase power supply network with insulated neutral wire Download PDF

Info

Publication number
RU2156531C1
RU2156531C1 RU99112720A RU99112720A RU2156531C1 RU 2156531 C1 RU2156531 C1 RU 2156531C1 RU 99112720 A RU99112720 A RU 99112720A RU 99112720 A RU99112720 A RU 99112720A RU 2156531 C1 RU2156531 C1 RU 2156531C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
output
input
network
clock
Prior art date
Application number
RU99112720A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Витальевич Сергин
Виктор Прокофьевич Кононенко
Original Assignee
Евгений Витальевич Сергин
Виктор Прокофьевич Кононенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Витальевич Сергин, Виктор Прокофьевич Кононенко filed Critical Евгений Витальевич Сергин
Application granted granted Critical
Publication of RU2156531C1 publication Critical patent/RU2156531C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

FIELD: protection equipment for electrical engineering. SUBSTANCE: device has serial circuit of zero sequence voltage detector, industrial frequency filter, voltage stepping up circuit and clock oscillator. Goal of invention is achieved by generator of clock pulses displaced by half period. Said generator is introduced into said circuit. In addition, each phase of power supply network has serial circuit of feeding phase voltage detector, reference pulse generator, synchronous D flip-flop, AND gate. Goal of invention is achieved by following members introduced into phase circuits: serial circuit of generator of clock pulses displaced by half period, and second synchronous D flip-flop are introduced between output of feeding phase voltage detector and second input of AND gate. Device provides separate detection of short circuited phases. Both results are updated for one complete period of zero sequence with relative displacement of half period. This results in possibility to double frequency of result production. EFFECT: increased stability to errors in detection of short circuited phase without time losses for validity check. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности электробезопасности, и предназначено для защиты от поражения электрическим током и других опасных последствий утечек тока на землю путем определения и последующего защитного шунтирования поврежденной фазы сети на землю. Изобретение рассчитано, прежде всего, для применения в подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1140 В. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular electrical safety, and is intended to protect against electric shock and other dangerous consequences of current leakage to earth by determining and subsequent protective shunting of the damaged phase of the network to earth. The invention is designed primarily for use in underground three-phase electrical networks with an isolated neutral voltage of up to 1140 V.

В известных устройствах определения поврежденной фазы на землю используются как фазовые, так и амплитудные параметры колебательных сигналов. Использование фазовых параметров обеспечивает более высокую точность обработки сигналов, так как полезная информация извлекается относительно их нулевых переходов, что предотвращает появление ошибок распознавания малых изменений амплитудных параметров за ограниченное время из условий электробезопасности. In known devices for determining the damaged phase to earth, both phase and amplitude parameters of the vibrational signals are used. The use of phase parameters provides higher accuracy of signal processing, since useful information is extracted with respect to their zero transitions, which prevents the occurrence of recognition errors of small changes in amplitude parameters for a limited time from electrical safety conditions.

Известно устройство для определения поврежденной фазы сети, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, датчик линейного напряжения, датчик разности фаз между напряжением нулевой последовательности и линейным напряжением, пороговый разделитель сигналов, реализующий функции задания для каждой фазы сети опорного фазового промежутка величиной 90o и определения поврежденной фазы сети - фиксации фазы сети как поврежденной по обнаружению соответствия одному из опорных фазовых промежутков начальной фазы напряжения нулевой последовательности (упомянутой разности фаз) [1].A device is known for determining a damaged phase of a network, comprising a zero sequence voltage sensor, a line voltage sensor, a phase difference sensor between a zero sequence voltage and a line voltage, a threshold signal splitter that implements the task of defining a reference phase gap of 90 ° for each phase of the network and determining a damaged phase network - fixing the network phase as damaged by detecting compliance with one of the reference phase gaps of the initial phase of the zero voltage phase sequence (said phase difference) [1].

Устройство обладает низкой чувствительностью к утечкам из-за ограничения опорных фазовых промежутков величиной 90o. Реальная величина области изменения начальной фазы напряжения нулевой последовательности при однофазных опасных утечках в сети может превышать 90o под влиянием естественной несимметрии сопротивлений изоляции в фазах сети. Особенно это проявляется при высокоомных утечках - утечках с сопротивлением, близким к несимметричному сопротивлению изоляции. В результате выхода значения указанной начальной фазы за пределы опорного фазового промежутка поврежденная фаза сети не фиксируется. Для повышения чувствительности к утечкам требуется расширение опорных фазовых промежутков. Другим недостатком устройства является необходимость соблюдения порядка чередования фаз при подключении к сети, так как все три опорных фазовых промежутка отсчитываются относительно одного линейного напряжения.The device has a low sensitivity to leaks due to the limitation of the reference phase gaps of 90 o . The real value of the area of change of the initial phase of the zero-sequence voltage during single-phase dangerous leaks in the network can exceed 90 o under the influence of the natural asymmetry of the insulation resistances in the phases of the network. This is especially evident in high-resistance leaks - leaks with a resistance close to the asymmetric insulation resistance. As a result, the values of the specified initial phase go beyond the reference phase gap, the damaged phase of the network is not fixed. To increase the sensitivity to leaks, the expansion of the reference phase gaps is required. Another disadvantage of the device is the need to observe the phase sequence when connected to the network, since all three reference phase gaps are counted relative to one line voltage.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство для определения поврежденной фазы на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью содержит в себе датчик напряжения нулевой последовательности (в виде фильтра напряжения нулевой последовательности, образованного первичными обмотками трехфазного трансформатора, соединенными звездой и подключенными к фазам сети), фильтр промышленной частоты (в виде блока измерения напряжения нулевой последовательности, выделяющего составляющую промышленной частоты), блок контроля увеличения напряжения (в виде последовательно соединенных амплитудного селектора и элемента задержки), формирователь тактовых импульсов (преобразующий напряжение нулевой последовательности промышленной частоты в короткие импульсы) и для каждом фазы сети датчик питающего фазного напряжения (в виде вторичной обмотки трехфазного трансформатора), формирователь опорных импульсов (преобразующий питающее фазное напряжение в импульсы, названные в оригинале информационными, с длительностью, соответствующей фазовому промежутку до 120o за вычетом фазового промежутка тактового импульса), D-триггер и логический элемент И, причем выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со входом фильтра промышленной частоты, выход которого соединен со входом блока контроля увеличения напряжения и входом формирователя тактовых импульсов, а для каждой фазы сети выход датчика питающего фазного напряжения соединен через формирователь опорных импульсов с информационным входом D-триггера, тактовый вход D-триггера соединен с выходом формирователя тактовых импульсов, а выход - с первым входом логического элемента И, у которого второй вход соединен с выходом блока контроля увеличения напряжения, а выход - с исполнительным органом [2].Closest to the proposed device for determining the damaged phase to earth in a three-phase network with an isolated neutral contains a zero-sequence voltage sensor (in the form of a zero-sequence voltage filter formed by the primary windings of a three-phase transformer connected by a star and connected to the network phases), an industrial frequency filter (in the form of a zero sequence voltage measuring unit, which distinguishes a component of the industrial frequency), the control unit for increasing the voltage is ia (in the form of a series-connected amplitude selector and delay element), a pulse shaper (converting the voltage of the zero sequence of industrial frequency into short pulses) and for each phase of the network a sensor of the supplying phase voltage (in the form of a secondary winding of a three-phase transformer), a reference pulse shaper (converting supply phase voltage in pulses, called the original information with a duration corresponding to the phase interval to 120 o minus phase Prome a clock pulse), a D-flip-flop and a logic element And, the output of the zero-sequence voltage sensor connected to the input of the industrial frequency filter, the output of which is connected to the input of the voltage increase control unit and the input of the clock generator, and for each phase of the network, the output of the supply phase sensor voltage is connected through the driver of the reference pulses to the information input of the D-trigger, the clock input of the D-trigger is connected to the output of the driver of the clock pulses, and the output is connected to the first input Skog AND gate, whose second input is connected to the output control unit increasing the voltage, and output - with the actuating body [2].

В данном устройстве соответствие опорному фазовому промежутку начальной фазы напряжения нулевой последовательности промышленной частоты контролируется с помощью D-триггера, запоминающего значение опорного импульса при совпадении во времени с тактовым импульсом. Отсчет опорных фазовых промежутков производится относительно питающих фазных напряжений индивидуально для каждой фазы сети. Вследствие этого результат определения поврежденной фазы вырабатывается автономно для каждой фазы сети и не зависит от порядка чередования фаз сети. Величина опорного фазового промежутка в сумме с тактовым может быть назначена любой, но не более 120o - границы однозначного определения повременной фазы в трехфазной сети. При суммарной величине, близкой к 120o, снимается ограничение по чувствительности к опасным утечкам на землю, что необходимо для выполнения требований электробезопасности. Однако с повышением чувствительности снижается надежность устройства ввиду ухудшения устойчивости против ошибочного определения поврежденной фазы при высокоомных опасных утечках. В результате последующего шунтирования "здоровой" фазы сети на землю ухудшаются условия электробезопасности. Ухудшение данной устойчивости обусловлено вынужденно малой величиной задержки, вносимой блоком контроля увеличения напряжения. По его выходному сигналу - сигналу о появлении опасной утечки на землю фиксируется поврежденная фаза сети. Таким образом, задержка срабатывания блока контроля увеличения напряжения является в устройстве главным средством обеспечения устойчивости. Величина задержки ограничивается условиями электробезопасности и рассчитывается на основе допустимого времени существования в сети (до защитного шунтирования) тока через человека (с минимальным сопротивлением) за вычетом времени срабатывания исполнительных устройств. Для сетей напряжением 1140 В величина задержки может быть допущена до двух периодов колебаний промышленной частоты. При более высоком напряжении сети задержка, разумеется, должна быть меньше. Появление высокоомных однофазных опасных утечек может сопровождаться переходным процессом с длительностью, превышающей указанную величину задержки. Такой переходный процесс в совокупности с другими помехами непромышленной частоты может "уводить" тактовый импульс за границы опорного импульса, относящегося к поврежденной фазе сети. Вследствие этого соседняя фаза сети ошибочно определяется как поврежденная. Повышение надежности работы устройства возможно путем проверки результата определения поврежденной фазы на достоверность. Однако простое дублирование результата с целью такой проверки неприемлемо из-за дополнительных затрат времени, не допустимых при определении поврежденной фазы сети с низкоомной, наиболее опасной утечкой на землю.In this device, the correspondence between the reference phase gap of the initial phase of the voltage of the zero sequence of industrial frequency is controlled using a D-trigger that stores the value of the reference pulse when it coincides in time with the clock pulse. The reference phase gaps are counted relative to the supply phase voltages individually for each phase of the network. As a result of this, the result of determining the damaged phase is generated autonomously for each phase of the network and does not depend on the order of alternating phases of the network. The value of the reference phase gap in total with the clock can be assigned to any, but not more than 120 o - the boundaries of the unambiguous determination of the time-phase in a three-phase network. With a total value close to 120 o , the restriction on sensitivity to hazardous earth leaks is lifted, which is necessary to comply with electrical safety requirements. However, with increased sensitivity, the reliability of the device decreases due to the deterioration of stability against erroneous determination of the damaged phase during high-resistance hazardous leaks. As a result of the subsequent shunting of the “healthy” phase of the network to the ground, electrical safety conditions worsen. The deterioration of this stability is due to the forcedly small amount of delay introduced by the voltage increase control unit. By its output signal - a signal about the appearance of a dangerous leak to the ground, the damaged phase of the network is recorded. Thus, the delay in the operation of the voltage increase control unit is the main means of ensuring stability in the device. The delay value is limited by electrical safety conditions and is calculated on the basis of the permissible time of existence in the network (before protective bypass) of the current through the person (with minimal resistance) minus the response time of the actuators. For networks with a voltage of 1140 V, the delay value can be allowed up to two periods of oscillation of the industrial frequency. With a higher mains voltage, the delay, of course, should be less. The appearance of high-resistance single-phase hazardous leaks may be accompanied by a transient with a duration exceeding the specified delay value. Such a transient process, together with other non-industrial frequency noise, can “drive” the clock pulse beyond the boundaries of the reference pulse related to the damaged phase of the network. As a result, the adjacent phase of the network is erroneously defined as damaged. Improving the reliability of the device is possible by checking the result of determining the damaged phase for reliability. However, simply duplicating the result for the purpose of such verification is unacceptable due to the additional time costs that are not acceptable when determining the damaged phase of the network with the low resistance, most dangerous leakage to earth.

В основу изобретения поставлена задача повышения надежности работы устройства определения поврежденной фазы на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью путем проверки на достоверность результата определения поврежденной фазы без дополнительных затрат времени за счет увеличения частоты получения результата с одного до двух раз за полное колебание напряжения нулевой последовательности. Использование изобретения обеспечит устойчивость против ошибочного определения поврежденной фазы сети без потери быстродействия при наиболее опасных утечках на землю. The basis of the invention is the task of increasing the reliability of the device for determining the damaged phase to earth in a three-phase network with isolated neutral by checking the reliability of the result of determining the damaged phase without additional time costs by increasing the frequency of obtaining the result from one to two times for a complete voltage fluctuation of the zero sequence. The use of the invention will provide stability against erroneous determination of the damaged phase of the network without loss of speed with the most dangerous earth leaks.

С этой целью в устройство для определения поврежденной фазы на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, фильтр промышленной частоты, блок контроля увеличения напряжения, формирователь тактовых импульсов и для каждой фазы сети датчик питающего фазного напряжения, формирователь опорных импульсов, D-триггер и логический элемент И, причем выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со входом фильтра промышленной частоты, выход которого соединен со входом блока контроля увеличения напряжения и входом формирователя тактовых импульсов, а для каждой фазы сети выход датчика питающего фазного напряжения соединен через формирователь опорных импульсов с информационным входом D-триггера, тактовый вход D-триггера соединен с выходом формирователя тактовых импульсов, а выход - с первым входом логического элемента И, у которого выход соединен с исполнительным органом, дополнительно введены формирователь смещенных на 180o тактовых импульсов, а для каждой фазы сети формирователь смещенных на 180o опорных импульсов и второй D-триггер, причем все D-триггеры выполнены синхронными и со входом сброса, выход блока контроля увеличения напряжения соединен со входами сброса всех D-триггеров, выход блока контроля увеличения напряжения или вход сброса у всех D-триггеров выполнен инверсным, вход формирователя смещенных на 180o тактовых импульсов соединен с выходом фильтра промышленной частоты или выходом формирователя тактовых импульсов, а для каждом фазы сети выход датчика питающего фазного напряжения соединен через формирователь смещенных на 180o опорных импульсов с информационным входом второго D-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом формирователя смещенных на 180o тактовых импульсов, а выход - со вторым входом логического элемента И.To this end, to a device for determining a damaged phase to earth in an isolated neutral network, containing a zero-sequence voltage sensor, an industrial frequency filter, a voltage increase control unit, a clock driver and, for each phase of the network, a supply phase voltage sensor, a reference pulse generator, D -trigger and logic element AND, and the output of the zero-sequence voltage sensor is connected to the input of the industrial frequency filter, the output of which is connected to the input of the control unit the role of voltage increase and the input of the clock driver, and for each phase of the network the output of the supply phase voltage sensor is connected through the driver of the reference pulses to the information input of the D-trigger, the clock input of the D-trigger is connected to the output of the driver of the pulse pulses, and the output is connected to the first input of the logic aND gate whose output is connected to the actuating body additionally introduced offset generator 180 o clock, and for each network phase offset generator 180 o reference pulse c and the second D-trigger, all D-triggers being synchronous and with a reset input, the output of the voltage increase control unit is connected to the reset inputs of all D-triggers, the output of the voltage increase control unit or reset input for all D-triggers is inverse, the input a shaper of 180 ° clock-shifted clock pulses is connected to the output of the industrial frequency filter or an output of a clock shaper, and for each phase of the network, the output of the supply phase voltage sensor is connected through a shaper of a 180 ° shift pulses with the information input of the second D-trigger, the clock input of which is connected to the output of the shaper of clock pulses offset by 180 o , and the output to the second input of the logic element I.

Указанные отличительные существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны изобретения. Ниже приводятся отличительные признаки, характеризующие изобретение в частном случае. These distinctive essential features are sufficient in all cases to which the scope of legal protection of the invention applies. The following are the distinguishing features characterizing the invention in a particular case.

Предлагается вариант реализации формирователя тактовых импульсов в виде нуль-компаратора, а формирователя смещенных на 180o тактовых импульсов в виде логического элемента НЕ, вход которого соединен с выходом нуль-компаратора.An embodiment of a clock shaper in the form of a null-comparator is proposed, and a shaper of clock pulses offset by 180 ° in the form of a logic element NOT, the input of which is connected to the output of a null-comparator.

Новое техническое свойство изобретения достигается следующим образом. Введенные в устройство новые (отличительные) признаки: формирователь смещенных на 180o тактовых импульсов и для каждой фазы сети формирователь смещенных на 180o опорных импульсов и второй D-триггер во взаимосвязи обеспечивают получение второго (дополнительного) результата определения поврежденной фазы сети. Получение первого результата обеспечивают известные признаки устройства. Чередование обоих результатов во времени имеет случайный характер. Оба результата обновляются один раз за полное колебание напряжения нулевой последовательности, но с относительным смещением на 180o, соответствующим половине полного колебания. В итоге обеспечивается получение результата определения поврежденной фазы дважды за полное колебание напряжения нулевой последовательности. Логический элемент И для каждой фазы сети формирует конечный результат определения поврежденной фазы с проверкой на достоверность - по совпадению активных состояний первого и второго D-триггеров (первого и второго результатов определения поврежденной фазы). При этом затраты времени на определение поврежденной фазы остаются такими же, как в случае определения поврежденной фазы без проверки результата на достоверность. Появление в сети опасной утечки на землю является командой, указывающей на необходимость определения поврежденной фазы, и для устройства соответствует разрешению работы D-триггеров. С этой целью используются входы сброса D-триггеров, на которые разрешающий сигнал поступает с выхода блока контроля увеличения напряжения. За счет проверки достоверности достигается устойчивость против ошибочного определения поврежденной фазы, что повышает надежность работы устройства.A new technical property of the invention is achieved as follows. Introduced into the device a new (distinct) characteristics: offset generator 180 o clock pulses and for each network phase generator 180 o spaced reference pulses and a second D-flip-flop in conjunction provide a second (additional) the determination result of the damaged phase network. Obtaining the first result provides known features of the device. The alternation of both results in time is random. Both results are updated once for the complete voltage fluctuation of the zero sequence, but with a relative offset of 180 o , corresponding to half the full fluctuation. As a result, the result of determining the damaged phase is obtained twice for the complete voltage fluctuation of the zero sequence. The logical element And for each phase of the network forms the final result of determining the damaged phase with a check for reliability - by the coincidence of the active states of the first and second D-flip-flops (the first and second results of determining the damaged phase). At the same time, the time spent on determining the damaged phase remains the same as in the case of determining the damaged phase without checking the result for reliability. The appearance of a dangerous earth leak in the network is a command indicating the need to determine the damaged phase, and for the device corresponds to the permission of the D-triggers. For this purpose, the reset inputs of D-flip-flops are used, to which the enable signal comes from the output of the voltage increase control unit. Due to the validation check, stability is achieved against erroneous determination of the damaged phase, which increases the reliability of the device.

Назначение отличительных признаков, характеризующих изобретение в частном случае, заключается в следующем. The purpose of the distinguishing features characterizing the invention in a particular case is as follows.

Реализация D-триггеров синхронными делает возможным простую реализацию формирователей тактовых импульсов и смещенных на 180o тактовых импульсов соответственно в виде нуль-компаратора и логического элемента НЕ, что также повышает надежность устройства. При этом используется свойство переключения синхронного D-триггера по фронту сигнала на тактовом входе.The implementation of D-triggers synchronous makes it possible to easily implement clock shapers and 180 o off- clock pulses, respectively, in the form of a zero comparator and NOT logic element, which also increases the reliability of the device. In this case, the property of switching the synchronous D-flip-flop along the signal front at the clock input is used.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства для случая повреждения в сети фазы A. In FIG. 1 shows a functional diagram of the device, FIG. 2 is a timing chart explaining the operation of the device in case of damage in the phase A network.

Функциональная схема устройства содержит датчик напряжения нулевой последовательности 1, датчики питающих фазных напряжений 2, фильтр промышленной частоты 3, формирователь тактовых импульсов 4, формирователь смещенных на 180o тактовых импульсов 5, блок контроля увеличения напряжения 6 и далее по числу фаз сети формирователи опорных импульсов 7, формирователи смещенных на 180o опорных импульсов 8, первые и вторые синхронные D-триггеры 9 и 10, а также логические элементы И 11. На схеме также показаны:
A, B, C - фазы сети;
U0 - напряжение нулевой последовательности;
u0 - выходной сигнал фильтра 3, пропорциональный напряжению U0 промышленной частоты;
uA, uB, uC - выходные сигналы датчиков 2, пропорциональные питающим фазным напряжениям сети;
a1, b1, c1 - первые опорные импульсы на выходах формирователей 7 для фаз A, B, C;
a2, b2, c2 - вторые, смещенные на 180o опорные импульсы на выходах формирователей 8 для фаз A, B, C;
z1, z2 - первые тактовые импульсы и вторые, смещенные на 180o тактовые импульсы на выходах формирователя 4 и 5 соответственно;
r - сигнал с инверсного выхода блока контроля увеличения напряжения 6 (сигнал сброса D-триггеров в ноль);
Q1A, Q2A - выходные сигналы первого и второго D-триггеров 9 и 10 в поврежденной фазе A.
The functional diagram of the device contains a zero-sequence voltage sensor 1, supply phase voltage sensors 2, an industrial frequency filter 3, a clock shaper 4, a shaper of 180 clock pulses offset by 180 o , a voltage increase control unit 6, and then, according to the number of network phases, reference pulse shapers 7 , shapers of reference pulses 8 offset by 180 o , first and second synchronous D-flip-flops 9 and 10, as well as logic elements And 11. The diagram also shows:
A, B, C - network phases;
U 0 - voltage zero sequence;
u 0 - the output signal of the filter 3, proportional to the voltage U 0 industrial frequency;
u A , u B , u C - output signals of sensors 2, proportional to the supply phase voltage of the network;
a 1 , b 1 , c 1 - the first reference pulses at the outputs of the shapers 7 for phases A, B, C;
a 2 , b 2 , c 2 - second, offset by 180 o reference pulses at the outputs of the shapers 8 for phases A, B, C;
z 1 , z 2 - the first clock pulses and the second, 180 o offset clock pulses at the outputs of the shaper 4 and 5, respectively;
r is the signal from the inverse output of the control unit for increasing voltage 6 (signal reset D-flip-flops to zero);
Q 1 A , Q 2 A - output signals of the first and second D-flip-flops 9 and 10 in the damaged phase A.

На временной диаграмме дополнительно показаны:
T - период колебаний промышленной частоты;
τ - временной сдвиг первых опорных импульсов a1, b1, c1 относительно нулевых переходов сигналов uA, uB, uC;
τo - время замедления фильтра промышленной частоты 3;
Δt - время запаздывания конечного результата определения поврежденной фазы относительно момента появления сигнала о появлении опасной утечки на землю;
t - время.
The time chart additionally shows:
T is the period of oscillation of the industrial frequency;
τ is the time shift of the first reference pulses a 1 , b 1 , c 1 relative to the zero transitions of signals u A , u B , u C ;
τ o is the deceleration time of the industrial frequency filter 3;
Δt is the delay time of the final result of determining the damaged phase relative to the moment of occurrence of a signal about the occurrence of a dangerous leak to the ground;
t is time.

Работа устройства заключается в следующем. The operation of the device is as follows.

По сигналам uA, uB и uC с выходов датчиков 2 питающих фазных напряжений сети (выполненных, например, в виде вторичных обмоток трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены звездою и подключены к фазам сети) формирователи 7 (фиг. 1) вырабатывают первые опорные импульсы a1, b1, c1 заданной длительности, равной трети периода T и соответствующей величине 120o опорного фазового промежутка. Первые опорные импульсы (фазовые промежутки) a1, b1, c1 смещены (фиг. 2) относительно нулевых переходов сигналов uA, uB, uC от отрицательных значений к положительным на некоторый фиксированный интервал τ (фазовый сдвиг ωτ, , где ω - круговая частота сети), обусловленный реализацией формирователей 7. Так, в случае реализации формирователей 7 в виде компараторов, срабатывающих при превышении мгновенных значений входных сигналов над порогом, равным половине максимального значения этих сигналов, интервал τ составляет T/12 (фазовый сдвиг ωτ = 30o). Данный случай соответствует временной диаграмме. При другой реализации, например в виде одновибраторов, интервал τ может составлять любое фиксированное значение в пределах периода.According to the signals u A , u B and u C from the outputs of the sensors 2 of the supply phase voltage of the network (made, for example, in the form of secondary windings of a three-phase transformer, the primary windings of which are connected by a star and connected to the phases of the network), the generators 7 (Fig. 1) generate the first reference pulses a 1 , b 1 , c 1 of a given duration equal to a third of the period T and the corresponding value of 120 o the reference phase gap. The first reference pulses (phase gaps) a 1 , b 1 , c 1 are shifted (Fig. 2) relative to the zero transitions of the signals u A , u B , u C from negative to positive values by a fixed interval τ (phase shift ωτ, where ω is the circular frequency of the network), due to the implementation of the shapers 7. So, in the case of the implementation of the shapers 7 in the form of comparators, when the instantaneous values of the input signals exceed a threshold equal to half the maximum value of these signals, the interval τ is T / 12 (phase shift ωτ = 30 o ). This case corresponds to the time diagram. In another implementation, for example in the form of single-vibrators, the interval τ can be any fixed value within the period.

Формирователи 8 вырабатывают из сигналов uA, uB, uC вторые опорные импульсы a2, b2, c2, смещенные относительно первых опорных импульсов a1, b1, c1 на полупериод T/2 (180o). Формирователи 8 могут быть реализованы, например, в виде компараторов, срабатывающих при снижении мгновенных значений входных сигналов ниже порога, равного половине минимального значения этих сигналов (как показано на временной диаграмме).Shapers 8 generate from the signals u A , u B , u C the second reference pulses a 2 , b 2 , c 2 offset from the first reference pulses a 1 , b 1 , c 1 by a half period T / 2 (180 o ). Shapers 8 can be implemented, for example, in the form of comparators operating when the instantaneous values of the input signals decrease below a threshold equal to half the minimum value of these signals (as shown in the time diagram).

Повреждение изоляции в сети в виде утечки в фазе A вызывает появление напряжения U0 нулевой последовательности. Это напряжение выделяется датчиком 1, выполненным, например, в виде фильтра напряжения нулевой последовательности, образованного первичными обмотками трехфазного трансформатора. В общем случае напряжение U0 содержит в себе полезную (информационную) составляющую промышленной частоты и помеху - составляющие непромышленной частоты, например, создаваемые работой устройства контроля активного сопротивления изоляции сети. Промышленная составляющая напряжения U0 сдвинута относительно сигнала uA на фазовый угол, определяемый передаточными свойствами контура нулевой последовательности сети. На фиг. 2 штрихпунктиром показаны колебания U0 промышленной частоты для граничных значений фазового сдвига при отсутствии утечек в соседних фазах сети: - 90o и 0o. Фильтр 3 выделяет полезный сигнал u0, пропорциональный напряжению U0 промышленной частоты, и одновременно замедляет его на время τo для приведения в соответствие среднего значения начальной фазы сигнала u0 середине опорного фазового промежутка, относящегося к фазе A. Данное замедление нейтрализует фиксированный сдвиг τ, вносимый формирователями 7 и 8, и правильно ориентирует нулевые переходы сигнала u0 относительно опорных импульсов. Далее из сигнала u0 формируются первые тактовые импульсы z1 и смещенные от них на 180o вторые тактовые импульсы z2 соответственно формирователем 4 и 5. Показанные на временной диаграмме тактовые импульсы в виде меандра соответствуют варианту простой реализации формирователей 4 и 5 в виде нуль-компаратора и логического элемента НЕ соответственно. Формирователи 4 и 5 могут также вырабатывать тактовые импульсы в виде, отличающемся от меандра. При этом для реализации формирователя 5 может оказаться более удобным подключение его входа к выходу фильтра 3 (на схеме эта связь показана пунктиром).Damage to the insulation in the network in the form of a leak in phase A causes the appearance of voltage U 0 of the zero sequence. This voltage is allocated by the sensor 1, made, for example, in the form of a zero-sequence voltage filter formed by the primary windings of a three-phase transformer. In the general case, voltage U 0 contains a useful (informational) component of industrial frequency and interference — components of non-industrial frequency, for example, created by the operation of a device for monitoring the active insulation resistance of a network. The industrial component of the voltage U 0 is shifted relative to the signal u A by the phase angle determined by the transfer properties of the zero sequence circuit of the network. In FIG. Figure 2 shows the oscillations U 0 of the industrial frequency for the boundary values of the phase shift in the absence of leaks in the adjacent phases of the network: - 90 o and 0 o . Filter 3 selects a useful signal u 0 proportional to the voltage U 0 of the industrial frequency, and at the same time slows it down by a time τ o to bring the average value of the initial phase of the signal u 0 into correspondence with the middle of the reference phase gap related to phase A. This deceleration neutralizes the fixed shift τ introduced by the shapers 7 and 8, and correctly orientates the zero transitions of the signal u 0 relative to the reference pulses. Then, from the signal u 0 , the first clock pulses z 1 and the second clock pulses z 2 offset from them by 180 o are formed by the shaper 4 and 5, respectively. The clock pulses shown in the time diagram in the form of a meander correspond to a variant of the simple implementation of the shapers 4 and 5 in the form of zero comparator and logical element are NOT, respectively. Shapers 4 and 5 can also generate clock pulses in a form different from the meander. Moreover, for the implementation of the shaper 5 it may be more convenient to connect its input to the output of the filter 3 (in the diagram, this connection is shown by a dashed line).

Поврежденная фаза сети определяется по совпадению двух результатов. Один результат определяется для каждой фазы сети по обнаружению соответствия первому опорному фазовому промежутку значения фазового сдвига между питающим фазным напряжением и сигналом u0, то есть по совпадению во времени первого опорного импульса (одного из импульсов a1, b1, c1) и фронта первого тактового импульса z1. Другой результат определяется также для каждой фазы сети по обнаружению соответствия второму опорному фазовому промежутку значения фазового сдвига между питающим фазным напряжением и инверсным сигналом u0, то есть по совпадению во времени второго опорного импульса (одного из импульсов a2, b2, c2) и фронта второго тактового импульса z2. Указанные совпадения во времени фиксируются соответственно первым и вторым синхронным D-триггером - 9 и 10. Включение в работу всех D-триггеров осуществляется с появлением в сети опасной утечки на землю, распознаваемым блоком 6 по увеличению выходного сигнала u0 фильтра 3. Для включения D-триггеров использованы входы сброса (R-входы), на которые разрешающий работу логический сигнал r низкого (нулевого) уровня поступает с инверсного выхода блока 6, как показано на схеме устройства (в случае же использования D-триггеров с инверсным входом сброса блок 6 выполняют с неинверсным выходом). В момент прихода сигнала разрешения r = 0 триггеры находятся в нулевом (неактивном) состоянии, характеризуемом низким уровнем выходных сигналов. По положительным перепадам импульсов на тактовых входах (C-входах) триггеров последние принимают состояние, соответствующее значениям опорных импульсов на информационных D-входах. При поврежденной фазе A положительные перепады тактовых импульсов z1 и z2 приходятся на время действия опорных импульсов a1 и a2 соответственно. По положительным перепадам тактовых импульсов D-триггеры 9 и 10, относящиеся к фазе A, переходят в активное состояние, характеризуемое высоким (единичным) уровнем выходных логических сигналов на выходах: Q1A = Q2A = 1. Единичное значение только одного сигнала Q1A или Q2A является во времени первым (предварительным) результатом определения поврежденной фазы A. Конечный результат определения поврежденной фазы вырабатывается с появлением единичного значения второго сигнала, повторяющего первый и тем самым подтверждающего его достоверность. Совпадение во времени единичных сигналов Q1A и Q2A выявляется соответствующим логическим элементом И 11, выходной сигнал которого управляет работой исполнительного органа, например устройства защитного шунтирования поврежденной фазы на землю.The damaged phase of the network is determined by the coincidence of the two results. One result is determined for each phase of the network by detecting the correspondence of the first reference phase gap to the phase shift between the supply phase voltage and the signal u 0 , i.e., the coincidence in time of the first reference pulse (one of the pulses a 1 , b 1 , c 1 ) and the edge the first clock pulse z 1 . Another result is also determined for each phase of the network by detecting the correspondence of the second reference phase gap to the phase shift between the supply phase voltage and the inverse signal u 0 , i.e., by the coincidence in time of the second reference pulse (one of the pulses a 2 , b 2 , c 2 ) and the front of the second clock pulse z 2 . The indicated coincidences in time are recorded respectively by the first and second synchronous D-flip-flops - 9 and 10. The inclusion of all D-flip-flops is carried out with the appearance of a dangerous earth leak, recognized by block 6 by increasing the output signal u 0 of filter 3. To turn on D -triggers, reset inputs (R-inputs) are used, to which a logic signal r of low (zero) level, which works, is supplied from the inverse output of block 6, as shown in the device diagram (in the case of using D-triggers with an inverse reset input, bl 6 to operate with a noninverted output). At the moment of arrival of the permission signal r = 0, the triggers are in the zero (inactive) state, characterized by a low level of output signals. According to the positive differences of pulses at the clock inputs (C-inputs) of the triggers, the latter take a state corresponding to the values of the reference pulses at the information D-inputs. With a damaged phase A, the positive changes in the clock pulses z 1 and z 2 occur during the action of the reference pulses a 1 and a 2, respectively. According to the positive differences of clock pulses, D-flip-flops 9 and 10, related to phase A, go into the active state, characterized by a high (single) level of output logic signals at the outputs: Q 1 A = Q 2 A = 1. A single value of only one signal Q 1 A or Q 2 A is, in time, the first (preliminary) result of determining the damaged phase A. The final result of determining the damaged phase is generated with the appearance of a single value of the second signal that repeats the first and thereby confirms its reliability. The coincidence in time of the single signals Q 1 A and Q 2 A is detected by the corresponding logical element And 11, the output signal of which controls the operation of the executive body, for example, a device for protective shunting of the damaged phase to earth.

В последующие такты сигналов z1 и z2 единичное состояние указанных D-триггеров будет подтверждаться до устранения повреждения; и появления сигнала сброса r = 1. Триггеры, относящиеся к "здоровым" (неповрежденным) фазам сети, все это время находятся в неактивном состоянии.In subsequent clock cycles of signals z 1 and z 2, a single state of the indicated D-flip-flops will be confirmed until the damage is repaired; and the appearance of the reset signal r = 1. Triggers related to the “healthy” (intact) phases of the network have been inactive all this time.

Задержка в появлении результата определения поврежденной фазы относительно моментов распознавания появления в сети опасной утечки на землю (перехода сигнала r с высокого уровня к низкому) составляет от половины до полного колебания сигнала u0 в силу случайности моментов появления выходного сигнала блока 6 и обусловлена задержкой Δt перехода к единичному значению второго, подтверждающего, сигнала. На временной диаграмме с такой задержкой появляется единичное значение сигнала Q1A. Задержка, равная "длительности полного колебания сигнала u0, является максимальной для устройства, который определяет поврежденную фазу сети без проверки на достоверность. В сравнении с ним в предлагаемом устройстве за то же время результат определения поврежденной фазы формируется с проверкой на достоверность, обеспечивающей устойчивость против ошибочного определения поврежденной фазы.The delay in the appearance of the result of determining the damaged phase relative to the moments of recognition of the occurrence of a dangerous earth leakage in the network (signal r goes from high to low) is from half to the full fluctuation of the signal u 0 due to the randomness of the moments of occurrence of the output signal of block 6 and is caused by the delay Δt of the transition to the unit value of the second, confirming signal. On the time diagram with such a delay, a single value of the signal Q 1 A appears. The delay equal to the "duration of the full oscillation of the signal u 0 is the maximum for the device that determines the damaged phase of the network without checking for reliability. In comparison with it, in the proposed device for the same time, the result of determining the damaged phase is formed with a check for reliability, which ensures stability against erroneous determination of the damaged phase.

За счет проверки на достоверность дополнительно снимаются ограничения по быстродействию блока 6 контроля увеличения напряжения u0 без риска ошибочного определения поврежденной фазы. При этом задержка срабатывания блока 6 может быть снижена до минимального значения, необходимого главным образом для обеспечения устойчивости против импульсных помех. Кроме того, допускается задержка как фиксированной, так и переменной величины, что расширяет возможности реализации блока 6. Так, в случае контроля увеличения напряжения u0 по его мгновенному значению удобно использовать в блоке 6 фиксированную задержку срабатывания. В случае же контроля увеличения напряжения u0 по его измеренному средневыпрямленному или действующему значению задержка срабатывания блока 6 обусловлена инерционностью соответствующего измерителя и представляет собой переменную величину в виде убывающей функции от величины напряжения u0.Due to the validation check, the speed limits of the control unit 6 for increasing the voltage u 0 are additionally removed without the risk of erroneously determining the damaged phase. In this case, the response delay of block 6 can be reduced to the minimum value necessary mainly to ensure stability against impulse noise. In addition, a delay of both a fixed and a variable value is allowed, which expands the possibilities of implementing block 6. So, in the case of monitoring the increase in voltage u 0 by its instantaneous value, it is convenient to use a fixed delay in block 6. In the case of monitoring the increase in voltage u 0 according to its measured average straightened or actual value, the response delay of block 6 is caused by the inertia of the corresponding meter and is a variable in the form of a decreasing function of the voltage u 0 .

Представленное выше описание работы устройства относится к случаю появления в сети низкоомной, наиболее опасной утечки, сопровождающейся кратковременным переходным процессом установления напряжения U0, что способствует быстрому определению поврежденной фазы сети.The above description of the operation of the device relates to the case of the appearance of a low-resistance, most dangerous leak in the network, accompanied by a short-term transient process of establishing the voltage U 0 , which contributes to the rapid determination of the damaged phase of the network.

В случае же появления в сети высокоомной опасной утечки, сопровождающейся длительным переходным процессом установления напряжения U0, время определения поврежденной фазы сети будет определяться временем затухания переходного процесса до момента наступления достоверного результата. Условия электробезопасности при этом также соблюдаются за счет меньшего значения тока утечки.In the case of the appearance of a high-resistance dangerous leakage in the network, accompanied by a long transient process of establishing the voltage U 0 , the time to determine the damaged phase of the network will be determined by the transient decay time until a reliable result occurs. Electrical safety conditions are also observed due to the lower value of the leakage current.

Перечень источников
1. А.с. СССР N 1379857, H 02 H 3/16, опубл. в Б.И. 1988, N 9.
List of sources
1. A.S. USSR N 1379857, H 02 H 3/16, publ. in B.I. 1988, N 9.

2. А.с. СССР N 943959, H 02 H 3/16, опубл. в Б.И. 1982, N 26. 2. A.S. USSR N 943959, H 02 H 3/16, publ. in B.I. 1982, N 26.

Claims (2)

1. Устройство для определения поврежденной фазы на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью, содержащее датчик напряжения нулевой последовательности, фильтр промышленной частоты, блок контроля увеличения напряжения, формирователь тактовых импульсов и для каждой фазы сети датчик питающего фазного напряжения, формирователь опорных импульсов, D-триггер и логический элемент И, причем выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со входом фильтра промышленной частоты, вход которого соединен со входом блока контроля увеличения напряжения и входом формирователя тактовых импульсов, а для каждой фазы сети выход датчика питающего фазного напряжения соединен через формирователь опорных импульсов с информационным входом D-триггера, тактовый вход D-триггера соединен с выходом формирователя тактовых импульсов, а выход - с первым входом логического элемента И, у которого выход соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что в него введены формирователь смещенных на 180o тактовых импульсов, а для каждой фазы сети формирователь смещенных на 180o опорных импульсов и второй D-триггер, причем все D-триггеры выполнены синхронными и со входом сброса, выход блока контроля увеличения напряжения соединен со входами сброса всех D-триггеров, выход блока контроля увеличения напряжения или вход сброса у всех D-триггеров выполнен инверсивным, вход формирователя смещенных на 180o тактовых импульсов соединен с выходом фильтра промышленной частоты или выходом формирователя тактовых импульсов, а для каждой фазы сети выход датчика питающего фазного напряжения соединен через формирователь смещенных на 180o опорных импульсов с информационным входом второго D-триггера, тактовый вход которого соединен с выходом формирователя смещенных на 180o тактовых импульсов, а выход - со вторым входом логического элемента И.1. A device for determining the damaged phase to earth in a three-phase network with an isolated neutral, containing a zero-sequence voltage sensor, an industrial frequency filter, a voltage increase control unit, a clock driver and, for each phase of the network, a supply phase voltage sensor, a reference pulse generator, D- a trigger and a logical element And, and the output of the zero-sequence voltage sensor is connected to the input of the industrial frequency filter, the input of which is connected to the input of the control unit To increase the voltage and the input of the clock driver, and for each phase of the network, the output of the supply phase voltage sensor is connected through the driver of the reference pulses to the information input of the D-trigger, the clock input of the D-trigger is connected to the output of the driver of the pulse pulses, and the output is connected to the first input of the logic aND gate whose output is connected to the actuating body, characterized in that it introduced shaper 180 o displaced clock pulses, and for each network phase offset generator supports 180 o of pulses and a second D-trigger, all D-triggers being synchronous and with a reset input, the output of the voltage increase control unit is connected to the reset inputs of all D-triggers, the output of the voltage increase control unit or the reset input for all D-triggers is inverse, the input of the shaper of clock pulses offset by 180 o is connected to the output of the industrial frequency filter or the output of the shaper of clock pulses, and for each phase of the network the output of the sensor for the supply phase voltage is connected through the shaper 180 o reference pulses with the information input of the second D-flip-flop, the clock input of which is connected to the output of the shaper of 180 o offset clock pulses, and the output to the second input of the logic element I. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь тактовых импульсов выполнен в виде нуль-компаратора, а формирователь смещенных на 180o тактовых импульсов - в виде логического элемента НЕ, вход которого соединен с выходом нуль-компаратора.2. The device according to claim 1, characterized in that the clock shaper is made in the form of a null-comparator, and the shaper of clock pulses offset by 180 o is in the form of a logical element NOT, the input of which is connected to the output of the null-comparator.
RU99112720A 1999-04-02 1999-06-10 Device for detection f phase ground short circuit in three-phase power supply network with insulated neutral wire RU2156531C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA99041877 1999-04-02
UA99041877A UA29533C2 (en) 1999-04-02 1999-04-02 Device for determination of a faulted phase to the ground in the three-phase network with insulated neutral

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2156531C1 true RU2156531C1 (en) 2000-09-20

Family

ID=21689352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99112720A RU2156531C1 (en) 1999-04-02 1999-06-10 Device for detection f phase ground short circuit in three-phase power supply network with insulated neutral wire

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2156531C1 (en)
UA (1) UA29533C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
UA29533C2 (en) 2000-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Traveling wave-based protection scheme for inverter-dominated microgrid using mathematical morphology
Khodaparast et al. Three-phase fault detection during power swing by transient monitor
Patel et al. Detection of power swing and fault during power swing using Lissajous figure
CN101277012B (en) Fast impedance protection technique immune to dynamic errors of capacitive voltage transformers
EP0062446B1 (en) Locating faults in power transmission systems
EP3224954B1 (en) A method for estimating an electrical operating time of a circuit breaker
Wei et al. Short-time adaline based fault feature extraction for inter-turn short circuit diagnosis of PMSM via residual insulation monitoring
CN106249063A (en) A kind of three-phase alternating-current supply phase sequence lack detection circuit and method
US4470091A (en) Productive relay apparatus for protection from sub-synchronous current oscillations in a power system
CN104764975A (en) Earth leakage detection device
CN102680852A (en) Electric rotating machine
RU2156531C1 (en) Device for detection f phase ground short circuit in three-phase power supply network with insulated neutral wire
US10228406B2 (en) Detecting a fault, in particular a transient fault, in an electrical network
JPS5941117A (en) Motor speed control circuit for washing machine
RU2005139372A (en) METHOD OF DIRECTED PROTECTION AGAINST SINGLE PHASE CIRCUIT TO THE GROUND IN THE DISTRIBUTIVE ELECTRIC AC NETWORK AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2150167C1 (en) Method for detecting ground fault in insulated- neutral three-phase supply mains
CN103314302A (en) Method and device for enhancing the reliability of generator ground fault detection on a rotating electrical machine
RU2685746C1 (en) METHOD OF DETERMINING POINT AND DISTANCE TO SINGLE-PHASE GROUND FAULT IN 6-35 kV ELECTRIC NETWORKS WITH ISOLATED OR COMPENSATED NEUTRAL POINT
RU2244992C1 (en) Device for detecting single-phase ground faults in insulated-neutral networks
CN110388303B (en) Method, device and system for measuring rotating speed of wind generating set
JP5272678B2 (en) Overexcitation detection device
RU2035816C1 (en) Method of fast-action remote protection of d c or a c power line by instantaneous currents and voltages
SU1078526A1 (en) Method for directional pulse protection against one-phase earth leakage in systems with compensated and isolated neutral
RU2659194C2 (en) Device for testing inter-winding and body insulation in windings of rotors of turbogenerators
SU734572A1 (en) Device for determining faulty phase wire at earthing in three-phase mains with insulated neutral wire

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070611