RU2214643C1

RU2214643C1 - Phase-to-ground fault protective gear

Info

Publication number: RU2214643C1
Application number: RU2002110982/09A
Authority: RU
Inventors: И.К. Пухов
Original assignee: Пухов Игорь Константинович
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-10-20

Abstract

FIELD: relay protective devices; phase- to-ground fault protection. SUBSTANCE: protective gear has AND gate, final element, phase- sensing circular rectifier, zero-sequence current filter, zero-sequence voltage filter, two flip-flops, rectifier, two monostable multivibrators, two comparators, two OR gates, and four pulse shapers. EFFECT: enhanced precision. 1 cl, 1 dwg _

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты от однофазных замыканий на землю. The invention relates to electrical engineering and can be used in devices for protection against single-phase earth faults.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1]. A device is known that contains a series-connected clock generator, a binary counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве устройства защиты от замыканий. The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow its use as a device for protection against short circuits.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее фильтр тока нулевой последовательности, фильтр напряжения нулевой последовательности, выходы которых соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго одновибраторов, первый и второй триггеры, выпрямитель, вход которого соединен с входом фильтра напряжения нулевой последовательности, элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого триггера, вход которого соединен с первым входом второго триггера и с выходом выпрямителя, а второй вход соединен с выходом второго одновибратора, второй вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а третий вход соединен с выходом второго триггера, выход которого соединен с третьим входом второго одновибратора, а также исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом элемента И [2]. The closest in technical essence to the proposed one is a device containing a zero-sequence current filter, a zero-sequence voltage filter, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the ring phase-sensitive rectifier, the outputs of which are connected to the first inputs of the first and second one-shots, the first and second triggers, the rectifier, the input which is connected to the input of the zero-sequence voltage filter, the element And, the first input of which is connected to the output of the first trigger, the stroke of which is connected to the first input of the second trigger and the output of the rectifier, and the second input is connected to the output of the second one-shot, the second input of which is connected to the output of the first one-shot, and the third input is connected to the output of the second trigger, the output of which is connected to the third input of the second one-shot, and also an actuating element, the input of which is connected to the output of the element And [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность, поскольку отсутствуют, в частности, средства начальной установки триггеров и одновибраторов, что приводит к неопределенности в срабатывании устройства. The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low accuracy, since, in particular, there are no means for the initial installation of triggers and single vibrators, which leads to uncertainties in the operation of the device.

Техническим результатом изобретения является повышение точности. The technical result of the invention is to increase accuracy.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее элемент И, исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом элемента И, кольцевой фазочувствительный выпрямитель, фильтр тока нулевой последовательности и фильтр напряжения нулевой последовательности, входы которых подключены к соответствующим цепям контроля тока и напряжения нулевых последовательностей контролируемой линии, а выходы соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя, первый триггер, второй триггер, выход которого соединен с первым входом элемента И, другой выпрямитель, вход которого соединен с входом фильтра напряжения нулевой последовательности, и первый и второй одновибраторы, введены первый и второй компараторы, входы которых соединены, соответственно, с выходом кольцевого фазочувствительного выпрямителя и другого выпрямителя, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом первого одновибратора, вход которого соединен с выводом для подключения сигнала запуска устройства, а выходы соединены с R-входами соответственно первого и второго триггеров, первый и второй формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом первого компаратора, а выходы соединены соответственно с S-входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента И, и со вторым входом первого элемента ИЛИ, а также третий и четвертый формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом второго компаратора, а выходы соединены соответственно с S-входом второго триггера и со вторым входом второго элемента ИЛИ, при этом вход второго одновибратора соединен с выходом первого триггера, а выход соединен с инверсным входом элемента И. This technical result is achieved by the fact that in the device containing the element And, the actuating element, the input of which is connected to the output of the element And, a ring phase-sensitive rectifier, a zero-sequence current filter and a zero-sequence voltage filter, the inputs of which are connected to the corresponding control circuits of the current and zero voltage sequences of the controlled line, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the ring phase-sensitive rectifier, the first trigger, the second trigger, output which is connected to the first input of the And element, another rectifier, the input of which is connected to the input of the zero-sequence voltage filter, and the first and second single vibrators, the first and second comparators are introduced, the inputs of which are connected, respectively, with the output of the ring phase-sensitive rectifier and another rectifier, the first and the second OR element, the first inputs of which are connected to the output of the first one-shot, the input of which is connected to the output for connecting the start signal of the device, and the outputs are connected to the R-inputs respectively of the first and second triggers, the first and second pulse shapers, whose inputs are connected to the output of the first comparator, and the outputs are connected respectively to the S-input of the first trigger, the output of which is connected to the second input of the AND element, and to the second input of the first OR element, and the third and fourth pulse shapers, the inputs of which are connected to the output of the second comparator, and the outputs are connected respectively to the S-input of the second trigger and to the second input of the second OR element, while the input of the second single-shot is connected n with the output of the first flip-flop, and an output connected to the inverted input of the I.

На чертеже представлена электрическая структурная схема устройства защиты от замыканий. The drawing shows an electrical block diagram of a protection device against short circuits.

Устройство защиты от замыканий содержит элемент И 1, исполнительный элемент 2, вход которого соединен с выходом элемента И 1, кольцевой фазочувствительный выпрямитель 3, фильтр 4 тока нулевой последовательности и фильтр 5 напряжения нулевой последовательности, входы которых подключены к цепям контроля соответственно тока и напряжения нулевых последовательностей контролируемой линии, а выходы соединены с соответствующими входами кольцевого фазочувствительного выпрямителя 3, первый триггер 6, второй триггер 7, выход которого соединен с первым входом элемента И 1, выпрямитель 8, вход которого соединен с входом фильтра 5 напряжения нулевой последовательности, первый одновибратор 9, первый 10 и второй 11 компараторы, входы которых соединены соответственно с выходом кольцевого фазочувствительного выпрямителя 3 и выпрямителя 8, первый 12 и второй 13 элементы ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом одновибратора 9, вход которого через ключ соединен с выводом для подключения сигнала запуска устройства, а выходы соединены с R-входами соответственно первого 6 и второго 7 триггеров, первый 14 и второй 15 формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом первого компаратора 10, а выходы соединены соответственно с S-входом первого триггера 6, выход которого соединен со вторым входом элемента И 1 и со вторым входом первого элемента ИЛИ 12, а также третий 16 и четвертый 17 формирователи импульсов, входы которых соединены с выходом второго компаратора 11, а выходы соединены соответственно с S-входом второго триггера 7 и со вторым входом второго элемента ИЛИ 13, и второй одновибратор 18, вход которого соединен с выходом первого триггера 6, а выход соединен с инверсным входом элемента И 1. The short circuit protection device contains an element And 1, an actuator 2, the input of which is connected to the output of And 1, an annular phase-sensitive rectifier 3, a zero sequence current filter 4 and a zero sequence voltage filter 5, the inputs of which are connected to the control circuits, respectively, of the zero current and voltage sequences of the controlled line, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the ring phase-sensitive rectifier 3, the first trigger 6, the second trigger 7, the output of which is connected to the input element I 1, rectifier 8, the input of which is connected to the input of the zero-voltage filter 5, the first one-shot 9, the first 10 and second 11 comparators, the inputs of which are connected respectively to the output of the ring phase-sensitive rectifier 3 and rectifier 8, the first 12 and second 13 OR elements, the first inputs of which are connected to the output of the one-shot 9, the input of which is connected via a key to the output for connecting the start signal of the device, and the outputs are connected to the R-inputs of the first 6 and second 7 triggers, respectively output 14 and second 15 pulse shapers whose inputs are connected to the output of the first comparator 10, and the outputs are connected respectively to the S-input of the first trigger 6, the output of which is connected to the second input of the element And 1 and the second input of the first element OR 12, as well as the third 16 and fourth 17 pulse shapers whose inputs are connected to the output of the second comparator 11, and the outputs are connected respectively to the S-input of the second trigger 7 and to the second input of the second element OR 13, and the second one-shot 18, the input of which is connected to the output of the first ggera 6, and an output connected to the inverted input of the AND 1.

В качестве кольцевого фазочувствительного выпрямителя 3 может быть использован выпрямитель, представленный в [2, стр.111, рис.3.22, а]. Первый 14 и третий 16 формирователи являются формирователями короткого импульса по перепаду входного сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы, а второй 15 и четвертый 17 формирователя являются формирователями короткого импульса по перепаду входного сигнала с уровня логической единицы на уровень логического нуля. Остальные блоки устройства являются также стандартными блоками электротехники. As an annular phase-sensitive rectifier 3, the rectifier presented in [2, p. 111, Fig. 3.22, a] can be used. The first 14 and third 16 shapers are shapers of a short pulse for a difference in the input signal from a logic zero level to a level of a logical unit, and the second 15 and fourth 17 shapers are shapers of a short pulse for a difference in an input signal from a level of a logical zero to a logical zero level. The remaining units of the device are also standard units of electrical engineering.

Работает устройство защиты от замыканий следующим образом. The circuit protection device operates as follows.

В цепь питания одновибратора 9 подается напряжение, в результате чего вырабатывается короткий импульсов, который, проходя через первый 12 и второй 13 элементы ИЛИ, устанавливает первый 6 и второй 7 триггеры в нулевое состояние, поэтому на выходе элемента И 1 наблюдается уровень логического нуля и исполнительный элемент 2 находится в нерабочем состоянии. После этого информационный вход фильтра 4 подключается к цепи контроля тока нулевой последовательности контролируемой линии, а информационный вход фильтра 5 и выпрямителя 8 - к цепи контроля напряжения нулевой последовательности контролируемой линии. A voltage is applied to the single-vibrator power supply circuit 9, as a result of which a short pulse is generated, which, passing through the first 12 and second 13 OR elements, sets the first 6 and second 7 triggers to zero, therefore, at the output of element And 1 there is a logic zero level and an executive item 2 is inoperative. After that, the information input of the filter 4 is connected to the zero-sequence current control circuit of the monitored line, and the information input of the filter 5 and rectifier 8 is connected to the zero-sequence voltage control circuit of the monitored line.

Сигнал напряжения нулевой последовательности промышленной частоты выпрямляется выпрямителем 8 и при его превышении порогового уровня (уровня шумов сети) второго компаратора 11 на выходе последнего происходит переход с уровня логического нуля на уровень логической единицы, по которому третий формирователь 16 вырабатывает короткий импульс, устанавливающий второй триггер 7 в единичное состояние. Поэтому срабатывание исполнительного элемента 2, приводящее к отключению поврежденной линии, произойдет только при замыканиях на землю, на что укажет переход первого триггера 6 в единичное состояние. Это производит путем фиксации знака мощности нулевой последовательности переходного процесса. Для этого ток и напряжение нулевой последовательности подаются соответственно на входы фильтра 4 и фильтра 5. Фильтры подавляют сигналы с частотой промышленной частоты и пропускают на свои выходы сигналы порядка 1 кГц и выше. Кольцевой фазочувствительный выпрямитель 3 вырабатывает сигнал, полярность которого соответствует знаку мощности. При превышении уровнем сигнала опорного уровня первого компаратора 10 на его входе происходит перепад напряжения с уровня логического нуля на уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию первого формирователя 14 и переводу первого триггера 6 в единичное состояние. Дополнительным необходимым условием формирования уровня логической единицы на выходе элемента И 1 является превышение длительности короткого замыкания заданного временного интервала, задаваемого параметрами второго одновибратора 18. Этот одновибратор вырабатывает импульс заданной длительности при переходе сигнала на выходе первого триггера 6 с уровня логического нуля уровень логической единицы. Импульс второго одновибратора 18 подается на инверсный вход элемента И 1 и не позволяет срабатывать исполнительному элементу 2 в течение этого импульса, что позволяет устранить влияние кратковременных помех и замыканий на работу устройства. The voltage signal of the zero sequence of industrial frequency is rectified by the rectifier 8 and when it exceeds the threshold level (noise level of the network) of the second comparator 11, the output of the last one switches from the logic zero level to the logic unit level, according to which the third driver 16 generates a short pulse, which sets the second trigger 7 in a single state. Therefore, the actuation of the actuating element 2, leading to the shutdown of the damaged line, will occur only with earth faults, as indicated by the transition of the first trigger 6 to a single state. This produces by fixing the sign of the power of the zero sequence transient. To do this, the current and voltage of the zero sequence are applied respectively to the inputs of the filter 4 and filter 5. Filters suppress signals with a frequency of industrial frequency and pass signals of the order of 1 kHz and higher to their outputs. Ring phase-sensitive rectifier 3 generates a signal whose polarity corresponds to the sign of power. When the signal level exceeds the reference level of the first comparator 10, a voltage drop occurs at its input from a logic zero level to a logical unit level, which leads to the operation of the first driver 14 and the first trigger 6 in a single state. An additional necessary condition for the formation of the level of the logical unit at the output of the element And 1 is the excess of the short circuit duration of the specified time interval specified by the parameters of the second single vibrator 18. This single vibrator generates a pulse of the specified duration when the signal at the output of the first trigger 6 passes from the logic zero level to the level of the logical unit. The pulse of the second one-shot 18 is fed to the inverse input of the element And 1 and does not allow the actuator 2 to operate during this pulse, which eliminates the effect of short-term interference and short circuits on the operation of the device.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку уменьшается влияние помех, исключается влияние неопределенного состояния элементов устройства при его включении в сеть и устраняется влияние кратковременных помех и замыканий. Thus, the proposed device has higher accuracy, since the influence of interference is reduced, the influence of the uncertain state of the elements of the device when it is connected to the network is eliminated, and the effect of short-term interference and short circuits is eliminated.

Источники информации
[1] Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.Sources of information
[1] Electrical reference book, in 4 volumes, v.2. Electrical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimova et al. - Moscow: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, Fig. 35.10.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.221, рис. 7.8. [2] Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems. - M.: Higher School, 1991, p. 211, Fig. 7.8.

Claims

A device for protecting against single-phase earth faults containing an AND element, an actuator whose input is connected to the output of an AND element, an annular phase-sensitive rectifier, a zero-sequence current filter and a zero-sequence voltage filter, the inputs of which are connected to the corresponding current and voltage-neutral voltage control circuits being monitored lines, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the ring phase-sensitive rectifier, the first trigger, the second trigger, the output of which connected to the first input of AND element, another rectifier, the input of which is connected to the input of the zero-sequence voltage filter, and the first and second single vibrators, characterized in that the first and second comparators are introduced, the inputs of which are connected, respectively, with the output of the ring phase-sensitive rectifier and another rectifier , the first and second elements OR, the first inputs of which are connected to the output of the first one-shot, the input of which is connected to the output for connecting the start signal of the device, and the outputs are connected to R-I the first and second triggers, the first and second pulse shapers, the inputs of which are connected to the output of the first comparator, and the outputs are connected, respectively, to the S-input of the first trigger, the output of which is connected to the second input of the element And, and to the second input of the first OR element, as well as the third and fourth pulse shapers, the inputs of which are connected to the output of the second comparator, and the outputs are connected, respectively, to the S-input of the second trigger and to the second input of the second OR element, while the input of the second the brother is connected to the output of the first trigger, and the output is connected to the inverse input of the element I.