RU2303323C1 - Method and device for directional phase-failure ground-fault protection of ac distribution network - Google Patents
Method and device for directional phase-failure ground-fault protection of ac distribution network Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303323C1 RU2303323C1 RU2005139372/09A RU2005139372A RU2303323C1 RU 2303323 C1 RU2303323 C1 RU 2303323C1 RU 2005139372/09 A RU2005139372/09 A RU 2005139372/09A RU 2005139372 A RU2005139372 A RU 2005139372A RU 2303323 C1 RU2303323 C1 RU 2303323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- voltage
- frequency
- low
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к защите электрических линий от аварий, а именно к защите, реагирующей на ток замыкания на землю, и может быть использовано для селективной защиты при однофазном замыкании на землю в распределительных электрических сетях с любым способом подключения нейтрали. The invention relates to the protection of electrical lines from accidents, namely to protection that responds to earth fault current, and can be used for selective protection in case of a single-phase earth fault in distribution electric networks with any neutral connection method.
Проведенный патентный поиск в отношении заявленного способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока показал следующее.A patent search in relation to the claimed method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current distribution electric network showed the following.
Известен способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, который реализован в устройстве для направленной защиты нулевой последовательности от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью (СССР, авторское свидетельство №792421, Н02Н 3/16, 1980). В соответствии со способом измеряют разность фаз между сигналами тока и напряжения нулевой последовательности на рабочей частоте сети, сравнивают результаты измерений с заданным интервалом углов сдвига фаз, одновременно выделяют сигнал высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и сравнивают его амплитуду с эталонным значением, при одновременном наличии превышения эталонного значения амплитудой высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и нахождении сдвига фаз в заданном интервале формируют аварийный сигнал.A known method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current electrical distribution network, which is implemented in a device for directional protection of a zero sequence from a single-phase earth fault in a network with insulated neutral (USSR, copyright certificate No. 792421, Н02Н 3/16, 1980) . In accordance with the method, the phase difference between the current and voltage signals of the zero sequence is measured at the operating frequency of the network, the results of measurements are compared with the specified interval of phase angle angles, the signal of the high-frequency component of the zero sequence current is isolated, and its amplitude is compared with the reference value, while the reference is exceeded the values of the amplitude of the high-frequency component of the zero sequence current and finding the phase shift in a given interval form a ariyny signal.
Недостаток известного способа состоит в том, что в нем для выявления однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) анализируют низкочастотные составляющие тока и напряжения нулевой последовательности, а именно контролируют сдвиг фаз между низкочастотными составляющими тока и напряжения нулевой последовательности. Это не отражает достоверного состояния линии при однофазном замыкании на землю, так как во время однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) существенную роль играет возникающий при этом высокочастотный переходный процесс. Наличие в способе операции выделения сигнала высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и контроль превышения ее амплитудой эталонного значения не гарантирует, что зафиксированное превышение вызвано сигналом помехи, так как в способе отсутствует операция идентификации выделенной высокочастотной составляющей. В результате снижается надежность способа, снижается селективность по отношению к сигналу помехи и повышается вероятность ложных срабатываний. Кроме того, в способе отсутствует контроль амплитуды напряжения нулевой последовательности во время ОЗЗ, что снижает достоверность способа, а следовательно, увеличивает вероятность ложных срабатываний.The disadvantage of this method is that in it to detect a single-phase earth fault (SCR), the low-frequency components of the current and voltage of the zero sequence are analyzed, namely, the phase shift between the low-frequency components of the current and voltage of the zero sequence is monitored. This does not reflect the reliable state of the line during a single-phase earth fault, since during the single-phase earth fault (OZZ), the high-frequency transient that occurs in this case plays a significant role. The presence in the method of the operation of isolating the signal of the high-frequency component of the current of the zero sequence and the control of its exceeding the amplitude of the reference value does not guarantee that the detected excess is caused by the interference signal, since the method does not identify the selected high-frequency component. As a result , the reliability of the method decreases, the selectivity with respect to the interference signal decreases, and the likelihood of false positives increases. In addition, in the method there is no control of the amplitude of the voltage of the zero sequence during the SCR, which reduces the reliability of the method, and therefore, increases the likelihood of false positives.
Наиболее близким к предлагаемому является способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока (РФ, патент №2097893, Н02Н 3/16, 27.11.97). Способ включает выделение при ОЗЗ из сигнала напряжения нулевой последовательности низкочастотной составляющей, соответствующей рабочей частоте, выделение высокочастотных составляющих из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, измерение амплитуд их первых полуволн, сравнение результатов измерений с соответствующими эталонными значениями и, при наличии одновременного превышения над эталонными значениями, фиксацию фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, одновременно измеряют амплитуду выделенного низкочастотного сигнала напряжения нулевой последовательности, сравнивают полученное значение с эталонным, результат фиксируют, затем сопоставляют полученные результаты и, при нахождении угла сдвига фаз в заданном интервале и наличии превышения максимального значения амплитудой напряжения нулевой последовательности, контролируют сохранение полученных результатов измерений в течение заданного интервала времени, при сохранении результатов измерения по истечении заданного интервала времени формируют аварийный сигнал, при этом продолжительность заданного интервала времени задают с учетом продолжительности времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю или увеличивают его на интервал времени, необходимый для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю.Closest to the proposed one is a method of directional protection against a single-phase earth fault in a distribution electric AC network (RF Patent No. 2097893, Н02Н 3/16, 11.27.97). SUBSTANCE: method involves isolating a low-frequency component corresponding to the operating frequency from a zero-sequence voltage signal from a zero voltage signal, extracting high-frequency components from current and zero-sequence voltage signals, measuring the amplitudes of their first half-waves, comparing the measurement results with the corresponding reference values and, if there is a simultaneous excess over the reference values , fixing the phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and voltage zero At the moment when the high-frequency current passes through zero, the amplitude of the extracted low-frequency signal of the zero sequence voltage is simultaneously measured, the obtained value is compared with the reference one, the result is recorded, then the results are compared and, when the phase angle is found in the specified interval and if the maximum value is exceeded by the voltage amplitude zero sequence, control the preservation of the obtained measurement results for a given time interval, while maintaining enii measurement results after a predetermined time interval is formed alarm, the duration of the predetermined time interval is set according to length of time of existence of high frequency transients at single-phase fault to ground or to increase it to the time interval required for compensation of capacitive currents in single-phase earth fault.
Недостаток известного способа состоит, прежде всего, в снижении селективности к сигналу помехи из-за отсутствия возможности обеспечения при определении ОЗЗ четкой привязки зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это объясняется тем, что процесс выявления признаков ОЗЗ на высокой и низкой частотах идет независимо, без привязки к друг другу по времени: фиксируют сдвиг фаз, фиксируют амплитуду НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности, сравнивают с эталонными значениями, при нахождении угла в заданных пределах и наличии превышения амплитуды максимально допустимого значения через заданный интервал времени формируют сигнал о наличии ОЗЗ. В этом случае как результат контроля сдвига фаз, так и результат контроля превышения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности могут быть следствием сигнала помехи. Отсутствие возможности контроля одновременности появления обоих признаков ОЗЗ может привести к ложному срабатыванию устройства по сигналу помехи, источником которого, как уже было сказано, может в данном случае быть как низкочастотный, так и высокочастотные каналы.The disadvantage of this method consists, first of all, in the reduction of selectivity to the interference signal due to the lack of the ability to ensure, when determining the SCR, a clear reference of the fixed phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence at the time the high-frequency current passes through zero to the measured amplitude of the low-frequency component zero sequence voltage. This is due to the fact that the process of detecting signs of SCR at high and low frequencies proceeds independently, without reference to each other in time: phase shift is fixed, the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage is fixed, compared with reference values, when the angle is within the specified limits and the presence exceeding the amplitude of the maximum allowable value at a given time interval forms a signal about the presence of the SCR. In this case, both the result of monitoring the phase shift and the result of monitoring the excess of the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage can be the result of an interference signal. The inability to control the simultaneous occurrence of both signs of the SCR can lead to a false response of the device by an interference signal, the source of which, as already mentioned, in this case can be both low-frequency and high-frequency channels.
Кроме того, в способе предусмотрено только одно эталонное значение амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности, в то время как в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (ПТЭ) при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель сам для обеспечения работоспособности сети в некоторых ситуациях вносит искусственное смещение нейтрали. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры, как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. В известном способе отсутствуют средства, позволяющие контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала. Это не позволяет учесть возможность допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, не позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. снижает надежность способа и повышает вероятность ложного срабатывания защиты.In addition, the method provides only one reference value of the amplitude of the LF component of the voltage of the zero sequence, while in accordance with the Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation (PTE) during the operation of the network, the neutral voltage is zero only when the phase conductivity is completely symmetrical relative to the earth. In normal mode, the natural asymmetry is due to the different arrangement of wires on the supports, the uneven distribution of capacitors in phases to protect rotating machines, coupling capacitors and other work of technological equipment. In addition, the consumer himself introduces an artificial neutral bias in some situations to ensure the network is operational. In the presence of asymmetry, a neutral bias occurs. As a result, distribution electric networks have such parameters as the maximum short-term neutral displacement level acceptable for a given network (up to two hours) and the long-term maximum neutral displacement level that is less than half the permissible short-term maximum level (Rules for the technical operation of electric stations and networks of the Russian Federation Federation / Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation, RAO "UES of Russia", M .: SPO OGRES, 1996, pp. 280-287, hereinafter PTE). Thus, with neutral offsets, it is allowed for a limited time that the voltage amplitude exceeds the zero sequence value corresponding to the operating mode of the network. Moreover, as follows from the PTE, these maximum values for the distribution network are known. In the known method there are no means to control two voltage levels of the low-frequency signal. This does not allow to take into account the possibility of a neutral bias permissible by PTE, and therefore does not allow to exclude an unjustified disconnection of the network connection, i.e. reduces the reliability of the method and increases the likelihood of a false positive protection.
Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимальному уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ или сигнала помехи. Отсутствие в способе возможности контроля изменения во времени допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали снижает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, снижает надежность способа. Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей переходного процесса) могут образовываться помеховые шумы. Отсутствие возможности отслеживания при ОЗЗ изменения амплитуды НЧ сигнала, начиная с нижнего уровня, учитывающего наличие шумов, не позволяет отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей, что снижает надежность, селективность способа по отношению к сигналу помехи, что повышает вероятность ложных срабатываний. Отсутствие возможности контроля превышения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности с применением двух пороговых значений амплитуды, не позволяет перекрыть все возможные причины смещения нейтрали, а также индивидуальность электрических параметров сети, что лишает известный способ универсальности.The permissible long-term maximum level of neutral bias is less than half the permissible short-term maximum level. However, in distribution electric networks with a neutral bias, in which a voltage is established on the neutral that corresponds to the permissible long-term maximum level of the neutral bias, the fixation of the excess of the lower level can also be a sign of an SCR or an interference signal. The lack of the method of controlling the time variation of the permissible long-term maximum level of neutral bias reduces the reliability of protection against the SCR, and therefore reduces the reliability of the method. In addition, with SCR at the beginning and at the end of the development of neutral voltage (at the beginning and at the end of the transient envelope), interference noise can be generated. The lack of the ability to track, during OZZ, changes in the amplitude of the low-frequency signal, starting from the lower level, taking into account the presence of noise, it does not allow to tune out interference noise at the beginning and at the end of the envelope, which reduces the reliability and selectivity of the method with respect to the interference signal, which increases the likelihood of false positives. The inability to control the excess of the amplitude of the low frequency component of the zero sequence voltage using two threshold amplitude values does not allow to cover all possible causes of the neutral bias, as well as the individuality of the electrical parameters of the network, which deprives the known method of universality.
Кроме того, в известном способе при принятии решения о выдаче сигнала наличия ОЗЗ не учитывается возможность влияния сигналов помех. В результате снижается селективность по отношению к сигналу помехи, а следовательно, повышается вероятность ложных срабатываний.In addition, in the known method, when deciding on the issuance of a signal for the presence of OZZ, the possibility of the influence of interference signals is not taken into account. As a result, the selectivity with respect to the interference signal is reduced, and therefore, the likelihood of false alarms is increased.
Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности способа, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи и в снижении вероятности ложных срабатываний.Thus, the analogue and prototype of the claimed method of directional protection against a single-phase earth fault in an electric AC network, identified as a result of a patent search, do not allow achieving a technical result when increasing the reliability of the method, increasing the selectivity with respect to the interference signal and reducing the likelihood of false positives.
Результаты патентного поиска, проведенные в отношении устройства для осуществления заявленного способа, показали следующее.The results of a patent search conducted in relation to a device for implementing the inventive method showed the following.
Известно устройство для направленной защиты нулевой последовательности от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, содержащее каналы тока и напряжения нулевой последовательности и высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности. Выходы каналов тока и напряжения нулевой последовательности подключены к фазочувствительному элементу, который через пороговый элемент подключен к одному из входов схемы формирования выходного сигнала, второй вход которой подключен к выходу канала высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности, а выход схемы является выходом устройства. Кроме того, канал высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности содержит последовательно соединенные фильтр высоких частот, вход которого является входом канала, и пороговый элемент, выход которого является выходом канала (СССР, авторское свидетельство №792421, Н02Н 3/16, 1980). Устройство формирует аварийный сигнал при нахождении угла сдвига фаз тока и напряжения нулевой последовательности в заданном интервале на рабочей частоте сети и при наличии в высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности гармоник рабочей частоты с амплитудой, превышающей допустимую.A device for directional protection of the zero sequence from a single-phase earth fault in a network with isolated neutral, containing channels of current and voltage of the zero sequence and the high-frequency component of the current of the zero sequence. The outputs of the channels of current and zero sequence voltage are connected to a phase-sensitive element, which is connected through a threshold element to one of the inputs of the output signal generating circuit, the second input of which is connected to the channel output of the high-frequency component of the zero sequence current, and the circuit output is the output of the device. In addition, the channel of the high-frequency component of the zero-sequence current contains a series-connected high-pass filter, the input of which is the input of the channel, and a threshold element, the output of which is the output of the channel (USSR, copyright certificate No. 792421, H2N 3/16, 1980). The device generates an alarm when the phase angle of the current and voltage of the zero sequence are found in the specified interval at the operating frequency of the network and if there is a zero sequence of harmonics of the working frequency with an amplitude exceeding the permissible in the high-frequency component of the current.
Недостаток известного устройства защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока состоит в низкой помехозащищенности во время переходного режима восстановления симметрии фазных напряжений сети после ликвидации однофазного замыкания на землю и в повышении вследствие этого вероятности ложных срабатываний. Это объясняется тем, что при однофазном замыкании на землю частота свободно затухающих колебаний определяется эквивалентной индуктивностью измерительных трансформаторов напряжения нулевой последовательности и суммарной емкостью относительно земли. Нелинейность индуктивности трансформаторов напряжения способствует образованию высокочастотных составляющих в токе и напряжении нулевой последовательности. При этом некоторые из них оказываются в полосе срабатывания канала нулевой последовательности, что приводит к ложному срабатыванию защиты.A disadvantage of the known device for protecting against a single-phase earth fault in an alternating current electric network is its low noise immunity during the transition mode of restoration of symmetry of the phase voltages of the network after eliminating a single-phase earth fault and, as a consequence, in increasing the probability of false alarms. This is because with a single-phase earth fault, the frequency of freely damped oscillations is determined by the equivalent inductance of the measuring transformers of zero voltage sequence and the total capacitance relative to the ground. The non-linearity of the inductance of voltage transformers contributes to the formation of high-frequency components in the current and voltage of the zero sequence. At the same time, some of them appear in the response band of the zero sequence channel, which leads to a false response of the protection.
Необходимость в надежном выделении низкочастотных сигналов напряжения и тока нулевой последовательности, то есть отстройка от высокочастотных сигналов (ВЧС) напряжения и тока нулевой последовательности при срабатывании порогового элемента, имеющих гораздо большую амплитуду, чем установившийся ток однофазного замыкания на землю на рабочей частоте, порождает другие проблемы. Обычно с этой целью улучшают фильтрующую способность фильтров низкой частоты (ФНЧ). Однако ужесточение фильтрации увеличивает инерционность ФНЧ, что может привести к ложному срабатыванию фазочувствительного элемента, т.е. привести к ложному срабатыванию устройства. Кроме того, известно, что установление переходных процессов в ФНЧ или время правильной реакции порогового элемента (ПЭ) на сигнал от ФНЧ может длиться ТФ=(3-5)ω-1, где ω - рабочая частота. В режиме дугового ОЗЗ ударные воздействия ВЧС напряжения и тока нулевой последовательности большой амплитуды возбуждают собственные колебания ФНЧ. Сложение собственных колебаний ФНЧ от очередных пробоев ОЗЗ в зависимости от интервала их следования может привести как к срабатыванию ПЭ, так и к несрабатыванию. В случае срабатывания ПЭ на выходе связки входных блоков ФНЧ+ПЭ возникнет значительный дополнительный фазовый сдвиг из-за широтно-импульсного модулирования суммарным сигналом ПЭ. Это также может привести к ложному срабатыванию фазочувствительного элемента, анализирующего выходы ПЭ, что приводит к ложному срабатыванию устройства.The need for reliable isolation of low-frequency voltage and zero-sequence current signals, that is, detuning from high-frequency signals (HFS) of voltage and zero-sequence current when a threshold element is triggered, having a much larger amplitude than the steady-state current of a single-phase earth fault at the operating frequency, causes other problems . Typically, the filtering ability of low-pass filters (low-pass filters) is improved to this end. However, stricter filtering increases the inertia of the low-pass filter, which can lead to a false response of the phase-sensitive element, i.e. cause the device to malfunction. In addition, it is known that the establishment of transients in the low-pass filter or the time of the correct response of the threshold element (PE) to the signal from the low-pass filter can last T f = (3-5) ω -1 , where ω is the operating frequency. In the arc OZZ mode, the shock effects of the HF voltage and zero-sequence current of large amplitude excite the natural oscillations of the low-pass filter. The addition of the natural oscillations of the low-pass filter from the next breakdowns of the OZZ depending on the interval of their repetition can lead to both PE triggering and failure. In the event of a PE triggering, a significant additional phase shift will occur at the output of the coupled input blocks of the low-pass filter + PE due to pulse-width modulation by the total PE signal. It can also lead to a false response of a phase-sensitive element that analyzes the PE outputs, which leads to a false response of the device.
Поскольку известное устройство для выявления ОЗЗ позволяет проанализировать только низкочастотные составляющие (НЧС) тока и напряжения нулевой последовательности, а именно контролирует сдвиг фаз между низкочастотными составляющими, это не отражает достоверного состояния присоединения сети при однофазном замыкании на землю, так как во время ОЗЗ существенную роль играет возникающий при этом высокочастотный переходный процесс. Возможность контроля устройством сигнала высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности и контроль превышения ее амплитудой эталонного значения не гарантирует, что зафиксированное превышение не вызвано сигналом помехи, так как в устройстве отсутствует возможность идентификации выделенной высокочастотной составляющей. В результате снижается достоверность контроля наличия ОЗЗ, а следовательно, снижается надежность устройства, ухудшается селективность по отношению к сигналу помехи и повышается вероятность ложных срабатываний. Канал высокочастотной составляющей тока нулевой последовательности отслеживает лишь наличие максимально допустимого уровня высокочастотных гармоник в сигнале тока нулевой последовательности на промышленной частоте. При этом в устройстве отсутствуют средства, позволяющие удостовериться в том, что превышение порогового значения не вызвано сигналом помехи. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность контроля амплитуды НЧС напряжения нулевой последовательности во время ОЗЗ, что также снижает достоверность результатов контроля, поскольку наличие превышения амплитуды НЧС напряжения нулевой последовательности в этом случае является одним из достоверных признаков ОЗЗ. В результате снижается надежность работы устройства и увеличивается вероятность ложных срабатываний.Since the known device for detecting the SCR allows you to analyze only the low-frequency components (LF) of the current and voltage of the zero sequence, namely, it controls the phase shift between the low-frequency components, this does not reflect the reliable state of the network connection during a single-phase earth fault, since during the SCR plays a significant role the resulting high-frequency transient. The ability of the device to control the signal of the high-frequency component of the zero sequence current and to exceed its amplitude with the reference value does not guarantee that the detected excess is not caused by an interference signal, since the device does not have the ability to identify the selected high-frequency component. As a result, the reliability of monitoring the presence of an OZZ decreases, and therefore, the reliability of the device decreases, the selectivity with respect to the interference signal decreases, and the likelihood of false alarms increases. The channel of the high-frequency component of the zero-sequence current only monitors the presence of the maximum permissible level of high-frequency harmonics in the signal of the zero-sequence current at the industrial frequency. At the same time, the device does not have the means to make sure that exceeding the threshold value is not caused by an interference signal. In addition, the device does not have the ability to control the amplitude of the NPP voltage of the zero sequence during the SCR, which also reduces the reliability of the control results, since the presence of an excess of the amplitude of the PSP voltage of the zero sequence in this case is one of the reliable signs of the SCR. As a result, the reliability of the device decreases and the likelihood of false positives increases.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока (РФ, патент №2097893, Н02Н 3/16, 27.11.97). Устройство содержит высокочастотные каналы тока и напряжения нулевой последовательности, входы которых являются соответственно входами сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, низкочастотный канал напряжения нулевой последовательности, вход которого соединен с входом сигнала напряжения нулевой последовательности, схему формирования результата сравнения фаз высокочастотных сигналов, подключенную к выходам высокочастотных каналов, регулируемую схему задержки, подключенную к выходам схемы формирования результата сравнения фаз высокочастотных сигналов и к выходу низкочастотного канала, и к входу схемы формирования аварийного сигнала, выход которой является выходом устройства.Closest to the proposed one is a device for directional protection against a single-phase earth fault in an electrical alternating current network (RF Patent No. 2097893, Н02Н 3/16, 11.27.97). The device contains high-frequency channels of current and voltage of the zero sequence, the inputs of which are respectively the inputs of current and voltage signals of the zero sequence, a low-frequency channel of voltage of the zero sequence, the input of which is connected to the input of the voltage signal of the zero sequence, a circuit for generating the result of the comparison of the phases of the high-frequency signals connected to the outputs of the high-frequency channels, an adjustable delay circuit connected to the outputs of the result formation circuit cf phase of the high-frequency signals to the output of the low-frequency channel, and to the input of the alarm generation circuit, the output of which is the output of the device.
Принцип работы устройства заключается в использовании высокочастотного сигнала перезаряда фазных емкостей сети, возникающих в самом начале однофазного замыкания на землю. Устройство обеспечивает выделение и анализ первых амплитуд сигналов высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, возникающих в результате переходных процессов при перемежающемся дуговом замыкании на землю; фиксирует превышение выделенных амплитуд выше порогового значения для сигналов отрицательной и положительной полярности; фиксирует между первыми однополярными сигналами сдвиг фаз, фиксирует превышение порогового значения амплитудой напряжения нулевой последовательности и формирует аварийный сигнал при одновременном наличии в течение заданного интервала времени сдвига фаз равного или близкого к 90° и превышения максимально допустимого значения амплитудой напряжения нулевой последовательности. Схема задержки позволяет изменять длительность заданного интервала времени, что позволяет учесть длительность переходных процессов при ОЗЗ или, увеличив его, учесть время, необходимое для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю.The principle of operation of the device is to use a high-frequency signal for overcharging the phase capacitances of the network that occur at the very beginning of a single-phase earth fault. The device provides the selection and analysis of the first amplitudes of the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence that occur as a result of transients during an alternating arc fault to ground; fixes the excess of the selected amplitudes above the threshold value for signals of negative and positive polarity; fixes a phase shift between the first unipolar signals, records that the threshold value is exceeded by the voltage amplitude of the zero sequence and generates an alarm when the phase shift is equal to or close to 90 ° and the maximum allowable value is exceeded by the voltage amplitude of the zero sequence. The delay scheme allows you to change the duration of a given time interval, which allows you to take into account the duration of the transient during the SCR or, increasing it, take into account the time required to compensate for capacitive currents in a single-phase earth fault.
Недостаток известного устройства состоит, прежде всего, в снижении селективности к сигналу помехи из-за отсутствия средств, обеспечивающих четкую привязку при ОЗЗ зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это объясняется тем, что оба сигнала поступают на вход линии задержки в произвольный момент времени без привязки по времени друг к другу. Момент времени их поступления не фиксируется, т.е. устройство не учитывает время их появления одно относительно другого. Отсутствие контроля одновременности их появления может привести к ложному срабатыванию устройства по сигналу помехи, источником которого может в данном случае быть как низкочастотный, так и высокочастотные каналы.A disadvantage of the known device consists, first of all, in the reduction of selectivity to the interference signal due to the lack of means that provide a clear link in the case of OZZ of the fixed phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence at the moment the high-frequency current passes through zero to the measured amplitude of the low-frequency component zero sequence voltage. This is explained by the fact that both signals are input to the delay line at an arbitrary moment in time without timing in relation to each other. The time of their arrival is not fixed, i.e. the device does not take into account the time of their appearance one relative to the other. Lack of control over the simultaneity of their appearance can lead to a false response of the device by an interference signal, the source of which in this case can be both low-frequency and high-frequency channels.
Кроме того, в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель сам для обеспечения работоспособности сети в некоторых ситуациях вносит искусственное смещение нейтрали. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры, как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. В низкочастотном канале известного устройства отсутствуют средства, позволяющие контролировать два уровня допустимого напряжения низкочастотного сигнала. Возможность контроля только одного значения амплитуды напряжения нулевой последовательности не позволяет учесть наличия возможного смещения нейтрали, а следовательно, не позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети. Кроме того, в случае, если смещение нейтрали естественное, возможность этого факта в известном устройстве вообще не учитывается. При этом длительность переходных процессов после ОЗЗ зависит от амплитуды превышения НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности максимально допустимого значения: если, предположим, установить в качестве эталонного нижний порог - допустимый для распределительной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов), то переходный процесс после ОЗЗ закончится раньше, по сравнению с верхним эталонным порогом - допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали. Отсюда следует, что известное устройство, при наличии смещения нейтрали, не чувствует правильный момент времени окончания переходного процесса, что приводит к выдачи сигнала о наличии ОЗЗ или с запаздыванием, или преждевременно, что приводит к снижению надежности работы устройства, к неоправданному отключению присоединения сети. Отсутствие средств, позволяющих контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала, не позволяет учитывать возможность наличия допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, не позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. снижает надежность работы известного устройства и повышает вероятность ложного срабатывания защиты, а также лишает устройство универсальности.In addition, in accordance with the Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation, when the network is operating, the neutral voltage is zero only with complete symmetry of the phase conductivity relative to the ground. In normal mode, the natural asymmetry is due to the different arrangement of wires on the supports, the uneven distribution of capacitors in phases to protect rotating machines, coupling capacitors and other work of technological equipment. In addition, the consumer himself introduces an artificial neutral bias in some situations to ensure the network is operational. In the presence of asymmetry, a neutral bias occurs. As a result, distribution electric networks have such parameters as the maximum short-term neutral displacement level acceptable for a given network (up to two hours) and the long-term maximum neutral displacement level that is less than half the permissible short-term maximum level (Rules for the technical operation of electric stations and networks of the Russian Federation Federation / Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation, RAO "UES of Russia", M .: SPO OGRES, 1996, pp. 280-287, hereinafter PTE). Thus, with neutral offsets, it is allowed for a limited time that the voltage amplitude exceeds the zero sequence value corresponding to the operating mode of the network. Moreover, as follows from the PTE, these maximum values for the distribution network are known. In the low-frequency channel of the known device there are no means to control two levels of permissible voltage of the low-frequency signal. The ability to control only one value of the voltage amplitude of the zero sequence does not allow to take into account the presence of a possible neutral bias, and therefore does not allow to exclude unjustified disconnection of the network connection. In addition, in the event that the neutral offset is natural, the possibility of this fact in the known device is not taken into account at all. At the same time, the duration of transient processes after an OZZ depends on the amplitude of the excess of the low-frequency component of the zero-sequence voltage of the maximum permissible value: if, for example, we set the lower threshold as the maximum short-term neutral displacement acceptable for the distribution network (up to two hours), then the transient process after OZZ will end earlier, in comparison with the upper reference threshold - the permissible long-term maximum level of neutral displacement. It follows that the known device, in the presence of a neutral bias, does not feel the correct moment in time of the end of the transient process, which leads to the issuing of a signal about the presence of an SCR or with delay, or prematurely, which leads to a decrease in the reliability of the device, to unjustified disconnection of the network connection. The lack of tools to control two voltage levels of the low-frequency signal does not allow to take into account the possibility of the presence of a neutral offset acceptable by the PTE, and therefore does not allow to exclude unjustified disconnection of the network connection, i.e. reduces the reliability of the known device and increases the likelihood of a false positive protection, and also deprives the device of versatility.
Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимально уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ. Отсутствие в устройстве возможности контроля изменения во времени допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали снижает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, снижает надежность устройства. Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей переходного процесса) могут образовываться помеховые шумы. Отсутствие возможности отслеживания при ОЗЗ изменения амплитуды НЧС, начиная с нижнего уровня, учитывающего наличие шумов, не позволяет отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей, что снижает надежность работы устройства, селективность устройства по отношению к сигналу помехи и повышает вероятность ложных срабатываний.The permissible long-term maximum level of neutral bias is less than half the permissible short-term maximum level. However, in distribution electric networks with a neutral bias, in which a voltage is established on the neutral, which corresponds to the permissible continuous maximum level of the neutral bias, fixing the excess of the lower level can also be a sign of OZZ. The lack of the device’s ability to control the changes in time of the permissible long-term maximum level of neutral bias reduces the reliability of protection against SCR, and therefore reduces the reliability of the device. In addition, with SCR at the beginning and at the end of the development of neutral voltage (at the beginning and at the end of the transient envelope), interference noise can be generated. The inability to track changes in the amplitude of the NPP during the SCR, starting from the lower level, taking into account the presence of noise, does not allow to tune out interference noise at the beginning and at the end of the envelope, which reduces the reliability of the device, the selectivity of the device with respect to the interference signal and increases the likelihood of false alarms.
Кроме того, в известном устройстве продолжительность интервала времени контроля наличия ОЗЗ задается дискретно посредством перестройки линии задержки для конкретной сети, что лишает устройство универсальности. При этом в устройстве отсутствуют средства, позволяющие учитывать влияние на принятие решения о выдаче сигнала наличия ОЗЗ самоустраняющихся кратковременных однофазных замыканий на землю, существование которых не оказывает отрицательного воздействия на электрическую сеть, а также перемежающихся ОЗЗ и сигналов помех, вызываемых включением мощных нагрузок потребителей, либо пуском высоковольтных двигательных установок. В результате снижается селективность по отношению к сигналу помехи, а следовательно, повышается вероятность ложных срабатываний.In addition, in the known device, the duration of the time interval for monitoring the presence of OZZ is set discretely by restructuring the delay line for a particular network, which deprives the device of universality. At the same time, the device does not have the means to take into account the influence on the decision to issue a signal for the presence of a fault zone of self-eliminating short-term single-phase earth faults, the existence of which does not adversely affect the electrical network, as well as alternating fault zones and interference signals caused by the inclusion of powerful consumer loads, or the launch of high-voltage propulsion systems. As a result, the selectivity with respect to the interference signal is reduced, and therefore, the likelihood of false alarms is increased.
Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленного устройства, реализующего способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи, в снижении вероятности ложных срабатываний, в обеспечении универсальности устройства.Thus, the analogue and prototype of the claimed device identified as a result of a patent search that implements a method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current electric distribution network do not allow to achieve a technical result consisting in increasing the reliability of the device, in increasing the selectivity with respect to to an interference signal, in reducing the likelihood of false alarms, in ensuring the universality of the device.
Предлагаемый способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока решает задачу создания соответствующего способа, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности способа, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи и в снижении вероятности ложных срабатываний, в обеспечении универсальности.The proposed method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current electric network solves the problem of creating an appropriate method, the implementation of which allows to achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of the method, in increasing the selectivity with respect to the interference signal and in reducing the likelihood of false alarms, in ensuring universality.
Сущность изобретения «Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока» заключается в том, что при однофазном замыкании на землю из сигнала напряжения нулевой последовательности выделяют низкочастотную составляющую, соответствующую рабочей частоте, кроме того, выделяют высокочастотные составляющие из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, измеряют амплитуды их первых полуволн, сравнивают результаты измерений с соответствующими эталонными значениями и, при наличии одновременного превышения над эталонными значениями, измеряют фазовые соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, кроме того, измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, сравнивают полученное значение с эталонным, результат фиксируют, и, при нахождении угла сдвига фаз в заданных пределах и наличии превышения эталонного значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, формируют аварийный сигнал через интервал времени, который задают с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю и с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, новым является то, что в качестве эталонного значения для амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности принимают максимально допустимое и нижнее контролируемое значение амплитуды, при этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали, при этом, если в результате измерения фазовых соотношений между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты угол сдвига фаз находится в заданных пределах, то результат измерения угла сдвига фаз фиксируют в течение контрольного интервала времени, продолжительность которого задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения, после чего в течение контрольного интервала времени измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, для чего сначала проверяют наличие превышения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности нижнего контролируемого значения и, в случае фиксации превышения нижнего контролируемого значения, отслеживают в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, если фиксируют факт превышения максимально допустимого значения, то аварийный сигнал формируют после момента фиксации через интервал времени, который задают, кроме того, с учетом времени, позволяющем отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю.The essence of the invention “Method of directional protection against a single-phase earth fault in a distribution electric network of alternating current” consists in the fact that in case of a single-phase earth fault, a low-frequency component corresponding to the operating frequency is isolated from a voltage signal of zero sequence, in addition, high-frequency components are isolated from current signals and zero sequence voltages, measure the amplitudes of their first half-waves, compare the measurement results with the corresponding reference values and if there is a simultaneous excess over the reference values, the phase relationships between the signals of the high-frequency components of the current and the zero-sequence voltage are measured at the moment the high-frequency current passes through zero, in addition, the amplitude of the extracted low-frequency component of the zero-sequence voltage is measured, the obtained value is compared with the reference, the result is fixed, and when the phase angle is within the specified limits and if the reference value is exceeded, the low-frequency amplitude of the other component of the zero sequence voltage, an alarm is generated after a time interval that is set taking into account the time of existence of high-frequency transients during a single-phase earth fault and taking into account the time required to compensate for capacitive currents during a single-phase earth fault, new is that as the reference value for the amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence take the maximum allowable and lower controlled value of the amplitude In this case, the maximum short-term neutral displacement acceptable for the distribution network is taken as the maximum allowable value of the amplitude of the low-frequency component, and the long-term maximum neutral displacement acceptable for the distribution network is taken as the lower controlled value of the amplitude of the low-frequency component, if, as a result of measurement phase relations between the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence since the high-frequency current passes through zero the phase angle is within the specified limits, the measurement result of the phase angle is fixed during the control time interval, the duration of which is set according to the time during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum permissible value after which, during the control time interval, the amplitude of the extracted low-frequency component of the zero sequence voltage is measured, To do this, first check if the amplitude of the low-frequency component of the zero-voltage component exceeds the zero sequence of the lower monitored value and, if the excess of the lower monitored value is detected, the maximum maximum permissible value is exceeded by the amplitude of the low-frequency component of the zero sequence voltage if the fact of exceeding the maximum permissible value is recorded , then an alarm is generated after the moment of fixation through the time interval that is set, in addition, taking into account the time that allows you to tune from interference signals and self-eliminating single-phase earth faults.
Технический результат в заявленном способе направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока достигается следующим образом. Как известно из литературы, под влиянием атмосферных или переходных коммутационных процессов в электрических системах возникают волны напряжения, накладывающиеся на рабочее напряжение фаз. Создающийся при этом импульс перенапряжения может вызвать где-либо в системе в месте ослабленной изоляции пробой фазы на землю - однофазное замыкание на землю. В сети дуга в месте замыкания в некоторых случаях (при достаточном расстоянии между проводом и землей) горит неустойчиво, периодически погасая и вновь зажигаясь (иногда по мере разогревания места повреждения неустойчивое горение дуги переходит в устойчивое). Независимо от причины возникновения, замыкание на землю вызывает повышение фазных напряжений. Характерным для ОЗЗ является также наличие высокочастотных переходных процессов. Поскольку зарядные и разрядные цепи при ОЗЗ представляют собой эквивалентные колебательные контура, то это обуславливает сдвиг фаз между соответствующими ВЧ составляющими тока и напряжения нулевой последовательности равный или близкий 90°.The technical result in the claimed method of directional protection against a single-phase earth fault in a distribution electric AC network is achieved as follows. As is known from the literature, under the influence of atmospheric or transient switching processes in electrical systems, voltage waves arise, superimposed on the operating voltage of the phases. The overvoltage pulse created in this way can cause a phase-to-earth breakdown somewhere in the system in the place of weakened insulation - a single-phase earth fault. In a network, the arc at the point of fault in some cases (with a sufficient distance between the wire and the ground) burns unstable, periodically extinguishing and igniting again (sometimes, as the damage site is warmed up, the unstable burning of the arc becomes stable). Regardless of the cause, an earth fault causes an increase in phase voltage. The presence of high-frequency transients is also characteristic of the OZZ. Since the charge and discharge circuits in the SCR are equivalent oscillatory circuits, this causes a phase shift between the corresponding RF components of the current and voltage of the zero sequence equal to or close to 90 °.
В заявленном способе вывод о наличии замыкания на землю делают путем анализа амплитуд высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности и фазовых соотношений между ними и одновременного контроля амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности на рабочей частоте. Для этого из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности выделяют высокочастотные составляющие. Это позволяет непосредственно оценить параметры высокочастотной составляющей переходного процесса, которая представляет наибольшую опасность для сети при ОЗЗ. Измерение первой полуволны высокочастотного сигнала позволяет учесть ее полярность, что повышает достоверность результатов анализа и повышает надежность способа.In the inventive method, the conclusion about the presence of an earth fault is made by analyzing the amplitudes of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence and phase relationships between them and simultaneously monitoring the amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence at the operating frequency. For this, high-frequency components are isolated from the signals of the current and voltage of the zero sequence. This allows you to directly evaluate the parameters of the high-frequency component of the transient process, which poses the greatest danger to the network in case of OZZ. Measurement of the first half-wave of a high-frequency signal allows one to take into account its polarity, which increases the reliability of the analysis results and increases the reliability of the method.
Фиксация фазового соотношения между высокочастотными составляющими (ВЧС) тока и напряжений нулевой последовательности позволяет убедиться в наличии фазового сдвига между ними, близкого или равного 90°, что является не только одним из признаков наличия ОЗЗ, но и обеспечивает селективность заявленного способа по отношению к высокочастотному сигналу помехи, поскольку подтверждает соответствие друг другу выделенных ВЧ составляющих тока и напряжения нулевой последовательности.Fixing the phase relationship between the high-frequency components (HFS) of the current and the zero-sequence voltages makes it possible to verify the presence of a phase shift between them close to or equal to 90 °, which is not only one of the signs of the presence of an SCR, but also ensures the selectivity of the claimed method with respect to the high-frequency signal interference, since it confirms the correspondence to each other of the selected RF components of the current and voltage of the zero sequence.
Кроме того, поскольку фиксацию фазового соотношения проводят в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, т.е. когда амплитуда сигнала высокочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности должна быть максимальной, это также обеспечивает привязку ВЧ составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, что также повышает селективность предлагаемого способа защиты по отношению к сигналу помехи.In addition, since the fixation of the phase relation is carried out at the moment the high-frequency current passes through zero, i.e. when the signal amplitude of the high-frequency component of the zero-sequence voltage must be maximum, this also provides the binding of the RF components of the current and the zero-sequence voltage, which also increases the selectivity of the proposed protection method with respect to the interference signal.
Как было показано выше, в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель сам для обеспечения работоспособности сети в некоторых ситуациях вносит искусственное смещение нейтрали. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. В заявленном способе предусмотрены два эталонных значения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности: в качестве эталонного значения для амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности используют максимально допустимое и нижнее контролируемое значение амплитуды, при этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали. Поэтому заявленный способ позволяет контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала. Это позволяет учесть возможность допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. повышает надежность способа и снижает вероятность ложного срабатывания защиты. Кроме того, это позволяет не только учесть возможность смещения нейтрали, но и проконтролировать допустимую для распределительной сети по ПТЭ величину смещения нейтрали, а следовательно, также позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, что повышает надежность способа и снижает вероятность ложного срабатывания защиты.As shown above, in accordance with the Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation, when the network is operating, the neutral voltage is zero only with complete symmetry of the phase conductivity relative to the ground. In normal mode, the natural asymmetry is due to the different arrangement of wires on the supports, the uneven distribution of capacitors in phases to protect rotating machines, coupling capacitors and other work of technological equipment. In addition, the consumer himself introduces an artificial neutral bias in some situations to ensure the network is operational. In the presence of asymmetry, a neutral bias occurs. As a result, distribution electric networks have such parameters as the maximum short-term neutral displacement level permissible for a given network (up to two hours) and the long-term maximum neutral displacement level that is less than half the permissible short-term maximum level (Rules for the technical operation of electric stations and networks of the Russian Federation / Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation, RAO "UES of Russia", Moscow: SPO OGRES, 1996, pp. 280-287, hereinafter PTE). Thus, with neutral offsets, it is allowed for a limited time that the voltage amplitude exceeds the zero sequence value corresponding to the operating mode of the network. Moreover, as follows from the PTE, these maximum values for the distribution network are known. The claimed method provides two reference values for the amplitude of the low frequency component of the zero-sequence voltage: as the reference value for the amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence, the maximum allowable and lower controlled amplitude values are used, while the maximum allowable for the given network is taken as the maximum allowable amplitude of the low-frequency component short-term level of neutral displacement, and as the lower one we control second low frequency component amplitude values take maximum permissible continuous neutral displacement for a given network. Therefore, the claimed method allows you to control two voltage levels of the low-frequency signal. This allows you to take into account the possibility of a neutral bias permissible by the PTE, and therefore, allows to exclude unjustified disconnection of the network connection, i.e. increases the reliability of the method and reduces the likelihood of a false positive protection. In addition, this allows not only to take into account the possibility of neutral displacement, but also to control the value of neutral displacement acceptable for the distribution network via PTE, and therefore also allows to exclude unjustified disconnection of the network connection, which increases the reliability of the method and reduces the likelihood of false protection operation.
Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимальному уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ. Наличие в заявленном способе возможности контроля превышения амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали позволяет адекватно оценить возникший переходный процесс и отреагировать на возможность появления ОЗЗ, отслеживая затем в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это повышает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, повышает надежность способа. Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей переходного процесса) образуются помеховые шумы. Отслеживать изменение амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности ниже допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали нецелесообразно, так как этот режим допустим для работы сети. Благодаря введению нижнего контролируемого значения амплитуды НЧ сигнала заявленный способ дает возможность отследить при ОЗЗ изменения амплитуды НЧ сигнала, начиная с уровня, практически отсекающего шумы, что позволяет отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей формирующегося при ОЗЗ сигнала напряжения и повышает надежность, селективность способа по отношению к сигналу помехи, снижает вероятность ложных срабатываний.The permissible long-term maximum level of neutral bias is less than half the permissible short-term maximum level. However, in distribution electric networks with a neutral bias, in which a voltage is established on the neutral that corresponds to the permissible long-term maximum level of the neutral bias, fixing the excess of the lower level can also be a sign of OZZ. The presence in the claimed method of controlling the excess of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence voltage with the permissible long-term maximum level of neutral bias allows one to adequately evaluate the transient process and respond to the possibility of the occurrence of an SCR, then monitoring over the course of the time interval the presence of exceeding the maximum permissible value of the amplitude of the low-frequency component of the zero-voltage voltage . This increases the reliability of protection against OZZ, and therefore, increases the reliability of the method. In addition, during the SCR at the beginning and at the end of the development of neutral voltage (at the beginning and at the end of the transient envelope), interference noise is generated. Tracking the change in the amplitude of the low frequency component of the zero sequence voltage below the permissible long-term maximum level of neutral bias is impractical, since this mode is valid for the network. Due to the introduction of a lower controlled value of the amplitude of the low-frequency signal, the claimed method makes it possible to track changes in the amplitude of the low-frequency signal during OZZ, starting from the level that practically cuts off noise, which allows you to tune out interference noise at the beginning and at the end of the envelope of the voltage generated during the OZZ and increases reliability, selectivity method with respect to the interference signal, reduces the likelihood of false positives.
При этом, несмотря на то, что контролируемые уровни низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности соответствуют сети со смещением нейтрали, заявленный способ работает и в сетях с отсутствием смещения нейтрали. Это придает способу универсальность.Moreover, despite the fact that the controlled levels of the low-frequency component of the zero sequence voltage correspond to a network with a neutral bias, the claimed method also works in networks with no neutral bias. This gives the method versatility.
Наличие возможности контроля превышения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности с применением двух эталонов значения амплитуды позволяет учесть все возможные режимы работы нейтрали, а также индивидуальность электрических режимов работы сети, что также придает заявленному способу универсальность.The ability to control the excess of the amplitude of the LF component of the zero-sequence voltage using two standards of the amplitude value allows you to take into account all possible neutral operating modes, as well as the individuality of the electrical network operation modes, which also gives the claimed method universality.
Кроме того, заявленный способ обеспечивает при определении ОЗЗ возможность четкой привязки зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это объясняется тем, что в заявленном способе в случае, если в результате измерения фазовых соотношений между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты угол сдвига фаз находится в заданных пределах, то результат измерения угла сдвига фаз фиксируют в течение контрольного интервала времени. При этом амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности измеряют в течение контрольного интервала времени. При этом продолжительность контрольного интервала времени задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения. Все это в совокупности обеспечивает привязку зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, а следовательно, повышает надежность способа, повышает селективность по отношению к сигналу помехи и снижает вероятность ложных срабатываний защиты.In addition, the claimed method provides, when determining the SCR, the possibility of clearly linking the recorded phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and the zero-sequence voltage at the time the high-frequency current passes through zero to the measured amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage. This is because in the claimed method, if, as a result of measuring the phase relations between the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence at the moment of passage of the high-frequency current through zero, the phase angle is within the specified limits, then the measurement result of the phase angle is fixed in the course of the control time interval. In this case, the amplitude of the extracted low-frequency component of the zero sequence voltage is measured during the control time interval. In this case, the duration of the control time interval is set corresponding to the time during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum permissible value. All this together provides a binding of the fixed phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence at the time the high-frequency current passes through zero to the measured amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence, and therefore, increases the reliability of the method, increases the selectivity with respect to the interference signal and reduces the likelihood of false positives.
Кроме того, поскольку в заявленном способе амплитуду НЧ сигнала измеряют только при условии нахождения угла сдвига фаз в заданных пределах, то в результате учитывается последовательность появления признаков ОЗЗ, т.е. учитывается, что первым признаком ОЗЗ является возникновение высокочастотного процесса, что и подтверждает фиксирование сдвига фаз в заданных пределах (близкий или равный 90°). В результате повышается надежность способа, так как снижется вероятность ложных срабатываний защиты.In addition, since in the claimed method, the amplitude of the LF signal is measured only if the phase angle is within the specified limits, the result is taken into account the sequence of occurrence of signs of the SCR, i.e. it is taken into account that the first sign of the SCR is the occurrence of a high-frequency process, which confirms the fixation of the phase shift within specified limits (close to or equal to 90 °). As a result, the reliability of the method increases, since the likelihood of false positives decreases.
Выявление признаков ОЗЗ на высокой и низкой частотах с привязкой их по времени обеспечивает возможность контроля одновременности появления обоих признаков ОЗЗ, что снижает вероятность ложного срабатывания по сигналу помехи, источником которого может в данном случае быть как низкочастотный, так и высокочастотные каналы.Identification of the signs of SCR at high and low frequencies with reference to their time provides the ability to control the simultaneity of the appearance of both signs of SCZ, which reduces the likelihood of false triggering by an interference signal, the source of which in this case can be both low-frequency and high-frequency channels.
Благодаря тому, что в заявленном способе сначала проверяют наличие превышения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности нижнего контролируемого значения, это позволяет принять правильное решение о дальнейших действиях, так как отсутствие превышения позволяет предположить, что произошла фиксация фазы по сигналу помехи. Фиксация превышения нижнего контролируемого значения, как уже было показано выше, может являться признаком и ОЗЗ, и помехи. Поэтому, в случае фиксации превышения нижнего контролируемого значения, отслеживают в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Поскольку величина контрольного интервала времени выбрана соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения, это обеспечивает достоверность результатов контроля и снижает вероятность неоправданного отключения присоединения сети, а следовательно, повышает надежность способа, снижает вероятность ложных срабатываний защиты и повышает селективность по отношению к сигналу помехи. Кроме того, длительность контрольного интервала может быть задана соответствующей среднестатистическому времени нарастания амплитуды напряжения нулевой последовательности при ОЗЗ, полученному авторами изобретения в результате исследования различных электрический сетей, которое составляет примерно 3 мс. Это позволяет использовать один общий контрольный интервал времени для любых режимов работы нейтрали (с изолированной нейтралью, с резистивной, частично или полностью компенсированной нейтралью), независимо от наличия отличий в индивидуальных параметрах, что придает способу универсальность.Due to the fact that in the claimed method, the presence of an excess of the low-frequency component of the voltage of the zero-sequence voltage of the zero sequence of the lower controlled value is first checked, this allows us to make the right decision on further actions, since the absence of the excess allows us to assume that the phase was fixed by the interference signal. Fixing the excess of the lower monitored value, as already shown above, can be a sign of both SPL and interference. Therefore, in case of fixing the excess of the lower monitored value, the presence of exceeding the maximum permissible value by the amplitude of the low-frequency component of the zero sequence voltage is monitored during the control time interval. Since the value of the control time interval is selected corresponding to the time during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum permissible value, this ensures the reliability of the control results and reduces the likelihood of unjustified disconnection of the network connection, and therefore increases the reliability of the method, reduces the likelihood of false positives protection and increases selectivity with respect to the interference signal. In addition, the duration of the control interval can be set corresponding to the average statistical rise time of the voltage amplitude of the zero sequence during OZZ obtained by the inventors as a result of the study of various electrical networks, which is approximately 3 ms. This allows you to use one common control time interval for any neutral operation modes (with isolated neutral, with resistive, partially or fully compensated neutral), regardless of the presence of differences in individual parameters, which makes the method universal.
Благодаря тому, что в заявленном способе в случае фиксации факта превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности аварийный сигнал формируют после момента фиксации через интервал времени, который задают с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю и с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, а также который задают с учетом времени, позволяющем отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю, повышается селективность способа по отношению к сигналу помехи и снижается вероятность ложных срабатывания защиты, что повышает надежность способа. Возможность установления интервала времени для формирования аварийного сигнала для всех случаев режима работы нейтрали, а также с учетом времени, позволяющем отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю, придает заявленному способу универсальность.Due to the fact that in the inventive method, in the case of fixing the fact that the maximum permissible value is exceeded by the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage, the alarm signal is generated after the moment of fixation through a time interval that is set taking into account the time of existence of high-frequency transients during a single-phase earth fault and taking into account the time, necessary to compensate for capacitive currents in case of a single-phase earth fault, and also which is set taking into account the time allowing to get rid of interference signals and self-eliminating single-phase earth faults, the selectivity of the method with respect to the interference signal is increased and the probability of false protection tripping is reduced, which increases the reliability of the method. The ability to set the time interval for generating an alarm for all cases of the neutral operating mode, as well as taking into account the time that allows you to tune out interference signals and self-eliminating single-phase earth faults, gives the claimed method universality.
Из вышеизложенного следует, что заявленный технический результат в предлагаемом способе направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока достигается следующим образом:From the foregoing, it follows that the claimed technical result in the proposed method of directional protection against a single-phase earth fault in an electrical distribution AC network is achieved as follows:
в основе способа лежит анализ амплитуд высокочастотных сигналов тока и напряжения нулевой последовательности, определение угла сдвига фаз между ВЧС тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты, контроль амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности. При этом решения о наличии ОЗЗ принимается по признакам: наличие превышения амплитуд высокочастотных сигналов; угол сдвига фаз между ВЧС тока и напряжения нулевой последовательности находится в пределах или равен 90°; амплитуда напряжения нулевой последовательности превышает минимальное и максимально допустимые значения, что отсутствовало в прототипе; угол сдвига фаз и превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности максимально допустимого значения зафиксированы в контрольный интервал времени, что отсутствовало в прототипе. Таким образом, по сравнению с прототипом, заявленный способ при определении ОЗЗ учитывает возможность смещения нейтрали и обеспечивает возможность четкой привязки зафиксированного фазового соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты к измеренной амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Это возможно благодаря тому, что результат измерения угла сдвига фаз (в пределах или равен 90°) фиксируют в течение контрольного интервала времени, продолжительность которого задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения. При этом максимально допустимое превышение амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности отслеживают в течение контрольного интервала времени. В результате обеспечивается надежность способа, селективность к сигналам помехи и снижается вероятность ложных срабатываний.the method is based on the analysis of the amplitudes of the high-frequency current signals and the zero sequence voltage, the determination of the phase angle between the VHS current and the zero sequence voltage when the high frequency current passes through zero, the amplitude control of the low-frequency component of the zero sequence voltage. In this case, the decision on the presence of an OZZ is made on the basis of the following: the presence of an excess of the amplitudes of the high-frequency signals; the phase angle between the VPS current and the zero sequence voltage is within or equal to 90 °; the voltage amplitude of the zero sequence exceeds the minimum and maximum allowable values, which was absent in the prototype; the phase angle and the excess voltage amplitude of the zero sequence of the maximum allowable value recorded in the control time interval, which was absent in the prototype. Thus, in comparison with the prototype, the claimed method, when determining the SCR, takes into account the possibility of a neutral bias and provides the possibility of clearly linking the fixed phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and the zero-sequence voltage at the moment the high-frequency current passes through zero to the measured amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage . This is possible due to the fact that the result of measuring the phase angle (within or equal to 90 °) is fixed during the control time interval, the duration of which is set to the corresponding time during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum permissible value. In this case, the maximum allowable excess of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence amplitude is monitored during the control time interval. This ensures the reliability of the method, selectivity to interference signals and reduces the likelihood of false positives.
Кроме того, заявленный способ позволяет контролировать два уровня напряжения низкочастотного сигнала. При этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали. Это позволяет учесть возможность допустимого по ПТЭ смещения нейтрали, а следовательно, позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. повышает надежность способа и снижает вероятность ложного срабатывания защиты. Наличие возможности контроля превышения амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности с применением двух эталонов значения амплитуды позволяет учесть все возможные режимы работы нейтрали, а также индивидуальность электрических параметров сети, что обеспечивает надежность способа, селективность к сигналам помехи и снижает вероятность ложных срабатываний, а также придает заявленному способу универсальность.In addition, the claimed method allows you to control two voltage levels of the low-frequency signal. In this case, the maximum short-term neutral displacement acceptable for a given network is taken as the maximum allowable value of the amplitude of the low-frequency component, and the long-term maximum neutral neutral tolerance acceptable for this network is taken as the lowest controlled value of the low-frequency component amplitude. This allows you to take into account the possibility of a neutral bias permissible by the PTE, and therefore, allows to exclude unjustified disconnection of the network connection, i.e. increases the reliability of the method and reduces the likelihood of a false positive protection. The ability to control the excess of the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage using two standards of the amplitude value allows you to take into account all possible neutral operating modes, as well as the individuality of the electrical parameters of the network, which ensures the reliability of the method, selectivity to interference signals and reduces the likelihood of false alarms, and also gives the declared way versatility.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленный способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности способа, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи и в снижении вероятности ложных срабатываний, а также обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в универсальности способа.Thus, from the foregoing, it follows that the claimed method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current electric distribution network ensures the achievement of a technical result consisting in increasing the reliability of the method, in increasing the selectivity with respect to the interference signal and in reducing the likelihood of false alarms , and also ensures the achievement of a technical result, which consists in the versatility of the method.
Устройство для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, реализующее заявленный способ, решает задачу создания соответствующего устройства, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи, в снижении вероятности ложных срабатываний, в обеспечении универсальности устройства.A device for implementing the method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current electrical distribution network, which implements the claimed method, solves the problem of creating an appropriate device, the implementation of which allows to achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of the device, in increasing selectivity with respect to the interference signal , in reducing the likelihood of false positives, in ensuring the versatility of the device.
Сущность изобретения «Устройство для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока» заключается в том, что в устройство для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, содержащее высокочастотные каналы тока и напряжения нулевой последовательности, входы которых являются соответственно входом сигнала тока нулевой последовательности и входом сигнала напряжения нулевой последовательности, при этом высокочастотные каналы выполнены идентично, низкочастотный канал напряжения нулевой последовательности, вход которого подключен к входу сигнала напряжения нулевой последовательности, фазочувствительный элемент, к входам которого с первого по четвертый подключены соответственно выходы положительной и отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности, и схему формирования аварийного сигнала, выход которой является выходом устройства, дополнительно введены схема управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности (СУ), формирователи времени задержки с первого по четвертый, первый элемент ИЛИ, схема сброса результата фазового детектирования (СФД), при этом выход сигнала блокировки СУ и выходы формирователей подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу блокировки фазочувствительного элемента, информационные входы первого формирователя времени задержки подключены к выходам высокочастотного канала тока нулевой последовательности, а выход подключен к собственному входу блокировки срабатывания и к первому входу СФД, выход которой подключен к входу аннулирования отсчета второго формирователя времени задержки, вход которого подключен к выходу фазочувствительного элемента, а выход, кроме того, подключен к информационному входу четвертого формирователя времени задержки, при этом инверсный выход второго формирователя подключен к входу разрешения отсчета третьего формирователя, информационный вход которого подключен к выходу четвертого формирователя и ко второму входу СФД, при этом вход разрешения отсчета четвертого формирователя и выход подключены соответственно к выходу и второму входу СУ, первый вход которой и вход аннулирования отсчета четвертого формирователя подключены к выходу низкочастотного канала напряжения нулевой последовательности, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу СУ, кроме того, выход третьего формирователя подключен к входу схемы формирования аварийного сигнала, при этом низкочастотный канал напряжения нулевой последовательности содержит последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель, первый фильтр низкой частоты и пороговый элемент с гальванической развязкой и управляемым порогом срабатывания, при этом вход выпрямителя является входом низкочастотного канала, выход и управляющий вход порогового элемента - соответственно выходом и управляющим входом канала. Кроме того, фазочувствительный элемент содержит первый и второй D-триггеры и второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами триггеров, а выход является выходом фазочувствительного элемента, при этом С- и D-входы первого триггера соединены с выходами положительной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности, а С- и D-входы второго триггера соединены с выходами отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности соответственно, при этом R-входы триггеров соединены и являются входом блокировки фазочувствительного элемента. При этом схема управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности содержит пятый формирователь времени задержки, второй фильтр низких частот, линию задержки, третий D-триггер, элемент НЕ, элемент И и третий элемент ИЛИ, причем вход элемента НЕ является первым входом СУ и подключен к входу аннулирования отсчета пятого формирователя, кроме того, выход элемента НЕ подключен к входу второго фильтра низких частот и к входам разрешения отсчета третьего D-триггера и пятого формирователя, выход которого подключен к входу линии задержки, выход которой подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом СУ, а выход является выходом сигнала блокировки СУ, кроме того, информационный вход пятого формирователя подключен к источнику сигнала единичного уровня, а выход третьего элемента ИЛИ подключен, кроме того, к входу аннулирования отсчета третьего D-триггера, информационный вход которого подключен к источнику сигнала единичного уровня, а выход является управляющим выходом СУ и, кроме того, подключен ко первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго фильтра низких частот, а выход является выходом СУ. Причем схема сброса результата фазового детектирования (СФД) содержит формирователь коротких импульсов и элемент ИЛИ-НЕ, причем вход формирователя коротких импульсов является первым входом СФД, первый вход элемента ИЛИ-НЕ является вторым входом СФД, второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу формирователя коротких импульсов, а выход элемента ИЛИ-НЕ является выходом СФД. В низкочастотном канале напряжения нулевой последовательности пороговый элемент с управляемым порогом срабатывания содержит n-p-n транзистор, у которого параллельно переходу база-коллектор включен резистор, а к базе последовательно подключен минусом первый стабилитрон, к которому последовательно подключен второй стабилитрон, параллельно которому подключен управляющий ключ, размыкающий контакт которого соединен с управляющим входом НЧ канала, а минус второго стабилитрона соединен с выходом НЧ канала.The inventive device for implementing a method of directional protection against a single-phase earth fault in a distribution electric network of alternating current "consists in that the device for implementing a method of directional protection against a single-phase earth fault in a distribution electric network of alternating current, containing high-frequency current channels and zero sequence voltage, the inputs of which are respectively the input of the zero sequence current signal and the voltage input zero-sequence, while the high-frequency channels are identical, the low-frequency channel of the zero-sequence voltage, the input of which is connected to the input of the zero-sequence voltage signal, is a phase-sensitive element, the inputs of which are connected from the first to the fourth, respectively, the outputs of the positive and negative polarity of the first half-wave of the high-frequency signals of the current channels and zero sequence voltage, and the alarm generation circuit, the output of which is the output ohms of the device, an additional control circuit for the low-frequency channel of the zero sequence voltage (CI), the first to fourth delay time drivers, the first OR element, a phase detection result reset circuit (SFC) are introduced, the control blocking signal output and the shapers outputs are connected to the inputs of the first OR element, the output of which is connected to the input blocking phase-sensitive element, the information inputs of the first driver of the delay time are connected to the outputs of the high-frequency channel current zero sequence, and the output is connected to its own input of the operation blocking and to the first input of the SFD, the output of which is connected to the cancellation input of the second delay time former, the input of which is connected to the output of the phase-sensitive element, and the output is also connected to the information input of the fourth time former delays, while the inverse output of the second driver is connected to the input of the reference resolution of the third driver, the information input of which is connected to the output of the fourth the shaper and to the second input of the SFD, while the input of the reference resolution of the fourth shaper and the output are connected respectively to the output and the second input of the control unit, the first input of which and the input of the countdown of the fourth shaper are connected to the output of the low-frequency channel of the zero sequence voltage, the control input of which is connected to the control output SU, in addition, the output of the third driver is connected to the input of the alarm signal generating circuit, while the low-frequency voltage channel is zero nosti comprises serially connected full-wave rectifier, a first low-pass filter and threshold element with galvanic separation and controllable response threshold, the rectifier input is the input of the low frequency channel output and the control input of the threshold element - respectively the output and the control input of the channel. In addition, the phase-sensitive element contains the first and second D-triggers and the second OR element, the inputs of which are connected to the outputs of the triggers, and the output is the output of the phase-sensitive element, while the C- and D-inputs of the first trigger are connected to the positive polarity outputs of the first half-wave of high-frequency signals channels of current and voltage of the zero sequence, and C- and D-inputs of the second trigger are connected to the outputs of the negative polarity of the first half-wave of high-frequency signals of channels of current and voltage of the zero trace functions, respectively, while the R-inputs of the triggers are connected and are the blocking input of the phase-sensitive element. Moreover, the control circuit of the low-frequency channel of the zero-voltage voltage contains a fifth delay driver, a second low-pass filter, a delay line, a third D-trigger, an element NOT, an element AND, and a third OR element, and the input of the element is NOT the first input of the control system and is connected to the input canceling the count of the fifth driver, in addition, the output of the element is NOT connected to the input of the second low-pass filter and to the inputs of the resolution of the third D-trigger and the fifth driver, the output of which is connected to the input of the link and a delay, the output of which is connected to the first input of the third OR element, the second input of which is the second input of the control unit, and the output is the output of the lock signal of the control unit, in addition, the information input of the fifth driver is connected to the signal source of a single level, and the output of the third element is connected, in addition, to the input of the countdown of the third D-flip-flop, the information input of which is connected to the signal source of the unit level, and the output is the control output of the control system and, in addition, is connected to the first input of the element And that, the second input of which is connected to the output of the second low-pass filter, and the output is the output of SR. Moreover, the phase detection result reset circuit (SFD) contains a short pulse shaper and an OR-NOT element, the input of a short pulse shaper is the first input of the SFD, the first input of the OR-NOT element is the second input of the SFD, the second input of the OR-NOT element is connected to the output of the shaper short pulses, and the output of the OR-NOT element is the output of the SFD. In the low-frequency channel of the zero-sequence voltage, the threshold element with a controlled response threshold contains an npn transistor, in which a resistor is connected in parallel to the base-collector junction, and a first zener diode is connected in series to the base, to which a second zener diode is connected in series, to which a control key is connected, an open contact which is connected to the control input of the LF channel, and minus the second zener diode is connected to the output of the LF channel.
Технический результат в устройстве, реализующем заявленный способ, достигается следующим образом. Как было изложено выше, из литературы известно, что под влиянием атмосферных или переходных коммутационных процессов в электрических системах возникают волны напряжения, накладывающиеся на рабочее напряжение фаз. Создающийся при этом импульс перенапряжения может вызвать где-либо в системе в месте ослабленной изоляции пробой фазы на землю - однофазное замыкание на землю. В сети дуга в месте замыкания в некоторых случаях (при достаточном расстоянии между проводом и землей) горит неустойчиво, периодически погасая и вновь зажигаясь (иногда по мере разогревания места повреждения неустойчивое горение дуги переходит в устойчивое). Независимо от причины возникновения, замыкание на землю вызывает повышение фазных напряжений. Характерным для ОЗЗ является также наличие высокочастотных переходных процессов. Поскольку зарядные и разрядные цепи при ОЗЗ представляют собой эквивалентные колебательные контура, то это обуславливает сдвиг фаз между соответствующими высокочастотными (ВЧ) составляющими тока и напряжения нулевой последовательности, равный или близкий 90°. Принцип работы заявленного устройства, осуществляющего способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока, заключается в анализе во время ОЗЗ амплитуды сигналов высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности, в анализе фазовых соотношений между ними и контроля амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности в момент времени, когда сдвиг фаз между соответствующими высокочастотными (ВЧ) составляющими тока и напряжения нулевой последовательности равен или близок 90°.The technical result in a device that implements the claimed method is achieved as follows. As described above, from the literature it is known that under the influence of atmospheric or transient switching processes in electrical systems, voltage waves appear, superimposed on the operating voltage of the phases. The overvoltage pulse created in this way can cause a phase-to-earth breakdown somewhere in the system in the place of weakened insulation - a single-phase earth fault. In a network, the arc at the point of fault in some cases (with a sufficient distance between the wire and the ground) burns unstable, periodically extinguishing and igniting again (sometimes, as the damage site is warmed up, the unstable burning of the arc becomes stable). Regardless of the cause, an earth fault causes an increase in phase voltage. The presence of high-frequency transients is also characteristic of the OZZ. Since the charge and discharge circuits in the SCR are equivalent oscillatory circuits, this causes a phase shift between the corresponding high-frequency (HF) components of the current and voltage of the zero sequence, equal to or close to 90 °. The principle of operation of the claimed device, which implements a method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current distribution electric network, consists in analyzing the amplitude of the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence during the SCR, in analyzing the phase relationships between them and controlling the amplitude of the low-frequency component of the voltage zero sequence at the time when the phase shift between the corresponding high-frequency (HF) components of the current and yazheniya zero sequence equal or close to 90 °.
Наличие в устройстве высокочастотных каналов тока и напряжения нулевой последовательности (ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0) и низкочастотного канала напряжения нулевой последовательности (3u0) позволяет оценить параметры высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в начале ОЗЗ, которые являются характерными для ОЗЗ, а также оценить величину НЧ составляющей напряжения на нейтрали в этой ситуации, что обеспечивает надежность работы устройства, селективность по отношению к сигналу помехи и снижение вероятности ложных срабатываний.The presence in the device of high-frequency channels of current and zero sequence voltage (HPS 3i 0 and HFS 3u 0 ) and a low-frequency channel of zero sequence voltage (3u 0 ) allows us to estimate the parameters of high-frequency components of current and voltage of zero sequence at the beginning of the SCR, which are characteristic of the SCR, and also evaluate the magnitude of the LF component of the neutral voltage in this situation, which ensures the reliability of the device, selectivity with respect to the interference signal and reduce the likelihood of false positives atyvany.
Благодаря тому, что каналы ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0 выполнены идентично, обеспечивается сохранение фазовых соотношений между сигналами ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0 на входах фазочувствительного элемента, что повышает селективность устройства по отношению к сигналу помехи. Наличие в ВЧ каналах выходов отрицательной и положительной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов учитывает случайный характер полярности высокочастотных сигналов, а так же позволяет фиксировать начало высокочастотного переходного процесса, т.е. начало ОЗЗ, что обеспечивает надежность устройства.Due to the fact that the channels of the RFL 3i 0 and RFL 3u 0 are identical, the phase relations between the RFL 3i 0 and RFL 3u 0 signals are provided at the inputs of the phase-sensitive element, which increases the selectivity of the device with respect to the interference signal. The presence in the RF channels of the outputs of the negative and positive polarity of the first half-wave of high-frequency signals takes into account the random nature of the polarity of the high-frequency signals, and also allows you to fix the beginning of the high-frequency transient, i.e. the beginning of OZZ, which ensures the reliability of the device.
Фазочувствительный элемент обеспечивает контроль фазовых соотношений между зафиксированными однополярными амплитудами сигналов ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0, причем обеспечивает возможность фиксации фазового соотношения, близкого или равного 90°, что обеспечивает селективность по отношению к сигналу помехи. Построение фазочувствительного элемента на двух D-триггерах, первом и втором, позволяет фиксировать фазовое соотношение в момент прохождения через ноль ВЧС 3i0, причем для обеих полярностей сигналов ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0. Для этого в одном из триггеров D- и С-входы соединены с выходами отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов, а в другом - с выходами положительной полярности, что учитывает случайный характер полярности амплитуды высокочастотного сигнала, повышает надежность работы устройства и обеспечивает селективность по отношению к сигналу помехи. При этом D-входы соединены с выходами высокочастотного канала напряжения нулевой последовательности, а С-входы - с выходами высокочастотного канала тока нулевой последовательности, что обеспечивает возможность фиксации фазового соотношения между однополярными ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0, близкого или равного 90° при прохождении тока через нуль. Это обеспечивает селективность по отношению к сигналу помехи. Кроме того, построение фазочувствительного элемента на первом и втором D-триггерах обеспечивает возможность управления его работой, а именно обеспечивает возможность его блокирования по R-входам для предотвращения возможности срабатывания от сигнала помехи, что повышает помехозащищенность устройства, а следовательно, повышает надежность его работы. Возможность блокировки фазочувствительного элемента от срабатывания по сигналу помехи предотвращает необоснованное отключение неповрежденного присоединения сети, что снижает вероятность ложных срабатываний устройства. Второй элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго D-триггеров, а выход является выходом фазочувствительного элемента, обеспечивает возможность получения результата детектирования сигналов или положительной, или отрицательной полярности, что учитывает полярность высокочастотных сигналов и повышает надежность работы устройства. Возможность фиксации фазового сдвига, близкого или равного 90°, между ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0 снижает вероятность ложного срабатывания защиты, так как в этом случае сдвиг фаз, близкий или равный 90°, служит привязкой к полезному сигналу. Кроме того, предлагаемое выполнение и подключение фазочувствительного элемента к выходам ВЧ каналов позволяет фиксировать сдвиг фаз, равный или близкий к 90°, при прохождении ВЧС 3i0 через нуль, т.е. когда амплитуда высокочастотного сигнала напряжения нулевой последовательности максимальна. Это также обеспечивает привязку к полезному сигналу. В результате повышается надежность работы устройства, селективность по отношению к сигналу помехи и снижается вероятность ложных срабатываний.The phase-sensitive element provides control of the phase relations between the recorded unipolar amplitudes of the RF signals 3i 0 and the RF 3u 0 signals, and provides the possibility of fixing a phase ratio close to or equal to 90 °, which ensures selectivity with respect to the interference signal. The construction of a phase-sensitive element on two D-flip-flops, the first and second, allows you to fix the phase relationship at the moment of passage through zero of the RFS 3i 0 , moreover, for both polarities of the signals, the RFL 3i 0 and the RFL 3u 0 . For this, in one of the triggers, the D- and C-inputs are connected to the negative polarity outputs of the first half-wave of high-frequency signals, and in the other, to the positive polarity outputs, which takes into account the random polarity of the amplitude of the high-frequency signal, increases the reliability of the device and provides selectivity with respect to interference signal. In this case, the D-inputs are connected to the outputs of the high-frequency channel of the zero-sequence voltage, and the C-inputs are connected to the outputs of the high-frequency channel of the zero-sequence current, which makes it possible to fix the phase relationship between the unipolar VPS 3i 0 and VPS 3u 0 , close to or equal to 90 ° when passing current through zero. This provides selectivity for the interference signal. In addition, the construction of a phase-sensitive element on the first and second D-flip-flops provides the ability to control its operation, namely, it is possible to block it by R-inputs to prevent the possibility of operation from an interference signal, which increases the noise immunity of the device and, therefore, increases its reliability. The ability to block the phase-sensitive element from being triggered by an interference signal prevents unreasonable disconnection of undamaged network connections, which reduces the likelihood of false positives. The second OR element, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second D-flip-flops, and the output is the output of the phase-sensitive element, provides the possibility of obtaining the result of detecting signals of either positive or negative polarity, which takes into account the polarity of high-frequency signals and increases the reliability of the device. The possibility of fixing a phase shift close to or equal to 90 ° between the VPS 3i 0 and VPS 3u 0 reduces the likelihood of a false alarm, since in this case a phase shift close to or equal to 90 ° serves as a reference to the useful signal. In addition, the proposed implementation and connection of the phase-sensitive element to the outputs of the RF channels makes it possible to fix a phase shift equal to or close to 90 ° when the RFI 3i 0 passes through zero, i.e. when the amplitude of the high frequency voltage signal of the zero sequence is maximum. It also provides a snap to the desired signal. As a result, the reliability of the device, the selectivity with respect to the interference signal are increased, and the likelihood of false alarms is reduced.
Низкочастотный (НЧ) канал напряжения нулевой последовательности, который состоит из двухполупериодного выпрямителя, первого ФНЧ, порогового элемента с гальванической развязкой и управляемым порогом срабатывания, обеспечивает во время ОЗЗ возможность контроля амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, что повышает селективность по отношению к сигналу помехи и снижает количество ложных срабатываний, а следовательно, повышает надежность работы устройства.The low-frequency (LF) channel of the zero-sequence voltage, which consists of a half-wave rectifier, the first low-pass filter, a threshold element with galvanic isolation and a controlled threshold, provides during OZZ the ability to control the amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence, which increases the selectivity with respect to the interference signal and reduces the number of false positives, and therefore increases the reliability of the device.
Введение в НЧ канал двухполупериодного выпрямителя обеспечивает во время ОЗЗ возможность контроля амплитуд полуволн НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности обеих полярностей, что отсутствовало в прототипе. Это повышает информативность, а следовательно, надежность работы устройства. Фильтр низкой частоты выделяет из поступающего на его вход сигнала сигнал рабочей частоты и отсекает сигналы помехи, что повышает селективность устройства по отношению к помехам. Введение в НЧС канал порогового элемента с гальванической развязкой также повышает устойчивость устройства по отношению к помехам, поскольку гальванически развязывает пороговый элемент от металлических частей корпуса прибора и других элементов и узлов устройства, что исключает воздействие на пороговый элемент наведенного сигнала помехи по электрическим связям между элементами и узлами устройства, а следовательно, исключает возможность срабатывания порогового элемента от сигнала помехи, что также повышает селективность устройства по отношению к сигналу помехи.The introduction of a half-wave rectifier into the LF channel during OZZ provides the ability to control the amplitudes of half-waves of the LF component of the zero sequence voltage of both polarities, which was not in the prototype. This increases the information content, and therefore, the reliability of the device. The low-pass filter isolates the working frequency signal from the signal arriving at its input and cuts off the interference signals, which increases the selectivity of the device with respect to interference. The introduction of a threshold element with galvanic isolation into the NPF channel also increases the stability of the device with respect to interference, since it galvanically decouples the threshold element from the metal parts of the device housing and other elements and components of the device, which eliminates the effect of the induced signal on the threshold element from the electrical connections between the elements and device nodes, and therefore, eliminates the possibility of a threshold element from an interference signal, which also increases the selectivity of the device in relation to the interference signal.
Кроме того, известно, что в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации при работе сети напряжение на нейтрали равно нулю только при полной симметрии проводимостей фаз относительно земли. В нормальном режиме естественная несимметрия обусловлена различным расположением проводов на опорах, неравномерным распределением по фазам конденсаторов для защиты вращающихся машин, конденсаторов связи и прочей работой технологического оборудования. Кроме того, потребитель может сам при необходимости обеспечения работоспособности сети ввести смещение нейтрали искусственно. При наличии несимметрии возникает смещение нейтрали. В результате распределительные электрические сети имеют такие параметры, как допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали (до двух часов) и допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали, который меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня (Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Министерство топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», М.: СПО ОГРЭС, 1996, с.с.280-287, далее ПТЭ). Таким образом, при смещениях нейтрали допускается на ограниченное время превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности значения, соответствующего рабочему режиму сети. При этом, как следует из ПТЭ, эти максимальные значения для распределительной сети известны. Введение в НЧ канал устройства порогового элемента с управляемым порогом срабатывания позволяет учесть возможность смещения нейтрали путем задания двух порогов срабатывания: максимально допустимое значение амплитуды низкочастотной составляющей, которое устанавливают равным допустимому для распределительной сети максимальному кратковременному уровню смещения нейтрали, и нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей, которое устанавливают равным допустимому для распределительной сети длительному максимальному уровню смещения нейтрали. Такой подход к выбору порогов срабатывания управляемого порогового элемента позволяет учесть возможность смещения нейтрали, а следовательно, позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. повышает надежность работы устройства и снижает вероятность ложного срабатывания защиты. При построении порогового элемента с управляемым порогом срабатывания использован принцип изменения режима работы транзистора путем управления режимом работы базовой цепи. Это достигается введением в пороговый элемент транзистора, у которого параллельно переходу база-коллектор включен резистор, а к базе последовательно подключен минусом первый стабилитрон, к которому последовательно подключен второй стабилитрон, параллельно которому подключен управляющий ключ, что позволяет, подключая к базе оба стабилитрона или один, регулировать ток коллектор - база. При этом размыкающий контакт управляющего ключа соединен с управляющим входом НЧ канала, что обеспечивает возможность изменения режима работы транзистора по управляющему сигналу из СУ. Благодаря тому, что минус второго стабилитрона соединен с выходом НЧ канала, на выходе НЧ канала формируется сигнал о фиксации превышения нижнего контролируемого или максимально допустимого значений амплитуды НЧ сигнала при изменении напряжения на коллекторе транзистора.In addition, it is known that, in accordance with the Rules for the Technical Operation of Power Plants and Networks of the Russian Federation, when the network is operating, the neutral voltage is zero only with complete symmetry of the phase conductivity relative to the ground. In normal mode, the natural asymmetry is due to the different arrangement of wires on the supports, the uneven distribution of capacitors in phases to protect rotating machines, coupling capacitors and other work of technological equipment. In addition, the consumer himself can, if necessary, ensure the operability of the network, introduce a neutral offset artificially. In the presence of asymmetry, a neutral bias occurs. As a result, distribution electric networks have such parameters as the maximum short-term neutral displacement level acceptable for a given network (up to two hours) and the long-term maximum neutral displacement level that is less than half the permissible short-term maximum level (Rules for the technical operation of electric stations and networks of the Russian Federation Federation / Ministry of Fuel and Energy of the Russian Federation, RAO "UES of Russia", M .: SPO OGRES, 1996, pp. 280-287, hereinafter PTE). Thus, with neutral offsets, it is allowed for a limited time that the voltage amplitude exceeds the zero sequence value corresponding to the operating mode of the network. Moreover, as follows from the PTE, these maximum values for the distribution network are known. The introduction of a threshold element with a controlled response threshold into the LF channel of the device allows you to take into account the possibility of neutral bias by setting two thresholds: the maximum allowable value of the amplitude of the low-frequency component, which is set equal to the maximum short-term level of neutral bias acceptable for the distribution network, and the lower controlled value of the amplitude of the low-frequency component, which is set equal to the permissible continuous maxi low neutral bias level. Such an approach to the selection of thresholds for the operation of a controlled threshold element allows us to take into account the possibility of a neutral bias, and therefore, eliminates the unjustified disconnection of the network connection, i.e. increases the reliability of the device and reduces the likelihood of a false positive protection. When constructing a threshold element with a controlled response threshold, the principle of changing the operating mode of the transistor by controlling the operating mode of the base circuit is used. This is achieved by introducing a transistor into the threshold element, in which a resistor is connected in parallel to the base-collector junction, and the first zener diode is connected in series to the base, to which the second zener diode is connected in series, to which the control key is connected, which allows connecting both zener diodes to the base or one , adjust the collector current - base. In this case, the NC contact of the control key is connected to the control input of the low-frequency channel, which makes it possible to change the operation mode of the transistor according to the control signal from the control system. Due to the fact that the minus of the second zener diode is connected to the output of the low-frequency channel, a signal is generated at the output of the low-frequency channel to fix the excess of the lower controlled or maximum allowable amplitude of the low-frequency signal when the voltage across the collector of the transistor changes.
Допустимый длительный максимальный уровень смещения нейтрали меньше в два раза допустимого кратковременного максимального уровня. Однако в распределительных электрических сетях со смещением нейтрали, в которых на нейтрали установилось напряжение, соответствующее допустимому длительному максимальному уровню смещения нейтрали, фиксация превышения нижнего уровня может также являться признаком ОЗЗ. Наличие в заявленном способе возможности контроля превышения амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали позволяет адекватно оценить переходный процесс и отреагировать на возможность появления ОЗЗ в соответствии с развитием переходного процесса, что повышает надежность защиты от ОЗЗ, а следовательно, повышает надежность способа. Кроме того, возможность контроля нижнего уровня напряжения в сетях со смещением нейтрали повышает надежность работы устройства. Это объясняется тем, что момент превышения контролируемого уровня напряжения воспринимается устройством как скачок напряжения, заканчивающийся переходным процессом. В этот момент высокочастотные каналы выделяют из сигналов нулевой последовательности высокочастотные составляющие тока и напряжения. При этом в момент превышения нижнего контролируемого уровня НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности может быть зафиксирован фазовый сдвиг между высокочастотными составляющими тока и напряжения нулевой последовательности, близкий или равный 90°, что является одним из признаков наличия ОЗЗ. Однако наличие второго порога срабатывания управляемого порогового элемента обеспечивает возможность контроля дальнейшего превышения напряжением максимального значения и при его отсутствии сигнал о наличии ОЗЗ устройство не вырабатывает. В результате исключается необоснованное отключение присоединения сети, что повышает надежность работы устройства, селективность к сигналу помехи и снижает вероятность ложных срабатываний.The permissible long-term maximum level of neutral bias is less than half the permissible short-term maximum level. However, in distribution electric networks with a neutral bias, in which a voltage is established on the neutral that corresponds to the permissible long-term maximum level of the neutral bias, fixing the excess of the lower level can also be a sign of OZZ. The presence in the claimed method of controlling the excess of the LF amplitude of the voltage component of the zero sequence of the permissible long-term maximum level of neutral bias allows you to adequately evaluate the transient process and respond to the possibility of the occurrence of an SCR in accordance with the development of the transient process, which increases the reliability of protection against SCR, and therefore, increases the reliability of the method . In addition, the ability to control the lower voltage level in networks with a neutral offset increases the reliability of the device. This is due to the fact that the moment of exceeding the controlled voltage level is perceived by the device as a voltage surge ending in a transient process. At this point, high-frequency channels extract high-frequency components of current and voltage from signals of the zero sequence. At the same time, when the lower controlled level of the LF component of the zero-sequence voltage is exceeded, a phase shift between the high-frequency components of the current and the zero-sequence voltage, close to or equal to 90 °, can be fixed, which is one of the signs of the presence of SCR. However, the presence of a second triggering threshold of a controlled threshold element provides the ability to control further voltage exceeding the maximum value, and in its absence, the device does not generate a signal about the presence of an SCR. As a result, unreasonable disconnection of the network connection is excluded, which increases the reliability of the device, selectivity to the interference signal and reduces the likelihood of false positives.
Кроме того, при ОЗЗ в начале и при завершении развития напряжения на нейтрали (в начале и в завершении огибающей развивающегося при ОЗЗ напряжения) могут образовываться помеховые шумы. Возможность отслеживать при ОЗЗ изменения амплитуды НЧ сигнала, начиная с заданного нижнего уровня, ниже которого (ниже допустимого длительного максимального уровня смещения нейтрали) режим работы для сети допустим, позволяет, не теряя информации при ОЗЗ, отстроиться от помеховых шумов в начале и в завершении огибающей формирующегося при ОЗЗ сигнала напряжения, что повышает надежность работы, селективность устройства по отношению к сигналу помехи и снижает вероятность ложных срабатываний.In addition, during the SCR at the beginning and at the end of the development of the neutral voltage (at the beginning and at the end of the envelope of the voltage developing during the SCR), interference noise can be generated. The ability to monitor changes in the amplitude of the low-frequency signal during OZZ, starting from a predetermined lower level, below which (below the permissible long-term maximum level of neutral bias), the operating mode for the network is permissible; a voltage signal generated during OZZ, which increases the reliability of operation, the selectivity of the device with respect to the interference signal and reduces the likelihood of false positives.
При этом, несмотря на то, что контролируемые уровни низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности соответствуют сети со смещением нейтрали, они являются оптимальными и для распределительных сетей с отсутствием смещения нейтрали. Это придает устройству универсальность.At the same time, despite the fact that the controlled levels of the low-frequency component of the zero sequence voltage correspond to networks with a neutral bias, they are optimal for distribution networks with no neutral bias. This gives the device versatility.
В результате введение в НЧ канал порогового элемента с управляемым порогом срабатывания позволяет принять во внимание возможность наличия смещения нейтрали сети, что позволяет исключить неоправданное отключение присоединения сети, т.е. повышает надежность работы устройства и снижает вероятность ложного срабатывания защиты. При этом величины порогов срабатывания универсальны, что обеспечивает универсальность устройства.As a result, the introduction of a threshold element with a controlled response threshold into the LF channel allows us to take into account the possibility of a network neutral offset, which eliminates unjustified disconnection of the network connection, i.e. increases the reliability of the device and reduces the likelihood of a false positive protection. Moreover, the values of the thresholds are universal, which ensures the universality of the device.
Схема управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности (СУ) формирует сигнал управления для управляемого порогового элемента, обеспечивая возможность последовательного управления его порогом срабатывания. Это позволяет посредством установки требуемого порога срабатывания учесть наличие смещения нейтрали сети, повышает надежность работы устройства, а также придает устройству универсальность. Кроме того, на своем выходе СУ формирует информацию о наличии превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности, что является одним из основных признаков ОЗЗ и обеспечивает надежность работы устройства. При ОЗЗ схема управления формирует сигнал блокировки устройства, блокируй его срабатывание от сигнала помехи до окончания переходных процессов в НЧ канале, что повышает надежность работы, селективность по отношению к сигналу помехи и снижает вероятность ложных срабатываний.The control circuit of the low-frequency channel of the zero sequence voltage (CS) generates a control signal for the controlled threshold element, providing the possibility of sequential control of its threshold. This allows you to take into account the presence of a network neutral offset by setting the required response threshold, increases the reliability of the device, and also gives the device universality. In addition, at its output, the control system generates information about the presence of exceeding the maximum allowable value by the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage, which is one of the main signs of the OZZ and ensures the reliability of the device. With OZZ, the control circuit generates a device blocking signal, block its operation from the interference signal until the transients in the LF channel end, which increases the reliability of operation, selectivity with respect to the interference signal and reduces the likelihood of false positives.
Введение в устройство формирователей времени задержки с первого по четвертый позволяет формировать временные задержки, обеспечивающие селективность устройства по отношению к сигналу помехи. Благодаря подключению выходов всех формирователей и выхода блокировки СУ через первый элемент ИЛИ к входу блокировки фазочувствительного элемента, в процессе анализа сигналов, характерных для ОЗЗ, обеспечивается последовательная блокировка устройства от возможного срабатывания по сигналу помехи, что особенно важно для неповрежденного присоединения сети, так как исключает неоправданное его отключение, а следовательно, снижает вероятность ложных срабатываний.Introduction to the device shapers delay time from the first to the fourth allows you to generate time delays that ensure the selectivity of the device relative to the interference signal. By connecting the outputs of all the formers and the control lock output through the first OR element to the phase-sensitive blocking input, in the process of analyzing the signals characteristic of the OZZ, the device is sequentially blocked from possible operation by an interference signal, which is especially important for undamaged network connection, as it eliminates its unjustified shutdown, and therefore reduces the likelihood of false positives.
Введение в устройство первого формирователя времени задержки, информационные входы которого подключены к выходам высокочастотного канала тока нулевой последовательности, а выход подключен к собственному входу блокировки срабатывания и к первому входу СФД и, через первый элемент ИЛИ, к входу блокировки фазочувствительного элемента, обеспечивает защиту устройства от неселективной работы по отношению к сигналу помехи высокочастотного канала тока нулевой последовательности. Первый формирователь срабатывает по заднему фронту высокочастотного сигнала тока нулевой последовательности, блокируя через первый элемент ИЛИ на формируемое время задержки фазочувствительный элемент, после срабатывания последнего. Блокирование фазочувствительного элемента выходным сигналом первого формирователя времени задержки происходит также при частичных разрядах в изоляции или при наличии помех в ВЧ сигнале тока нулевой последовательности, что повышает селективность и надежность работы.Introduction to the device of the first driver of the delay time, the information inputs of which are connected to the outputs of the high-frequency channel of the zero-sequence current channel, and the output is connected to its own input of the operation blocking and to the first input of the SFD and, through the first OR element, to the blocking input of the phase-sensitive element, protects the device from non-selective operation with respect to the interference signal of the high-frequency channel of the zero sequence current channel. The first driver is triggered on the trailing edge of the high-frequency signal of the zero sequence current, blocking the phase-sensitive element through the first OR element for the generated delay time, after the latter is triggered. Blocking of the phase-sensitive element by the output signal of the first driver of the delay time also occurs when partial discharges in the insulation or in the presence of interference in the RF signal of the zero-sequence current, which increases the selectivity and reliability.
Второй формирователь времени задержки обеспечивает регистрацию факта срабатывания фазочувствительного элемента, фиксацию его на время до 1,5 с и, на это же время, через элемент ИЛИ блокировку фазочувствительного элемента. При этом введение времени задержки, формируемой вторым формирователем, обеспечивает отстройку от кратковременных самоликвидирующихся ОЗЗ, а также от помех, вызываемых включением мощных нагрузок потребителей, либо пуском высоковольтных двигательных установок, с диапазоном длительности от 0,012 до 1,5 с (0,012 с - минимальное время для отстройки от феррорезонансных процессов; 1,5 с - общее статистическое время, при котором двигательные установки завершают пуск). Это повышает надежность работы устройства, селективность по отношению к сигналу помехи и снижает вероятность ложных срабатываний.The second delay time former provides registration of the fact of the operation of the phase-sensitive element, fixing it for a period of up to 1.5 s and, at the same time, through the element OR blocking of the phase-sensitive element. At the same time, the introduction of the delay time generated by the second shaper provides detuning from short-term self-liquidating OZZ, as well as from interference caused by switching on powerful consumer loads or starting high-voltage propulsion systems, with a duration range from 0.012 to 1.5 s (0.012 s is the minimum time for detuning from ferroresonance processes; 1.5 s is the total statistical time at which propulsion systems complete the launch). This increases the reliability of the device, selectivity with respect to the interference signal and reduces the likelihood of false positives.
Введение четвертого формирователя времени задержки, вход разрешения отсчета которого подключен к выходу СУ, обеспечивает фиксацию информации о наличии или отсутствии превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Благодаря связи выхода НЧ канала со входом аннулирования отсчета четвертого формирователя выходной сигнал НЧ канала разрешает, при наличии превышения максимально допустимого значения амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности, или запрещает, при его отсутствии, срабатывание четвертого и пятого (в схеме управления) формирователей времени. Благодаря тому, что информационный вход четвертого формирователя подключен к выходу второго формирователя, который содержит информацию о наличии срабатывания фазочувствительного элемента, четвертый формирователь при наличии превышения напряжения в НЧ канале и наличии сдвига фаз в заданных пределах устанавливает на своем выходе активный сигнал.The introduction of the fourth delay time driver, the reference resolution input of which is connected to the control system output, provides information on the presence or absence of exceeding the maximum allowable value by the amplitude of the low-frequency component of the zero sequence voltage. Due to the connection between the output of the LF channel and the input for canceling the counting of the fourth shaper, the output signal of the LF channel allows, if there is an excess of the maximum allowable value, the amplitude of the LF component of the voltage of the zero sequence, or prohibits, in its absence, the operation of the fourth and fifth (in the control circuit) time shapers. Due to the fact that the information input of the fourth driver is connected to the output of the second driver, which contains information about the presence of a phase-sensitive element, the fourth driver, if there is an excess of voltage in the LF channel and there is a phase shift within the specified limits, sets an active signal at its output.
При этом достижение технического результата введением схемы управления обеспечивается следующим образом. В СУ элемент НЕ инвертирует входной сигнал, поступающий с выхода НЧ канала на первый вход СУ, для обеспечения работоспособности пятого формирователя времени задержки и третьего D-триггера по выходному сигналу НЧ канала. В результате третий D-триггер фиксирует наличие превышения амплитудой НЧ сигнала нижнего контролируемого уровня и формирует на управляющем выходе СУ сигнал управления порогом срабатывания управляемого порогового элемента в НЧ канале (связь управляющего выхода СУ с управляющим входом НЧ канала), кратковременно повышая его до максимально допустимого. Это позволяет проконтролировать дальнейшее изменение амплитуды НЧ сигнала и зафиксировать в течение этого времени наличие превышения максимально допустимого значения. Благодаря тому, что второй фильтр нижней частоты срабатывает только в момент превышения амплитудой НЧ сигнала верхнего порога управляемого порогового элемента, обеспечивается возможность фиксации превышения. Элемент И, за счет подключения его входов к выходам второго ФНЧ и третьего D-триггера, формирует сигнал разрешения отсчета для четвертого формирователя в момент фиксации превышения верхнего порога. Сигнал поступает в четвертый формирователь за счет связи выхода СУ с входом разрешения отсчета формирователя. При наличии 033 благодаря связи выхода четвертого формирователя со вторым входом СУ сигнал с выхода четвертого формирователя приводит СУ в исходное состояние (D-триггер обнулен; пятый формирователь обнулен по сигналу с первого входа СУ), при котором в НЧ канале устанавливается нижний порог срабатывания управляемого порогового элемента.In this case, the achievement of the technical result by the introduction of a control circuit is provided as follows. In the control system, the element does NOT invert the input signal coming from the output of the low-frequency channel to the first input of the control system to ensure the operability of the fifth delay driver and the third D-trigger according to the output signal of the low-frequency channel. As a result, the third D-flip-flop detects the presence of an excess of the low-frequency signal amplitude of the lower controlled level and generates at the control output of the control signal the control threshold of the triggered threshold element in the low-frequency channel (communication of the control output of the control with the control input of the low-frequency channel), briefly increasing it to the maximum allowable. This allows you to monitor a further change in the amplitude of the LF signal and record during this time the presence of exceeding the maximum allowable value. Due to the fact that the second low-pass filter is triggered only when the amplitude of the low frequency signal exceeds the upper threshold of the controlled threshold element, it is possible to fix the excess. The And element, by connecting its inputs to the outputs of the second low-pass filter and the third D-trigger, generates a reference signal for the fourth driver at the moment of fixing the excess of the upper threshold. The signal enters the fourth shaper due to the connection of the output of the control system with the input of the resolution reference of the shaper. In the presence of 033, due to the connection of the output of the fourth shaper with the second input of the control system, the signal from the output of the fourth shaper brings the control system to its initial state (D-trigger is reset; the fifth shaper is reset by the signal from the first input of the control system), at which the lower threshold of the controlled threshold is set in the low-frequency channel item.
При отсутствии сигнала с выхода четвертого формирователя в НЧ канале верхний порог срабатывания управляемого порогового элемента удерживается в течение заданного времени благодаря линии задержки. Последнее позволяет установить время задержки - контрольный интервал времени, равным среднестатистическому, в течение которого при ОЗЗ амплитуда НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности достигает значения, превышающего максимально допустимое. В результате обеспечивается возможность контроля амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности в сетях с отличными друг от друга параметрами. Это повышает надежность работы устройства, а также придает ему универсальность.In the absence of a signal from the output of the fourth shaper in the LF channel, the upper threshold of the controlled threshold element is held for a predetermined time due to the delay line. The latter allows you to set the delay time - the control time interval equal to the average, during which during the SCR the amplitude of the low-frequency component of the zero sequence voltage reaches a value that exceeds the maximum allowable. As a result, it is possible to control the amplitude of the low frequency component of the zero sequence voltage in networks with different parameters from each other. This increases the reliability of the device, and also gives it versatility.
После установки в НЧ канале нижнего порога срабатывания управляемого порогового элемента дальнейшее срабатывание порогового элемента происходит от каждой полуволны НЧ сигнала напряжения нулевой последовательности, до тех пор, пока амплитуда превышает нижний контролируемый уровень. В результате, за счет связи выхода НЧ канала с входами аннулирования отсчета четвертого и пятого формирователей времени задержки, обеспечивается запрет отсчета времени этими формирователями на все время переходного процесса в НЧ канале, что повышает селективность устройства по отношению к сигналу помехи.After the lower threshold of the controlled threshold element is set in the LF channel, the further triggering of the threshold element occurs from each half-wave of the low-frequency voltage signal of the zero sequence, until the amplitude exceeds the lower controlled level. As a result, due to the connection of the output of the LF channel with the cancellation inputs of the fourth and fifth shapers of the delay time, it is prohibited to count the time of these shapers for the entire duration of the transition process in the LF channel, which increases the selectivity of the device with respect to the interference signal.
При отсутствии ОЗЗ схема управления устанавливает на своем выходе сигнал блокировки устройства через время, формируемое линией задержки. Это обеспечивается подключением к первому входу СУ (выход НЧ канала) пятого формирователя входом аннулирования отсчета, а, через элемент НЕ, входом разрешения отсчета, и последовательному соединению пятого формирователя с линией задержки. Время задержки пятого формирователя обеспечивает возможность учета времени длительности переходного процесса в НЧ канале. Это обеспечивает надежную блокировку фазочувствительного элемента выходным сигналом СУ, что исключает срабатывание устройства в режиме восстановления, а следовательно, исключает возможность неоправданного отключения сети, снижает вероятность ложных срабатываний, повышает надежность работы устройства и повышает селективность к помехам. При этом введение линии задержки позволяет установить практически любую длительность контрольного интервала времени для слежения за изменением амплитуды НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности. Это обеспечивает возможность установки продолжительности контрольного интервала времени, равной среднестатистическому времени, полученному авторами в результате исследования различных электрических сетей, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения - примерно 3 мс. Это позволяет учитывать режим работы нейтрали, отличия в индивидуальных параметрах распределительных сетей, что позволяет получить технический результат, заключающийся в обеспечении универсальности устройства, а также повышает надежность работы устройства.In the absence of an SCR, the control circuit sets the device blocking signal at its output after the time formed by the delay line. This is ensured by connecting the fifth shaper to the first input of the control system (LF channel output) by the input of counting cancellation, and, through the element NOT, by the resolution enable input, and by connecting the fifth shaper to the delay line in series. The delay time of the fifth shaper provides the ability to take into account the time duration of the transient in the LF channel. This ensures reliable blocking of the phase-sensitive element by the control signal output, which excludes the device from tripping in recovery mode and, therefore, excludes the possibility of unjustified shutdown of the network, reduces the likelihood of false positives, increases the reliability of the device and increases the selectivity to interference. Moreover, the introduction of a delay line allows you to set almost any length of the control time interval for tracking the change in the amplitude of the low-frequency component of the zero sequence voltage. This makes it possible to set the duration of the control time interval equal to the average statistical time obtained by the authors as a result of studying various electrical networks, during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum allowable value - about 3 ms. This allows you to take into account the operating mode of the neutral, differences in the individual parameters of the distribution networks, which allows to obtain a technical result, which consists in ensuring the universality of the device, and also increases the reliability of the device.
Только при наличии сдвига фаз между ВЧ сигналами тока и напряжения нулевой последовательности в заданных пределах четвертый формирователь времени задержки формирует сигнал о наличии превышения амплитудой напряжения нулевой последовательности максимально допустимого значения. При этом задержка времени четвертого формирователя учитывает время длительности переходного процесса в НЧ канале, что обеспечивает надежную фиксацию информации об амплитуде НЧ сигнала и повышает селективность устройства по отношению к сигналу помехи. Кроме того, благодаря этому сигналы блокировки формируемые по выходному сигналу четвертого формирователя (выход блокировки СУ и выходной сигнал четвертого формирователя), обеспечивают надежную блокировку фазочувствительного элемента при ОЗЗ, что исключает срабатывание устройства в режиме его разблокирования и повышает селективность к помехам.Only if there is a phase shift between the RF signals of the current and voltage of the zero sequence within the specified limits, the fourth driver of the delay time generates a signal about the presence of the voltage amplitude exceeding the zero sequence of the maximum allowable value. In this case, the time delay of the fourth driver takes into account the duration of the transient in the LF channel, which ensures reliable recording of information about the amplitude of the LF signal and increases the selectivity of the device with respect to the interference signal. In addition, due to this, blocking signals generated by the output signal of the fourth driver (SU lock output and the fourth signal output of the fourth driver) provide reliable blocking of the phase-sensitive element during SCR, which excludes the device from tripping in unlock mode and increases the selectivity to interference.
Причем благодаря связи информационного входа четвертого формирователя с выходом второго формирователя обеспечивается привязка во времени появления сигнала превышения амплитудой напряжения нулевой последовательности максимально допустимого значения и фиксации сдвига фаз в заданных пределах между ВЧ составляющими тока и напряжения нулевой последовательности, что отсутствовало в прототипе. В результате повышается надежность работы устройства, селективность к сигналам помехи и снижается вероятность ложных срабатываний.Moreover, due to the connection of the information input of the fourth shaper with the output of the second shaper, the signal is generated in time of the appearance of the signal when the amplitude of the zero sequence voltage exceeds the maximum permissible value and the phase shift is fixed within the specified limits between the RF components of the current and the zero sequence voltage, which was not in the prototype. As a result, the reliability of the device, the selectivity to interference signals, and the likelihood of false alarms are reduced.
Третий формирователь импульсов благодаря своим связям с элементами схемы устройства пропускает аварийный сигнал на вход схемы формирования аварийного сигнала при сохранении признаков ОЗЗ на его входе и удерживает его на входе схемы в течение формируемого им времени задержки, которое учитывает возникновение сигналов помехи при срабатывании контактов исполнительного реле схемы формирования аварийного сигнала. В результате повышается надежность устройства, селективность к сигналам помехи и снижается вероятность ложных срабатываний. При этом на выходе схемы формирования аварийного сигнала формируется выходной сигнал о наличии ОЗЗ длительностью, определяемой временем задержки третьего формирователя.The third pulse shaper, due to its connections with the circuit elements of the device, transmits an alarm to the input of the alarm generation circuit while maintaining the signs of OZZ at its input and holds it at the circuit input for the delay time it generates, which takes into account the occurrence of interference signals when the contacts of the actuating relay of the circuit alarm generation. As a result, the reliability of the device increases, selectivity to interference signals and the likelihood of false alarms is reduced. At the same time, at the output of the alarm signal generating circuit, an output signal is generated about the presence of an OZZ duration determined by the delay time of the third driver.
Схема сброса результата фазового детектирования (СФД) благодаря заявленным связям аннулирует через время задержки первого формирователя результат детектирования фазочувствительного элемента в случае его срабатывания от высокочастотных помех при отсутствии превышения максимально допустимого порога амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности. Это также повышает селективность устройства по отношению к сигналу помехи, снижает вероятность ложных срабатываний и повышает надежность работы устройства. При этом формирователь коротких импульсов, за счет связи с первым входом схемы, формирует импульс сброса для второго формирователя по срезу импульса с выхода первого формирователя (т.е. через время задержки первого формирователя) при отсутствии на втором входе схемы (втором входе элемента ИЛИ-НЕ) сигнала о превышении максимального допустимого значения амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности.Due to the claimed connections, the phase detection result (SFC) reset circuit cancels, after the delay time of the first driver, the detection result of the phase-sensitive element if it is triggered by high-frequency interference if the maximum allowable threshold is not exceeded by the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage. It also increases the selectivity of the device with respect to the interference signal, reduces the likelihood of false alarms and increases the reliability of the device. In this case, the short-pulse shaper, due to communication with the first input of the circuit, generates a reset pulse for the second shaper by cutting the pulse from the output of the first shaper (i.e., after the delay time of the first shaper) in the absence of a second input of the circuit (second input of the OR element NOT) a signal that the maximum permissible value is exceeded by the amplitude of the LF component of the zero sequence voltage.
Таким образом, в заявленном устройстве благодаря заявленному выполнению решение о наличии ОЗЗ принимается по признакам: наличие превышения амплитуд высокочастотных сигналов; угол сдвига фаз между ВЧС тока и напряжения нулевой последовательности находится в пределах или равен 90°; амплитуда напряжения нулевой последовательности превышает минимальное и максимально допустимые значения, что отсутствовало в прототипе; угол сдвига фаз и превышение амплитудой напряжения нулевой последовательности максимально допустимого значения зафиксированы в контрольный интервал времени, продолжительность которого задают равным среднестатистическому времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения, что также отсутствовало в прототипе. В результате, по сравнению с прототипом, заявленное устройство при определении ОЗЗ учитывает возможность смещения нейтрали и обеспечивает возможность четкой привязки к измеренной амплитуде НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности зафиксированного фазового сдвига между сигналами ВЧ составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты.Thus, in the claimed device, due to the claimed implementation, the decision on the presence of an OZZ is made on the grounds of: the presence of an excess of the amplitudes of the high-frequency signals; the phase angle between the VPS current and the zero sequence voltage is within or equal to 90 °; the voltage amplitude of the zero sequence exceeds the minimum and maximum allowable values, which was absent in the prototype; the phase angle and the excess of the zero sequence voltage amplitude of the maximum permissible value are fixed in the control time interval, the duration of which is set equal to the average statistical time during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum permissible value, which was also absent in the prototype. As a result, in comparison with the prototype, the claimed device, when determining the SCR, takes into account the possibility of a neutral bias and provides a clear link to the measured amplitude of the LF component of the zero-sequence voltage of the recorded phase shift between the signals of the HF components of the current and zero-sequence voltage at the moment the high-frequency current passes through zero .
Наличие формирователей времени задержки с первого по пятый и их связей с другими элементами схемы устройства обеспечивает возможность установления интервала времени для формирования аварийного сигнала для любых вариантов режимов работы нейтрали и индивидуальных параметров распределительных сетей с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю, с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, с учетом сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю, что позволяет использовать заявленное устройство для защиты любых распределительных электрических сетей. В результате обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в универсальности устройства.The presence of first-to-fifth delay time formers and their connections with other elements of the device circuit provides the possibility of establishing a time interval for generating an alarm for any variants of the neutral operating modes and individual distribution network parameters, taking into account the existence of high-frequency transient processes during a single-phase earth fault, with taking into account the time required to compensate for capacitive currents with a single-phase earth fault, taking into account interference signals and self-cleaning yuschihsya single-phase earth fault, which allows the use of the claimed device to protect all electric distribution networks. The result is the achievement of a technical result, which consists in the universality of the device.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемое устройство для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, реализующее заявленный способ, при осуществлении позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства, в повышении селективности по отношению к сигналу помехи, в снижении вероятности ложных срабатываний, в обеспечении универсальности устройства.Thus, from the foregoing, it follows that the proposed device for implementing the method of directional protection against a single-phase earth fault in an electric alternating current network, which implements the claimed method, allows to achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of the device, in increasing selectivity with respect to interference signal, in reducing the likelihood of false alarms, in ensuring the universality of the device.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока; на фиг.2 - схема электрическая схемы управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности; на фиг.3 - схема электрическая схемы сброса результата фазового детектирования; на фиг.4 - схема электрическая порогового элемента с управляемым порогом срабатывания.Figure 1 shows a block diagram of a device for implementing a method of directional protection against a single-phase earth fault in an electrical distribution AC network; figure 2 is a circuit diagram of the control circuit of the low-frequency channel voltage zero sequence; figure 3 is a diagram of an electrical circuit reset the result of phase detection; 4 is a diagram of an electrical threshold element with a controlled threshold.
Устройство для осуществления способа направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока содержит выполненные идентично высокочастотные каналы 1, 2 тока и напряжения нулевой последовательности, входы которых являются соответственно входом сигнала тока нулевой последовательности и входом сигнала напряжения нулевой последовательности; низкочастотный канал 3 напряжения нулевой последовательности, вход которого подключен к входу сигнала напряжения нулевой последовательности; фазочувствительный элемент 4, к входам которого с первого по четвертый подключены соответственно выходы положительной 5, 6 и отрицательной 7, 8 полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока и напряжения нулевой последовательности соответственно; схему формирования аварийного сигнала 9, выход которой является выходом устройства; схему управления 10 низкочастотным каналом 3 напряжения нулевой последовательности (СУ); формирователи времени задержки с первого 11 по четвертый 14, первый элемент ИЛИ 15, схему 16 сброса результата фазового детектирования (СФД). Выход 17 сигнала блокировки СУ 10 и выходы формирователей подключены к входами первого элемента ИЛИ 15, выход которого подключен к входу блокировки фазочувствительного элемента 4. Информационные входы первого 11 формирователя времени задержки подключены к выходам 5, 7 высокочастотного канала тока нулевой последовательности, а выход подключен к собственному входу блокировки срабатывания и к первому входу СФД 16, выход которой подключен к входу аннулирования отсчета второго 12 формирователя времени задержки, вход которого подключен к выходу фазочувствительного элемента 4, а выход, кроме того, подключен к информационному входу четвертого 14 формирователя времени задержки. При этом инверсный выход второго 12 формирователя подключен к входу разрешения отсчета третьего 13 формирователя, информационный вход которого подключен к выходу четвертого 14 формирователя и ко второму входу СФД 16. Вход разрешения отсчета четвертого 14 формирователя и выход подключены соответственно к выходу 18 и второму входу 19 СУ 10, первый вход 20 которой и вход аннулирования отсчета четвертого 14 формирователя подключены к выходу низкочастотного канала напряжения нулевой последовательности, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу 21 СУ 10. Выход третьего 13 формирователя подключен к входу схемы 9 формирования аварийного сигнала.A device for implementing the method of directional protection against a single-phase earth fault in an alternating current distribution electric network contains identically executed high-
Низкочастотный канал 3 напряжения нулевой последовательности содержит последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель 22, первый фильтр 23 низкой частоты и пороговый элемент 24 с гальванической развязкой и управляемым порогом срабатывания. Вход выпрямителя 22 является входом низкочастотного канала 3, выход и управляющий вход порогового элемента 24 - соответственно выходом и управляющим входом канала.The low frequency voltage channel 3 of the zero-sequence voltage comprises a half-wave rectifier 22, a first low-pass filter 23 and a
Фазочувствительный элемент 4 содержит первый 25 и второй 26 D-триггеры и второй 27 элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами триггеров, а выход является выходом фазочувствительного элемента. С- и D-входы первого 25 триггера соединены с выходами 5, 6 положительной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов 1, 2 тока и напряжения нулевой последовательности, а С- и D-входы второго триггера соединены с выходами 7, 8 отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов 1, 2 тока и напряжения нулевой последовательности соответственно. R-входы триггеров 25, 26 соединены и являются входом блокировки фазочувствительного элемента.The phase-sensitive element 4 contains the first 25 and second 26 D-flip-flops and the second 27 element OR, the inputs of which are connected to the outputs of the triggers, and the output is the output of the phase-sensitive element. The C- and D-inputs of the first 25 flip-flops are connected to the positive polarity outputs 5, 6 of the first half-wave of high-frequency signals of current and
Схема управления 10 низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности содержит пятый 28 формирователь времени задержки, второй фильтр низких частот 29 и 30 линию задержки, третий D-триггер 31, элемент НЕ 32, элемент И 33 и третий элемент ИЛИ 34. Вход элемента НЕ 32 является первым 20 входом СУ 10 и подключен к входу аннулирования отсчета пятого формирователя, кроме того, выход элемента НЕ 32 подключен к входу второго ФНЧ 29 и к входам разрешения отсчета третьего 31 D-триггера и пятого 28 формирователя, выход которого подключен к входу 30 линии задержки, выход которой подключен к первому входу третьего 34 элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым 19 входом СУ 10, а выход является выходом 17 сигнала блокировки СУ 10. Информационный вход пятого 28 формирователя подключен к источнику сигнала единичного уровня, а выход третьего 34 элемента ИЛИ подключен, кроме того, к входу аннулирования отсчета третьего 31 D-триггера, информационный вход которого подключен к источнику сигнала единичного уровня, а выход является управляющим выходом 21 СУ 10 и, кроме того, подключен ко первому входу элемента И 33, второй вход которого подключен к выходу второго ФНЧ 29, а выход является выходом 18 СУ 10.The
Схема 16 сброса результата фазового детектирования (СФД) содержит формирователь коротких импульсов 35 и элемент 36 ИЛИ-НЕ, причем вход формирователя импульсов 35 является первым входом СФД 16, первый вход элемента 36 ИЛИ-НЕ является вторым входом СФД 16, второй вход элемента 36 ИЛИ-НЕ подключен к выходу формирователя 35 коротких импульсов, а выход элемента 36 ИЛИ-НЕ является выходом СФД 16.The phase detection result (SFD) reset
Пороговый элемент 24 с управляемым порогом срабатывания содержит n-p-n транзистор 37, у которого параллельно переходу база-коллектор включен резистор 38, а к базе последовательно подключен минусом первый 39 стабилитрон, к которому последовательно подключен второй 40 стабилитрон, параллельно которому подключен управляющий ключ 41, размыкающий контакт которого соединен с управляющим входом НЧ канала, а минус второго стабилитрона соединен с выходом НЧ канала.The
Формирователи времени задержки с первого 11 по четвертый 14 и пятый 28 представляют собой одновибраторы, которые могут быть выполнены, например, на счетчиках импульсов.The delay time formers from the first 11 to the fourth 14 and fifth 28 are single-shots that can be performed, for example, on pulse counters.
Схема формирования аварийного сигнала 9 может быть выполнена в виде исполнительного реле.The alarm generating circuit 9 can be made in the form of an executive relay.
Высокочастотные каналы 1, 2 тока и напряжения нулевой последовательности идентичны и могут быть выполнены в соответствии с описанными в прототипе (РФ, патент №2097893, Н02Н 3/16, 27.11.97). Каждый из высокочастотных каналов 1, 2 содержит соединенные последовательно предварительный фильтр, вход которого является входом канала, фильтр высокой частоты и схему выделения первой полуволны высокочастотного сигнала, первый выход которой подключен соответственно к последовательно соединенным первому фильтру нижних частот и первому пороговому элементу, а второй выход подключен соответственно к последовательно соединенным второму фильтру нижних частот и второму пороговому элементу, выходы первого и второго пороговых элементов являются соответственно выходами положительной 5, 6 и отрицательной 7, 8 полярности первой полуволны высокочастотных сигналов тока и напряжения нулевой последовательности.High-
В каналах 1, 2 предварительный фильтр обеспечивает фильтрацию рабочей частоты, а также полосы частот, не входящей в объект исследований. Фильтр верхних частот обеспечивает выделение сигнала высокочастотной составляющей тока (напряжения) нулевой последовательности, которая формируется в результате переходных процессов при перемежающемся дуговом замыкании на землю. Схема выделения первой полуволны сигнала учитывает случайный характер начальной фазы и полярности анализируемого высокочастотного сигнала. Фильтры низкой частоты, первый и второй, обеспечивают окончательную фильтрацию полезного высокочастотного сигнала, отфильтровывая сигналы наводки. Наличие пороговых элементов, первого и второго, обеспечивает возможность контроля наличия превышения амплитудой высокочастотного сигнала эталонного значения как для положительной, так и для отрицательной полярности, а также обеспечивает штатный режим работы последующих элементов устройства.In
Способ направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока реализуют следующим образом.The method of directional protection against a single-phase earth fault in an electrical distribution AC network is implemented as follows.
В соответствии с заявленным способом при однофазном замыкании на землю из сигнала напряжения нулевой последовательности выделяют низкочастотную составляющую, соответствующую рабочей частоте, высокочастотные составляющие из сигналов тока и напряжения нулевой последовательности. Измеряют амплитуды первых полуволн высокочастотных составляющих. Сравнивают результаты измерений с соответствующими эталонными значениями и, при наличии одновременного превышения над эталонными значениями, измеряют фазовые соотношения между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности в момент прохождения через нуль тока высокой частоты. Если в результате измерения фазовых соотношений между сигналами высокочастотных составляющих тока и напряжения нулевой последовательности находится в заданных пределах, то результат измерения угла сдвига фаз фиксируют в течение контрольного интервала времени. Продолжительность контрольного интервала времени задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения, которое составляет примерно 3 мс. После чего в течение контрольного интервала времени измеряют амплитуду выделенной низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. В качестве эталонного значения для амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности принимают максимально допустимое и нижнее контролируемое значение амплитуды. При этом в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для данной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали. Сначала проверяют наличие превышения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности нижнего контролируемого значения и, в случае фиксации превышения нижнего контролируемого значения, отслеживают в течение контрольного интервала времени наличие превышения максимально допустимого значения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Если фиксируют факт превышения максимально допустимого значения, то аварийный сигнал формируют после момента фиксации через интервал времени, который задают с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю и с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, а также с учетом времени, позволяющего отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю, среднестатистическое время действия которых от 0,012 с до 1,5 с.In accordance with the claimed method, in the case of a single-phase earth fault, a low-frequency component corresponding to the operating frequency, high-frequency components from current signals and zero-sequence voltage are isolated from the zero-sequence voltage signal. The amplitudes of the first half-waves of the high-frequency components are measured. Compare the measurement results with the corresponding reference values and, if there is a simultaneous excess over the reference values, measure the phase relationship between the signals of the high-frequency components of the current and voltage of the zero sequence at the time of passage through zero of the high-frequency current. If, as a result of measuring the phase relations between the signals of the high-frequency components of the current and the voltage of the zero sequence, is within the specified limits, the result of measuring the phase angle is fixed during the control time interval. The duration of the control time interval is set corresponding to the time during which, when a single-phase earth fault occurs, the neutral voltage reaches the maximum permissible value, which is about 3 ms. Then, during the control time interval, the amplitude of the extracted low-frequency component of the zero sequence voltage is measured. As a reference value for the amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence take the maximum allowable and lower controlled value of the amplitude. In this case, the maximum short-term neutral displacement acceptable for a given network is taken as the maximum allowable value of the amplitude of the low-frequency component, and the long-term maximum neutral neutral tolerance acceptable for this network is taken as the lowest controlled value of the low-frequency component amplitude. First, the presence of an excess of the low-frequency component of the voltage of the zero-sequence voltage of the zero sequence of the lower monitored value is checked and, in the case of fixing the excess of the lower monitored value, the presence of the excess of the maximum permissible value of the amplitude of the low-frequency component of the voltage of the zero sequence is monitored. If the fact of exceeding the maximum permissible value is recorded, then the alarm signal is generated after the moment of fixation through the time interval, which is set taking into account the time of existence of high-frequency transients during a single-phase earth fault and taking into account the time required to compensate for capacitive currents during a single-phase earth fault, and also taking into account the time allowing to tune out from interference signals and self-eliminating single-phase earth faults, the average operating time of which is from 0.012 s to 1.5 s .
Заявленный способ реализует устройство направленной защиты от однофазного замыкания на землю в распределительной электрической сети переменного тока. Сигналы на входы тока и напряжения нулевой последовательности поступают в устройство с соответствующих трансформаторов (на фиг.1 не показано). При возникновении на контролируемом присоединении ОЗЗ в составе сигналов тока и напряжения нулевой последовательности появляются высокочастотные составляющие, которые выделяют ВЧ каналы 1 и 2, информация о которых устанавливается или на выходах 5, 6 положительной или на выходах 7, 8 отрицательной полярности первой полуволны высокочастотных сигналов каналов тока 1 и напряжения 2 нулевой последовательности. В момент перехода высокочастотного сигнала тока нулевой последовательности через нуль на входе С первого 25 (второго 26) D-триггера фазочувствительного элемента 4 производится запись информации о присутствии на входе D положительной (отрицательной) полуволны высокочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. При записи единичного сигнала по входу D на выходе второго элемента ИЛИ 27 фазочувствительного элемента появляется активный уровень сигнала.The claimed method implements a device of directional protection against a single-phase earth fault in a distribution electric AC network. The signals at the inputs of current and voltage of the zero sequence are supplied to the device from the corresponding transformers (not shown in Fig. 1). In the case of occurrence of a zero-sequence current and voltage signals at a controlled OZZ connection, high-frequency components appear that emit
После срабатывания фазочувствительного элемента 4, по срезу высокочастотного импульса тока нулевой последовательности отрицательной или положительной полярности (выходы 5, 6 или 7, 8 ВЧ каналов) запускается первый 11 формирователь времени задержки, который на собственное время задержки самоблокируется и одновременно на это же время блокирует своим выходным сигналом фазочувствительный элемент 4. Сигнал с выхода первого 11 формирователя блокирует фазочувствительный элемент также при частичных разрядах в изоляции сети или при наличии помех в сигналах тока нулевой последовательности, предупреждая, тем самым, его срабатывание, а следовательно, взведение устройства для неповрежденного присоединения сети от сигнала помехи. Таким образом, в результате срабатывания первого 11 формирователя на первом входе СФД 16 в течение времени задержки первого формирователя 11 присутствует информация о фиксации превышения амплитудой высокочастотного сигнала тока нулевой последовательности эталонного значения.After the phase-sensitive element 4 is triggered, by cutting off a high-frequency pulse of a zero-sequence current of negative or positive polarity (outputs of 5, 6 or 7, 8 RF channels), the first 11 delay time driver is started, which self-locks for its own delay time and simultaneously blocks it with its own the output signal is a phase-sensitive element 4. The signal from the output of the first 11 shaper blocks the phase-sensitive element also with partial discharges in the isolation of the network or in the presence of x in the zero-sequence current signals, thereby preventing its operation, and therefore, charging of the device for the intact network connection from the interference signal. Thus, as a result of the operation of the first 11 shaper at the first input of the
Сигнал с выхода фазочувствительного элемента 4 запускает на время 1,5 с второй 12 формирователь времени задержки, который начинает отсчет времени. При этом на выходе второго 12 формирователя появляется активный уровень, который устанавливается на информационном входе четвертого 14 формирователя. Одновременно сигнал с выхода второго формирователя 12 через первый элемент ИЛИ 15 блокирует триггеры 25, 26 фазочувствительного элемента 4 по входам R. В результате на информационном входе второго 12 формирователя времени задержки присутствует информация о наличии сдвига фаз между зафиксированными высокочастотными сигналами напряжения и тока нулевой последовательности, близкого к 90°.The signal from the output of the phase-sensitive element 4 starts for a period of 1.5 s the second 12 delay time former, which starts the countdown. At the same time, an active level appears at the output of the second 12 shaper, which is set at the information input of the fourth 14 shaper. At the same time, the signal from the output of the second driver 12 through the first element OR 15 blocks the triggers 25, 26 of the phase-sensitive element 4 at the inputs R. As a result, the information input of the second 12 driver of the delay time contains information about the presence of a phase shift between the recorded high-frequency voltage signals and zero-sequence current, close to 90 °.
Одновременно работает НЧ канал 3 напряжения нулевой последовательности. Выпрямленное входное напряжение с выхода двухполупериодного выпрямителя 22 проходит через первый 23 фильтр нижних частот, который выделяет из входного сигнала полезную составляющую, несущую в себе информацию об амплитуде низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности. Далее сигнал поступает на пороговый элемент 24 с управляемым порогом срабатывания.At the same time, the low-frequency channel 3 of the zero sequence voltage operates. The rectified input voltage from the output of the half-wave rectifier 22 passes through the first 23 low-pass filter, which extracts a useful component from the input signal that carries information about the amplitude of the low-frequency component of the zero-sequence voltage. Next, the signal is supplied to the
Схема 10 управления низкочастотным каналом напряжения нулевой последовательности производит последовательное управление величиной порога срабатывания порогового элемента 24 канала 3. При этом порог срабатывания задают исходя из следующего: в качестве максимально допустимого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети максимальный кратковременный уровень смещения нейтрали, а в качестве нижнего контролируемого значения амплитуды низкочастотной составляющей принимают допустимый для распределительной сети длительный максимальный уровень смещения нейтрали.The
Схема 10 управления низкочастотным каналом 3 напряжения нулевой последовательности и пороговый элемент 24 с управляемым порогом срабатывания работают следующим образом. После включения питания и установки устройства в исходное состояние на элементах и выходах СУ устанавливаются следующие уровни напряжения: на первом входе 20 (выход НЧ канала 3) - «1», на входе аннулирования отсчета пятого 28 формирователя - «1», на входе разрешения отсчета пятого 28 формирователя - «0», на выходе пятого 28 формирователя - «0», на выходе линии задержки 30 - «0», на выходе 17 сигнала блокировки - «0», на управляющем выходе 21 - «0», на выходе второго ФНЧ 29 - «0», на выходе 18 - «0». У порогового элемента 24 установлен нижний порог срабатывания, соответствующий допустимому для распределительной сети длительному максимальному уровню смещения нейтрали. При этом резистор 38 задает рабочую точку транзистора 37, управляющий ключ 41 замкнут, к базе транзистора 37 подключен стабилитрон 39.The
В случае превышения амплитудой низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности нижнего контролируемого значения срабатывает нижний порог управляемого порогового элемента 24. При этом запускается пятый 28 формирователь времени задержки и третий 31 D-триггер. В результате СУ 10 выдает на НЧ канал 3 сигнал управления (выход 21) для установки верхнего порога срабатывания порового элемента 24, соответствующего допустимому для распределительной сети максимальному кратковременному уровню смещения нейтрали, и на короткое время переключает порог срабатывания. При этом управляющий ключ 41 замкнут, к базе транзистора последовательно подключены стабилитроны 39 и 40.If the amplitude of the low-frequency component of the voltage exceeds the zero sequence voltage of the lower monitored value, the lower threshold of the controlled
Продолжительность интервала времени, в течение которого у порогового элемента 24 сохраняется верхний порог срабатывания, задают соответствующим времени, в течение которого при возникновении однофазного замыкания на землю напряжение на нейтрали достигает максимально допустимого значения. Как показывает статистика, это время составляет в среднем 3 мс.The duration of the time interval during which the upper threshold is maintained at the
При этом на элементах и выходах СУ 10 устанавливаются следующие уровни напряжения: на первом входе 20 (выход НЧ канала 3) - «0», на входе аннулирования отсчета пятого 28 формирователя - «0», на входе разрешения отсчета пятого 28 формирователя - «1», на выходе 28 пятого формирователя - «1», на выходе линии задержки - «0», на выходе 17 сигнала блокировки - «0», на управляющем выходе 21 - «1», на выходе второго 30 ФНЧ - «0», на выходе 18 - «0».At the same time, the following voltage levels are set on the elements and outputs of the control system 10: at the first input 20 (the output of the LF channel 3) - “0”, at the input of cancellation of the fifth 28 shaper - “0”, at the input of the resolution of the fifth 28 shaper - “1 ", At the
На входе аннулирования отсчета четвертого 14 формирователя установлен единичный сигнал с выхода НЧ канала 3, запрещающий срабатывание формирователя 14.At the input of the cancellation of the counting of the fourth 14 of the shaper, a single signal is installed from the output of the low-frequency channel 3, which prohibits the operation of the shaper 14.
После увеличения порога срабатывания выход порогового элемента 24 приходит в исходное состояние за время, значительно меньшее, чем длительность импульса (менее 0,3 мс), который пропускает второй ФНЧ 29. В результате при переключении порога срабатывания с нижнего на верхний второй ФНЧ запрещает элементу И 33 (выход 18) формировать сигнал для запуска четвертого 14 формирователя.After increasing the response threshold, the output of the
На входе аннулирования отсчета четвертого 14 формирователя устанавливается нулевой сигнал с выхода НЧ канала 3, разрешающий срабатывание четвертого 14 формирователя, т.е. четвертый 14 формирователь активирован.At the input of the counting cancellation of the fourth 14 shaper, a zero signal is set from the output of the low-frequency channel 3, which allows the fourth 14 shaper to operate, i.e. fourth 14 shaper activated.
В схеме управления 10 пятый 28 формирователь приходит в активное состояние и формирует на своем выходе «1» для линии задержки 30, которая задерживает сигнал на 3 мс. Устройство начинает слежение за изменением амплитуды низкочастотной составляющей напряжения нулевой последовательности канала 3 в течение 3 мс (контрольный интервал времени), которые задает линия задержки 30. В случае фиксации в течение этого интервала времени превышения амплитудой низкочастотной составляющей допустимого для распределительной сети максимального кратковременного уровня смещения нейтрали, элемент И 33 выдает сигнал для запуска четвертого 14 формирователя (выход 18), который поступает на его вход разрешения отсчета. Для поврежденной сети в этот момент времени на информационном входе четвертого 14 формирователя установлен сигнал с выхода второго 12 формирователя, содержащий в себе информацию о том, что угол сдвига фаз между ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0 находится в заданных пределах (близок или равен 90°). В этом случае четвертый 14 формирователь формирует на своем выходе активный сигнал, содержащий в себе информацию о наличии ОЗЗ. Одновременно сигнал с выхода четвертого 14 формирователя поступает на вход 19 СУ и через третий элемент ИЛИ 34 поступает на вход аннулирования отсчета третьего 31 D-триггера, и сбрасывает его в исходное состояние. В результате у порогового элемента 24 опять устанавливается нижний порог срабатывания. Этот же сигнал с выхода четвертого 14 формирователя формирует сигнал блокировки для фазочувстьительного элемента, что важно для неповрежденного присоединения, так как предупреждает взвод устройства от сигнала помехи.In the
В случае поврежденного присоединения на элементах и выходах СУ 10 устанавливаются следующие уровни напряжения: на первом входе 20 (выход НЧ канала 3) - «0», на входе аннулирования отсчета пятого формирователя - «0», на входе разрешения отсчета пятого формирователя и выходе - «1», на выходе пятого формирователя - «1», на выходе второй линии задержки - «0», на выходе 17 сигнала блокировки - «1», на управляющем выходе 21 - «0», на выходе второго ФНЧ 29 - «1», на выходе 18 - «1».In the event of a damaged connection, the following voltage levels are established at the elements and outputs of the SU 10: at the first input 20 (the output of the low-frequency channel 3) - “0”, at the input of the countdown of the fifth shaper - “0”, at the input of the resolution of the fifth shaper and the output - “1”, at the output of the fifth driver - “1”, at the output of the second delay line - “0”, at the
В это время, поскольку СУ 10 установилась в исходное состояние, в НЧ канале 3 устанавливается нижний порог срабатывания порогового элемента 24 и дальнейшее срабатывание порогового элемента 24 происходит от каждой полуволны НЧ составляющей сигнала напряжения нулевой последовательности в течение длительности времени переходного процесса до тех пор, пока ее амплитуда превышает нижний контролируемый уровень. В результате с выхода канала 3 поступают сигналы запрета отсчета времени на входы аннулирования отсчета четвертого 14 и пятого 28 формирователей времени задержки на время, которое определяется временем восстановления нормального режима работы сети с момента последнего срабатывания порогового элемента 24. После окончания переходного процесса в канале 3 формирователь 14 начинает отсчет времени и через отсчитанное время задержки на его выходе устанавливается нулевой сигнал. В результате на выходе четвертого формирователя сигнал о наличии ОЗЗ сохраняется в течение времени переходного процесса в канале 3 плюс время задержки самого формирователя 14. Поскольку время задержки второго формирователя (1,5 с) является среднестатистическим, выбранным с учетом времени существования высокочастотных переходных процессов при однофазном замыкании на землю, с учетом времени, необходимого для компенсации емкостных токов при однофазном замыкании на землю, с учетом времени, позволяющего отстроиться от сигналов помех и самоустраняющихся однофазных замыканий на землю, то время задержки четвертого и пятого формирователей выбирают таким, чтобы в сумме со временем переходного процесса в НЧ канале 3 при несамоликвидирующихся ОЗЗ оно не превышало 1,5 с. В приведенном примере выполнения устройства это время может составлять, например, 0,6 с.At this time, since the
При наличии на втором входе СФД 16 активного сигнала с выхода четвертого 14 формирователя по истечении времени задержки (5 мс) первого 11 формирователя СФД 16 сохраняет на своем выходе нулевой сигнал и второй формирователь 12 продолжает отсчет времени.If there is an active signal at the second input of the
По истечении времени задержки второго 12 формирователя и при наличии в этот момент времени активного «1» уровня с выхода четвертого 14 формирователя на информационном входе третьего формирователя, последний запускается сигналом с инверсного выхода второго 12 формирователя. Единичный уровень с выхода третьего 13 формирователя дополнительно блокирует фазочувствительный элемент 4 и активирует схему 9 формирования аварийного сигнала, выход которой является выходом устройства. Устройство формирует аварийный сигнал.After the delay time of the second 12 shaper expires and if there is an active “1” level from the output of the fourth 14 shaper at the information input of the third shaper at that moment of time, the latter is triggered by a signal from the inverse output of the second 12 shaper. A single level from the output of the third 13 shaper additionally blocks the phase-sensitive element 4 and activates the alarm generating circuit 9, the output of which is the output of the device. The device generates an alarm.
В случае, когда угол сдвига фаз между ВЧС 3i0 и ВЧС 3u0 в заданных пределах (близок или равен 90°) не зафиксирован, вторым 12 формирователем на информационном входе четвертого 14 формирователя установлен пассивный «0» уровень, что является признаком того, что присоединение не поврежденное. В этом случае на выходе четвертого 14 формирователя также устанавливается пассивный «0» уровень, даже несмотря на наличие превышения амплитудой НЧ составляющей напряжения нулевой последовательности кратковременного максимально допустимого значения. В этой ситуации сигнал управления на выходе 21 СУ, по которому установлен верхний порог срабатывания порогового элемента 24, длится 3 мс, поскольку сигнал на входе аннулирования отсчета третьего 31 D-триггера появляется с выхода линии задержки 30. Третий 31 D-триггер сбрасывается в исходное состояние через 3 мс, после чего у порогового элемента 24 устанавливается нижний порог срабатывания, одновременно (через 3 мс) на выходе 17 СУ появляется сигнал блокировки для фазочувствительного элемента 4. На элементах и выходах СУ 10 устанавливаются следующие уровни напряжения: на первом входе 20 (выход НЧ канала 3) - «0», на входе аннулирования отсчета пятого 28 формирователя - «0», на входе разрешения отсчета пятого 28 формирователя - «1», на выходе пятого 28 формирователя - «1», на выходе линии задержки 30 через 3 мс - «1», на выходе 17 сигнала блокировки - «1», на управляющем выходе 21 - «0», на выходе второго ФНЧ 29 - «1», на выходе 18 - «0».In the case when the phase angle between the VPS 3i 0 and VPS 3u 0 is not fixed within the specified limits (close to or equal to 90 °), the second 12 shaper has a passive “0” level at the information input of the fourth 14 shaper, which is a sign that the connection is not damaged. In this case, the passive “0” level is also set at the output of the fourth shaper 14, even though the amplitude of the low frequency component exceeds the zero voltage component of the zero sequence short-term maximum value. In this situation, the control signal at the
На выходе четвертого 14 формирователя пассивный «0» уровень устанавливается также в случае отсутствия превышения амплитудой низкочастотной составляющей допустимого для распределительной сети максимального кратковременного уровня смещения нейтрали, несмотря на наличие на информационном входе четвертого 14 формирователя активного уровня с выхода второго 12 формирователя.At the output of the fourth shaper 14, a passive “0” level is also set if the amplitude of the low-frequency component does not exceed the maximum short-term neutral displacement level acceptable for the distribution network, despite the presence of the fourth 14 shaper of the active level from the output of the second 12 shaper.
В обоих случаях при отсутствии ОЗЗ на втором входе СФД 16 устанавливается пассивный «0» сигнал с выхода четвертого 14 формирователя, который поступает на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 36 в СФД 16. На первом входе СФД 16 (вход формирователя коротких импульсов 35), как было показано выше, установлен сигнал с выхода первого 11 формирователя. В результате, через время задержки первого 11 формирователя, которое для реализации работоспособности устройства выбирают несколько больше контрольного интервала времени (примерно 5 мс), в формирователь коротких импульсов 35 по срезу сигнала с первого 11 формирователя вырабатывает нулевой уровень, который поступает на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 36, на выходе которого формируется сигнал аннулирования отсчета второго 12 формирователя и обнуляет его. В этом случае устройство аварийный сигнал не формирует.In both cases, in the absence of an SCR at the second input of the
Устройство не формирует аварийный сигнал и в случае самоликвидирующегося ОЗЗ, так как в этом случае переходный процесс в канале 3 прекращается значительно раньше, чем при несамоликвидирующемся ОЗЗ, и четвертый формирователь также раньше начинает отсчет времени. В результате единичный сигнал с выхода формирователя 14 заменяется на нулевой раньше окончания времени отсчета (1,5 с) формирователя 12. Наличие пассивного «0» уровня с выхода четвертого 14 формирователя на информационном входе третьего формирователя запрещает его запуск сигналом с инверсного выхода второго 12 формирователя и устройство аварийный сигнал не формирует.The device does not generate an alarm even in the case of self-liquidating OZZ, since in this case the transition process in channel 3 stops much earlier than with non-self-liquidating OZZ, and the fourth former also starts the countdown. As a result, a single signal from the output of the shaper 14 is replaced by zero before the end of the countdown time (1.5 s) of the shaper 12. The presence of a passive “0” level from the output of the fourth 14 shaper at the information input of the third shaper prohibits its start by the signal from the inverse output of the second 12 shaper and the device does not generate an alarm.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139372/09A RU2303323C1 (en) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Method and device for directional phase-failure ground-fault protection of ac distribution network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139372/09A RU2303323C1 (en) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Method and device for directional phase-failure ground-fault protection of ac distribution network |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005139372A RU2005139372A (en) | 2007-06-27 |
RU2303323C1 true RU2303323C1 (en) | 2007-07-20 |
Family
ID=38315003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005139372/09A RU2303323C1 (en) | 2005-12-15 | 2005-12-15 | Method and device for directional phase-failure ground-fault protection of ac distribution network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2303323C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105552865A (en) * | 2016-02-03 | 2016-05-04 | 中国电力科学研究院 | Single-side current based free wave energy protection method of half-wavelength circuit |
CN105655994A (en) * | 2016-02-03 | 2016-06-08 | 中国电力科学研究院 | Method for extracting free waves of half-wavelength line based on single-sided current |
RU2734164C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-10-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of detecting single-phase earth faults in distribution network connections |
RU2767600C1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Надежные технические решения" (ООО "НТР") | Method of detecting electric arc fault |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112986858B (en) * | 2021-01-26 | 2023-12-19 | 国网浙江杭州市萧山区供电有限公司 | Ground fault judging method based on zero sequence wavelet decomposition calculation |
-
2005
- 2005-12-15 RU RU2005139372/09A patent/RU2303323C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105552865A (en) * | 2016-02-03 | 2016-05-04 | 中国电力科学研究院 | Single-side current based free wave energy protection method of half-wavelength circuit |
CN105655994A (en) * | 2016-02-03 | 2016-06-08 | 中国电力科学研究院 | Method for extracting free waves of half-wavelength line based on single-sided current |
CN105655994B (en) * | 2016-02-03 | 2019-06-14 | 中国电力科学研究院 | A kind of extracting method of the half wavelength line free wave based on single sided current |
CN105552865B (en) * | 2016-02-03 | 2019-07-26 | 中国电力科学研究院 | A kind of half wavelength line free wave protecting energy method based on single sided current |
US10778003B2 (en) | 2016-02-03 | 2020-09-15 | China Electric Power Research Inst. Co. Limited | Method of free wave energy protection for half-wavelength line based on one sided current |
RU2734164C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-10-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of detecting single-phase earth faults in distribution network connections |
RU2767600C1 (en) * | 2021-03-04 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Надежные технические решения" (ООО "НТР") | Method of detecting electric arc fault |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005139372A (en) | 2007-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10768243B2 (en) | Method and detection device for detecting a high-impedance ground fault in an electrical energy supply network with a grounded neutral point | |
US9322865B2 (en) | Method for detection of leakage or fault currents from equipment in an electrical power system | |
RU2303323C1 (en) | Method and device for directional phase-failure ground-fault protection of ac distribution network | |
CA2777379A1 (en) | Systems and methods for generator ground fault protection | |
US10955475B2 (en) | Device and method for testing the operation of a protection unit and protection unit comprising such a test device | |
EP3499252A1 (en) | Single-phase-to-ground fault detection method and device based on electric field induction, and storage medium | |
US20050127922A1 (en) | High level arc fault detector | |
US6157552A (en) | Sub-harmonic detection and control system | |
KR20010088890A (en) | Circuit for Preventing a Earth Leakage Circuit Breaker from Miss-operating by Serge Voltage | |
GB2191591A (en) | Earth monitoring | |
RU2097893C1 (en) | Single-phase selective ground fault protective gear for ac power mains and its operation | |
US4080642A (en) | Power system safety monitor | |
RU2286636C1 (en) | Device for selective protection against ground faults in stator winding of generators operating in enlarged unit | |
FI125428B (en) | A method for protecting a power distribution network to eliminate transient type earth faults | |
RU2244992C1 (en) | Device for detecting single-phase ground faults in insulated-neutral networks | |
CN106229960A (en) | Detection zero-sequence current pulse amplitude conforming ferromagnetic resonance harmonic elimination method | |
RU2352044C1 (en) | Method of protection from single-phase earth fault for triple-phase network with resistance earthing neutral and device for method implementation | |
JPH08507914A (en) | Power line fault detection | |
RU2535298C1 (en) | Damage detection method for line in resonant grounded three-phase network | |
RU2024150C1 (en) | Arc surge protection device for insulated neutral networks | |
SU1101953A1 (en) | Device for providing earth fault protection in isolated neutral system | |
McKinnon et al. | Detection of high impedance faults on compensated distribution networks | |
SU534007A1 (en) | Device for signaling single-phase earth faults in networks with low earth fault currents | |
SU1707683A1 (en) | Protective gear for disconnecting electric installation from insulated-neutral a c mains | |
RU115578U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF INSULATION OF ELECTRICAL SYSTEMS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151216 |