SU1005236A1 - Устройство дл защиты от замыкани на землю в сети переменного тока - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  осуществлени  зашиты от замыканий на землю и непрерывного контрол  состо ни  изол ции высоковольтного оборудовани  электроустановок с большим числом присоединений в сет х с изолированной нейтралью, например собственных нужд 6-1О кВ блочных электростанций, распреде;Лительвых устройств генераторного напр жени  ,д со сборными шинами, потребителей 6-1О кВ понизительных подстанций и т. п.

Известно устройство дл  защиты статора синхронного генератора, работающего в блоке с трансформатором, от за- j мыканий на корпус, работа которого осно-вана на принципе наложени  посто нного контрольного напр жени . Устройство вме ет стопроцентную зону защиты ,.и . . позвол ет количественно по показани м 20 измерительного прибора, включенного последовательно с источником посто нного тока, оценить сумма торную величину сопротивлени  изол ции обмотки статора генератора , обмоток генераторного напр жени  блочного трансформатора, трансфор матора собственных нужд, измерительных трансформаторов напр жени , токопрово дов генераторного напр жени  ij.

Недостатком этого устройства  вл ет с  неселективность, а именно, невозможность определ щ , в каком именно из контролируемых присоединений произошло замыкание на землю (в статоре генератора , в трансформаторе напр жени , в трансформаторе собственных нужд или в блочном трансформаторе), невозможность также по отдельное дл  кажАого из щшсоединений количесгвевно оценить состо ние изол ции.

Известно также устройство содержащее трансформатор тока со встроенным в сердечник датчиком Холла дл  управл ш  и измерительным прибором. При подключешш исполнительного органа устройство позвол ет осуществить функцию защиты Однако это устройство не позвол ет коитролировагь качество изол ции в процессе оксплуагации того или иного прироединени  защищаемой сети, в частност абсорбционные характеристики. Целью изобретени   вл етс  расширен функциональных возможностей путем конт рол  абсорбционных характеристик сопротивлений . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  защиты от замыкани  на землю в сети переменного тока, содержащее источник посто нного тока, подключенный через дроссель параллельно разделительному конденсатору, включенному последовательно с первичной обм ( КОЙ трансформатора напр жени  между землей и фазами защищаемой сети, из мерительный прибор, а также на каждом

крнтролируемом присоединении сети транс-2одвигатель б, подключенный через выклюформатор тока нулевой последовательности,чатель 7. Все три фазы двигател  6 охвавторична  обмотка которого подключеначены магнитопроводом 8 трансформатора

к исполнительному органу, причем в маг-тока нулевой последовательности (дан в

Claims (2)

1. нитопровод трансформатора тока нулевойразрезе) со вторичной обмоткой 9, к копоследовательности встроен датчик Холла, 25торой подключен исполнительный орган 10 ТОКОВЫЙ, выход которого через регулировочный резистор подключен к источнику управл ющего тока, а потенциальный выход - к усилителю, введены блок фильтра ции посто нной составл ющей, блок квантовани  тока по уровню, а также счетчик и сигнальные элементы, число которых определ етс  числом у|)овней кван .товани , причем вход блока фильтрации досто нной составл ющей подключен к выходу усилител , а выход - к измерите ному прибору и входу блока, квантовани  тока по уровню, сигнальные выходы которого подключены к входам сигнальных элетлентов, а счетные - к входам счетчиков . При этом блок квантовани  тока по уровню содержит входные пороговые элементы дл  каждого уровн  квантовани , выходы которых подключены к сигнальным выходам блока квантовани  тока по уровню, и логические элементы И, у каждого из которых первый вход подключен к выходу генератора тактовых импул сов, второй - к выходу соответствующег входного порогового элемента, а выход к счетному выходу блока квантовани  то ка по уровню, причем третий вход каждо го, кроме первого, логического элемента И через логический элемент НЕ подключен к выходу смежного входного порогового элемента. При этом блок фильтрации посто нной составл ющей содержит дополнитель10 36 ную вторичную обмотку трансформатора тока нулевой последовательности, подключенную через дополнительный усилитель и фазовращатель к первому входу сумматора , второй вход которого подключен к выходу основного усилител , а выход сумматора подключен к частотному фильтру посто нной составл ющей. На фиг. I приведен один из возможных вариантов вьшолнени  устройства; на фиг. 2 - вариант вьтолнени  блока фильтрации. Источник I посто нного тока разделительным дросселем 2 и конденсатором 3 подключен между землей и нейтралью первичной обмотки трансформатора напр жени  4, От системы сборных шин 5 питаютс  все присоединени . На фиг. 1 показано ТОЛЬКО одно присоединение - электросигнализации замь1кани  на землю. В магнитопроводе 8 размещен датчик Холла 11, токовые выводы которого через резистор подключены к источнику управл ющего тока {V ) 12. Потенциальные выводы датчика Холла через усилитель 13 и блок фильтрации 14 посто нной составл ющей подключены ко входу блока квантовани  15 тока по уровню и измерительному прибору 16, проградуированному в ед11Ницах сопротивлени . К-сигналь ным выходам блока квантовани  15 подключены сигнальные (или отключающие) элементы 17-20, а к счетным - счетчик 21-24, На фиг. I раскрыт один из возможных вариантов реализации блока квантовани  15, содержащий пороговые элементы 25-28 с различными напр жени ми срабатывани , логические элементы НЕ 29-31 и И 32-35, генератор тактовых импульсов 36. Устройство работает .следующим образом . Магнитный поток замыкающий по магНитопроводу 8 содержит две составл ющие: переменную частотой 5О Гц и посто нную , определ емую посто нным током утечки- через изол цию присоединени  от источника 1 посто нного контрольного напр жени . Соответственно, на потенциальных выводах датчика Холла 11 по вл етс  напр жение, содержащее две составл ющие:переменную частотой 5О Гц и посто нную, котора  пропоршюнальна индукции посто нного магнитного тока. Дл  подавлени  переменной составл ющей на выходе датчик Холла служит фильтр 14, на выходе которого напр жение опре дел етс  только индукцией посто нного мапштногопотока, т, е.в конечном итоге , посто нным .током утечки через изол цию присоединени . Измерительный при бор 16 (вольтметр) при посто нстве нап л жени  источника I (он может быть вьшолнён стабилизированным) проградуирован в единицах сопротивлени , т. е. показани  измерительного прибора 16 позвол ют количественно судить d текущем значешш величины сопротивлени  изол ции канадого из присоединений по отдельности. При этом осуществл етс  непрерывный контроль. Пороговые элементы 25-28 имеют различные напр жени  срабатывани . От элемента 25 к элементу 28 напр жени  срабатывани  уменьшаютс . К выходам пороговых элементов 25-28 подключены сигнальные (или отключающие) элементы 172О , каждый из которых фиксирует достижение величиной сопротивлени  изол ции установленного уровн . Таким образом, с немощью сигнальных элементов 17-2О осуществл етс  более грубый (ступенчатый ) контроль сопротивлени  изол - шш по заранее установленным уровн м. Дл  контрол  времени работы каждого из присоединений с тем или иным уровнем сопротивлени  изол ции, т. е. дл  формировани  гистограмм по величине сопротивлени  изол ции, служат логические элементы НЕ 29-31 и И 32-35, генератор тактовых импульсов 36 и счетчики 21-24. Гистограк лы формируютс  следующим образом. Пусть, например, сопротивление иэол5шии присоединени  относительно велик и сработал только один пороговой элемент 28, что привело к по влению сигнала на од ном входе логического элемента И 35. На другом входе логического элемента И 35 также присутствует сигнал с выхода логического элемента НЕ 31, посколь ку пороговый элемент 27 не сработал при выбранном дл  примера значении сопротив леюга изол ции. Как только генератор так товых импульсов 36 подаст тактовый сиг нал на третий вход логического элемента И 35, по витс  сигнал на выходе логичес кого эли 1ента И 35 и счетчик 24 сработает и зафиксирует первый интервал времени работы присоединени  с соответствующим ур1звнем сопротивлени  изол ции.Если далее сопр()гивле1ше изол щш присоед1П1ени  в процессе эксплуатащш не мен етс , то счетчик 24 каждый раз с по влением., тактового импульса срабатывает и его показани  будут пропорциональны BpeNieHH работы присоединени  с соответствующим уровнем сопротивлени  изол ции. Интервал времени между импульсами может быть выбран при необходимости любым (от секунд до минут и часов). ЕСЛИ же в процессе эксплуатации сопротивление изол ции уменьшитс , т. е, например, кроме порогового элемента 28 срабатьгоает еще пороговый элемент 27, то на выходе логического элемента И 35 сигнал исчезает и счетчик 24 далее работать не будет, а счетчик 23 начнет фиксировать врем  работы присоединени  с новым уровнем сопротивлиш  изол шп{. Помимо защиты от замыканий на землю , контрол  за текущим значением сопротивлени  изол ции, формировани  гистограмм по величине сопротивлени  устройсво позвол ет также получить коэффициент абсорбции. Действительно, дл  каждого из контролируемых присоединений можно по измерительному прцбору 16 определить величины сопротивлени  изол ции через 15 и 6О с после подачи напр жени  источником 1. Отношение этнх замеров, как известно, дает коэффициент абсорбшш . в некоторых случа х оказываетс  необходимым дополнительно уменьшить уровень пер ленной составл ющей на входе пороговых элементов 25-28. С этой целью (фиг. 2) на магнитопроводе 8 трансформатора тока нулевой последовательности размещена дополнительна  обмотка 37J св занна  через г опопнительный усилитель 38 и фазовращатель 39 с одним из входов сумматора 4О. На другой вход сумматора 4О подан сигнал с потенциальных выводов датчика Холла II через усилитель 13. Выход сумматора 4О подключен к входу частотного фильтра 41 посто нной составл ющей . В остальном структурн; схема аналогична устройству на фиг. 1. Особенность работы устройства на фиг. 2 заключаетс  в следующем. Переменна  составл юща  на входе датчика Холла 11 совпадает по фазе с век-7 тором индукции пера «енной составл ющей магнитного потока, циркулирующего в магнитопроводе 8, а ЭДС на зажимах дополнительной обмотки 37 сдвинута относительно того же вектора индукшш на 90 Фазоповоротное устройство 39 дополнительво мен ет фазу сигнала на зажимах дополнительной обмогки еще на 9О° такчто сигналы на выходах фазоповоротного устройства 39 и усилител  13 наход тс  в противофазе, т. е. на выходе сумматора 40оба этих племенных напр жени  взаимно компенсируютс . Переменна  сосТавл пюща , подводима  ко входу фильтра 41значительно уменьшаетс . В част,ном случае, в устройстве на фиг, 2 может оказатьс  возможным отказатьс  от дополнительной обмотки 37, вход дополнительного усилител  38 |при этом подключаетс  к основной обмот ке 9 параллельно реле Ю, что упростит устройство. Однако при этом угол поворота , осуществл емый фазоповоротным устройством 39, отличен от 9О , Здесь следует учесть наличие угла сдвига фаз между ЭДС обмотки 9 и напр жением на ее зажимах, который определ етс  величиной и характером нагрузки ойуготки 9, значением тока нулевой последователь .. ности, параметрами трансформатора тока. Поскольку величина этого угла может ме н тьс  в некоторых пределах, невозможно добитьс  той же полной ксжтенсации переменной составл ющей во всех режимах, как в устройстве на фиг. 2. Возможен вариант выполнени  устройс ва, который отличаетс  от предыдущих тем, что позвол ет осуществить пофазный контроль состо ни  изол ции и пофаз ную защиту от замыканий на эемлю. С этой целью выводы начала и конца фазы контролируемого высоковольтного оборудовани , например фазной обмотки электр двига -ел  6, пропускают через окно магнитопровода 8 трансформатора тока с датчиком Холла. В этом случае намагн чивающим посто нным током дл  маГ нитопровода 8  вл етс  разность токов в начале и конце обмотки, т. е. посто нный ток утечки через изол цию фазы, что к обеспечивает возможность осуществлени  пофазного контрол . В устройстве реализуетс  расщирение функциональных возможностей контрол , поскольку имеетс  возможность не только контролировать величину сопротивлени  изол ции, но также получать абсорбционные характеристики изол ции каждого отдельного присоединени  и формировать гистограммы по величине сопротивлени , что в целом дает более полную и дострверную оценку состо ни  изол ции по сравнению с прототипом. Использование предлагаемого устройс ва обеспечивает возможность осуществле ни  пофазного контрол  и защиты высоковольтного оборудовани , что дает обслуживающему персоналу возможность дл  более полной и достоверной оценки состо ни  изол ции и анализа причин изменени  свойств изол ции. Дополнительное преимущество заключаетс  в том, что ограничение перенапр жений в цел х защиты путем использовани  резистора вместо разделительного конденсатора в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа не св зано с загрублением контрол  и защиты. Применение резистора повышает в целом надежность устройства поскольку повреждаемость резистора меньше, чем конденсатора. Формула изобретени  1.Устройство дл  защиты от замыкани  на землю в сети переменного тока, сод жащее источник посто нного тока, подключенный через дроссель параллельно разделительному конденсатору, включенному последовательно с первичной обмоткой трансформатора напр жени  между землей и фазами защищаемой сети, измерительный прибор, а также на каждом контролируемом присоединении сети .трансформатор тока нулевой последовательности вторична  обмотка которого подключена к исполнительному органу, причем в магнитопровод трансформатора тока нулевой последовательности встроен датчик Холла, токовый выход которси о через регулировочный резистор подключен к источнику управл ющего тока, а поТйщиальный выход - к усилителю, отличающеес  тем, что, с цепью расширени  функциональных возможностей путем контрол  абсорбционвсых характеристик сопрогавлений , в него введены блок фильтрации посто нной составл ющей, блок квантовани  тока по уровню, а также счетчики и сигнальные эли |енты, число которых определ етс  числом уровней квантовани , причем вход блока фильтрации посто нной составл ющей подключен к выходу усилител , а выход - к измерительному прибору и входу блока квантовани  тока по уровню, сигнальные выходы которого подключены к вхоцеал сигнальных элементов а счетные - к входам счетчиков. 2,Устройство поп. l,oтличaю ш е е с   тем, что блок квантовани  тока по уровню содержит входные эл« 1еиты дл  каждогоуровн  квантовани , выходы которых подключены к сигнальным выходам блока квантовани  гока по уровню, и логические элементы И, у каждого из которых первый вход .подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй к выходу соответствующего входного по-. рогового элемента, а выход - к счетному выходу блока квантовани  по уровню, причем третий вход каждого, кроме первого , логического элемента И через логический элемент НЕ подключен к выходу смежного входного элемента. 3. Устройство по п. I, отличают е е с   тем, что блок фиттьтращга посто нной составл ющей содержит дополнительную вторичную обмотку трансформатора тока нулевой последовательности 100 36 подключенную через дополнительнЕ усилитель и фазовращатель к первому вжоду сумматора, второй вход которого подхлк чен к выходу основного усилител , ei выход сумматора подключен к частотному фильтру посто нной составл ющей. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 279758, кл. Н О2 Н 7/О6, 1970.
2. 2.Меерович Э. А Андреевска  Л. И. Объедков А. И. Малоинерционный измеритель больших посто нных системы ЭНИН им. Г. М. Кржижановского. - Электричество, № I, 1979, с. 6466 .