SU1275624A1 - Устройство дл защиты от повреждений электрической сети - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к эле ктротехнике и может быть использовано дл  защиты электрических сетей с изо лированной нейтралью, в том числе дл  горных машин с регулируемым элек троприводом, . Цель изобретени  - повьппение точности и расширение функциональных возможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыканий , . На чертеже приведено предлагаемое устройство, Устройство содержит генератор 1 оперативного напр жени  с разделительным трансформатором 2 с трем  вторичными обмотками 3 5, фазосдвигающий блок 6, первый 7 и второй 8 конденсаторы присоединени  (фильтры присоединени ), первый 9 и второй 10 резисторы нагрузки, первый 11 и второй 12 делители напр жени , первый 13 и второй14 масштабные усилители первый 15 и второй 16 инверторы, пер вый 17 и второй 18 сумматоры, первый 19 и второй 20 линейные выпр мители перемножитель 21, первый интегратор 22, первый пороговый блок 23„ второй и третий интеграторы 24 и 25,, первый ключ 26 на транзисторах 27 и 28 и . третий 29 ичетвертый 30 делители напр лсе1ш , второй 31 и третий 32 ключи, второй 33 и третий 34 пороговые блоки, логический элемент И 35, исполнительный элемент 36 и эквивалент утечки сети 37, Перва  3 -д втора  4 выходные обмотки трансформатора 2 включены в противофазе и угол сдвига фаз между напр жени ми этих обмоток составл ет li , Эти обмотки через конденсаторы 7 и 8 присоединени  соединены с . разными полюсами контролируемой сети К третьей выходной обмотке 5 подключена фазосдвигающа  RS-цепь ,6, обеспечивающа  сдвиг входного сигнала на угол, близкий к ,, Делители 11 и 12 напр жени  подключены между полюсами контролируемой сети и землей. Падение напр же ш  между средними точками делителей 11 и 12 напр жени  и землей пропорци ональны величине вдаодного н:апр жени  преобразовател  при отсутствии утечки между жилами силовой сети и землей. При наличии утечки между Силами силовой сети.и землей падение напр жени  между средней точкой де24i лител  и землей возрастает на Величину , пропорциональную току утечки. Падение напр жени  на резисторах 9 и 10 нагрузки пропорционально проводимости нагрузки и суммарному току утечки, создаваемому в сети генератором 1 оперативного напр жени  и сетевым источником. Инверторы 15 и 16 слулсат дл  инвертировани  падени  напр жени  на резисторах 9 и 10 нагрузки. Масштабные усилители 13 и 14 служат дл  усилени  напр лсений, снимаемых с делителей 11 и 12,  вл ющихс  аналогом сетевого напр жени . Сумматоры 17 и 18 служат дл  суммировани  сигналов с выхода усилител  13 и инвертора 15, и усилител  14 и инвертора 16, Коэффициенты усилени  масштабных усилителей I3 и 14 выбираютс  такими , чтобы в отсутствие напр жени  оперативного генератора сигналы на выходе сумматоров 17 и 18 были близки к нулю. С выхода сумматоров 17 и 18 сигналы подаютс  на линейные выпр мители 19 и 20, на выходе которых сигнал  вл етс  вьшр мленным двухполупериодHbtM напр жением. Интеграторы 24 и 25, включенные на выходе линейных вьтр мителей , выполн ют функции фильтров вьшр мленного напр жени . На выходе интеграторов 24 и 25 включен первый ключ 26 на транзисторах 27 и 28 разной проводимости и резистивн 1х делител х 29 и 30, Средн   точка делител  26 напр жени  на резисторах подключена к базам первого ключа 26, средн   точка делител  30 - к эмиттерам первого ключа 26. В зависимости 6т соотношени  выходных напр жений интеграторов 24 и 25 открываетс  одий, либо другой транзистор ключа 26, При открывании транзистора 27 открьшаетс  второй ключ 31, подающий напр жение с выхода первого сумматора 17 на второй вход перемножител  21, При открьюании транзистора 28 ключа 26 открьшаетс  третий ключ 32, и на вход перемножител  21 подаетс  сигнал с выхода сумматора 18, Ключ 31 при этом запираетс . На первый вход перемножител  21 подаетс  напр жение с обмотки 5 генератора 1, включенной последовательно с фазосдвигающей Н.3-цепью 6, На выходе перемножител  напр жение пропорционально произведению входных сигналов с учетом угла сдвига фазы между ними и равно V,,K.U,.U,costU,;U,). (1) где и, и и - выходные напр жени  RS-цепи 6 и сумматора ( 17 или 18) соответст венно ; In - активна  составл юща  тока утечки, определ  юща  сопротивление изол ции кабел , Это напр жение подаетс  на интег ратор 22, на выходе которого формируетс  напр жение, равное среднему значению за врем  измерени . Это на пр жение подаетс  на пороговое устройство 23 и с его выхода - на исполнительный элемент 36. Сигналы с выхода интеграторов 24 и 25 параллельно подаютс  на второй и третий пороговые блоки 33 и 34 и с их выходов - на входы логической схемы И 35. При одновременном срабатывани пороговых блоков 33 и 34 на выходе логического элемента И 35 формирует с  сигнал на включение исполнительного элемента 36. Сущность предлагаемого изобрете .-. ни  заключаетс  в следугощем, С помощью генератора-1 формирует с  многофазное оперативное напр жение со сдвигом каждой фазы на угол Cf 21Г/т, где та - число фаз. Эти на пр жени  накладывают независимо на каждую фазу- контролируемой сети и измер ют суммарные токи, создаваемы в цепи каждой фазы оперативным гене ратором 1 и сетевым источником. При этом токи, создаваемые сетевым источником ,  вл ютс  помехами дл  полезного сигнала, которым  вл етс  ток, создаваемый в контролируемой сети оперативным генератором. Величина помехи измен етс  в широких пределах. Форма кривой тока помех несинусоидальна  с крутым передним фронтом и измен етс  в значительных пределах в процессе регулировани  режимов работы преобразовател . Поэ тому отстойка от действи  помех  вл етс  наиболее сложной задачей при разработке средств защиты электрических сетей с тиристорным электро приводом. Это обеспечиваетс  формированием аналога сгетевого напр жени , создаваемого сетевым,источником между фа 244 зами (полюсами) силовой сети и земли. Сформированный аналог сетевого напр жени  по величине и форме соответствует помехе, действующей в кана- лах измерени  оперативных токов - в цеп х обмоток оперативного генератора . Эти два сигнала - полньп ток в цепи фаз генератора оперативного напр жени  и аналог сетевого напр же-ни , суммируют попарно в противофазе , предварительно проинвертировав один из этих сигналов. При этом суммируютс  сигналы измерительных цепей , подключенных к одной и той же фазе (полюсу) контролируемой сети. В результате на выходе сумматора помехи отсутствуют II действует только . полезный сигнал, пропорциональный току, создаваемому оперативным генератором 1 в контролируемой сети, При возникновении короткого замыкани  в цепи нагрузки контролируемой сети значительно возрастает ток в цепи фаз оперативного генератора. При этом возрастает уровень полезного сигнала, и по достижении им порогового уровн  формируют команду на отключение контролируемой сети. Причем эту команду формируют по достижении выходными сигналами сумматоров двух и более фаз генератора 1 orfepaтивного напр жени  второго порогового уровн . Это условие обеспечивает требуемую .селективность действи  защиты, Дл  обеспечени  защиты от токов утечки определ етс  аварийна  фаза контролируемой сети. Дл  этого определ ют модули суммарных сигналов в цепи каждой фазы генератора оперативного напр жени  и по большему значеншо суммарного сигнала вычисл ют активную составл ющую тока утечки, котора  однозначно определ ет величину сопротивлени  утечки в контролируемой сети, По достижении активной составл ющей тока утечки аварийной фазы первого порогового уровн  формируют команду на отключение напр жени  в сети, В обесточенном состо нии контрблируемой сети включают генератор 1 оперативного напр жени . С помощью, выходных обмоток 3 и 4 генератора оперативного напр жени  накладываетс  на полюса А и В контролируемой сети. При этом создаетс  две цепи дл  оперативного тока: через нагрузку силовой сети - двигатель Д, и чеез сопротивление утечки и распредеенную емкость силовых жил относительно земли, Падение напр жений на резисторах 9 и 10 нагрузки, пропорциональное сумме проводимости нагруз- 5 и силовых жил и утечек жил кабел , ерез инверторы 15 и 16 и сумматоры 17 и 18 поступает на вьшр мители 9 и 20 и с их выходов - на интеграторы 24 и 25. На выходе интеграторов 10 напр жение равно среднему за врем  измерени , например один период оперативного напр жени , Это напр жение одаетс  на пороговые блоки 33 и 34 и параллельно на управл ющие входы 15 первого ключа 26,.Напр жение с выхода третьего интегратора .25 подключено к базам транзисторов 27 и 28 ключа 26, напр жение с выхода интегратора 24 - к эмиттерам транзисторов 20 ключа 26, При превышении выходньи напр жением U, второго интегратора 24 выходного напр жение U третьего интегратора 25 открываетс  транзистор 27 ключа 26 и ключ 31, При 25 открываетс  транзистор 28 ключа 26 и ключ 32, В резульфате сигнал с выхода сумматоров подаетс  на второй вход перемножител  21,

При возникновении утечки в контроируемой сети за счет выпр мителей 19 и 20 и интеграторов 24 и 25 опре-: ел ютс  модули полезных сигналов, с

омощью ключа 26 выбираетс  сигнал 35 с большим абсолютным значением и через ключи 31 ..или 32 выбранный сигнал одаетс  на перемножитель 21, На перый вход перемножител  21 подаетс  сигнал оперативного генератора 1 с. 40 обмотки 5, первоначальна  установка фазы напр жени  которой обеспечиваетс  фазосдвигающей RS-пепыо 6, Б соответствии с формулой (ij выходное напр жение перемножител  21 пропор- 45 ционально активной составл ющей тока утечки и, соответствеьшо, величине проводимости утечки жил кабел ,

С выхода перемножител  21 сигнал подаетс на интегратор 22, где вычйсл -50

етс  среднее значение за период, и поступает на пороговый блок 23, При возникновении утечки напр жение на выходе интегратора 22 достигает величины первого порога срабатывани  и на 55 выходе блока 23 формируетс  команда на включение исполнительного элемента 36, обеспечивающего отключение

питани , сети. При возникновении короткого замьжани  в цепи нагрузки силовых жил увеличиваютс  токи одновременно в цеп х обоих фаз генератора оперативного напр жени . При этом по указанным блокам сигналы поступают на второй и третий пороговый блоки 33 и 34, которые срабатывают, в результате на выходе логического элемента И 35 формируетс  команда на отключение питани  контролируемой сети.

Предлагаемое устройство защиты сети в рабочем режиме обеспечивает предварительный контроль сети от коротких замыканий и от токов утечки до включени  напр жени  в силовую сеть,

При подаче на контролируемую сеть силового питани  создаютс  цепи дл  возникновени  помех в каналах измерени  полезного сигнала полюсами-сети через устройства 7 и 8 присоеди нени , обмотки генератора Ij сопротивлени  9 и 10 нагрузки, сопротивлени  утечки и распределенную емкост сети 37. Одновременно создаетс  цепь формировани  аналога сетевого напр жени  с помощью делителей 1 ц 12, подлюченных к полюсам сети и земле. Напр жение аналога сетевого питани  с делителей 11 и 12 подаетс  на масштабные усилители 13 и Ч4, коэффициент l усилени  которых устанавливают ИЗ услови  обеспечени  равенства напр жений на выходе усилител  1 3 (14) и соответствуЮБвго ему инвертора при отсутствии полезного сигнала, В результате на выходе сумматоров 17 и 18 выходной сигнал близок к нулю. При включении генератора оперативного напр жени  сигнал на выходе сумматоров будет содержать только полезный сигнал и не содержит помех, создаваемых в цеп х измерени  работой тирйсторньгх преобразователей, В дальнейшем работа устройства аналогична приведенному в обесточенном состо нии силовой сети,

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Устройство дл  защиты от повреждений электрической сети, содержащее генератор оперативного напр жени  с разделительным трансформатором с выходными обмотками, перва  из которых подключена к сети через первый фильт присоединени  и через первый резистор нагрузки - к земле, а втора  обмотка подключена к фазосдвигающему блоку, выход которого через последовательно соединеи1 ые перемножитель, первый интегратор, первый пороговый элемент подключен к исполнительному элементу, п.ервый датчик аварийного параметра, подключенный между проводом сети -fi землей, отличающ е с   тем, что, с целью повышени  точности и расширени  функциональных возможностей путем защиты как от токов утечки, так и от коротких замыка ний, в него введены второй датчик аварийного параметра, подключенный между другим проводом сети и землей, первый и второй делители напр жени , первый и второй масштабные усилители , первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры, первый и вто рой выпр мители, первый, второй и третий ключи, в-Ьорой и третий интеграторы , второй и третий пороговые элементы, при этом выходы последних, подключены к логическому элементу И, выход которого подключен к исполнительному элементу, а разделительный трансформатор генератора оперативного напр жени  снабжен третьей обмоткой , подключенной встречно через дополнительный фильтр присоединени  и дополнительный резистор нагрузки к другому проводу сети и земле, при этом к точке соединени  резистора нагрузки и первой обмотки разделительного трансформатора подключен вход первого инвертора, а к точке соединени  дополнительного резистора нагрузки и третьей обмотки разделительного трансформатора - вход вто- рого инвертора, к выходу каходого датчика аварийного параметра подключены входами первый и второй масштабные усилители соответственно, выход первого из которых соединен с выходом первого инвертора и подключен к входу первого сумматора, выход которого соединен через первый выпр митель, второй интегратор с входом второго порогового элемента, вход второго масштабного усилител  соединен с выходом второго инвертора и подключен к входу второго сумматора, выход ко- торого соединен через второй выпр митель , третий интегратор с входом третьего порогового элемента, при этом первый выход первого ключа соединен с управл ющим входом второго, выходы которого включены между входом второго сумматора и вторым входом перемножител , а второй выход второго ключа соединен с управл ющим вхо дом третьего, вьпсоды которого рклю чаны между выходами третьего сумматора и вторым входом перемножител , причем первьш д,елитеЯь напр жени  подключен к выходу интегратора и земле , а его средн   точка -,к первому входу первого ключа, второй делитель напр жени  подключен к выходу треть .его интегратора и земле, а его средк второму входу первого н   точка ключа .