SU1282251A1

SU1282251A1 - Устройство дл защиты однофазной электрической сети переменного тока от коротких замыканий

Info

Publication number: SU1282251A1
Application number: SU843831899A
Authority: SU
Inventors: Леонид Наумович Карпиловский; Евгения Яковлевна Байко; Владимир Захарович Васютин
Original assignee: Предприятие П/Я В-2156
Priority date: 1984-12-25
Filing date: 1984-12-25
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к устройствам дл защиты электрической сети от токов короткого замыкани . Целью изобретени вл етс повьшение быстродействи защиты. Дл этого в устройство дополнительно введены генератор эталонного синусоидального тока , 5, два блока выделени приведенной производной 2 и 4, селекторы 12 и 11 сигналов положительной и отрицательной пол рностей, логический элемент И 10 и логический элемент ИЛИ 13. Это позвол ет практически мгновенно определ ть начало режима короткого замыкани , независимо от того, в какой момент и на каком участке - восход щей или нисход щей ветви синусоиды рабочего тока сети возникло короткое замыкание. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. S (Л

Description

у у Нагрузка

(риг. 1

Нонанда на включение

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к устройствам дл защиты электрической сети от токов короткого замыкани .

Целью изобретени вл етс повыше- 5 ние быстродействи защиты.

На фиг. 1 представлена функциональна схема одной из возможных реа- лиз.аций устройства; на фиг, 2 - пример

Блок 4 выделени приведенной производной содержит блок 20 дифференцировани , блок 21 запоминани максимальных значений, например пиковый детектор, и блок 22 делени . Входы блока 20 дифференцировани и блока 21 запоминани максимальных значений соединены с входом всего блока 4 выделени приведенной производной.

реализации блока запоминани макси- О Выход же этого блока 4 вл етс выхоБлок 4 выделени приведенной производной содержит блок 20 дифференцировани , блок 21 запоминани максимальных значений, например пиковый детектор, и блок 22 делени . Входы блока 20 дифференцировани и блока 21 запоминани максимальных значений соединены с входом всего блока 4 выделени приведенной производной.

Выход же этого блока 4 вл етс выхо

мальных значении.

Датчик 1 тока через блок 2 выделени приведенной производной соединен с первым входом сравнивающего блока 3, второй вход которого через блок 4 выделени приведенной производной соединен с выходом генератора (формировател ) 5 эталонного синусоидального тока, вход которого через синхронизатор 6 соединен с выходом датчика 1 тока. Выход синхронизатора 6 соединен непосредственно с первым входом логического элемента ИЛИ 7, а через последовательно соединенные одно- вибратор 8 и выключатель 9 - с вторым входом логического элемента ИЛИ 7, выход которого соединен с вторым входом логического элемента И 10. Первый вход логического элемента И 10 через селектор 11 сигналов отрицательной по л рности соединен с выходом сравнивающего блока 3 и входом селектора 12 сигналов положительной пол рности, выход которого соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 13 выход которого через ключ 14 соединен с управл емым входом исполнительного органа 15, а первьй вход - с входом логического элемента И 10. Управл емый вход ключа 14 через одновибратор 16 соединен с выходом задатчика команд на включение нагрузки (на фиг.2 не показан, чтобы не затруднить воспри тие ) .

Блок 2 выделени приведенной производной содержит блок 17 дифференцировани , блок 18 запоминани максимальных значений, блок 19 делени . Входы блока 17 дифференцировани и блока 18 запоминани максимальных значений вл ютс входом всего блока 2 выделени приведенной производной. Выход же блока 2 вл етс выходом

50 динен с вторым входом (входом возв та в исходное состо ние) элемента 28 запоминани ., Выход элемента 28 поминани через диод 37 и выход эл мента 29 запоминани через диод 38

блока 19 делени , первый вход которо- соединены с выходом блока 18 запо- го соединен с выходом блока 17 диффе- минани максимальных значений. ренцировани , а второй вход - с выходом блока 18 запоминани максимальУстройство работает следук цим о разом.

ных значений.

дом блока 22 дедени , первый вход которого соединен с выходом блока 20 дифференцировани , а второй - с выходом блока 21 запоминани максимальных значений.

Генератор (формирователь) 5 эталонного синусоидального тока состоит из последовательно соединенных формировател 23 импульсов (при необходимости ) 5 триггера 24 со счетным входом , конденсатора 25, фильтра 26 и фазовращател 27, причем вход формировател 23 импульсов вл етс входом генератора 5, выход фазовращател 27 - его выходом.

Блок 18 запоминани максимальных значений, наход щийс в канале измерени тока в сети, содержит (фиг.2) 0 два элемента 28 и 29 запоминани ,

два нуль-органа 30 и 31, два элемента 32 и 33 задержки, инвертор 34 пол рности (при необходимости) и четыре диода 35-38, причем вход блока 18

35 запоминани максимальных значений через диод 35 соединен с первым входом элемента 28 запоминани , первым входом нуль-органа 30 и через элемент 32 задержки с вторым входом нуль-ор40 гана 30. Выход нуль-органа 30 соединен с вторым входом (входом возврата в исходное состо ние) элемента 29 запоминани . Первый вход элемента 29 запоминани через инвертор 34 по45 л рности соединен также через диод 36 с входом всего блока 18 запоминани максимальных значений, а через элемент 33 задержки с вторым входом нуль-органа 31, выход которого сое50 динен с вторым входом (входом возврата в исходное состо ние) элемента 28 запоминани ., Выход элемента 28 запоминани через диод 37 и выход элемента 29 запоминани через диод 38

соединены с выходом блока 18 запо- минани максимальных значений.

Устройство работает следук цим образом .

fO

С датчика 1 тока на синхронизатор 6 поступает информаци о токе в сети, в частности о переходах тока в сети через нуль. В моменты перехода тока в сети через нуль на выходе.синхронизатора 6 по вл етс сигнал, кото- рьй поступает в генератор (формирователь ) 5 эталонного синусоидального тока на вход формировател 23 импульсов . Этот сигнал используетс дл формировани импульса необходимой aмплитvды и крутизны фронтов, которьй с выхода формировател 23 импульсов поступает на счетный вход триггера 24, формирующего однопол рную им- 5 пульсную последовательность со скважностью , равной двум.

Эта однопол рна импульсна последовательность через конденсатор 25 (в результате чего исключаетс посто нна составл юща и последовательность становитс двухпол рной) подаетс на фильтр 26, рассчитанный а выделение основной частоты, котоой вл етс рабоча частота сети. осле фильтра 26 синусоидальный сигнал проходит через фазовращатель 27, с помощью которого компенсирует фазовый сдвиг между сформированым синусоидальным током и током в сети, который мог возникнуть при форировании указанного синусоидального тока.

20

25

30

При этом компенсирующий фазовращатель 27 настраиваетс один раз перед вводом в эксплуатацию устройства

Одновременно с поступлением на вход блока 5 сигнал с вьрсода синхронизатора 6 поступает на первый вход логического элемента ИЛИ 7, с выхода которого сигнал поступает на второй вход логического элемента И 10. Если в этот момент на первый вход логического элемента И 10 поступает. сигнал с выхода селектора 11 сигналов отрицательной пол рности, несущий информацию о том, что в этот момент приведенна (относительна ) крутизна тока в сети стала ниже приве- денной (относительной) крутизны 9та- лонного синусоидального тока, то на выходе логического элемента И 10 по витс сигнал, который через логический элемент ИЛИ 13 поступит на информационный вход размыкающего ключа 14. В случае, если на управл емом входе размыкающего (нормальнозамкну- того) ключа 14 отсутствует сигнал от

fO

5

0

5

0

5

0

5

0

5

одновибратора 16, запущенного по команде от задатчика команд на включение нагрузки, то сигнал, поступивший на информационный вход ключа 14, пройдет на его выход, откуда поступит/на управл емый выход исполнительного органа 15, который отключит дефектный участок сети. В момент включени (отключени ) нагрузки на вход одновибратора 16 поступает команда от задатчика команд на включение (и отключение) нагрузки, котора переводит одновибратор 16 в неустойчивое состо ние.

В -результате этого ключ 14 размыкаетс , цепь управлени исполнительным органом разрываетс . Таким обра зом, исключаютс ложные срабатывани исполнительного органа 15 от пусковых токов и изменени величины рабочего тока при выключении одной из нагрузок , если количество их в защищаемой зоне превышает одну.

В точке перехода через нуль или зоне перехода через нуль показателем начала режима короткого замыкани вл етс установление факта превыше- ни крутизной эталонного синусоилаль- ного тока крутизны тока в сети.

В этом рлучае пол рность сигнала рассогласовани на выходе сравнивающего блока 3 такова, что срабатывает селектор 11 сигналов отрицательной пол рности, и на его выходе по вл етс сигнал, поступающий на первый вход логического элемента И 10.

Если сигнал, несущий информацию о крутизне нарастани тока в сети, поступающий на второй вход сравнивающего блока 3, по абсолютной велкчи не больше, чем сигнал, несущий информацию о крутизне нарастани тока генератора 5 эталонното синусоидального сигнала, поступающего на первый вход сравнивающего блока 3, то си1- нал на выходе сравнивающего блока 3 имеет положительную пол рность, в противном случае сигнал на выходе указанного элемента имеет отрицательную пол рность. При равенстве сигналов, поступающих на входы сравнивающего блока 3, сигнал на его выходе равен нулю.

Дл расширени времени сравнени крутизны рабочего и эталонного токов служит цепочка, состо ща из одновибратора 8 и выключател 9. Если выклю

чатель 9 находитс во включенном состо нии , врем пребывани одновибрато- ра 8 в неустойчивом состо нии расшир ет временную зону использовани ре- зультатов сравнени сигналов о кру- тизнах рабочего и эталонного токов.

Вне указанных зон (зоны перехода тока через нуль или расширенной од- новибратором 8 зоны использовани - в зависимости от того включен или выключен выключатель 9) указателем начала режима короткого замыкани вл етс превьшзение крутизной тока в сети крутизны эталонного синусоидального тока..

В этом случае по сигналу рассогласовани с выхода сравнивающего блока 3 (который будет на выходе иметь в этом случае сигнал положительной пол рности) сработает селектор 12 сигналов положительной пол рности , который выдаст сигнал на второй вход логического элемента ИЛИ 13. С выхода элемента ИЛИ 13 этот сигнал через ключ 24 (который замкнут при отсутствии команды на включение и отключение нагрузки) поступит на управл емый вход исполнительного органа 15, который отключит поврежденный участок сети.

Введение операции сравнени приведенных (нормированных, относительных ) производных вызвано следующими причинами.

Обычно дл сравнени 1 рутизны двух процессов непосредственно в результате их дифференцировани необходимо предварительно уравнить их экстремальные значени (диапазоны изменени их величин), что св зано с большими сложност ми, а в р де случаев и просто невозможно, если (как это имеет место в электрической сети) ток контролируемого участка измен етс в широких пределах в нормальных (неава- рийных) услови х. Кроме того,: подобное уравнивание, т.е. подгонка эталонного тока к необходимой величине, св зана с дополнительными временными затратами, что помешало бы быстродей- ствию защиты.

С целью повьш1ени достоверности измерени за счет исключени или с жени веро тности ложных срабатьша ний при уменьшении тока в силу при чин, не св занных с возникновением режима короткого замыкани , например отключением одной из нагрузок

Дл исключени указанных недостатков ввод тс операции (и соответствующие блоки) дифференцировани ве- ее фидера, с помощью которого энерги личины, пропорциональной току в сети, . подводитс к нескольким нагрузкам, и эталонного тока, запоминание их амплитудных (максимальных) значений и деление указанных продифференцированблок выделени приведенной производ ной, наход щийс в канале измерени рабочего тока в защищаемой электри5

0

5

j

O

30

35 40 45 50

ных величин на амплитудные (максимальные ) значени каждого из сравни- ваемых процессов с последующим сравнением частных от делени между собой .

В этом случае исключаетс погрешность , обусловленна различием диапазонов изменени исследуемых токов, т.е. неравенством амплитудных (макси льных ) значений сравниваемых токов. Если

-51 -5г { - Ч col cos(cot + Ц)),

где I - амплитудное значение тока; W - углова частота; t - врем ; Ч - начальный угол,

то при определении приведенной (нормированной , относительной) производной путем делени продифференцированной величины на амплитудное значение будем иметь di

dt (j:)(f) I I tocos(cot + cp ).

Таким образом, величина К будет численно характеризовать крутизну исследуемого процесса, с размерностью 1/с.

Такое сравнение обладает несравненным преимуществом, дава возможность сравнивать крутизны (и их изменени ) различных (даже по природе) процессов.

К

Указанные операции выполн ютс с помощью блоков 2 и 4 вьщелени приведенной крутизны и сравнивающего блока 3, пол рность сигнала на выходе которого определ етс тем, кака из сравниваемых крутизн в момент сравнивани больше по абсолютной величине . .

С целью повьш1ени достоверности измерени за счет исключени или снижени веро тности ложных срабатьша- ний при уменьшении тока в силу причин , не св занных с возникновением режима короткого замыкани , например отключением одной из нагрузок

фидера, с помощью которого энерги подводитс к нескольким нагрузкам,

блок выделени приведенной производной , наход щийс в канале измерени рабочего тока в защищаемой электрической сети (блок 2) выполн етс указанным образом.

Принцип его работы заключаетс в том, что через каждые полпериода се

тевого напр жени предшествующее мак- симальное значение тока в сети (экстремальное ) с одного элемента запоминани стираетс (он возвращаетс в исходное состо ние), а на другом элементе запоминани записываетс . Таким образом, через каждые полпериода происходит уточнение существующего в сети максимального значени тока. Поэтому, когда на входе одновибра-- тора 16 по вл етс кома нда (или ин- формаци о команде) на включение или отключение нагрузки, и одновибратор 16, переход в неустойчивое состо - ние, разрывает с помощью размыкани

ключа 14 цепь управлени исполнитель-20 мент 29 запоминани .

ного органа 15 (на врем пребьгоани одновибратора 16 в неустойчивом состо нии ) , за это врем записанна в блоке 18 запоминани максимальна . величина тока в сети заведомо успеет уточнитьс в ту или иную сторону, и когда цепь.управлени исполнительного органа 15 замыкаетс , то возможность прохождени по ней ложного сигнала (из-за уменьшени величины рабочего тока в сети) будет фактически исключена.

Работает блок 18 запоминани макЭлемент 33 задержк 31 также, как элемент и нуль-орган 30, совм функцию нахождени эк

2 рицательной полуволны на вход блока 18 запо жени . В момент дости мума отрицательной по ходе нуль-органа 31 п

30 пульсный сигнал, кото на второй вход элемен ни , переводит его в ние, а на выходе элем нани остаетс и запо

симальных значений следующим образом, j мальное значение, пропорциональное

Напр жение, пропорциональное току в сети, с выхода датчика 1 тока непрерывно поступает на вход блока 2 выделени приведенной производной, а в ней на вход блока 18 запоминани 40 максимальных значений. При этом положительна полуволна указанного напр жени через диод 35 поступает на вход элемента 28 запоминани , на первый вход нуль-органа 30 и через эле- 45 вает непрерывное присутствие на вы- мент 32 задержки на второй вход нуль- ходе блока 18 запоминани сигналов, органа 30. Элемент 32 задержки и нуль- орган 30 совместно выполн ют функцию определени экстремума сигнала, поступившего на вход блока 18 запомина- 50 ки . В момент достижени максимал ьно- го (экстремального) значени положи тельной полуволны поступающего напр жени максимум этого напр жени записываетс на элементе 28 запомина-55 ментами аналогового запоминани и в НИН и одновременно импульсный сиг- течение второй четверти периода каж- нал с выхода нуль-органа 30 поступа- дого очередного полупериода на вы- ет на второй вход элемента 29 запо- ходах обоих элементов 28 и 29 запоминани , перевод его в исходное минани одновременно присутствуют

максимальному значению тока в сети, которое и поступает через разв зьшаю щий диод 38 на выход всего блока 18 запоминани максимальных значений-.

Это значение присутствует на выходе блока 18 запоминани также в те чение полупериода частоты сети. Далее циклы повтор ютс .

Предлагаемое изобретение обеспечи

пропорциональных максимальным значани м тока в сети, так как через раз- в зьтающий диод 37 (или 38) всегда протекает ток от максимального сигнала в любой данный момент времени, запирающий другой из этих диодов. Поэтому несмотр на то, что элементы 28 и 29 запоминани вл ютс эле}0

15

2251

состо ние. Сигнал же с выхода элемента 28 запоминани в качестве сигнала , пропорционального максимальному значению тока в сети, поступает через разв зывающий диод 37 на выход блока 18 запоминани максимальных значений в течение промежутка времени от положительного максимального значени , т.е. в течение полупе-- - риода.

При начале отрицательной полуволны напр жение, поступающее на вход блока 18 запоминани максимальных

значений, через диод 36 поступает уже на первый вход нуль-органа 31, элемент 33 задержки, на второй вход нуль-органа 31 и через инвертор 34 пол рности с коэффициентом передачи амплитуды, равным единице, на элеЭлемент 33 задержки и нуль-орган. 31 также, как элемент 32 задержки и нуль-орган 30, совместно выполн ют функцию нахождени экстремума, но отрицательной полуволны поступающего на вход блока 18 запоминани напр жени . В момент достижени экстремума отрицательной полуволной на выходе нуль-органа 31 по вл етс импульсный сигнал, который, поступа на второй вход элемента 28 запоминани , переводит его в исходное состо ние , а на выходе элемента 29 запоминани остаетс и запоминаетс (аксивает непрерывное присутствие на вы- ходе блока 18 запоминани сигналов, ентами аналогового запоминани и в ечение второй четверти периода каж- ого очередного полупериода на вы- одах обоих элементов 28 и 29 запоинани одновременно присутствуют

максимальному значению тока в сети, которое и поступает через разв зьшаю- щий диод 38 на выход всего блока 18 запоминани максимальных значений-.

Это значение присутствует на выходе блока 18 запоминани также в течение полупериода частоты сети. Далее циклы повтор ютс .

Предлагаемое изобретение обеспечивает непрерывное присутствие на вы- ходе блока 18 запоминани сигналов, ментами аналогового запоминани и в течение второй четверти периода каж- дого очередного полупериода на вы- ходах обоих элементов 28 и 29 запоминани одновременно присутствуют

пропорциональных максимальным значани м тока в сети, так как через раз- в зьтающий диод 37 (или 38) всегда протекает ток от максимального сигнала в любой данный момент времени, запирающий другой из этих диодов. Поэтому несмотр на то, что элементы 28 и 29 запоминани вл ютс эле9

напр жени (на одном - соответствующие максимальному, а на другом - мен ющиес в течение указанной четверти периода от минимального до максимального ), на выход блока 18 запоминани поступает только одно максимальное напр жение.

12

Введение, уставки переменной крутизны - генератора (формировател ) 5 эталонного тока дает возможность повысить быстродействие защиты, так как позвол ет практически мгновенно выдел ть начало режима короткого замыкани независимо от того в какой момент на каком участке восход щей и нисход щей ветви синусоиды рабочег тока сети возникло короткое замы-- канне.

Claims

Формула изобр етени

1. Устройство дл защиты однофазной электрической сети переменного тока от коротких замыканий, содержащее датчик тока, включаемый в защищаемую сеть, выход датчика тока со€ динен с входом синхронизатора, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ непосредственно, а с вторым его вхо

3.Устройство по П.1, отлич ющеес тем, что генератор эта лонного синусоидального тока выполнен в виде последовательно соединен ных формировател импульсов, тригге

дом через последовательно соединенные первый одновибратор и выключа- тель, управл емый вход исполнительного органа подключен к выходу ключа, 35 ра со счетным входом, конденсатора, второй одновибратор, логический элефильтра и фазовращател , при этом- . вход формировател импульсов вл ет с входом генератора эталонного синусоидального тока, а выход фазовра 4G щател - его выходом.

мент И, первый выход которого соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ, блок сравнени , отличающеес тем, что, с целью повышени быстродействи защиты, дополнительно введены генератор эталонного синусоидального тока, два блока вьщелени приведенной пронзводной , селектор сигналов положитель-j|5 хронизатора, второй вход заземлен.

ной пол рности, селектор сигналов отрицательной пол рности, второй логический -элемент ИЛИ, при этом точка соединени выхода синхронизатора, входа первого логического элемента ИЛИ и входа первого одн.-)вибратора соединена с входом генератора эталонного синусоидального тока, выход которого через первый блок выделени . приведенной производной подкл очен к первому входу блока сравнени , точка соединени выхода датчика тока и входа синхронизатора через второй блок выделени приведенной производной

а выход - выходом синхронизатора.

5. Устройство по П.1, отлич ющеес тем, что, с целью повы шени достоверности защиты за счет

50 исключени ложных срабатываний, бло запоминани максимальных значении содержит два элемента запоминани , два нуль-органа, два элемента задержки , инвертор пол рности и четыр

55 диода, при этом вход блока запомина ни максимальных значений через пер вый диод соединен с первым входом первого элемента запоминани , первы входом первого нуль-органа и через

fO

ЗО 8225110

подсоединена к второму входу блока сравнени , выход блока сравнени через селектор сигналов отрицательной пол рности подключен к второму входу логического элемента И, этот же выход через селектор сигналов поло- жительной пол рности соединен с вторым входом второго логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу логического элемента И, управл емый вход ключа через второй одно- вибратор подсоединен к выходу задат- чика команд на включение, а выход второго логического элемента ИЛИ под- f5 ключен к информационному входу ключа.

2,Устройство ПОП.1, отличающеес тем, что блок вьще лени приведенной производной содержит блок дифференцировани , блок за20 поминани максимальных значений,

блок делени , причем вход всего блока выделени приведенной производной через блок дифференцировани соединен с первым входом блока делени , а че25 рез блок запоминани максимальных значений - с вторым входом блока делени , выход которого вл етс выходом всего блока выделени приведенной производной.

3.Устройство по П.1, отличающеес тем, что генератор эталонного синусоидального тока выполнен в виде последовательно соединенных формировател импульсов, тригге , 35 ра со счетным входом, конденсатора, ра со счетным входом, конденсатора,

фильтра и фазовращател , при этом- вход формировател импульсов вл етс входом генератора эталонного синусоидального тока, а выход фазовра- щател - его выходом.

4. Устройство по П.1, отличающеес тем, что синхронизатор

выполнен в виде нуль-органа, первый вход которого вл етс входом сина выход - выходом синхронизатора.

5. Устройство по П.1, отличающеес тем, что, с целью повышени достоверности защиты за счет

исключени ложных срабатываний, блок запоминани максимальных значении содержит два элемента запоминани , два нуль-органа, два элемента задержки , инвертор пол рности и четыре

диода, при этом вход блока запоминани максимальных значений через первый диод соединен с первым входом первого элемента запоминани , первым входом первого нуль-органа и через

первый элемент задержки с вторым входом (входом возврата в исходное состо ние) второго элемента запоминани , первый вход которого соединен с выходом инвер тора пол рности, вход которого соединен с nepBbiM входом второго нуль-органа, непосредственно , через второй диод, включенный обратно первому диоду, со входом блока запоминани максимальных значений , а через второй элемент за

82251 2

держки - с вторым входом второго нуль-органа, выход которого соединен со вторым входом (входом возврата в исходное состо ние) первого ,5 элемента запоминани , выход которого через третий диод, также как и выход второго элемента запоминани через четвертьм диод, включенный согласно с третьим диодом, соединен с to выходом блока запоминани максималь- .ных значений.