SU748632A1 - Устройство дл селективной сигнализации замыкани на землю в компенсированной и некомпенсированной сет х - Google Patents

Description

Изобретение относится к области релейной защиты, а именно к устройствам для селективной сигнализации замыканий на землю в компенсированных и некомпенсированных сетях.

Известны устройства подобного назначения, основанные на использовании принципа сравнения амплитудных значений переходных токов в присоединениях [1].

Основным недостатком подобных устройств является возможность неправильной работы фиксации поврежденного присоединения с наи- ¹ большей амплитудой тока при несинхронности или несинфазности напряжений на входах схемы сравнения, возникающих за счет различия частот и фаз переходных токов в поврежденном и неповрежденных присоединениях, а также за счет погрешностей преобразования токов в напряжения на входах схемы сравнения при наличии на присоединениях трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП) разных типов или неодинаковом числе однотипных (ТТНП), когда в отдельные моменты времени (в том числе и в начальный момент времени) мгновенные значения напряже2 ний на входах схемы сравнения, подключенных к неповрежденным присоединениям, могут быть больше, чем на входе, подключенном к поврежденному присоединению.

Известно устройство в котором применен специальный амплитудный дискриминатор, выполненный на магнитно-диодных дискретных элементах, обеспечивающий выбор входа с наибольшей амплитудой независимо от различия частот и фаз токов в присоединениях, а также типа и числа ТТНП на присоединениях [2].

Основным недостатком устройства является невысокая технологичность, а также относительно высокие сложность и стоимость его изготовления, обусловленные применением большого числа малотехнологичных намоточных изделий — трансформаторов на сердечниках с ППГ с большим числом обмоток. Указанные недостатки ограничивают возможности серийного изготовления данного устройства.

В устройстве, применяющем запоминающие (конденсаторы, формирующие на входах схемы I сравнения импульсы напряжения одинаковой формы 'с амплитудой, пропорциональной амплитуде тока в данном присоединении, обес печивается высокая устойчивость функционирования при любых искажениях формы входных сигналов [3].

Недостатками этого устройства являктся наличие электромеханического шагового искателя, имеющего недостаточный для- устройства релейной защиты диапазон рабочих температур от +15°С до +35°С, возможность неправильных действий устройства при перемещающихся замыканиях на землю (когда напряжения на запоминающих конденсаторах могут изменяться в течение времени работы шагового искателя), невозможность универсального конструктивного выполнения устройства, пригодного для использования как на объектах с ⁴ малым, так и с большим числом присоединений. Указанные недостатки ограничивают возможность широкого применения данного устройства. Известно также устройство, основанное на принципе сравнения амплитудных значений токов в присоединениях, содержащее запоминающие конденсаторы, подключенные через ^: ’ диоды или'· выпрямительные мосты к вторичным обмоткам ТТНП, схему сравнения напряжений на запоминающих конденсаторах в виде максиселектора на диодах, включенных по схеме ИЛИ на общее запирающее (блокирующее) сопротивление, реагирующие элементы, обладающие памятью, включенные последова' тельно с диодами максиселектора, и пусковой орган, коммутирующий цепь разряда запоминающих конденсаторов, включенный на напряжение нулевой послёдовательности 3U_O Оно отличается высокой устойчивостью функционирования при любых искажениях формы входных сигналов за счет применения запоминающих конденсаторов, простотой схемы, относительно высокой технологичностью, большим диапазоном рабочих температур [4].

. Недостатком указанного устройства является последовательное включение «реагирующих элементов с диодами схемы сравнения-максиселектора, что ограничивает область устойчивой работы и чувствительность. Это объясняется тем, что при последовательном включении реагирующих элементов минимальная разность напряжений на запоминающих конденсаторах Д и_ср при которой устройство срабатывает, существенно зависит от соотношения между величинами общего блокирующего сопротивления Z и внутренними сопротивлениями реагирующих элементов . Для получения малых ди_ср._ммм. необходимых : для получения широкой области устойчивой работы, необходимо иметь приводит к снижению чувствительности уст’ ройства, определяемой минимальным значением напряжения на запоминающем конденсаторе поврежденного элемента й_ср._мин при котором устройство срабатывает. Удовлетворить ₅ противоречивые требования получения одновременно малых a. U_cp ,_Мин и при последовательном включении реагирующих элементов в цепи максиселектора практически трудно. Другим недостатком этого устройства ' Ю является использование тиристоров в неспецифических для них, но характерных для устройств, выполненных на данном принципе, режимах большой кратности входного сигнала, когда без специальных мер, отсутствующих 15 в схеме данного устройства, не могут быть выполнены одновременно условие надежного включения тиристора при минимальном напряжении на запоминающем конденсаторе и условие непревышенйя предельно допустимых для 20 тиристора параметров по цепи управляющего электрода при максимально возможном напряжении на запоминающем конденсаторе. Поэтому данное устройство может обеспечить надежную работу только при небольшой кратности 25 входного сигнала. Эти недостатки уменьшает область устойчивой работы устройства, его чувствительность и надежность и тем самым ' ограничивают область его возможного применения.

.Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее включенные в каждое присоединение трансформаторы тока нулевой последовательности, вторичные обмотки которых подключены через согласующие элементы и выпрямительные мосты по входам максиселектора на диодах подключенных по схеме ИЛИ к запоминающим конденсаторам, компаратор, по числу, присоединений, реагирующие элементы обладающие памятью, подклю40 ченный к трансформатору напряжения нулевой последовательности пусковой орган с выходными элементами (5].

Однако наличие в нем полупроводниковых ключей, которые управляются распределителем, ⁴⁵ питаемым тактовыми импульсами от генератора, схем совпадения усложняет устройство, Понижает надежность его работы и быстродействие.

Цель изобретения - упрощение, расширение ⁵⁰ области устойчивой работы, повышения быстродействия и надежности.

Эта цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее включенные в каждое присоединение трансформаторы тока нулевой последовательности, вторичные обмотки которых подключены через согласующие элементы и выпрямительные мосты по входам максиселектора на диодах, подключенных по схеме ИЛИ к запоминающим конденсаторам, компаратор, по чисЛу присоединений реагирующие элементы, обладающие памятью, и подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности пусковой орган с выходными элементами, введены дополнительные компараторы по числу присоединений, выполненные на операционных усилителей постоянного тока, при этом одни из входов этих усилителей подключены к плюсовым выводам соответствующих запоминающих конденсаторов, другие входы ’ объединены и подключены к выходу вновь введенного эмиттерного повторителя, вход которого через первый выходной элемент пускового органа подключен к выходу максиселектора, причем выходы операционных усилителей постоянного тока через вновь введенные соответствующие диоды и второй выходной элемент пускового органа подключены к упомянутым реагирующим органам.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства для селективной сигнализации замыканий на землю; на фиг. 2временные диаграммы.

¹ Устройство состоит из идентичных для каждого присоединения узлов. Каждый узел включает согласующий элемент 1, подключенный к ΤΊΉΠ 2, выпрямительный мост 3, запоминающий конденсатор 4, диод 5, компаратор напряжения на операционном усилителе постоянного тока 6, диод 7, реагирующий элемент 8, обладающий памятью (например, тиристор, триггер и т.п.). Диоды 5, подключенные по схеме ИЛИ к плюсовым выводам запоминающих конденсаторов 4, вместе с общим блокирующим конденсатором 9, шунтированным большим разрядным сопротивлением 10, образуют максиселектор, обеспечивающий выбор' и выделение На конденсаторе 9 наибольшего из напряжений на запоминающих конденсаторах. Диоды 7 обеспечивают направленность действия реагирующих элементов 8. Общими элементами для всех узлов являются: пусковой орган, выполненный, например, . в виде реле Ис контактами 12 и 13, включенного через выпрямительный мост 14 и активно-емкостный контур 15 и 16 на напряжение 3 Ό_ο , и эмиттерный повторитель выполненный на составном транзисторе 17 и 18 с сопротивлением в цепи эмиттера 19.

Устройство работает следующим образом. При замыкании на землю запоминающие конденсаторы 4 заряжаются до напряжений, _; пропорциональных амплитудам токов в присоединениях, а конденсатор 9 через диоды 5 до~ напряжения

Up* 9 ' /

748632 6 s WeUmoix максимальное из напряжений на запоминающих конденсаторах;

Ед — падение напряжения на диоде , 5.

После заряда конденсаторов 4 и 9 срабатывает пусковой орган (собственное время срабатывания реле 11 значительно, больше, времени заряда конденсаторов 4 и 9) и замыкает сначала контакт 12, а затем 13 (что нетрудно обеспечить соответствующей регулировкой контактов реле). При замыкании контакта 12 коденсаторы 4 начнут разряжаться через входные сопротивления операционных усилителей 6, а конденсатор 9 - через большое входное сопротивление эмиттерного повторителя R (^40 повт·')

Пусть, например,

Ϊ 10 вх повт (2) где напряжения на запоминающих конденсаторах, подключенных соответственно к присоединениям 1,2,..., П.

Напряжение на выходе эмиттерного повторителя (учитывая, что коэффициент передачи по напряжению повторителя на составном транзисторе близок к 1)

Чык.повтТЧ Чтсих (3)

Знак сигнала на выходе операционного усилителя постоянного тока определяется знаком разности напряжений, поданных на его входы. С учетом этого и соотношений (2) и (3) при подаче напряжения U_{Bb| пО0т} например, на инвертирующие входы, а напряжений 1Д|,и_г1...и_п на неинвертирующие входы операционных усилителей •⁵‘г^ПивЫЧ.Г⁵^^П(^и4^ивЫХ.ПО_вТ>^пЬд , Чы^³'^ (^υΐ^υΒΒ,χ.ποβτ>.³'&^η(^υ2·^υ?9. Чых. γΓ^ώ’^·^π(4~ ^ивь».ч.поет5*

Если достаточно мало, что нетрудно обеспечить выбором соответствующего типа диодов 5, и U_{4 а} то В1#г>и_вых=+ 1, asVgnO_BblKi = 1, т.е. на выходе операционного усилителя, подключенного к поврежденному присоединению, появится напряжение положительного знака, а на выходах операционных усилителей, подключенных к неповрежденным присоединениям, напряжения отрицательного знака. Появление напряжения положительного знака приводит к сраба(тыванию реагирующего элемента 8 данного присоединения. ,

Так как блокирующий конденсатор 9 подключен к входам операционных усилителей 6 через змиттерный повторитель, обладающий большим входным сопротивлением R повтор. (для увеличения ^_вХповт змиттерный повто- 5 ритель выполнен на составном транзисторе), то конденсатор 9 разряжается медленнее, чем запоминающие конденсаторы 4 (фиг. 2,а). Этим обеспечивается сохранение на выходах операционных усилителей, подключенных к неповре- 10 жденным присоединениям, напряжения отрицательного знака до момента возврата пускового органа (фиг. 2,6) и реагирующие элементы неповрежденных присоединений сработать не могут. ' 15

Конденсатор 15, включенный последовательно с обмоткой реле 11 пускового органа, обеспечивает его автоматический возврат спустя заданное время как при кратковременных, так и при устойчивых замыканиях на землю. Со- ²⁰ противление 10 обеспечивает полный разряд конденсаторов 4 и 9, а сопротивление 16 разряд конденсатора 15 и тем самым возврат схемы устройства в исходное состояние.

Таким образом, в предлагаемом устройстве ²³ величины ли ср. мин. ^и ^ср.мим зависят только от величины, бд , которое может быть обеспечено сколь угодно малым, и от чувствительно операционных усилителей постоянного тока. Последняя же, как известно, ^0 очень высока, особенно у.операционных усилителей постоянного тока, выполненных на интегральных микросхемах. Операционные усилители постоянного тока предназначены для работы в условиях большой кратности входного ³⁵ сигнала, что соответствует специфике работы устройств сравнения токов в присоединениях и позволяет обеспечить высокую надежность их работы на различных объектах независимо „ 40 от числа присоединении, их протяженности, числа и типа ТТНП на присоединениях.

Claims (5)

1. . 3 формы с амплитудой, пропорциональной амплитуде тока в данном присоединении, обес печиваетс  высока  устойчивость функционировани  при любых искажени х формы входнь1Х сигналов 3. Недостатками этого устройства  вл {отс  наличие эйектромеханйчёскоГо шаГЬйЬго Искател , имеющего недостаточный дл - устройства релейной защиты диапазон рабочих температур от +15°С до +35°С, возможность неправил ных действий устройства при перемещающихс  замыкани х на землю (когда напр жени  на запоминающих конденсаторах могут измен тьс  в течение времени работы щагового искател ), невозМо5 сность универсального конструкт1шного выполнени  устройства, пригодного дл  использовани  как на объектах с малым, так и с большим числом присоединени Указй1НЬ1е недостатки ограничивают возможность Широкого применени  данного устройств Известно также устройство, основанное на принципе сравнени  амплитудных значений токов в присоединени х, содержащее запоминающие конденсаторы, подключенные через -Жодь или вьшр мительные мосты к вторичИым обмоткам ТТНП, схему сравнени  напр жений на запомгшающих конденсаторах в виде Максйселёктора на диодах, включенных по схеме ИЛИ на общее запирающее (блокирующее ) сопротивление, реагирующие элементы, обладающие пам тью, включенные последовагельно с диодами максиселектора, и пусковой орган, коммутирующий цепь разр да запоминающих конденсаторов, включенный на напр жение нулевой последовательности 3Uo . Оно отличаетс  высокой устойчивостью функционировани  при любых искажени х фо мы входных сигналов за Счет применени  запоминающих конденсаторов, простотой схемы относительно высокой технологичностью, большим диапазоном рабочих температур 4 . Недостатком указанного устройства  вл етс последовательное включение «реагирующих элементов с диодами схемы сравнени -макси селектора, что ограничивает область устойчивой работы И чувствительность. Это объ сн егс  тем, что при последовательном включении реагирующих злементой минимальна  разность напр жений на запоминающих конденсаторах Д UCP у,ц при которой устройство срабатывает , существенно зависит от соотнощени  между величинами общего блокирующего сопротивлени  Z сГд и внутренними сопротивлени ми реагирующих элементов вц . Дл  получени  малых AUcp.мин необходимых дл  получени  щирокой области устойчивой работы, необходимо иметь .2 что приводит к снижению чувствительности устройства , определ емой минимальным значением напр жени  на запоминающем конденсаторе поврежденного элемента .MHH Р котором устройство срабатывает. Удовлетворить противоречивые требовани  получени  одновременно малых U. и.р .мин ч JcF..мин. при последовательном включении реагирующих элементов в цепи максиселектора практически трудно. Другим недостатком этого устройства  вл етс  использование тиристоров в неспецифических дл  них, но характерных дл  уст- ройств, выполненных на данном принципе, режимах больщой кратности вхрдного сигнала, когда без специальных мер, отсутствующих в схеме данного устройства, не могут бьт вьшолнены одновременно условие надежного включени  тиристора при минимальном напр жении на запоминающем конденсаторе и условие непревьпцени  предельно допустимых дл  тиристора параметров по цепи управл ющего электрода при максимально возможном напр жении на запоминающем конденсаторе. Поэтому данное устройство может обеспечить надеж ную работу только при небольщой кратности входного сигнала. Эти недостатки уменьщает область устойчивой работы устройства, его чувствительность и надежн.ость и тем самым ограничивают область его возможного применени . I Наиболее близким по технической сущности  вл етс  устройство, содержащее включенные в каждое присоединение трансформаторы тока нулевой последовательности, вторичные обмотки которых подключены через согласующие элементы и выпр мительные мосты по входам максиселейтора на диодах подключенных по схеме ИЛИ к запоминающим конденсаторам, компаратор, по числу, присоединений, реагирую1цие элементы обладающие пам тью, подключенный к трансформатору напр жени  нулевой последовадельности пусковой орган с выходными элементами 15. Однако Наличие в нем полупроводниковых ключей, которые управл ютс  распределителем, питаемым тактовыми импульсами от генератора , схем совпадени  усложн ет устройство, Понижает надежность его работы и быстродействие . Цель изобретени  -- упрощение, расширение области устойчивой работы, повьшгени  быстродействи  и надежности. Эта цель достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее включенные в каждое присоединение трансформаторы тока нулевой последовательности, вторичные обмотки которых подклюЧеШ через согласующие элементы и выпр мительные мосты по входам максиселектора на диодах, подключенных по схеме ИЛИ К запоминающим конденсаторам, компаратор, по чисЛу присоединений реагирующие элементы , обладающие пам тью, и подключенный к трансформатору напр жени  нулевой послед вательности пусковой орган с выходными элементами, введены дополнительные компара торы по числу присоединений, выполненные на операционных усилителей посто нного тока при этом одни из входов этих усилителей подключены к плюсовым выводам соответствующих запоминающих конденсаторов, други входы объединены и подключены к выходу вновь введенного эмиттерного повторител , вход которого через первый выходной элемен пускового органа подключен к выходу макси селектора, причем выходы операционных усилителей посто нного тока через вновь введенные соответствующие диоды и второй выходной элемент пускового органа подключены к упом нутым реагирующим органам. На фиг. 1 приведена принципиальна  схема предлагаемого устройства дл  селективной сигнализации замьшаний на землю; на фиг. 2 временные диаграммы. Устройство состоит из идентичных дл  каж дого присоединени  узлов. Каждый узел включает согласующий элемент 1, подключенный к ТТНП 2, выпр мительный мост 3, запоминающий конденсатор 4, диод 5, компаратор напр жени  на операционном усилителе посто нного тока 6, диод 7, реагирующий элемент 8, обладающий пам тью (например, тиристор, триггер и т.п.). Диоды 5, подключенные по схеме ИЛИ к плюсовым выводам запоминающих конденсаторов 4, вместе с общим блокирующим конденсатором 9, шунтированным больщим разр дным сопротивлением 10, образуют максиселектор, обеспечивающий выбор и вьщеление На конденсаторе 9 наибольшего из напр жений на запоминающих конденсаторах. Диоды 7 обеспечивают направ ленность действи  реагирующих элементов 8. Общими элементами дл  всех узлов  Ьл ютс : пусковой орган, выполненный, например в виде реле 11 с контактами 12 и 13, включенного через выпр мительный мост 14 и активно-емкостный контур 15 и 16 на напр жение 3 UQ , и эмиттерный повторитель выполненный на составном транзисторе 17 и 18 с сопротивлением в цепи эмиттера 19. Устройство работает следующим образом. При замыкании на землю запоминающие конденсаторы 4 зар жаютс  до напр жений, пропорциональных амплитудам токов в присое динеии х, а конденсатор 9 через диоды 5 до напр жени  Jo UMa%- WeUpnoix максимальное из напр жений на запоминающих конденсаторах; 2 - падение напр жени  на диоде.5. После зар да конденсаторов 4 и 9 срабатывает пусковой орган (собственное врем  срабатывани  реле 11 значительно, больше времени зар да конденсаторов 4 и 9) и замыкает сначала контакт 12, а затем 13 (что нетрудно обеспечить соответствующей регулировкой контактов реле). При замь1кании контакта 12 коденсаторы 4 начнут разр жатьс  через входные сопротивлени  операционных усилителей 6, а конденсатор 9 - через большое входное сопротивление эмиттерного повторител  R ВХ. поет Пусть, например, . гдеи,и,..и напр жени  на зшомннающих конденсаторах, подключенных соответственно к присоединени м 1,2,..., Г). Напр жение на выходе эмиттерного повторител  (учитыва , что коэффициент передачи по напр жению повторител  на составном транзисторе близок к 1) Ш. Знак сигнала на выходе операционного усилител  nocTOJHtHoro тока определ етс  знаком разности напр жений, поданных на его входы, С учетом этого и соотношений (2) и (3) при подаче напр жени  Ug,(| ,0 например, на инвертирующие входы, а напр жений U,U,j,,,.Un на неинвертирующие входы операционных усилителей .Jвы.,x. , . (.aoвт),e(u.,g), ,V.(rfJeb, ,9п(),(Л Если It п достаточно мало, что нетрудно обеспечить выбором соответствующего типа диоов 5, и ° sVgrnUaj,, . 1. т.е. на ыходе операционного усилител , подключеного к поврежденному присоединению, по витс  напр жение положительного знака, а на вь1одах операционных усилителей, подключенных неповрежденным присоединени м, напр жеи  отрицательного знака. По вление напр жеи  положительного знака приводит к срабаыванию реагирующего элемента 8 данного рисоединени . 77 Так как блокирующий ковдеисатор 9 подключен к входам операционных усилителей 6 через змиттерный повторитель, обладающий бо шим входным сопротивлением КВУПОВТОР. (дл  увеличени  виповт повторитель выполнен на составном транзисторе), то конденсатор 9 разр жаетс  медленнее, чем запоминающие конденсаторы 4 (фиг. 2,а). Эти обеспечиваетс  сохранение на выходах операционных усилителей, подключенных к неповре жденньпй присоединени м, напр жени  отрицательного знака до момента возврата пускового органа (фиг. 2,5) и реагирующие элементы неповрежденных присоединений сработать не могут. Конденсатор 15, включенный последовательн с обмоткой реле 11 пускового органа, обеспечивает его автоматический возврат спуст  заданное врем  как при кратковременных, так и при устойчивых замыкани х на землю. Сопротивление 10 обеспечивает полный разр д конденсаторов 4 и 9, а сопротивление 16 разр д конденсатора 15 и тем самым возврат схемы устройства в исходное состо ние. Таким образом, в предлагаемом устройстве величины л и ср. NAM и. иЬср.мии завис т только от величины, бд , которое может быть обеспечено сколь угодно малым, и от чувствительно операционных усилителей посто нного тока. Последн   же, как известно очень высока, особенно у . операционных усилителей посто нного тока, выполненных на интегральных микросхемах. Операционные уси лители посто нного тока предназначены дл  работы в услови х больщой кратности входно сигнала, что соответствует специфике работы устройств сравнени  токов в присоединени х и позвол ет обеспечить высокую надежность их работы на различных объектах независимо от числа присоединений, их прот женности, чи ла и типа ТТНП на присоединени х. Формула изобретени  Устройство.дл  селективной сигнализации замыкани  на землю в компенсированной и некомпенсированной сет х, основанное на параллельном сравнении амплитуд токов в присоединени х, содержащее включенные в каждое присоединение трансформаторы тока нулевой последовательности, вторичные обмотки которых подключены через согласующие злементы и выпр мительные мОсты ко входам максиселектора на диодах, подключенных по схеме ИЛИ к запоминающим конденсаторам, компаратор , .по числу присоединений реагирующие элементы , обладающие пам тью, и подключенный . к трансформатору напр жени  нулевой последовательности пусковой орган с выходными элементами, отличающеес  тем, что, с целью упрощени , расщирени  области устойчивой работы, повышени  быстродействи  и надежности, введены дополнитс.тьные компараторы по числу присоединений, выполненные на операционных усилител х посто нного тока, при этом одни из входов этих усилителей подключены к полюсовым выводам соответствующих запоминающих конденсаторов, тогда как другие объединены и подключены к выходу вновь введенного эмиттерного повторител , вход которого через первый выходной элемент пускового органа подключен к выходу максиселектора, причем выходы операционных усетителей посто нного тока через вновь введенные соответствующие диоды и второй выходной элемент пускового органа подключены к утгом нутым реагирующим органам. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 319990, кл. Н 02 Н 3/28, 1966.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 370691, кл. Н 02 Н 3/16, 1970.
3. 3.Авторское свидетельство СССР N° 162208, кл. Н 02 Н 3/16, 1961.
4. 4.Авторское свидетельство СССР № 419815, кл. G 01 R 31/02, 1972.. .
5. 5. Авторское свидетельство СССР по за вке . № 2064118, кл. Н 02 Н 3/16, 1974.

   748632

   йб;х.4

   WSwx.n.