SU762081A1

SU762081A1 - Способ защиты электрической сети переменного тока от тока короткого замыкания 1

Info

Publication number: SU762081A1
Application number: SU772545275A
Authority: SU
Inventors: Leonid N Karpilovskij
Original assignee: Leonid N Karpilovskij
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1977-11-21
Publication date: 1980-09-07

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области защиты электрических сетей от токов короткого замыкания.

Известен способ защиты электрических сетей от токов короткого замыкания, осно- 5 ванный на фиксации превышения допустимого предела тока в сети и отключения этой сети от источника электроэнергии [1]. Этот способ используется в автоматических воздушных выключателях. щ

Недостатками данного способа защиты являются низкая помехоустойчивость и невысокая надежность, так как при таком способе невозможно отличить начало режима короткого замыкания от пусковых то- 15 ков, которые возникают при подключении к сети двигателей и величина которых во много раз превосходит максимально допустимый ток в электрической сети.

Известен также способ защиты электри- 20 ческих сетей от токов короткого замыкания, основанный на определении приращения тока в сети за временные интервалы и отключении сети при превышении любым приращением наперед заданного допусти- 25 мого значения, используемый в комплекте защиты для выключателей АБЭ [2].

Недостатками такого способа также являются слабая.помехоустойчивость и невысокая надежность защиты, заключающаяся 30

2

в возможности срабатывания защиты при пусковых токах, возникающих при подключении к электрической сети двигателей, т. е. в большой вероятности ложных отключений сети.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ защиты электрической сети переменного тока от тока короткого замыкания, согласно которому выделяют сигналы, пропорциональные току и напряжению в электрической сети, сравнивают их по фазе, находят угол сдвига фаз между током и напряжением, определяют знак угла сдвига фаз, сравнивают с эталонной величиной сигнал, пропорциональный величине тока в сети, и в случае одновременного наличия сигнала о превышении током эталонной величины и определенном знаке угла сдвига фаз формируют сигнал на отключение защищаемой сети [3].

Однако по этому способу также невозможно отличить режим короткого замыкания от режима пускового тока.

При таком способе токовой направленной защиты используется информация о знаке угла сдвига фаз между током и напряжением в сети.

Для срабатывания реле направленной мощности необходимо, чтобы полярность

762081

3

(знак) угла сдвига фазы между током и напряжением поменялась на обратную.

Простое увеличение или уменьшение угла сдвига фаз (при сохранении им своего знака, существовавшего в предшествующий момент времени) к срабатыванию реле направленной мощности не ведет, т. е. эффекта не дает. Именно это обстоятельство не позволяет при применении способа отличать режим короткого замыкания от режима пускового тока двигателя, так как и в том и в другом случае угол сдвига фаз, как правило, не меняет своего знака, а только изменяет свою величину по сравнению с величиной, существовавшей в предшествующий момент времени.

Целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости путем исключения ложных срабатываний от пусковых токов.

Это достигается тем, что при осуществлении известного способа, согласно которому непрерывно измеряют величину тока в защищаемой линии, формируют параметр, зависящий от угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой сети, сравнивают измеренную величину и сформированный параметр соответственно с первой и второй эталонными величинами и формируют отключающий сигнал при отклонении обоих контролируемых величин от эталонных, измеряют приращение угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой линии в каждый текущий момент времени, а в качестве второй эталонной величины используют приращение угла сдвига фаз в предшествующий момент времени, причем формирование отключающего сигнала по второй величине осуществляют при превышении эталонной величиной контролируемого параметра.

Вместо измерения уровня тока в сети можно производить измерение производной тока в сети по времени, при этом все перечисленные действия остаются без изменения.

Обычно в режиме короткого замыкания происходит резкое возрастание полного тока в сети за счет увеличения преимущественно активной составляющей этого полного тока. Это объясняется тем, что режим короткого замыкания обусловлен либо уменьшением ниже допустимого уровня активной составляющей импеданса изоляции электрической сети, либо соединением фаз сети с помощью какого-либо металлического предмета, либо созданием пути для Тока, минуя предусмотренные нагрузки (потребители).

Как известно косинус угла сдвига фаз между током и напряжением в электрической сети определяется выражением:

4

где /поли — полный ток в сети;

Акт — активная составляющая полного тока;

/_р — реактивная составляющая полного тока.

При увеличении активной составляющей тока с05<р увеличится, следовательно угол φ уменьшится.

Если же будет включен двигатель, то изза преимущественно индуктивного характера нагрузки общая индуктивность сети уменьшится, вследствие этого возрастет преимущественно реактивная составляющая полного тока. Это приведет к тому, что созср уменьшится, а угол φ соответственно увеличится по сравнению с тем, который существовал до включения двигателя.

Таким образом, если непрерывно сравнивать между собой величину угла φ, существовавшую в каждый предшествующий момент времени, с величиной этого же угла ср в каждый последующий момент времени (или дифференцировать непрерывно эту величину), то при определении наличия изменения величины угла φ и нахождении направления этого изменения, можно различить между собой режимы пуска двигателя и короткого замыкания.

На чертеже изображена функциональная схема . устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство состоит из датчика 1 напряжения, датчика 2 тока, фазочувствительного блока 3, блока 4 определения направления изменения величины угла сдвига фаз между током и напряжением, блоком 5 уставки (определителя) полярности, блока 6 уставки уровня, логического элемента И 7, блока 8 отключения сети. В случае выполнения блока 6 уставки в виде уставки производной изменения тока в сети по времени в устройство между датчиком 2 тока и блоком 6 вводится дифференцирующий блок 9 (на фертеже показан пунктиром). Выход датчика 1 напряжения через последовательно соединенные фазочувствительный блок 3, блок 4, блок 5 уставки (определитель) полярности соединен с одним из входов логического элемента И 7, другой вход которого через блок 6 уставки уровня (и дифференцирующий блок 9 для упомянутого случая) соединен с выходом датчика 2 тока и параллельно со вторым входом фазочувствительного блока 3. Выход же элемента И 7 соединен с входом блока 8 отключения сети.

Работает устройство следующим образом.

Непрерывно с помощью датчиков 1 и 2 выделяют сигналы, пропорциональные величине напряжения и'тока в сети, и сравнивают их по фазе. Сигнал рассогласования с выхода фазочувствительного блока 3 пропорционален величине угла сдвига фаз между напряжением и током в сети. Этот

762081

5

сигнал непрерывно дифференцируют. При отсутствии в сети режима короткого замыкания и пусковых токов, вызванных подключением двигателей, величина угла сдвига фаз на выходе блока 3 будет постоянна, а на выходе блока 4 определения направления изменения величины угла сдвига фаз сигнал будет равен нулю.

При начале режима короткого замыкания величина угла сдвига фаз (и соответственно сигнала на выходе блока 3) начнет уменьшаться, что будет отмечено блоком 4, например, в виде появления на его выходе сигнала отрицательной полярности. Этот сигнал поступит на вход блока 5 уставки (определителя) полярности, который, например, может быть выполнен в виде порогового элемента, срабатывающего от сигнала отрицательной полярности. Сигнал с выхода блока 5 уставки (определителя) полярности поступит на вход логического элемента И 7. Если на другой вход логического элемента И 7 в это же время с выхода блока уставки, на вход которого поступает сигнал, пропорциональный величине тока в сети (либо скорости его изменения), поступит сигнал, несущий информацию о том, что величина тока в сети (либо величина производной изменения тока в сети по времени) превысила допустимый уровень, то на выходе элемента И 7 появится сигнал, который, поступив на вход блока 8 отключения, вызовет отключение сети.

Если увеличение тока в сети, сигнал о чем с датчика 2 тока через блок 6 уставки поступит на второй вход элемента И 7, произойдет в результате появления пусковых токов при включении двигателей, то сигнал на первый вход элемента И 7 не поступит.

Это объясняется тем, что при включении двигателя угол сдвига фаз (и сигнал на выходе фазочувствительного блока 3) увеличится, что приведет к появлению на выходе блока 4 сигнала, например, положительной полярности.

Блок 5 уставки (определитель) полярности не отреагирует на этот сигнал, поэтому на первый вход элемента И 7 сигнал не поступит, а это приведет к тому, что не появится сигнал на выходе элемента И 7 и на входе блока 8 отключения. Отключения сети не произойдет.

Таким образом, предложенный способ исключает возможность ложных срабатываний защиты под влиянием пусковых токов, величина которых может во много раз

превосходить токи нормального режима, и в то же время обеспечивает отключение сети в случае возникновения режима короткого замыкания.

Это означает, что помехоустойчивость и надежность функционирования защиты значительно повышены.

Научно-технический эффект от предложенного способа весьма значителен, так как исключение ложных срабатываний защиты обеспечивает нормальное функционирование электрической сети (системы) и бесперебойное обеспечение потребителей энергией, а также повышает долговечность использования устройств отключения (расцепителей), так как сохраняет их моторесурс. Кроме того, общее уменьшение коммутаций в сети уменьшает интенсивность (и количество) изучаемых помех, что повышает надежность функционирования радиоустройств и другой аппаратуры.

Claims

Формула изобретения

Способ защиты электрической сети переменного тока от тока короткого замыкания, по которому непрерывно измеряют величину тока в защищаемой линии, формируют параметр, зависящий от угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой сети, сравнивают измеренную величину и сформированный параметр соответственно с первой и второй эталонными величинами и формируют . отключающий сигнал при отклонении обоих контролируемых величин от эталонных, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем исключения ложных срабатываний от пусковых токов, измеряют приращение угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой линии в каждый текущий момент времени, а в качестве второй эталонной величины используют приращение угла сдвига фаз в предшествующий момент времени, причем формирование отключающего сигнала по второй величине осуществляют при превышении эталонной величиной контролируемого параметра.