Устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока

Устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистическим

Республик (и):,М 005236 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.12.8«(21) 3364118/24-07 (53)M. Кл.

Н 02Н 3/17 с присоединением заявки М

Гееударатвеннм1 квинтет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.83. Бюллетень Ма «О

Дата опубликования описания- 15.03.83 вв делам нзебветеннй н вткрнтнй (53) УДl(62«.316.925 (088.8) (72) Авторы изобретения

t

В. В. Бурыкин, В. А, Саветтьев и Г. М. Павлов т

Ивановский ордена Знак Почета" энергетическиий=ййституи -- -- .( им. В. И. Ленина (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛИ

B СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для осуществления зашиты ог замыканий на землю и непрерывного контроля состояния изоляции высоковольтного оборудования элект5 роустановок с большим числом присоединений в сетях с изолированной нейгралью, например собственных нужд 6-10 кВ блочных электростанций, распределительных устройств генерагорного напряжения со сборными шинами, потребителей

6-10 кВ понизительных подстанций и т. п.

Известно устройство для защиты статора синхронного генератора, рабогающего в блохе с трансформатором, от замыканий на корпус, работа которого основана на принципе наложения постоянного контрольного напряжения. Устройство име» ет стопроцентную зону эащиты, .и позволяет количественно по показаниям 2о измерительного прибора, включенного последовательно с источником постоянного тока, оценить суммагорную величину сопротивления изоляции обмотки сгагора генератора, обмоток генера горного напряжения блочного трансформатора, трансфор матора собственных нужд, измерительных трансформаторов напряжения, гокопрово»дов генераторного напряжения 3 1).

Недостатком этого устройства является неселекгивность, а именно, невозможность определения, в каком именно из контролируемых присоединений произошло замыкание на землю (в статоре генератора, в трансформаторе нацряження, в трансформаторе собственных нужд или в блочном трансформаторе) . невозможность также по отдельности для каждого из присоединений количественно оценить состояние изоляции.

Известно также устройство содержащее трансформатор тока со встроенным в сердечник датчиком Холла для управления и измерительным прибором. При подключении исполнительного органа устройство позволяет осуществить функцию завлиты (2).

3 10052

Однако это устройство не позволяет контролировать качество изоляции в процессе эксплуатации того или иного присоединения защищаемой сети, в частности абсорбционные характеристики.

Белью изобретения является расширение функциональных возможностей путем контроля абсорбционных характеристик сопротивлений.

Поставленная цель, достигается тем, что в устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока, содержащее источник постоянного тока, подключенный через дроссель параллельно разделительному конденсатору, включенному последовательно с первичной обмог. кой трансформатора напряжения между землей и фазами защищаемой сети, измерительный прибор, а также на каждом контролируемом присоединении сети транс- о форматор тока нулевой последовательности, вторичная обмотка которого подключена к исполнительному органу, причем в магнигопровод трансформатора тока нулевой последовательности встроен датчик Холла, токовый выход которого через регулировочный резистор подключен к источнику управляющего тока, а потенциальный выход — к усилителю, введены блок фильтрации постоянной составляющей, блок квантования тока по уровню, а также счетчик и сигнальные элементы, число которых определяется числом уровней кван.тования, причем вход блока фильтрации постоянной составляющей подключен к выходу усилителя, а выход — к иэмеритель15 ному прибору и входу блока квантования тока по уровню, сигнальные выходы которого подключены к входам сигнальных элементов, а счетные — к входам счетчиков.

При атом блок квантования тока по уровню содержит входные пороговые элементы для каждого уровня квантования, выходы которых подключены к сигнальным выходам блока квантования тока по уровню, и логические элементы И, у каждого из которых первый вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй — к выходу соответствующего входного порогового элеМента, а выход— к счетному выходу блока квантования тока по уровню, причем третий вход каждого, кроме первого, логического элемента И через логический элемент НЕ подключен к выходу смежного входного порогового элемента.

При атом блок фильтрации постоянной составляющей содержит дополнитель36 4 ную вторичную обмотку трансформатора тока нулевой последовательности, подключенную через дополнительный усилитель и фазовращатель к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу основцого усилителя, а выход сумматора подключен к частотному фильтру постоянной составляющей.

На фиг. 1 приведен один из возможных вариантов выполнения устройства; на фиг. 2 — вариант выполнения блока. фильтрации.

Источник 1 постоянного тока разделительным дросселем 2 и конденсатором 3 подключен между землей и нейгралью первичной обмотки трансформатора напряжения 4-, От системы сборных шин 5 питаются все присоединения,На фиг. 1 показа.

t но только одно присоединение - электродвигатель 6, подключенный через выключатель 7. Все три фазы двигателя 6 oxsaчены магнитопроводом 8 трансформатора тока нулевой последовательности (дан в разрезе) со вторичной обмоткой 9, к которой подключен исполнительный орган 10 сигнализации замыкания на землю. B магнитопроводе 8 размещен датчик Холла 11, токовые выводы которого через резистор подключены к источнику управ% ляюшего тока (< g ) 12. Потенциальные выводы датчика Холла через усилитель

13 и блок фильтрации 14 постоянной составляющей подключены ко входу блока квантования 15 гока по уровню и измерительному прибору 16, проградуированному в единицах сопротивления.. К сигнальным выходам блока квантования 15 пс@ключены сигнальные (или отключающие) элементы 17-20, а к счетным - счетчик 21-24. Н& фиг. 1 раскрыт один из возможных вариантов реализации блока квантования 15, содержащий пороговые элементы 25-28 с различными напряжениями срабатывания, 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 составляющие: переменную частотой 50 Гц и постоянную, определяемую постоянным током утечки. через изоляцию присоединения от источника L постоянного контрольного напряжения. Соответственно, на потенциальных выводах датчика Холла 11 появляется напряжение, содержащее две составляющие:переменную частотой 50 Гц и постоянную, которая пропорциональна ин5 10052 дукции постоянного магнитного тока. .Пля подавления переменной составляющей на выходе датчик Холла служит фильтр

l4, на выходе которого напряжение опре-. деляется только индукцией постоянного магнитного потока, т. е.в конечном итоге, постоянным .током утечки через изоляцию присоединения. Измерительный прибор 16 (вольтметр) при постоянстве нап,ряжения источника 1 (он может быть 1о выполнен стабилизированным) проградуирован в единицах сопротивления, т. е. показания измерительного прибора 16 чозволяют количественно судить о текущем значении величины сопротивления изоляции каждого из присоединений по отдельности. При этом осуществляется непрерывный контроль. Пороговые элементы 25-28 имеют различные напряжения срабатывания. От элемента 25 к 20 элементу 28 напряжения срабатывания уменьшаются. К выходам пороговых . элементов 25-28 подключены сигнальные (или отключающие) элементы 1720, каждый из которых фиксирует дости- 25 жение величиной сопротивления изоляции установленного уровня. Таким образом, с помощью сигнальных элементов 17 20 осуществляется более грубый (ступенчатый) контроль сопротивления изоля- Зй пии по заранее установленным уровням.

Для контроля времени работы каждого из присоединений с тем или иным уровнем сопротивления изоляции, т. е. для формирования гистограмм по величине сопротивления изоляции, служат логические элементы HE 29-31 и И 32-35, генератор тактовых импульсов 36 и счетчики

2l-24, Гистограммы формируются следующим образом. Пусть, например, сопротивление изоляции присоединения относительно велико и сработал только один пороговой элемент

28, что привело к появлению сигнала на одном входе логического элемента И 35.

На другом входе логического элемента

И 35 также присутствует сигнал с выхода логического элемента НЕ 31, поскольку пороговый элемент 27 не сработал при выбранном для примера значении сопротивления изоляции. Как только генератор так товых импульсов 36 подаст тактовый сигнал на третий вход логического элемента

И 35, появится сигнал на выходе логического элемента И 35 и счетчик 24 сработает и зафиксирует первый интервал времени работы присоединения с соответствующим уровнем сопротивления изоляции;

Если далее сопротивление изоляции при36 б соещптения в процессе эксплуатапии не меняется, ro счетчик 24 каждый раэ с появлением, тактового импульса срабатывает и его показания будут пропорциональны времени работы присоединения с соответствующим уровнем сопротивления изоляции. Интервал времени между импульсами может бысть выбран при необходимости любым (or секунд до минут и часов).

Если же в процессе эксплуатации сопротивление изоляции уменьшится, т. е. например, кроме порогового элемента 28 срабатывает еше пороговый элемент 27, то на выходе логического элемента И 35 сигнал исчезает и счетчик 24 далее работать не будет, а счетчик 23 начнет фиксировать время работы присоединения с новым уровнем сопротивления изоляции.

Помимо защиты от замыканий на зем- . лю, контроля эа текущим значением сопротивления изоляции, формирования гистограмм по величине сопротивления устройсво позволяет также получить коэффициент абсорбции. действительно, для каждого иэ контролируемых присоединений можно по измерительному прибору 16 определить величины сопротивления изоляции через

15 и 60 с после подачи нацряження источником 1. Отношение этих замеров, КаК известно, дает коэффициент абсорбции, В некоторых случаях оказывается необходимым дополнительно уменьшить уровень переменной составляющей на входе пороговых элементов 25-28. С этой целью (фиг. 2) на магнитопроводе

8 трансформатора тока нулевой последовательности размещена дополнительная обмотка 37 связанная через чополнительный усйлитель 38 и фаэоврашатель

39 с одним из входов сумматора 40.

На другой вход сумматора 40 подан сигнал с потенциальных выводов датчика

Холла 11 через усилитель 13. Выход сумматора 40 подключен к входу частотного фильтра 41 постоянной составляющей В остальном структурнря схема аналогична устройству на фиг. 1.

Особенность работы устройства на фиг. 2 заключается в следующем.

Переменная составляющая на входе датчика Холла Ll совпадает по фазе с век тором индукции переменной составляющей магнитного потока, пиркулируюшего в маг. нитопроводе 8, а ЭЙС на зажимай дополнительной обмотки 37 сдвинута относительно того же вектора индукпии на 90 о

Фаэоповоротное устройство 39 дополни6 8 ния пофазного контроля и защиты высоковольтного оборудования, что дает обслуживающему персоналу возможность для более полной и достоверной оценки состояния изоляции и анализа причин изменения свойств изоляции. дополнительное преимущество заключается в том, что ограничение перенапряжений в целях защиты путем использования резистора вместо разделительного конденсатора в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа не связано с эагрублением контроля и защиты. Применение резистора повышает в целом надежность устройства поскольку повреждаемость резистора меньше, чем конденсатора.

7 100523

1. Устройство для защиты от замыкания на землю в сети переменного тока, содержащее источник постоянного тока, подключенный через дроссель параллельно разделительному конденсатору, включенному последовательно с первичной обмоткой трансформатора напряжения между землей и фазами запппнаемой сети, измерительный прибор, а также на каждом контролируемом присоединении сети трансформатор тока нулевой последовательности, вторичная обмотка которого подключена к исполнительному органу, причем в магнитопровод трансформатора тока нулевой последовательности встроен датчик Холла, токовый выход которого через регулировочный резистор подключен к источнику управляющего тока, а потенциальный выход — к усилитепю, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем контроля абсорбпионных характеристик сопротивлений, в него введены блок фильтрации постоянной составляющей, блок квантования тока по уровню, а также счетчики и сигнальные элементы, число которых определяется числом уровней квантования, причем вход блока фильтрации постоянной составляющей подключен к выходу усилителя, а выход - к измерительному прибору и входу блока квантования тока по уровню, сигнальные выходы которого подключены к входам сигнальных элементов а.счетные - к входам счетчиков.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок квантования тока по уров по содержит входные элементы для каждого уровня квантования, выходы которых подключены к сигнальным выхотельно меняет фазу сигнала на зажимах дополнительной обмотки еще на 90 так- что сигналы на выходах фазоповоротного, устройства 39 и усилителя 13 находятся в противофазе, т. е. на выходе сумматора

40 оба этих переменных напряжения взаимно компенсируются. Переменная сос1 тавляющая, подводимая ко входу фильтра

41 значительно уменьшается.

В част, ном случае, в устройстве на 10 фиг. 2 может оказаться возможным отка.заться от дополнительной обмотки 37, а вход дополнительного усилителя 38 при этом подключается к основной обмот

1 ке 9 параллельно реле l0, что упростит 15 устройство. Однако при этом угол поворота, осуществляемый фазоповоротным устройством 39, отличен от 90О . Здесь следует учесть наличие угла сдвига фаз между ЭДС обмотки 9 и напряжением íà 2о ее зажимах, который определяется величиной и характером нагрузки обмотки

9, значением тока нулевой последователь- ности, параметрами трансформатора тока.

Поскольку величина этого угла может ме-25 . Няться в некоторых пределах, невозможно добиться той же полной компенсации переменной составляющей во всех режимах, как в устройстве на фиг. 2.

Возможен вариант выполнения устройство ва, который отличается от предыдущих тем, что позволяет осуществить пофазный контроль состояния изоляции и пофазную защиту от замыканий на землю. С этой целью выводы начала и конца фазы контролируемого высоковольтного оборудования, например фазной обмотки электродвигателя 6, пропускают через окно магнитопровода 8 трансформатора тока с датчиком Холла. В этом случае намагни- о чивающим постоянным током для маг нитопровода 8 является разность токов в начале и конце обмотки, т. е. постоянный ток утечки через изоляцию фазы, что и обеспечивает возможность осуществления пофазного контроля.

В устройстве реализуется расширение .функциональных воэможностей контроля, поскольку имеется возможность не только контролировать величину сопротивления изоляции, но также получать абсорбпионные характеристики изоляции каждого отдельного присоединения и формировать гистограммы по величине сопротивления, что в целом дает более полную и достоверную оценку состояния изоляции 55 по сравнению с прототипом.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность осуществлеФормула изобретения 9 - 1005236 l0 дам блока квантования тока по уровню, подключенную через дополнительный усни логические элементы И, у каждого из лнтель и фазоврашатель к первому входу которых первый вход. подключен к выходу . сумматора, второй вход которого подклюгенератора тактовых импульсов, второй - чен к выходу основного усилителя, а к выходу соответствуюшего входного по-. g выход сумматора подключен к частотнорогового элемента, а выход — к счетно- му фильтру постоянной составляюшей. му выходу блока квантования по уровню, Источники информации, причем третий вход каждого, кроме пер- принятые во внимание при экспертизе вого, логического элемента И через ло- 1. Авторское свидетельство СССР гический элемент НЕ подключен к выходу о N 279758, кл, Н 02 Н 7/06, 1970. смежного входного элемента. 2. Меерович Э. А, Андреевская Л. И.

3, Устройство по п. 1, о т л и ч а - Объедков А. И. Малоинерпионный измею ш е е с я тем, что блок фильтрапии ритель больших постоянных токов систе- постоянной составляюшей содержит допол- мы ЭНИН им. Г. М. Кржижановского. нительную вторичную обмотку трансформа- 1s Электричество, % 1, 1979, с. 64тора тока нулевой последовательности 66.

1005236

Составитель Ю. Барабанов

Редактор М, Петрова Техред Т,Фанта Корректор Л, Бокщан Заказ 1919/73 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll303S, Москва, Ж35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4