Спосіб централізованого напрямного захисту мережі змінного струму з визначенням пошкоджених приєднання і фази приєднання

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до захисту електричних мереж змінного струму, в яких виник дефект ізоляції або замикання на землю. Відомий спосіб, згідно з яким виконано пристрій для визначення пошкодженої фази при однофазному замиканні на землю в електричній мережі з ізольованою або компенсованою нейтраллю, у якому фаза з замиканням на землю визначається на підставі вимірювання напруги фаз відносно землі: величина напруги фази з замиканням на землю менша, ніж задане значення (А.С. СССР №877685, Н02Н 3/16, опубл. 30.10.81, бюл. № 40). За цим способом не можливо визначити приєднання де виник дефект ізоляції або замикання на землю. Відомий спосіб напрямленого захисту від однофазних замикань на землю, згідно з яким диференціюють напругу н ульової послідовності, подавляють складову основної частоти в диференційованій напрузі і у струмі нульової послідовності приєднання, яке захищається, й отримані при цьому величини подають на два входи органу, чутливого до фази, який спрацьовує або блокує захист у залежності від знаку постійної складової сигналу на виході органу, чутливо го до фази (А.С. СССР № 299908, Н02Н3/16, опубл. 26.03.71, бюл. № 12). Цей спосіб не дозволяє визначати фазу приєднання, у якій виник дефект ізоляції або замикання на землю. Крім того, при його використанні у мережі с декількома приєднаннями для забезпечення його направленості дії необхідні за способом органи, які чутливі до фази, треба встановлювати на кожному приєднанні, що значно ускладнює захист мережі. Найбільш близьким аналогом є спосіб, згідно з яким виконано безперервний автоматичний контроль ізоляції електричного обладнання змінного струму (деклараційний патент № 47151 A, G01N27/00, опубл. 17.06.2002, бюл. № 6). За цим способом змінний струм заданої частоти подають через блок комутації струм у у обмотку, що додатково намотана на трансформатор струму нульової послідовності, встановленого на одному з приєднань мережі, порівнюють струм на виході трансформатора струму нульової послідовності з заданим значенням. Загальними ознаками прототипу та заявляемого винаходу є те. що змінний струм заданої частоти подають у обмотку, додатково намотану на трансформатор струму н ульової послідовності (ТСНП), встановленому на одному з приєднань мережі і порівнюють величину струму на ви ході ТСНП з заданим значенням. Для виконання функцій централізованого захисту спосіб необхідно використовувати окремо на кожному приєднанні усієї мережі змінного струму, що значно ускладнює практичну реалізацію цього способу. Але навіть у цьому разі спосіб дозволяє визначати тільки приєднання, на якому виник дефект ізоляції або замикання на землю і не визначає окрему фазу приєднання, на якій виник дефект ізоляції або замикання на землю. Якщо фаза з дефектом відома, це значно спрощує усунення дефекту, особливо якщо він виник у навантаженні приєднання, яким у багатьох випадках бувають електродвигуни. Часто величина струму нульової послідовності на виході ТСНП приєднання де виник дефект або замикання на землю мало відрізняється від величини струму нульової послідовності на виході ТСНП цього ж приєднання у разі виникнення зовнішнього відповідно дефекту або замикання на землю. Для забезпечення селективності дії захисту задане значення, з яким порівнюється струм на виході ТСНП, повинно бути більше, ніж струм нульової послідовності при зовнішніх дефектах або зовнішніх замиканнях на землю. З-за цього захист у багатьох випадках не забезпечує необхідну чутли вість або селективність при виникненні дефектів або замикань на землю. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу захисту мережі змінного струму, у якому нові операції та їх послідовність, дозволили б за рахунок визначення кута між струмом заданої частоти та міжфазною напругою мережі у час перевищення струмом на виході ТСНП заданого значення як при наявності струму заданої частоти так і при зниженому стр уму заданої частоти у додаткових обмотках ТСНП приєднань мережі, дозволили б підвисити чутливість захисту до де фектів ізоляції і замикань на землю завдяки забезпеченню направленості дії захисту, а також визначати окрему фазу, у якій виник дефект ізоляції або замикання на землю, при цьому, щоб спростити спосіб виконати його централізованим. Поставлена задача вирішується тим, що в спосіб централізованого напрямленого захисту мережі змінного струму з визначенням пошкоджених приєднання і фази приєднання, в яких виник дефект ізоляції або замикання на землю, згідно з яким змінний струмзаданої частоти подають через блок комутації струм у у обмотку, що додатково намотана на трансформатор струму нульової послідовності, встановленого на одному з приєднань мережі, порівнюють струм на виході трансформатора струму нульової послідовності з заданим значенням, відповідно до винаходу додатково подають струм заданої частоти на додаткові обмотки трансформаторів струму нульової послідовності усі х приєднань мережі, порівнюють струм на виході трансформаторів струму нульової послідовності з заданим значенням, виміряють кут між струмом заданої частоти та напругою між двома фазами і якщо струм на виході трансформатора струму н ульової послідовності будь-якого приєднання перевищить задане значення, то знижають величину струм у заданої частоти у додаткових обмотках, додатково виміряють кут між зниженим струмом заданої частоти та напругою між двома фазами і якщо при наявності струму заданої частоти у додаткових обмотках трансформаторів струм у н ульової послідовності усіх приєднань струм на виході трансформатору струм у нульової послідовності будь-якого приєднання перевищить задане значення у той час коли кут між струмом заданої частоти і напругою між двома фазами знаходиться в одному з заданих діапазонів, то подають сигнал про виникнення дефекту ізоляції у тій фазі, котрій відповідає заданий діапазон кута при якому відбулось перевищення струму, і подають сигнал про дефект ізоляції того приєднання, де струм на виході трансформатору струму перевищив задане значення при заданому діапазоні кута, а також якщо при наявності зниженого струму заданої частоти у додаткових обмотках трансформаторів струму нульової послідовності усіх приєднань струм на виході трансформатору струму н ульової послідовності будь-якого приєднання перевищить задане значення у той час коли кут між струмом заданої частоти і напругою між двома фазами знаходиться в одному з заданих діапазонів, то подають сигнал про виникнення замикання на землю у тій фазі, котрій відповідає заданий діапазон кута при якому відбулось перевищення струму і подають сигнал про замикання на землю на приєднанні, де струм на виході трансформатору струму перевищив задане значення при заданому значенні кута, причому задані діапазони кута для визначення фази при дефекті ізоляції і замиканні на землю здвигнуті по куту відносно друг друга. Використання у винаході значення кута між струмом заданої частоти та міжфазними напругами мережі дозволяє розрізняти зовнішні дефекти ізоляції і замикання на землю від дефектів і замикань на захищаємому приєднанні. Крім того, цей кут залежить від того, у якій фазі приєднання виник дефект або замикання, а тому контролюючи кут у момент перевищення струмом на виході ТСНП заданого значення визначається фаза приєднання з дефектом або замиканням на землю. Вказаний кут постійно змінюється у часі завдяки тому що задана частота струму відрізняється від частоти напруги мережі. З цієї ж причини величина струму на ви ході усі х ТСНП постійно змінюється і у конкретний час залежить від того де виник дефект або замикання, а тому при відносно великих дефектах можуть спрацьовувати органи порівняння струму з заданим значенням на пошкоджених і непошкоджених приєднаннях, але у різні моменти часу: у один момент спрацює тільки орган порівняння пошкодженого приєднання, у другий момент - органи порівняння приєднань з непошкодженою ізоляцією. Приклад, пояснюючий сутність способу наведено на фіг.1, де наведено пристрій з визначенням приєднання і фази приєднання, в яких виник дефект ізоляції або замикання на землю. Пристрій складається з трансформатору струму нульової послідовності 4 з додатково намотаною обмоткою 5, первинною обмоткою якого є фази 1, 2 і 3 одного з приєднань 6 мережі змінного струму, а також з трансформаторів струму нульової послідовності з додатково намотаною обмоткою, встановлених на усіх приєднаннях мережі змінного струму, ТСНП 7 з додатковою обмоткою 8, встановленому на другому будь-якому приєднанні 9 мережі змінного струму, генератора струму 10 заданої частоти, блока комутації стр уму 11, блока контролю величини струму 12 с трьома виходами 13, 14 і 15, органів порівняння струму з заданим значенням 16 і 17, встановлених відповідно на приєднанні 6 і приєднанні 9, а також органів порівняння струму з заданим значенням, встановлених на інших приєднаннях, сигнального органа 18 приєднання 6, який спрацьовує при наявності логічних одиниць одночасно на двох його входах, сигнального органа 19 приєднання 9, який спрацьовує при наявності логічних одиниць одночасно на двох його входах, ви хідного органа 20 приєднання 6, який спрацьовує при наявності логічних одиниць одночасно на двох його входах, вихідного органа 21 приєднання 9, який спрацьовує при наявності логічних одиниць одночасно на двох його входах, таких же сигнальних і вихідних органів, встановлених на всіх приєднаннях, блоку визначення заданого діапазону фази 22, на виході якого з'являється логічна одиниця на проміжок часу, коли кут між струмом генератора 10 і міжфазною напругою U12 між фазами 1 і 2 відповідає можливому діапазону кутів між струмом на виході ТСНП будь-якого приєднання і напругою U12 при наявності дефекту ізоляції в фазі 1 на цьому приєднанні, блоку визначення заданого діапазону фази 23, на виході якого з'являється логічна одиниця на проміжок часу, коли кут між струмом генератора 10 і міжфазною напругою U23 між фазами 2 і 3 відповідає можливому діапазону кутів між струмом на виході ТСНП будь-якого приєднання і напругою U23 при наявності дефекту ізоляції в фазі 2 на цьому приєднанні, блоку визначення заданого діапазону фази 24, на виході якого з'являється логічна одиниця на проміжок часу, коли кут між струмом генератора 10 і міжфазною напругою U 23 між фазами 3 і 1 відповідає можливому діапазону кутів між струмом на виході ТСНП будь-якого приєднання і напругою U 31 при наявності дефекту ізоляції в фазі 3 на цьому приєднанні, блоку визначення заданого діапазону фази 25, на виході якого з'являється логічна одиниця на той проміжок часу, коли кут між струмом генератора 10 і міжфазною напругою U12 відповідає можливому діапазону кутів між струмом на виході ТСНП будь-якого приєднання і напругою U 12 при наявності замикання на землю фази 1 на цьому приєднанні, блоку визначення заданого діапазону фази 26, на виході якого з'являється логічна одиниця на той проміжок часу, коли кут між струмом генератора 10 і міжфазною напругою U23 відповідає можливому діапазону кутів між струмом на виході ТСНП будь-якого приєднання і напругою U23 при наявності замикання на землю фази 2 на цьому приєднанні, блоку визначення заданого діапазону фази 27, на ви ході якого з'являється логічна одиниця на той проміжок часу, коли кут між струмом генератора 10 і міжфазною напругою U 31 відповідає можливому діапазону кутів між струмом на виході ТСНП будь-якого приєднання і напругою U31 при наявності замикання на землю фази 3 на цьому приєднанні, шести логічних схем І 28-33, трьох логічних схем АБО 34-36 та блоку затримки часу 37. У нормальному режимі роботи мережі при відсутності дефектів ізоляції і однофазних замикань на землю на усіх приєднаннях через додаткові обмотки трансформаторів струму нульової послідовності тече струм заданої частоти від генератора струму 10, а тому на виході 14 блоку контролю величини струму 12 буде логічна одиниця, а на виході 15 - логічний нуль. З-за відсутності де фектів і замикань величина струмів на виходах ТСНП усіх приєднань менша ніж задані значення, а тому на виходах органів порівняння з заданим значенням 16 і 17 , а також на виходах органів порівняння усіх інших приєднань, будуть присутні логічні нулі. Завдяки тому, що частота стр уму на виході генератора струму заданої частоти 10 відрізняється від частоти напруги мережі, кут між цим струмом і міжфазними напругами U12, U23, U 31 буде постійно змінюватись і послідовно на виходах усіх шести блоків визначення заданого діапазону 22, 23, 24, 25, 26, 27 відповідно заданим діапазонам фази будуть з'являтись логічні одиниці. Відсутність логічних одиниць на виходах органів порівняння струму з заданим значенням 16 і 17 обумовлює наявність логічних нулів на ви хода х усі х логічних схем 128 - 33 і на виходах логічних схем АБО 34 - 36. Якщо виникне дефект ізоляції однієї із фаз будь-якого приєднання, наприклад приєднання 6, то струм на виході ТСНП 4 цього приєднання перевищить задане значення і на виході органа порівняння струму з заданим значенням 16 з'явиться логічна одиниця, яка через блок АБО 36 одночасно з'явиться на других входах логічних схем 128 - 30. У залежності від того, у якій фазі приєднання виник дефект ізоляції, момент появи логічної одиниці на цих входа х логічних схем І 28-30 співпаде з тим, що на виході одного з блоків визначення заданого діапазону фази 22 - 24 буде присутня логічна одиниця. Наприклад дефект виник у фазі 1 приєднання 6, тоді на виході органа порівняння 16 логічна одиниця з'явиться у той час, коли на виході блоку визначення заданого діапазону 22 буде також логічна одиниця. Таким чином одночасно на усіх трьох входа х логічної схеми 28 присутні логічні одиниці, а тому на ви ході органа 28 з'явиться логічна одиниця, поява якої свідчить про виникнення дефекту ізоляції у фазі 1 мережі. (До виходів логічних схем І 28 - 33 можуть бути підключені елементи пам'яті, наприклад вказівні реле. Тоді при появі логічної одиниці на виході схем 28 - 33 цей факт буде запам'ятовуватись на необхідний час.) Логічна одиниця з виходу схеми 34 поступить на входи усіх сигнальних органів усіх приєднань, у тому числі на входи сигнальних органів 18 і 19, але спрацює тільки орган 18, оскільки логічна одиниця буде тільки на виході органа порівняння 16. Подібним чином при виникненні дефекту ізоляції у фазі 2 приєднання 6 логічна одиниця з'явиться на виході логічної схеми 29 і спрацює сигнальний орган 18. Якщо дефект виникне у фазі 3 приєднання 6, то логічна одиниця з'явиться на виході логічної схеми 30 і спрацює сигнальний орган 18. При виникненні дефектів у фазах приєднання 6 можуть спрацьовувати органи порівняння других приєднань, наприклад орган 17 приєднання 9, але його сигнальний орган 19 не спрацює, тому що момент спрацьовування органа 17, з-за напрямлення струму нульової послідовності від приєднання до шин, не співпаде у часі з наявністю логічної одиниці на одному з виходів схем 28 - 30. Після спрацьовування органа порівняння 16 логічна одиниця з виходу логічної схеми АБО 36 після затримки блоком 37 на час, необхідний для спрацьовування сигнального органа 18, поступить на вхід блоку комутації 11, який знизить величину струм у, яка подається у додаткові обмотки усіх ТСНП. Зниження величини струму заданої частоти приведе до того, що з ви ходу 14 блоку контролю величини струму 12 зникне логічна одиниця, а на виході 15 з'явиться логічна одиниця. Якщо після зниження величини струму у додаткових обмотках блок порівняння 16 повернеться у неспрацьоване положення, то це значить що замикання на землю відсутнє, а на приєднанні 6 виник тільки дефект ізоляції. Якщо після зниження величини струму у додаткових обмотках блок порівняння 16 знов спрацює, то це значить що величина струму нульової послідовності відповідає замиканню на землю на приєднанні 6. У момент спрацьовування органа 16 на виході блоку 25 буде логічна одиниця, що обумовлено замиканням у фазі 1, а тому на виході логічної схеми 31 з'явиться логічна одиниця, яка свідчить про виникнення замикання на землю у фазі 1 мережі. Логічна одиниця з виходу блоку 31 поступить через логічну схему АБО 35 на вхід блоку 20. Одночасна поява логічних одиниць на двох входа х ви хідного органа 20 приведене до його спрацьовування. Вихідний орган 21 при замиканні на землю на приєднанні 6 не спрацює навіть у разі спрацьовування органа порівняння 17 після зниження величини струму у додатковій обмотці 8. Це обумовлено відсутністю логічної одиниці на виході схеми 35 у момент спрацьовування органа 17. При виникненні замикання на землю на фазі 2 або 3 приєднання 6 логічні одиниці з'являться відповідно на виході блоку 32 або 33 і спрацює вихідний орган 20. Спосіб завдяки направленості забезпечує високу чутливість і дозволяє у мережі змінного струму визначати приєднання і фазу приєднання, де виник дефект ізоляції або замикання на землю, що значно зменшує час на встановлення місця дефекту або пошкодження і спрощує усунення дефектів ізоляції або замикань на землю. При цьому використовується один загальний блок для усієї мережі, а не індивідуальні на кожному приєднанні.