Пристрій захисту від однофазних замикань на землю

Реферат: UA 73589 U UA 73589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, переважно до пристроїв релейного захисту електричних мереж, і може бути використана для захисту від однофазних замикань на землю в мережах з ізольованою або резистивно-заземленою нейтраллю 6-10 кВ. Особливо вона доцільна до застосування при малих струмах замикання на землю. Відомий направлений захист від однофазних замикань на землю в мережі з ізольованою нейтраллю (див. авт. свід. РФ №2071624 СІ, кл. Н02НЗ/16, 1997) який містить трансформатори струму та напруги нульової послідовності, у яких перші вихідні виводи безпосередньо з'єднані між собою, а другі через конденсатор-фазообертач, а виконавчий орган захисту приєднано до виводів трансформатора напруги. При однофазному замиканні на землю на фідері струм від трансформатора струму нульової послідовності змінює фазу і збільшується. Напруга на трансформаторі напруги нульової послідовності також збільшується, але фази їх співпадають, що викликає спрацювання виконавчого органа і, як слід, відключення фідера. При відсутності струму або при його малому значенні виконавчий орган спрацьовує від появи напруги на виході. Аналог не дозволяє підвищити робочі характеристики пристрою через те, що захист не має спрямованості дії та достатньої чутливості надійності при малих струмах замикання на землю. Найбільш близьким є пристрій для захисту від однофазного замикання на землю мережі з ізольованою нейтраллю (див. авт. свід. СРСР №1356101 А1, кл. Н02НЗ/16, 1987), який містить, по кількості приєднань, трансформатори струму нульової послідовності з додатковими обмотками які приєднуються до виходу підсилювача-обмежувача, вхід якого через блок диференціювання підключено до трансформатора напруги нульової послідовності і до входу пускового органа по напрузі. Вторинна обмотка трансформаторів струму з'єднана з входом випрямлячів, виходи яких приєднуються до амплітудного детектора, який з'єднано з вихідним каскадом через пороговий елемент, перший вхід, що інвертує, якого з'єднано з пусковим органом по напрузі. Робота пристрою основана на аналізі підсиленого або ослабленого струму нульової послідовності та напруги нульової послідовності. Використовується відома теза про те, що в мережі з ізольованою нейтраллю ємнісний струм замикання на землю випереджає напругу нульової послідовності на 90°. При появленні однофазного замикання на землю напруга нульової послідовності диференціюється (в результаті чого вона по формі наближується до форми струму нульової послідовності і співпадає з ним за фазою) і надходить на пороговий орган по напрузі, і при перевищенні їм уставки спрацювання пусковий орган дозволяє роботу порогових елементів. Одночасно сигнал з ланки, що диференціює, надходить через підсилювач-обмежувач на обмотки, що підмагнічують магнітопроводи трансформаторів струму нульової послідовності, де він підсумовується зі струмами приєднань, що захищаються. На ушкодженому приєднанні магнітний потік, створений додатковою обмоткою трансформатора струму знаходиться в фазі з магнітним потоком, створеним його первинною обмоткою, а на неушкодженому - в протифазі. Отже, після випрямлення струмів з вторинних обмоток трансформаторів нульової послідовності амплітудний детектор вибирає фідер з замиканням і через відповідний пороговий елемент дає команду на відключення пошкодженого приєднання. Ознаки найбільш близького аналога, які збігаються з ознаками заявленої корисної моделі: - трансформатор струму нульової послідовності з підмагніченням; - первинна обмотка - кабель приєднання, що відходить; - дві вторинні обмотки - обмотки підмагнічення та обмотки для органа захисту; - перша обмотка підключена через ланку; - ланка, що диференціює до джерела підмагнічування; друга обмотка до вихідного органа захисту через випрямляч, амплітудний детектор і пороговий орган. Найбільш близький аналог не дозволяє підвищити робочі характеристики пристрою від замикань фази на землю через те, що захист не має достатньої чутливості та надійності, у ньому не передбачено спрямованість дії та автоматичне налаштування. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою захисту від однофазних замикань на землю шляхом введення другого магнітопроводу, який розташовано під першим, обмотка підмагнічування якого з'єднана з обмоткою підмагнічування першого магнітопроводу послідовно, обмотку першого магнітопроводу з'єднують, а другого - зустрічно відносно основного магнітного потоку, що створюється в магнітопроводах струмом однофазного замикання на приєднанні, що відходе, для забезпечення спрямованості дії захисту додатково вводять операційний підсилювач, який порівнює результуючий струм першого магнітопроводу з результуючим струмом другого магнітопроводу, при цьому виходи вторинної обмотки першого магнітопроводу через блоки випрямлення з'єднують з позитивним, а виходи вторинних обмоток другого магнітопроводу - з негативним входом операційного підсилювача, вихід якого через 1 UA 73589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 різнополярні діоди підключено відповідно до першого і другого вихідних виконавчих органів захисту з часовою витримкою на повернення, при цьому для надійності роботи захисту в колі першого вихідного органа послідовно ввімкнені контакти другого вихідного органа, що розмикають, а в колі другого вихідного органа ввімкнені контакти першого вихідного органа, що розмикають, а обмотки підмагнічування трансформаторів струму нульової послідовності з'єднані через диференційні ланки паралельно з трансформатором напруги, що дозволяє запобігти втратам працездатності захисту всіх приєднань при обриві кола, що з'єднує обмотки, які підмагнічують з трансформатором напруги, чим забезпечується досягнення технічного результату - підвищення робочих характеристик пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій захисту від однофазних замикань на землю, що складається з трансформатора струму нульової послідовності з підмагніченням, первинною обмоткою якого є кабель приєднання, що відходить, і двох вторинних обмоток обмотки підмагнічення та обмотки для органа захисту, перша обмотка підключена через ланку, що диференціює, до джерела підмагнічування, а друга обмотка до вихідного органа захисту через випрямляч, амплітудний детектор і пороговий орган, в який послідовно, відповідно до корисної моделі, введено другий магнітопровід, який розташовано під першим, обмотка підмагнічування якого з'єднана з обмоткою підмагнічування першого магнітопроводу послідовно, обмотку першого магнітопроводу з'єднують, а другого - зустрічно відносно основного магнітного потоку, що створюється в магнітопроводах струмом однофазного замикання на приєднанні, що відходе, для забезпечення спрямованості дії захисту додатково вводять операційний підсилювач, який порівнює результуючий струм першого магнітопроводу з результуючим струмом другого магнітопроводу, при цьому виходи вторинної обмотки першого магнітопроводу через блоки випрямлення з'єднують з позитивним, а виходи вторинних обмоток другого магнітопроводу - з негативним входом операційного підсилювача, вихід якого через різнополярні діоди підключено відповідно до першого і другого вихідних виконавчих органів захисту з часовою витримкою на повернення, при цьому для надійності роботи захисту в колі першого вихідного органа послідовно ввімкнені контакти другого вихідного органа, що розмикають, а в колі другого вихідного органа ввімкнені контакти першого вихідного органа, що розмикають, а обмотки підмагнічування трансформаторів струму нульової послідовності з'єднані через диференційні ланки паралельно з трансформатором напруги, що дозволяє запобігти втратам працездатності захисту всіх приєднань при обриві кола, що з'єднує обмотки, які підмагнічують з трансформатором напруги. Ці елементи складають суть корисної моделі, тому що є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату. Причинно-наслідковий зв'язок ознак, які складають суть корисної моделі з технічним результатом, що досягається пояснюється наступним. Приклад. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями де на фіг. 1 показано принципову схему пристрою захисту при внутрішньому, відносно фідера, замиканні, а на фіг. 2 - принципова схема пристрою при зовнішньому при зовнішньому відносно фідера замиканні. Пристрій містить трансформатор напруги 1, первинна обмотка 2 якого приєднана до шин 3 системи з ізольованою, компенсованою або резистивно-заземленою нейтраллю (не показано), а вторинна обмотка з'єднана у розімкнений трикутник, один кінець якого заземлений, а другий з'єднується через пусковий орган по напрузі 4 та блок диференціювання 5 з входом додаткової обмотки 6. Додаткові обмотки 6 і 7, розташовані на магнітопроводах 8 і 9 трансформатора струму нульової послідовності 10, з'єднані між собою зустрічно-послідовно. Первинною обмоткою трансформатора струму нульової послідовності 10 є трифазний кабель фідера 11, що захищається. За вхід додаткових обмоток 6 і 7 треба прийняти полярний кінець однієї 12, а за вихід полярний кінець іншої 13. Вхід додаткової обмотки 7 заземлюється. Вторинні обмотки 14 і 15 магнітопроводів 8 і 9 трансформатора струму нульової послідовності 10 з'єднані з входами випрямлячів змінного струму в постійний 16 і 17, один вихід яких заземлюється 18, а другий приєднується до входів блока порівняння 19, що порівнює вхідні сигнали і на виході видає найбільший з них. Вихід блока порівняння 19 з'єднаний з виконавчими органами захисту 20 та 21 через нормально розімкнений контакт 22 пускового органа по напрузі 4. Виконавчі органами захисту 20 і 21 розташовані паралельно один одному в ланцюзі кожного з них є діоди 23 і 24, підключені таким чином, щоб до виконавчого органа 20 надходив позитивний сигнал, а до виконавчого органа 21 - негативний. Контакт 25 належить виконавчому органу 21 і розташовано між діодом 23 і виконавчим органом 20, а контакт 26 виконавчого органа 20 - між діодом 24 і виконавчим органом 21. Даний пристрій працює наступним чином. При замиканні фази на землю на шинах 3 в точці К1 (див. фіг. 1) магнітний потік Фосн в магнітопроводі 8, створений струмом нульової 2 UA 73589 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 послідовності трифазного кабелю фідера 11, направлено за годинниковою стрілкою, а магнітний потік Фподм, що створюється додатковою обмоткою 6 у тому самому магнітопроводі, направлений згідно магнітного потоку Фосн. Таким чином магнітні потоки підсумовуються, збільшуючи струм на вторинній обмотці 14 магнітопроводу 8. У той час основний магнітний потік Фосн в магнітопроводі 9 трансформатора струму нульової послідовності 10 направлений за годинниковою стрілкою, а магнітний потік Фподм., створюваний в магнітопроводі 9 додатковою обмоткою 7, направлено зустрічно, тим самим результуючий магнітний потік в магнітопроводі 9 буде значно менше, ніж результуючий магнітний потік в магнітопроводі 8, відповідно утворений струм на виводах вторинної обмотки 15 значно менше струму на виводах вторинної обмотки 14. Результуючі струми від вторинних обмоток 14 і 15 перетворюються в постійний струм за допомогою випрямлячів 16 і 17. Після перетворення струми порівнюються в блоці порівняння 19, на виході якого підсилене значення найбільшого струму з тим же знаком, який був на його вході. У випадку замикання в точці К і струм від вторинної обмотки 14 перевищує значення струму від вторинної обмотки 15, тому на виході буде підсилений позитивний струм, який проходить через діод 23 і дає сигнал на спрацювання виконавчого органа захисту 20. Так як сигнал позитивний, то діод 24 його заблокує. При замиканні фази на землю в точці К 2 (див. фіг. 2) магнітний потік Фосн в магнітопроводі 8, створений струмом нульової послідовності, направлено проти годинникової стрілки, а магнітний потік Фподм, що створюється додатковою обмоткою 6 у тому самому магнітопроводі 8, направлений зустрічно основного магнітного потоку Фосн. Таким чином магнітні потоки віднімаються, зменшуючи струм на вторинній обмотці 14 магнітопроводу 8. У той час основний магнітний потік Фосн в магнітопроводі 9 трансформатора струму нульової послідовності 10 направлено проти годинникової стрілки, а магнітний потік Фподм, створюваний в магнітопроводі 9 додатковою обмоткою 7, направлений згідно магнітного потоку Фосн, тим самим результуючий магнітний потік в магнітопроводі 8 буде значно менше, ніж результуючий магнітний потік в магнітопроводі 9, відповідно утворений струм на виводах вторинної обмотки 14 значно менше струму на виводах вторинної обмотки 15. Випрямлені струми від вторинних обмоток 14 і 15 подаються на блок порівняння 19. У випадку замикання в точці К2 струм від вторинної обмотки 15 перевищує значення струму від вторинної обмотки 14, тому на виході буде підсилений негативний струм, який проходить через діод 24 і дає сигнал на спрацювання виконавчого органу захисту 21. Так як сигнал позитивний, то діод 23 його заблокує. Також для більш надійного захисту від помилкового спрацювання в ланцюг кожного виконавчого органа підключено контакти 25 і 26 виконавчих органів захисту 20 і 21. В ланцюг з виконавчим органом 20 підключено контакт 25 який розмикається при спрацюванні виконавчого органа 21, і навпаки при спрацюванні виконавчого органу 20 розмикається контакт 26 у колі виконавчого органа 21. При появі напруги нульової послідовності на вторинній обмотці трансформатора напруги 1, з'єднаної у розімкнений трикутник, спрацьовує пусковий орган по напрузі 4, який замикає контакт 22 і дозволяє спрацювання виконавчих органів 20 і 21. Одночасно напруга нульової послідовності після блока диференціювання 5 наближується за фазою до форми струму нульової послідовності таким чином, щоб магнітний потік, що створюється додатковою обмоткою 7 в магнітопроводі 9 трансформатора струму нульової послідовності 10, був такий самий як при зовнішньому замиканні фази на землю. Така умова дозволяє забезпечити повну компенсацію власного ємнісного струму фідера, що необхідно для максимальної чутливості захисту від однофазних замикань. Таким чином, запропонований пристрій має спрямованість дії, підвищену надійність за рахунок блокування виконавчого реле від помилкових спрацювань при кидках ємнісного струму під час дугового замикання фази на землю, а також підвищену чутливість. Всі передбачені в описі схемні вдосконалення дозволяють спростити захист від однофазних замикань на землю, знижуючи капіталовкладення на його створення. Використання запропонованого удосконаленого пристрою від однофазних замикань на землю в порівнянні з відомим дозволяє підвищити надійність електропостачання споживачів та не допускати розвиток аварії, запобігати можливим значним збиткам енергопідприємств. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Пристрій захисту від однофазних замикань на землю, який містить трансформатор струму нульової послідовності з підмагніченням, первинною обмоткою якого є кабель приєднання, що відходить, і дві вторинні обмотки - обмотки підмагнічення та обмотки для органа захисту, перша обмотка підключена через ланку, що диференціює до джерела підмагнічування, а друга обмотка до вихідного органа захисту через випрямляч, амплітудний детектор і пороговий орган, 3 UA 73589 U 5 10 15 який відрізняється тим, що введено другий магнітопровід, який розташовано під першим, обмотка підмагнічування якого з'єднана з обмоткою підмагнічування першого магнітопроводу послідовно, обмотку першого магнітопроводу з'єднують послідовно, а другого - зустрічно відносно основного магнітного потоку, що створюється в магнітопроводах струмом однофазного замикання на приєднанні, що відходе, для забезпечення спрямованості дії захисту додатково вводять операційний підсилювач, який порівнює результуючий струм першого магнітопроводу з результуючим струмом другого магнітопроводу, при цьому виходи вторинної обмотки першого магнітопроводу через блоки випрямлення з'єднають з позитивним, а виходи вторинних обмоток другого магнітопроводу - з негативним входом операційного підсилювача, вихід якого через різнополярні діоди підключено відповідно до першого і другого вихідних виконавчих органів захисту з часовою витримкою на повернення, при цьому для надійності роботи захисту в колі першого вихідного органа послідовно ввімкнені контакти другого вихідного органа, що розмикають, а в колі другого вихідного органа ввімкнені контакти першого вихідного органа, що розмикають, а обмотки підмагнічування трансформаторів струму нульової послідовності з'єднані через диференційні ланки паралельно з трансформатором напруги, що дозволяє запобігти втратам працездатності захисту всіх приєднань при обриві кола, що з'єднує обмотки, які підмагнічують з трансформатором напруги. 4 UA 73589 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5