УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ И КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
DEVICE FOR PROTECTING AGAINST FAULT TO GROUND AND CONTROLLING INSULATION RESISTANCE OF ALTERNATING CURRENT ELECTRIC PLANT

Изобретение относится к области релейной защиты и может быть использовано для защиты от замыканий на землю и контроля изоляции в электроустановках переменного тока, преимущественно генераторов, синхронных компенсаторов или электродвигателей, включенных в блок с трансформатором.
Известно устройство контроля изоляции обмотки статора (Безчастнов Г.А., Красильников A.M., Нэмени Т.М., Филиппов Ю.А. Устройство контроля изоляции обмотки статора // Приложение к журналу «Энергетик», Контроль состояния изоляции электрических машин в эксплуатации, Выпуск 10(34). - М:. НТФ «Энергопрогресс», «Энергетик», 2001. - с. 17), содержащее трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети собственных нужд, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, шунтирующий конденсатор, подключенный к выходу выпрямителя и входящий в цепь заземления трансформатора напряжения, измерительный орган, включенный между шунтирующим конденсатором и землей.
Данное устройство имеет недостаток с точки зрения безопасности обслуживания из-за возможного появления на нем высокого напряжения, вследствие наличия гальванической связи цепей защиты с первичными цепями генератора.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устройство для защиты от замыкания на землю и контроля изоляции электроустановки переменного тока (RU 2239269 C1, опубликовано 27.10.2004), содержащее источник переменного напряжения, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, орган блокировки, подключенный к вторичной обмотке разделительного трансформатора, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке разделительного трансформатора, первый разделительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь между вторичной обмоткой разделительного трансформатора и выпрямителем, последовательно соединенные измерительный орган защиты с исполнительным блоком и орган контроля изоляции, подключенные к вторичной обмотке первого разделительного трансформатора тока, при этом выход органа блокировки подключен к блокирующим входам измерительного органа защиты с исполнительным блоком и органа контроля изоляции, шунтирующий конденсатор и разрядник, подключенные параллельно к выходу выпрямителя и входящие в цепь заземления трансформатора напряжения.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности проводить непрерывный контроль целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор.
Контроль целостности цепи заземления необходим, так как при обрыве цепи шунтирующего конденсатора и возникновении замыкания одной фазы на землю в электроустановке к устройству прикладывается высокое напряжение, которое может привести к выходу устройства из строя.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение непрерывного контроля целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор.
Технический результат достигается тем, что в устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока, содержащее источник переменного напряжения, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, орган блокировки, выпрямитель, первый разделительный трансформатор тока, последовательно соединенные измерительный орган защиты с исполнительным блоком и орган контроля изоляции, шунтирующий конденсатор и разрядник, включенные параллельно между точкой заземления и нейтралью трансформатора напряжения, введены дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора, второй разделительный трансформатор тока, релейный элемент, конденсатор, подключенный параллельно к выходу выпрямителя, дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора включена последовательно в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны заземления, первичная обмотка второго разделительного трансформатора тока включена в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны нейтрали трансформатора напряжения, релейный элемент подключен к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что благодаря тому, что в устройство введены дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора, второй разделительный трансформатор тока, релейный элемент, конденсатор, подключенный параллельно к выходу выпрямителя, дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора включена последовательно в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны заземления, первичная обмотка второго разделительного трансформатора тока включена в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором со стороны нейтрали трансформатора напряжения, релейный элемент, подключен к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока, достигается технический результат - обеспечение непрерывного контроля целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор.
Заявляемое устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока, так же как в прототипе, содержит источник переменного напряжения, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, орган блокировки, подключенный к вторичной обмотке разделительного трансформатора, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке разделительного трансформатора, первый разделительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь между вторичной обмоткой разделительного трансформатора и выпрямителем, последовательно соединенные измерительный орган защиты с исполнительным блоком и орган контроля изоляции, подключенные к вторичной обмотке первого разделительного трансформатора тока, при этом выход органа блокировки подключен к блокирующим входам измерительного органа защиты с исполнительным блоком и органа контроля изоляции, шунтирующий конденсатор и разрядник, включенные параллельно между точкой заземления и нейтралью трансформатора напряжения.
Согласно изобретению в устройство введены конденсатор, подключенный параллельно к выходу выпрямителя, дополнительная вторичная обмотка разделительного трансформатора, выход которой включен последовательно в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором, второй разделительный трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в цепь между выпрямителем и шунтирующим конденсатором, релейный элемент, подключенный к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока.
Заявленное выполнение устройства обеспечивает непрерывный контроль целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор.
На чертеже представлена принципиальная схема устройства для защиты от замыканий на землю и контроля изоляции электроустановки переменного тока.
Устройство для защиты от замыканий на землю и контроля изоляции электроустановки переменного тока содержит источник переменного напряжения 1, разделительный трансформатор 2, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения 1, орган блокировки 3, подключенный к вторичной обмотке разделительного трансформатора 2, выпрямитель 4, подключенный к вторичной обмотке разделительного трансформатора 2, первый разделительный трансформатор тока 5, первичная обмотка которого включена в цепь между вторичной обмоткой разделительного трансформатора 2 и выпрямителем 4, последовательно соединенные измерительный орган защиты с исполнительным блоком 6 и орган контроля изоляции 7, подключенные к вторичной обмотке первого разделительного трансформатора тока 5, при этом выход органа блокировки 3 подключен к блокирующим входам измерительного органа защиты с исполнительным блоком 6 и органа контроля изоляции 7, шунтирующий конденсатор 8, включенный между нейтралью трансформатора напряжения и точкой заземления, конденсатор 9, подключенный параллельно к выходу выпрямителя 4, дополнительную вторичную обмотку 10 разделительного трансформатора 2, включенную последовательно в цепь между выпрямителем 4 и шунтирующим конденсатором 8 со стороны заземления, второй разделительный трансформатор тока 11, первичная обмотка которого включена в цепь между выпрямителем 4 и шунтирующим конденсатором 8 со стороны нейтрали трансформатора напряжения, релейный элемент 12, подключенный к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока 11, разрядник 13, включенный параллельно шунтирующему конденсатору 8.
В качестве источника переменного напряжения 1 может использоваться переменное напряжение 220 В, 50 Гц от сети собственных нужд электроустановки.
В качестве разделительного трансформатора 2 может использоваться трансформатор специального исполнения с двумя вторичными обмотками.
Орган блокировки 3 может быть выполнен на микросхемах К 140 УД 608.
Выпрямитель 4 представляет собой диодную сборку КЦ402.
В качестве первого разделительного трансформатора тока 5 и второго разделительного трансформатора тока 11 применяются трансформаторы тока специального исполнения.
Измерительный орган защиты с исполнительным блоком 6 и орган контроля изоляции 7 могут быть выполнены на базе программируемого микроконтроллера STM-32.
В качестве шунтирующего конденсатора 8 и конденсатора 9 может быть использован конденсатор типа К75-4б.
Релейный элемент 12 представляет собой транзистор КТ640, в цепь коллектора которого включено электромагнитное реле РП-21.
Разрядник 13 представляет собой газонаполненный разрядник типа Р-7.
Устройство работает следующим образом (см. чертеж). Переменное напряжение сети собственных нужд (220 В, 50 Гц) подают через вторичную обмотку разделительного трансформатора 2 на орган блокировки 3 и выпрямитель 4. Постоянное напряжение на выходе выпрямителя 4 накладывается на цепи защищаемой электроустановки через нейтраль трансформатора напряжения.
Ток, протекающий по первичной обмотке первого разделительного трансформатора тока 5, имеет сложную несинусоидальную форму, но его средневыпрямленное значение примерно пропорционально постоянной составляющей тока, протекающего через эквивалентное сопротивление цепей электроустановки относительно земли.
В нормальном режиме величина протекающего переменного и постоянного токов в устройстве определяется состоянием изоляции защищаемой электроустановки. При снижении сопротивления изоляции электроустановки или при возникновении замыкания на землю, ток в первичной обмотке первого разделительного трансформатора тока 5 возрастает и при достижении некоторого заданного значения срабатывает исполнительный блок в измерительном органе защиты с исполнительным блоком 6. Орган контроля изоляции 7 непрерывно отражает фактическое значение сопротивления цепей электроустановки относительно земли.
Шунтирующий конденсатор 8 и конденсатор 9 обеспечивают путь для протекания переменного тока ~i, создаваемого за счет дополнительной вторичной обмотки разделительного трансформатора 10, выход которой включен последовательно в цепь между выпрямителем 4 и шунтирующим конденсатором 8 со стороны заземления.
При нарушении целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор 8 переменный ток в первичной обмотке второго разделительного трансформатора тока 11 становится равным нулю. Релейный элемент 12, подключенный к вторичной обмотке второго разделительного трансформатора тока 11, срабатывает по факту исчезновения переменного тока в первичной обмотке второго разделительного трансформатора тока 11.
Орган блокировки 3 предусмотрен для исключения ложного действия измерительного органа защиты с исполнительным блоком 6 и органа контроля изоляции 7 из-за переходного процесса, связанного с зарядом шунтирующего конденсатора 8 и конденсатора 9, при подаче напряжения на устройство от источника переменного напряжения 1.
Разрядник 13 предусмотрен для защиты устройства от повышения напряжения на шунтирующем конденсаторе 8, которое может возникнуть при изменении режима работы электроустановки. Однако разрядник 13 не обеспечивает защиту устройства от повышения напряжения в результате обрыва в цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор 8.
Устройство для защиты от замыканий на землю и контроля сопротивления изоляции электроустановки переменного тока, в отличие от прототипа, обеспечивает непрерывный контроль целостности цепи заземления трансформатора напряжения через шунтирующий конденсатор 8. В случае обрыва цепи заземления подается предупреждающий сигнал обслуживающему персоналу, который отключает устройство на непродолжительное время и выполняет соответствующие ремонтные восстановительные работы.