УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для защиты кабельных и воздушных линий в сетях с изолированной нейтралью или в сетях с компенсацией емкостных токов от однофазных замыканий на землю.
Известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью [Патент РФ №2089031], содержащее по числу защищаемых присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, к выходам которых подключены последовательно соединенные преобразователи тока в выпрямленное напряжение, запоминающие, интегрирующие и пороговые элементы, исполнительные органы и первый элемент ИЛИ, входы которых функционально связаны с выходами упомянутых пороговых элементов, подключенные параллельно выходам запоминающих элементов замыкающие ключи, управляющие входы которых функционально связаны с выходом второго элемента ИЛИ, пусковой орган, подключенный своим входом к выходу трансформатора напряжения нулевой последовательности, а выходом к входу блока управления, снабженное по числу присоединений расширителями импульсов, входы которых подключены к выходам пороговых элементов, а выходы соединены с входами исполнительных органов и первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первым входам второго элемента ИЛИ и третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам по числу защищаемых присоединений замыкающих ключей, подсоединенных параллельно выходам интегрирующих элементов, общим на все присоединения формирователем коротких импульсов, вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, а выход к управляющим входам замыкающих ключей, при этом второй вход второго элемента ИЛИ подключен к основному выходу блока управления, а второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с вновь введенным дополнительным выходом упомянутого блока управления, выполненного в виде элемента ограничения длительности, выход которого подключен к основному выходу блока управления, и последовательно соединенных элемента выдержки времени и элемента НЕ, выход которого подключен к дополнительному выходу блока управления, при этом входы элементов ограничения длительности и выдержки времени соединены с входом блока управления.
Недостатком является наличие цепей напряжения нулевой последовательности, обрыв которых может привести к неправильному действию устройства для защиты однофазного замыкания на землю.
Наиболее близким к заявленному (прототипом) является устройство для защиты от однофазных замыканий на землю [Патент РФ №2267846], содержащее измерительный орган тока нулевой последовательности, исполнительные реле-повторители, (1…N) измерительных органов тока нулевой последовательности с обратнозависимой от тока временной характеристикой, к выходу каждого из которых соответственно подключены исполнительные реле-повторители, первые выводы нормально закрытых контактов которых подключены к блокирующим входам собственных измерительных органов, вторые выводы образуют общую точку с первыми выводами первых нормально открытых контактов, вторые выводы которых подключены к клемме положительного полюса источника постоянного тока, при этом общие точки различных измерительных органов объединены, вторые нормально открытые контакты реле-повторителей включены в цепь отключения выключателей.
Недостатком является возможность неселективного действия из-за неодновременного пуска измерительных органов, что особенно может проявиться при наличии в сети одного длинного кабеля и кабелей малой длины, а также неработоспособность устройства в сетях с компенсацией емкостных токов.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности функционирования электрических сетей за счет исключения неселективного действия защиты от замыканий на землю, а также в достижении работоспособности защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостных токов.
Технический результат достигается с помощью устройства распределенной централизованной защиты от замыканий на землю, состоящего из измерительного органа с обратнозависимой от тока временной характеристикой, первый вход которого подключен к шине пуска, первый выход измерительного органа подключен к первому реле-повторителю, замыкающиеся контакты которого включены в цепь отключения выключателя защищаемого присоединения, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности защищаемого присоединения входного преобразователя тока, выход которого подключен ко второму входу измерительного органа, блока управления, первый вход которого соединен с шиной блокировки, второй вход которого соединен со вторым выходом измерительного органа, а выход блока управления соединен с третьим входом измерительного органа, второй выход измерительного органа подключен ко второму реле-повторителю с замыкающимся контактом, первый вывод которого подключен к шине блокировки, а второй вывод подключен к шине питания.
На фиг.1 представлена структурная схема распределенной централизованной защиты от замыканий на землю, на фиг.2 представлена схема подключения устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю.
Распределенная централизованная защита от замыканий на землю состоит из реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1, выход которого подключен к шине пуска 2, трех или более устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3, объединенных шиной пуска 2. Причем устройство распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3 состоит из входного преобразователя тока (ВПТ) 4, выход которого подключен ко второму входу измерительного органа (ИО) 5 с обратнозависимой от тока временной характеристикой, первый вход которого подключен к шине пуска 2, блока управления (БУ) 6, первый блокирующий вход которого соединен с шиной блокировки 7, второй блокирующий вход блока управления (БУ) 6 соединен со вторым выходом измерительного органа (ИО) 5, а выход блока управления (БУ) 6 с третьим входом измерительного органа (ИО) 5, подключенного к первому выходу измерительного органа (ИО) 5 первого реле-повторителя 8 с замыкающимся контактом 9, включенным в цепь отключения выключателя 10, подключенного ко второму выходу измерительного органа (ИО) 5 второго реле-повторителя 11 с замыкающимся контактом 12 первый вывод которого подключен к шине блокировки 7, а второй вывод подключен к шине питания 13. Все устройства распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3 устанавливаются на отходящих от секции шин 14 защищаемых присоединениях W1 - Wn и подключены своими входными преобразователями тока (ВПТ) 4 к трансформаторам тока нулевой последовательности 15 защищаемых присоединений W1 - Wn. Источником напряжения нулевой последовательности для реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1 служит трансформатор напряжения 16, установленный на секции шин 14.
Входной преобразователь тока (ВПТ) 4 может быть реализован, например, на основе промежуточного измерительного трансформатора тока с линейно-зависимой характеристикой выходного напряжения от входного тока, частотного фильтра, в качестве которого может быть использован полосовой фильтр, выделяющий сигналы высших гармонических составляющих с подавлением основной гармоники. Выделение сигналов высших гармонических составляющих с подавлением основной гармоники позволяет расширить область применения устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3 на сети компенсацией емкостных токов. Реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1 обеспечивает пуск защиты при превышении напряжением нулевой последовательности уровня уставки.
Работа распределенной централизованной защиты от замыканий на землю поясняется следующим образом.
При однофазном замыкании на землю (ОЗЗ) в сетях с изолированной нейтралью и в сетях с компенсацией емкостных токов содержание высших гармоник в токе нулевой последовательности поврежденного присоединения всегда больше, чем в токе любого из неповрежденных присоединений. Основу распределенной централизованной защиты от замыканий на землю составляют предлагаемые устройства распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3, подключенные к трансформаторам тока нулевой последовательности 15 защищаемых присоединений W1 - Wn, отходящих от секции шин 14, и производящие фильтрацию входных сигналов с последующей их обработкой в измерительных органах (ИО) 5, имеющих обратнозависимую от тока временную характеристику, пуск которых осуществляется от реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1, подключенного к трансформатору напряжения 16, а управление логикой работы блоками управления (БУ) 6, подключенными к шине блокировки 7, на которую поступает сигнал от шины питания 13 посредством коммутации замыкающихся контактов 12 вторых реле-повторителей 11. Блоки управления (БУ) 6 также постоянно контролируют выходные сигналы измерительных органов (ИО) 5.
В исходном состоянии (нормальном режиме электроустановки) элементы распределенной централизованной защиты от замыканий на землю находятся в следующем состоянии: реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1 находится в несработанном состоянии, его выходной сигнал не поступает на шину пуска 2. Устройства распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3 находятся в режиме ожидания пускового сигнала от реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1. При этом на второй вход измерительного органа (ИО) 5 поступает сигнал тока нулевой последовательности от входного преобразователя тока (ВПТ) 4, выходные сигналы измерительного органа (ИО) 5 отсутствуют. Сигнал от шины питания 13 не поступает на шину блокировки 7.
При замыкании на землю на защищаемом присоединении W1 происходит срабатывание реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1, при этом его выходной сигнал поступает на шину пуска 2, откуда попадает на первый вход измерительного органа (ИО) 5 устройства распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3, установленного на защищаемом присоединении W1, происходит пуск измерительного органа (ИО) 5 с набором интегральной суммы входного сигнала.
При наборе интегральной суммой 85% от уставки на второй выход измерительного органа (ИО) 5 поступает кратковременный сигнал, приводящий к кратковременному срабатыванию второго реле-повторителя 11, замыкающего замыкающийся контакт 12, при этом формируется предварительный сигнал блокирования путем поступления сигнала высокого уровня с шины питания 13 на шину блокировки 7, откуда он поступает на первые блокирующие входы блоков управления (БУ) 6 всех устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3. Сигнал со второго выхода измерительного органа (ИО) 5 также поступает на второй блокирующий вход блока управления (БУ) 6, что позволяет отличить блокирующий сигнал собственного измерительного органа (ИО) 5 от блокирующего сигнала измерительных органов (ИО) 5 устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3, установленных на защищаемых присоединениях W2 - Wn. При последующем наборе измерительным органом (ИО) 5 интегральной суммы до 100% от уставки на первый и второй выходы измерительного органа (ИО) 5 поступают сигналы, приводящие к срабатыванию первого реле-повторителя 8 и второго реле-повторителя 11, замыкающих соответственно замыкающийся контакт 9 и замыкающийся контакт 12, замыкая цепь отключения выключателя 10 защищаемого присоединения W1 и подавая окончательный сигнал блокирования на шину блокировки 7.
Выходной сигнал реле напряжения нулевой последовательности (РННП) 1 с шины пуска 2 одновременно с первым входом измерительного органа (ИО) 5 устройства распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3, установленного на защищаемом присоединении W1 попадает на первые входы измерительных органов (ИО) 5 устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3, установленных на защищаемых присоединениях W2 - Wn, происходит пуск измерительных органов (ИО) 5 с набором интегральных сумм входных сигналов. Одновременно блоки управления (БУ) 6 производят контроль наличия сигнала высокого уровня на шине блокировки 7. При поступлении на первые входы блоков управления (БУ) 6 предварительного сигнала блокирования с шины блокировки 7, блоки управления (БУ) 6 переходят в режим ожидания второго или окончательного сигнала блокирования. При наборе интегральной суммой 85% от уставки на второй выход измерительных органов (ИО) 5 поступает кратковременный сигнал, приводящий к кратковременному срабатыванию второго реле-повторителя 11, замыкающего замыкающийся контакт 12, при этом формируется второй сигнал блокирования путем поступления сигнала высокого уровня с шины питания 13 на шину блокировки 7, который поступает на первые блокирующие входы блоков управления (БУ) 6 всех устройств распределенной централизованной защиты от замыканий на землю 3. Поступление второго или окончательного сигнала блокирования приводит к срабатыванию блоков управления (БУ) 6 с формированием управляющего сигнала, производящего останов набора интегральной суммы входного сигнала измерительными органами (ИО) 5.
Таким образом, алгоритм функционирования распределенной централизованной защиты от замыканий на землю предусматривает одновременный пуск нескольких измерительных органов (ИО) 5 при возникновении однофазного замыкания на землю, набор ими интегральных сумм входных сигналов и последующий запрет работы измерительных органов (ИО) 5 по факту срабатывания первого из них с дополнительной проверкой 15% интервала между набранными интегральными суммами входных сигналов первого и последующего измерительных органов (ИО) 5, необходимой для предотвращения неселективного действия распределенной централизованной защиты от замыканий на землю. Первым сработает измерительный орган (ИО) 5, подключенный к трансформатору тока нулевой последовательности 15 поврежденного присоединения, и подаст сигнал на его отключение. Выявление и последующее селективное отключение поврежденного присоединения, обеспечивает повышение надежности функционирования электрических сетей с изолированной нейтралью или сетей с компенсацией емкостных токов.