УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к системам электроснабжения и предназначена для селективной защиты от однофазных замыканий (утечек тока) на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью трансформатора в подземных выработках и на поверхности угольных и горнорудных предприятий.
Известна система защиты от замыканий на землю на основе реле РТ3-50 (Руководство по ревизии, наладке и испытанию подземных электроустановок шахт. Справочник. - М.: Недра, 1989. - С.203-207). Известное устройство содержит датчик тока нулевой последовательности, выпрямитель, усилитель постоянного тока на транзисторах, исполнительное реле и источник питания схемы защиты. Существенным недостатком известных токовых защит от замыканий на землю является высокая вероятность ложных срабатываний из-за наличия емкости относительно земли в защищаемом участке сети.
Известна токовая направленная защита от замыканий на землю типа 33П-1М, реагирующая на значения токов и напряжений нулевой последовательности в карьерных электрических сетях трехфазного переменного тока напряжением 6-10 кВ (Бухтояров В.Ф., Маврицин А.М. Защита от замыканий на землю электроустановок карьеров. - М.: Недра, 1986. - С.86-99). Устройство защиты снабжено трансформатором напряжения нулевой последовательности, фазосдвигающей цепочкой, обеспечивающей необходимый сдвиг между током и напряжением нулевой последовательности, и фазосравнивающей схемой.
Основным недостатком направленных токовых защит данного типа является то, что в качестве датчика напряжения нулевой последовательности они содержат трансформатор типа НТМИ, обмотки которого
присоединены к фазам сети и к земле. Это вызывает в кабельных сетях феррорезонансные процессы, в результате которых возникают перенапряжения, достигающие 4-5 кратной величины рабочего напряжения сети и приводящие к пробою изоляции в электроустановках с опасными последствиями. Кроме того, известные устройства защиты сложны по конструкции, имеют значительные размеры и вес, особенно за счет НТМИ.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности селективной защиты путем снижения перенапряжений в сети и исключения ложных срабатываний, а также упрощение конструкции защиты.
Предложено устройство селективной защиты от замыканий на землю в электрических сетях трехфазного переменного тока с изолированной нейтралью трансформатора, включающее трансформатор тока нулевой последовательности, подключенный через фазосдвигающий элемент и выпрямитель и пороговый элемент к усилителю, датчик напряжения нулевой последовательности, соединенный через подстроечный резистор с землей, и исполнительное реле, контакты которого включены в цепь выключателя.
Отличием предложенного устройства является то, что датчик напряжения нулевой последовательности выполнен из диодов, соединенных между собой по схеме 3В, и подключен к фазам контролируемой сети, причем устройство снабжено вторым усилителем, соединенным с первым по схеме «И» и подключенным к подстроечному резистору.
Использование в устройстве в качестве датчика диодов, соединенных между собой по схеме 3В, обеспечивает получение сигнала, адекватного снижению активного сопротивления изоляции сети, связанного с возникновением активного (аварийного) опасного тока утечки на землю, и не зависящего от напряжения нулевой последовательности, вызванного естественным (не аварийным) перекосом емкости в фазах сети. Это обеспечивает эффективность селективной защиты за счет исключения ложных срабатываний и снижения нагрузок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. показана принципиальная электрическая схема устройства защиты от замыканий на землю.
Устройство выполнено в виде блока, устанавливаемого в высоковольтных распределительных ячейках в подземных выработках шахт или на поверхности горнорудных предприятий.
Устройство содержит трансформатор тока нулевой последовательности ТТНП, к обмотке которого подключены ограничитель напряжения VD1 и ограничитель тока R1, фазосдвигающий конденсатор С1. Через выпрямитель VD2 и пороговый элемент на стабилитроне VD3 трансформатор тока нулевой последовательности ТТНП подключен к первому усилителю на транзисторах VT1 и VT2. Схема 3В на трех диодах VD4, VD5 и VD6 подключена к фазам сети в «звезду», общая точка которой через резистор R4 и подстроечный резистор R5 присоединена к земле, при этом подстроечный резистор R5 через пороговый элемент на стабилитроне VD7 присоединен на вход второго усилителя на транзисторах VT3 и VT4. Выхода обоих усилителей соединены последовательно по схеме «И» и нагружены через задерживающую цепь из резистора R3 и конденсатора С2 исполнительным реле К, контакты которого воздействуют на выключатель Q и цепь сигнализации (не показана).
Ниже приведено описание работы предлагаемого устройства селективной защиты от замыканий на землю.
При отсутствии замыкания и утечки тока на землю в сети через датчик, собранный по схеме 3В, и обмотку трансформатора ТТНП ток не протекает, поэтому первый и второй усилители на транзисторах VT1, VT2, VT3 и VT4 закрыты, а исполнительное реле К не включено.
В случае замыкания одной из фаз контролируемой сети и возникновения утечки на землю в зоне защиты по датчику (схема 3В) будет протекать ток, и при положительной волне тока утечки тиристоры VT4 и VT5 второго усилителя будут находиться в открытом состоянии. Одновременно от трансформатора тока нулевой последовательности ТТНП будет проходить ток через фазосдвигающий конденсатор С1,
напряжение на котором будет сдвинуто и совпадает по фазе с током в датчике (схема 3В). С фазосдвигающего конденсатора С1 напряжение положительной полуволны, выпрямленное диодом VD2, поступает на вход первого усилителя, и тиристоры VT1 и VT2 будут находиться в открытом состоянии. В результате синхронного открытия тиристоров обоих усилителей через элементы задержки R3 и С2 включится исполнительное реле К, которое своими контактами воздействует на выключатель Q и цепь сигнализации.
При замыкании вне зоны защиты емкостной ток нулевой последовательности от трансформатора ТТНП будет протекать в обратном направлении (сдвиг по фазе на 180°), и в результате открытие тиристоров первого и второго усилителей будет неодновременное, и, так как усилители включены выходами по схеме «И», ток через них протекать не будет и исполнительное реле К не сработает.
Фазосдвигающий конденсатор С1, используемый в схеме защиты как фильтр токов высокой частоты, и задерживающая включение реле К цепочка R3, С2 (в пределах допустимого значения времени срабатывания защиты 0,1-0,2 с) исключают ложные срабатывания защиты при кратковременных коммутационных процессах в электрической сети.
Предложенное устройство обеспечивает надежную селективную защиту электрических сетей, исключает возможность ложных срабатываний, снижает перегрузки в сетях и позволяет значительно упростить конструкцию.