SU1381641A1 - Device for protecting against grounding in a.c. power network - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники и относитс  к устройствам направленной защиты от однофазных утечек тока на землю в электри ческих сет х переменного тока. Цель изобретени  - повышение селективности работы устройства. При по влении токов утечки на землю на выходе трансформатора тока 1 по вл етс  напр жение , которое усиливаетс , доворачива- етс  по фазе на 90 и поступает на J1 ЗОв вход фазочувствительного элемента 3. Если при этом напр жение нулевой последовательности меньше уставки измерительного органа 7, то на его выходе си1 нал отсутствует, что вы зывает открытие транзисторного клктча 1 1 . Пр моугольные импульсы с выхода формировател  8 поступают на управл ющий вход фазочувствительного элемента 3, причем они синфазны с выходными сигналами каната тока и фазочувствитель- ный элемент 3 производит двухполупе- риодное выпр мление входного сигнала, при превьшении которым уставки срабатывани  происходит отключение поврежденного участка сети. Если же напр жение больше уставки измерительного органа 7, на управл ющий вход фазочувствительного элемента поступает напр жение пр моугольной формы с выхода канала напр жени . Если замыкание произошло в защищаемой зоне, то управл ющее напр жение сршфазно с сигналом канала тока и это вызывает срабатьгоание устройства защиты. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. (Л 00 00 О5 The invention relates to the field of electrical engineering and relates to devices for directional protection against single-phase leakage of current to earth in electrical networks of alternating current. The purpose of the invention is to increase the selectivity of the device. When leakage currents appear on the earth, a voltage appears at the output of current transformer 1, which is amplified, turns in phase by 90 and goes to J1 ZOO of the input of the phase-sensitive element 3. If the zero-sequence voltage is lower than the setting of the measuring element 7 then there is no power at its output, which causes the opening of transistor clocks 1 1. Square impulses from the output of the imaging unit 8 are fed to the control input of the phase-sensitive element 3, and they are in phase with the output signals of the current cable and the phase-sensitive element 3 produces a full-wave rectification of the input signal, exceeding which the pick-up setting trips the damaged network section. If the voltage is greater than the setpoint of the measuring body 7, a square-shaped voltage is supplied to the control input of the phase-sensitive element from the voltage channel output. If the circuit occurs in the protected zone, the control voltage is out of phase with the signal of the current channel and this causes the protection device to trigger. 1 3.p. f-ly, 1 ill. (L 00 00 O5

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к устройствам направленной защиты от однофазных утечек тока на землю в электрических сет х переменного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular, to devices for directional protection against single-phase leakage of current to earth in electrical networks of alternating current.

Цель изобретени  - повьппение селективности работы устройства.The purpose of the invention is to increase the selectivity of the operation of the device.

На чертеже приведена структурна  схема устройства.The drawing shows a block diagram of the device.

Трансформатор 1 тока нулевой последовательности (ТТНП) подключен к входу канала 2 тока нулевой последовательности , выход у которого подключен к входу фазочувствительного эле- мента 3 и входу коммутатора 4 сигналов . Фильтр 5 напр жени  нулевой последовательности (ФННП) подключен к входам канала 6 напр жени  нулевой последовательности и измерительного органа 7, выход измерительного орган 7 подсоединен к входу управлени  коммутатора 4 сигналов. Выход канала 6 напр жени  нулевой последовательност соединен с входом коммутатора 4 сиг- налов, ныхол коммутатора 4 сигналов подключен к управл ющему входу фазо- чувс вительного элемента.The transformer 1 of the zero-sequence current (TTPC) is connected to the input of channel 2 of the zero-sequence current, the output of which is connected to the input of the phase-sensitive element 3 and the input of the switch 4 signals. The zero sequence voltage filter 5 (PNPN) is connected to the inputs of the channel 6 of the zero sequence voltage and the measuring body 7, the output of the measuring body 7 is connected to the control input of the 4 signal switch. The output of channel 6 of the voltage zero sequence is connected to the input of the switch 4 signals, the switch floor of the switch 4 signals is connected to the control input of the sensing element.

Канал тока нулевой последовательности (далее канал тока) состоит из соединенных последовательно усилител  и фазопопоротного органа, В усилителе производитс  необходимое усиление сигнала ТТНП 1, а фазоповорот- ный орган осуществл ет сдвиг сигнала на 90° с целью совмещени  сигналов тока и напр жени  нулевой последовательности .The zero-sequence current channel (hereinafter referred to as the current channel) consists of an amplifier connected in series and a phase-coupler, the amplifier produces the necessary amplification of the TNCN signal 1, and the phase-shifting organ shifts the signal by 90 ° in order to combine the current signals and the zero-sequence voltage.

Канал 6 напр жени  нулевой последовательности (далее канал напр же- ни ) предназначен дл  преобразовани  синусоидального напр жени  с выхода ФННП 5 в напр жение пр моугольной формы и выполнен по схеме компаратора .Channel 6 of the zero-sequence voltage (hereinafter referred to as the voltage channel) is designed to convert a sinusoidal voltage from the output of the PNPN 5 into a square-shaped voltage and is made according to the comparator circuit.

Фазочувствительный элемент 3 представл ет собой аналоговый ключ, собранный на одном операционном усилителе и бипол рном транзисторе, который в завис11мости от наличи  управл к це- го напр жени  на базе транзистора производит либо инвертирование, либо повторение напр жени , поступающего на сигнальный вход.Phase-sensing element 3 is an analog switch assembled on a single operational amplifier and a bipolar transistor, which, depending on the presence of the control voltage, at the base of the transistor produces either an inversion or repetition of the voltage supplied to the signal input.

Измерительный оргац 7 состоит из соединенных последовательно компаратора и расширител  импульсов и служит дл  измерени  и выдачи сигнала о наличии напр жени  нулевой послеMeasuring body 7 consists of a comparator and a pulse expander connected in series and serves to measure and output a signal indicating the presence of a zero voltage after

ЮYU

5 0 5 5 0 5

30 c 30 c

о 5about 5

е e

00

довательности. При превышении амплитуды выходного напр жени  ФННП 5 UQ установленной величины U на выходе измерительного органа по вл етс  на- пр  жение 1. При меньших входньк напр жени х выходное напр жение измерительного органа равно нулю.connotation. When the amplitude of the output voltage FNNP 5 UQ exceeds the set value U, the output of the measuring organ appears voltage 1. At lower input voltages, the output voltage of the measuring organ is zero.

Коммутатор сигналов служит дл  подачи управл ющего напр жени  на Фазочувствительный элемент и имеет два входа дл  подключени  к выходам каналов тока и напр жени , вход управлени  - дл  подключени  к выходу измерительного органа и выход - дл  подключени  к управл ющему входу фазочувствительного органа.The signal switch serves to supply a control voltage to the phase-sensitive element and has two inputs for connecting current and voltage channels to the outputs, a control input for connecting to the output of the measuring element, and an output for connecting to the control input of the phase-sensitive body.

Коммутатор сигналов содержит формирователь 8 пр моугольного сигнала, инвертор 9, транзисторные ключи 10 и 11 и диоды 12 и 13. Формирователь служит дл  преобразовани  синусоидального сигнала с выхода канала тока в напр жение пр моугольной формы и выполнен по схеме компаратора. Инвертор служит дл  логического инвертировани  сигнала с выхода измерительного органа и также может быть выполнен по схеме ко 1паратора. Выходные напр жени  измерительного органа и инвертора служат дл  управлени  транзисторными ключами 10 и 11. Диоды 12 и 13 служат дл  разв зки выходов канала напр жени  и формировател . В зависимости от выходного сигнала измерительного органа на базу управл ющего транзистора фазочувствительного элемента поступает напр жение пр моугольной формы либо с выхода канала тока через формирователь и диод 12, либо с вьгхода канала напр жени  через диод 13.The signal switchboard contains a rectangular signal shaper 8, an inverter 9, transistor switches 10 and 11, and diodes 12 and 13. The shaper serves to convert a sinusoidal signal from the output of the current channel to a rectangular voltage and is made according to a comparator circuit. The inverter serves to invert the signal from the output of the measuring unit and can also be performed according to the 1 parator circuit. The output voltages of the measuring unit and the inverter serve to control the transistor switches 10 and 11. Diodes 12 and 13 serve to decouple the outputs of the voltage channel and the driver. Depending on the output signal of the measuring body, the square-shaped voltage of the control transistor of the phase-sensitive element enters either from the output of the current channel through the driver and the diode 12, or from the output of the voltage channel through the diode 13.

Устройство работает следующим об- оазом.The device operates as follows.

При По влении токов утечки на землю на выходе ТТНП по вл етс  синусоидальное напр жение, которое затем усиливаетс , доворачиваетс  по фазе на 90 и поступает на вход фазочувствительного элемента. Если при этом напр жение нулевой последовательности Ug меньше уставки измерительного органа f, , .то на выходе измерительного органа напр жение отсутствует (О), на выходе инвертора - положительное напр жение (1), ключ 10 заперт (непроводит), ключ 11 открыт (проводит).With the appearance of leakage currents on the ground, a sinusoidal voltage appears at the output of the TTPD, which is then amplified, turned in phase by 90 and fed to the input of the phase sensitive element. If, at the same time, the zero sequence voltage Ug is less than the setpoint of the measuring body f,,. There is no voltage at the output of the measuring body (O), the output voltage of the inverter is positive (1), the key 10 is locked (non-conducting), the key 11 is open ( conducts).

Пр моугольные импульсы с выхода формировател  8 поступают на управл ющий вход фазочувствительного элемента , причем они синфазны с выходны- ми сигналами канала тока и фазочувст- вительный элемент производит двухпо- лупериодное выпр мление входного сигнала. Срабатывание устройства и отключение поврежденного участка про- исходит при превышении токами утечки величины тока уставки устройства. Дл  обеспечени  селективности уставка по току выбираетс  из услови Square pulses from the output of the imaging unit 8 are fed to the control input of the phase-sensitive element, and they are in-phase with the output signals of the current channel and the phase-sensitive element produces a two-half-wave rectification of the input signal. The operation of the device and the disconnection of the damaged area occurs when the leakage currents exceed the value of the device setpoint. To ensure selectivity, the current setting is selected from

IOCP- Uo,p 3(оС,,IOCP- Uo, p 3 (оС ,,

где IQCP уставка срабатывани  устройства по току нулевой последовательности,where IQCP is the device setting response for the zero-sequence current,

и,and,

срwed

- уставка срабатывани - operation setting

измерительного органаmeasuring body

по напр жению нулевой последовательности, . со 2irf, где f - частота питающей сети;for a zero sequence voltage,. with 2irf, where f is the mains frequency;

С - емкость фазы по отношению к земле в зоне защиты.C is the phase capacitance with respect to earth in the protection zone.

UOJ.P выбираетс  из услови  отстройки от асиметрии напр жений сети и составл ет обычно 5-10% от номи напьного напр жени  сети.UOJ.P is selected from the condition of detuning from the asymmetry of the network voltages and is usually 5-10% of the nominal voltage of the network.

Uocp(,1)UM.Uocp (, 1) UM.

Если напр жение Ug больше то на выходе измерительного органа присутствует 1, а состо ние транзисторов ключей мен етс  на противо- положное и на управл ющий вход фазочувствительного элемента начинает поступать напр жение пр моугольной формы с выхода канала напр жени . Пол рность выходного напр жени  фазо- чувствительного элемента зависит от фазы управл ющего напр жени . Если замыкание произопшо в защищаемой зоне , то управл ющее напр жение син- фазно с выходным сигналом канала то- ка, и на выходе фазочувствительного элемента будет напр жение положительной пол рности, вызывающее срабатывание устройства. При зa ыкaни x вне защищаемой зоны управл ющее напр же- ние противоположно по фазе с выходным сигналом канала тока, вследствие чего напр жение на выходе фазочувствительного элемента имеет отрицательную пол рность, и устройство не ера- батьгаает.If the voltage Ug is greater than 1, then the state of the key transistors changes to the opposite one and the control input of the phase sensitive element begins to receive a square-shaped voltage from the output of the voltage channel. The polarity of the output voltage of the phase-sensitive element depends on the phase of the control voltage. If the closure is pro- tected in the protected zone, then the control voltage is in phase with the output signal of the current channel, and the output of the phase-sensitive element will be a positive polarity, which triggers the device. When charging x outside the protected zone, the control voltage is opposite in phase with the output signal of the current channel, as a result of which the voltage at the output of the phase sensitive element has a negative polarity and the device does not operate.

При переводе сети на питание от источника с глухозаземленной нейтралью утечки тока на землю не вызывает по влени  напр жени  нулевой последовательности; 1 т.е выходное напр жение измерительного органа - О, и устройство работает как в первом режиме, в функции от величины тока нулевой последовательности . Селективность при этом обеспечиваетс  самим характером сети, т.е. сигнал на выходе ТТНП по вл етс  при замыкании в зоне защиты и равен нулю при замыкани х вне защиты. Таким образом, устройство может осуществл ть селективную защиту от однофазных утечек тока на землю в электрических сет х, где осуществл етс  питание попеременно от двух источников , нейтраль одного из которых изолированна , а второго - глухоза- земленна , а также в сет х с изолированной нейтралью с емкостью фазы до 100 мк и более.When a network is transferred to power from a source with a solidly grounded neutral, a current leakage to earth does not cause a zero-sequence voltage; 1 that is, the output voltage of the measuring unit is O, and the device operates as in the first mode, as a function of the value of the zero-sequence current. The selectivity is ensured by the nature of the network itself, i.e. The output signal of the TNCN appears when it is closed in the protection zone and is zero when it is not protected. Thus, the device can provide selective protection against single-phase current leaks to the ground in electrical networks, where they are alternately powered from two sources, the neutral of one of which is isolated, and the second is deafened, and also in networks with insulated neutral. with a phase capacity of up to 100 microns and more.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula 1 , Устройство дл  защиты от кани  на землю в электрической сети переменного тока, содержащее датчик тока нулевой последовательности, выход которого присоединен к входу канала тока нулевой последовательности выход которого подключен к первому входу фазочувствительного органа, второй вход которого соединен с выходом коммутатора сигнала, первый вход которого соединен с выхол,ом канала напр жени  нулевой последовательности , вход которого подключен к выход датчика напр жени  нулевой последовательности , с которым соединен вход измерительного органа, выход которого подключен к управл ющему входу коммутатора сигналов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  селективности работы устройст ва, второй вход коммутатора сигналов подключен к выходу канала тока нулевой последовательности.1, A device for protection against earth to earth in an electrical AC network, containing a zero-sequence current sensor, the output of which is connected to the input of the zero-sequence current channel whose output is connected to the first input of a phase-sensitive organ, the second input of which is connected to the output of the signal switch, the first input which is connected to the exhaust, ohm of the channel of the voltage of the zero sequence, the input of which is connected to the output of the sensor of the voltage of the zero sequence to which the input is connected will measure A body, the output of which is connected to the control input of the signal switch, characterized in that, in order to increase the selectivity of the device, the second input of the signal switch is connected to the output of the zero-sequence current channel. 2. Устройство по п.1, отличающеес  тем, что коммутатор сигналов выполнен на формирователе напр жени  пр моугольных импульсов, инверторе, двух транзисторах и двух диодах, при этом вход коммутатора подключен к входу упом нутого формировател , управл ющий вход коммутатора подсоединен к входу инвертора и базе первого транзистора, база вто5138164162. The device according to claim 1, characterized in that the signal switch is made on a rectangular pulse voltage driver, an inverter, two transistors and two diodes, the switch input is connected to the input of the said driver, the control input of the switch is connected to the input of the inverter and the base of the first transistor, the base vto513816416 рого транзистора подключена к выходу тору второго транзистора и аноду вто- ннвертора, коллектор первого транзи- рого диода, эмиттеры транзисторов стора и анод первого диода подключе- подключены к общей шине, а катодыtransistor is connected to the output of the second transistor and the anode of the secondary inverter, the collector of the first transistor diode, the emitters of the transistor stor and the anode of the first diode are connected to the common bus, and the cathodes ны к выходу формировател , первый диодов соединены и подключены к вы- вход коммутатора подключен к коллек- ходу коммутатора.here, the first diodes are connected and connected to the output of the switch connected to the switch collection of the switch.