устройство для дуговой дифференциальной защиты комплектного распределительного устройства

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ КОМПЛЕКТНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА, содержащее фотодатчики, установленные в каждой ячейке и соединенные попарно последовательно между собой, делитель напряжения из последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых присоединена к общей шине, первую схему сравнения, состоящую из первого и второго компараторов, первую и вторую логические схемы И, отличающееся тем, что фотодатчики нечетных ячеек соединены с шиной положительного напряжения, а четных ячеек - с шиной отрицательного напряжения, средние точки последовательно соединенных фотодатчиков соединены с входами соответствующих вновь введенных вторых схем сравнения, выполненных на основе двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности, выход которого подключен к вновь введенному интегрирующему элементу, а выход последнего соединен с входом первой схемы сравнения, выходы которой соединены с первыми входами вновь введенных первой и второй логических схем И, с первым и вторым входами вновь введенной логической схемы И - НЕ, выход которой соединен с вторыми входами первой и второй логических схем И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств (КРУ) внутренней и наружной установки от коротких замыканий (КЗ), сопровождаемых открытой электрической дугой.

Известны устройства для защиты распределительных щитов от электрической дуги КЗ, содержащие рабочие и тормозные фотодатчики, схему сравнения, пороговый элемент, исполнительный орган (патент ФРГ N 1126011, патент Франции N 2087348). Недостатками данных устройств являются возможный отказ при неустойчивом характере горения дуги, а также загрубление устройства тормозным сигналом, так как тормозной фотодатчик, как правило, располагается в зоне отраженного света, а также при интенсивных внешних световых помехах.

Для повышения чувствительности и надежности в устройствах по авт.св. СССР N 1111224, N 997125 введен дополнительно контроль напряжения и высокочастотных составляющих в сигнале фотодатчиков. Но как показывает опыт эксплуатации устройств подобного типа, они являются достаточно сложными.

В техническом решении [1] предложено выполнение защиты парных ячеек с контролем освещенности и температуры внутри отсеков ячеек. Датчиками являются фотодиоды (фоторезисторы) и терморезисторы, которые образуют с резисторами балансные схемы. Такое выполнение защиты, когда осуществляется одновременный контроль двух параметров, снижает поток ложных срабатываний, но повышает поток отказов, что имеет место при интенсивных помехах по одному из каналов. Кроме того такое выполнение защиты предполагает большое число датчиков, а также взаимных связей между ячейками, что в некоторых случаях является неприемлемым с точки зрения эксплуатации. Кроме того необходимо отметить значительную инерционность терморезисторов, ограничивающую быстродействие защиты в целом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство [2], содержащее фотодатчики, резистивный делитель напряжения, компаратор, образующие первые схемы сравнения, полосовые фильтры, вторые схемы сравнения, логические схемы И, элементы задержки, логическую схему ИЛИ. В устройстве осуществляется одновременный контроль состояния фотодатчиков защищаемой ячейки, связанной с двумя соседними, а также контроль частотного спектра выходного сигнала фотодатчика. Это позволяет выполнить отключение даже при выходе из строя одного фотодатчика, однако предполагает большое число фотодатчиков (в каждой ячейке устанавливается два фотодатчика), а также число связей, равное числу защищаемых ячеек. Введение канала частотной фильтрации также усложняет устройство. Наряду с положительными качествами устройству присущи недостатками, заключающиеся в сложности, что имеет существенное значение при массовости КРУ в энергосистемах и промышленных предприятиях и необходимости высокой квалификации обслуживающего персонала.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и помехоустойчивости.

Цель достигается тем, что в устройстве для дуговой дифференциальной защиты комплектного распределительного устройства, содержащем фотодатчики, установленные в каждой ячейке и соединенные попарно последовательно между собой, делитель напряжения из последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых подсоединена к общей шине, первую схему сравнения, состоящую из первого и второго компараторов, первую и вторую логические схемы И, фотодатчики нечетных ячеек соединены с шиной положительного напряжения, а четных - с шиной отрицательного напряжения, средние точки последовательно соединенных фотодатчиков соединены с входами вторых схем сравнения, выполненных на основе двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности, выход которого подключен к интегрирующему элементу, а выход последнего соединен с входом первой схемы сравнения, выходы которой соединены с первыми входами первой и второй логических схем И, с первым и вторым входами вновь введенной логической схемы И-НЕ, выход которой соединен с вторыми входами первой и второй логических схем И.

Все элементы заявляемого устройства использованы по своему назначению и известны в практике релейной защиты, но совокупность этих элементов в их связи отличает предлагаемое устройство от аналогичных устройств и позволяет получить положительные качества, не присущие устройству-прототипу.

На фиг.1 показана схема размещения фотодатчиков в отдельных ячейках (в отсеках) КРУ, которое в данном случае состоит из четырех ячеек; на фиг.2 - измерительная и логическая часть предлагаемого устройства защиты.

Устройство дуговой дифференциальной защиты ячеек 1-4 комплектного распределительного устройства 5 состоит из фотодатчиков 6-9, резистивного делителя 10, 11, второй схемы 12 сравнения на основе двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности, интегрирующего элемента 13, первой схемы 14 сравнения, выполненной на основе компараторов 15,16, логической схемы И-НЕ 17, логических схем И 18, 19.

Фотодатчики 6-9 расположены внутри ячеек КРУ (КРУН) и соединены попарно и последовательно между собой и параллельно резистивному делителю 10,11 напряжения. Резистивный делитель и делители на основе фотодатчиков образуют мостовые схемы.

Первая схема 14 сравнения выполнена на основе компараторов, первый 15 из которых при отрицательном входном сигнале на выходе обеспечивает положительный сигнал, а второй 16 при положительном входном сигнале - положительный выходной сигнал. При несработанном состоянии на выходе компараторов 15 и 16 присутствует сигнал логического нуля.

Особенностью схемы 12 сравнения, выполненной на основе схемы двухпорогового компаратора с зоной нечувствительности, является наличие на выходе нулевого сигнала при входном сигнале ниже уровня срабатывания

U_ф = E, где E_n⁺ = E_n^- , R₂ = R₃ и положительного сигнала при U₁₂ < -U_ф и отрицательного при U₁₂ > U_ф.

В исходном состоянии напряжения U₁₂ и U₃₄ близки к нулю и меньше, чем уровень формирования (срабатывания) схемы 12 сравнения. Напряжение на выходе интегрирующего элемента 13 также близко к нулю, потому что входное напряжение на его входе равно нулю (см.пояснения выполнения схемы 12 сравнения). Компараторы 15 и 16 находятся в несработанном состоянии, что обеспечивает на их выходе напряжение, соответствующее логическому нулю, а это в свою очередь - сигнала логического нуля на выходе схем И 18 и 19, несмотря на то, что на выходе логической схемы И-НЕ 17 присутствует сигнал логической единицы.

Рассмотрим работу устройства в различных режимах.

При возникновении короткого замыкания, сопровождаемого открытой электрической дугой внутри ячейки КРУ, например в ячейке 1, напряжение U₁₂ становится положительным, что при уровне сигнала U₁₂ > U_ф приводит к появлению отрицательного сигнала на выходе схемы 12 сравнения и, соответственно, к заряду конденсатора интегрирующего элемента 13. При достижении уровня срабатывания компаратора 15 на его выходе появляется сигнал логической единицы, что приведет к появлению сигнала логической единицы на выходе элемента И 18 и отключению выключателя ячейки 1. Это обеспечивается также тем, что на втором входе схемы И-НЕ присутствует логический сигнал 0, а на выходе, соответственно, логическая 1.

При КЗ в ячейке 2 схема работает аналогичным образом. В этом случае напряжение U₁₂ отрицательно и меньше U₁₂ < -U_ф, что обеспечивает на выходе схемы 12 сравнения и интегрирующего элемента 13 положительное напряжение и по достижению напряжением на выходе интегрирующего элемента 13 уровня срабатывания компаратора 16 появление на его выходе сигнала логической единицы и, как следствие, сигнала логической единицы на выходе схемы И 19. В данном случае отключается выключатель ячейки 2.

При возникновении помехи, обусловленной наводками напряжения от электромагнитных помех из-за протекания значительных токов в первичных цепях, а также при коммутациях в цепях оперативного тока, например, при включении и отключении выключателей, отстройка от нее обеспечивается наличием в схеме интегрирующего элемента 13, который позволяет достичь напряжения срабатывания схемы 14 сравнения через 2-3 мс после срабатывания схемы 12 сравнения, что не приводит к ложному срабатыванию устройства.

Введение в схему логического элемента И-НЕ 17 исключает излишнее отключение ячейки при одновременном появлении сигнала логической единицы на выходах компараторов 15 и 16 при различного рода помехах или выходе из строя одного или двух компараторов 15 и 16.

Таким образом предлагаемое устройство защиты позволяет за счет дифференциальной схемы включения обеспечить надежное выявление короткого замыкания с дугой с высокой чувствительностью, уменьшив при этом число датчиков и число связей между ними, а введение дополнительных элементов позволяет повысить помехоустойчивость и надежность работы, отстроившись от различного рода помех и отказов элементов. Уменьшается также и число измерительных и логических органов, так как защита является общей для пары ячеек. Это является существенным фактором для эксплуатации, так как приходится учитывать огромный парк КРУ в каждой энергосистеме и на промпредприятиях.