устройство для защиты электроустановки от коротких замыканий

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ, содержащее первый и второй преобразователи тока на фазу, задатчик эталонной величины, блок сравнения абсолютных величин, элемент ИЛИ и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены четыре двувходовых переключателя, двувходовый сумматор, блок выявления поврежденного преобразователя, причем первый и второй преобразователи подключены соответственно к первым входам первого и второго переключателей, выходы этих переключателей соответственно к первым входам четвертого и третьего переключателей и входам сумматора, выходы последних переключателей - к входам блока выявления поврежденного преобразователя, первый выход этого блока подключен к первому входу элемента ИЛИ и к вторым входам первого и третьего переключателей, а второй выход к второму входу элемента ИЛИ и к вторым входам второго и четвертого переключателей, выход элемента ИЛИ к входу задатчика эталонной величины, выход задатчика к первому входу блока сравнения абсолютных величин, второй вход которого подключен к выходу сумматора, а исполнительный орган подключен к выходу блока сравнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты электроустановок, например линий 6-0,4 кВ от коротких замыканий (КЗ).

Известно устройство защиты электроустановки от КЗ, содержащее один преобразователь тока на каждую фазу, при помощи которого измеряют ток в фазе электроустановки и по его величине судят о наличии КЗ. Однако повреждение преобразователя тока ведет к отказу защиты.

Известно устройство для защиты электроустановки от КЗ, содержащее два преобразователя тока на фазу, задатчик эталонной величины, блок сравнения абсолютных величин, логический элемент ИЛИ и исполнительный орган, в котором с помощью преобразователей, включенных согласно, измеряют ток в фазе электроустановки, сравнивают его с эталонной величиной. Если он больше этой величины, то через выдержку времени отключают электроустановку. Но в ряде случаев эта защита оказывается ненадежной. Так в сетях с изолированной нейтралью преобразователи тока устанавливаются в фазах А и С. Тогда, например, при КЗ между фазами А и В и витковом замыкании в одном из преобразователей, установленном в фазе А, защита может не сработать, так как напряжение на выходе преобразователей может оказаться меньше эталонной величины. В сетях с заземленной нейтралью такая ситуация возможна при КЗ на землю той фазы, где имеется поврежденный преобразователь. Выявить витковое замыкание в преобразователе тока без вывода защиты из действия практически невозможно. Во время замены преобразователя защита свои функции не выполняет.

С целью повышения надежности в устройство защиты электроустановки от КЗ дополнительно введены четыре двухвходовых переключателя, двухвходовый сумматор, блок выявления поврежденного преобразователя, причем первый и второй преобразователи подключены соответственно к первым входам первого и второго переключателей, выходы этих переключателей соответственно к первым входам четвертого и третьего переключателей и входам сумматора, выходы последних переключателей к входам блока выявления поврежденного преобразователя, первый выход этого блока подключен к первому входу элемента ИЛИ и к вторым выходам первого и третьего переключателей, а второй выход к второму входу элемента ИЛИ и вторым входам второго и четвертого переключателей, выход элемента ИЛИ к входу задатчика эталонной величины, выход задатчика к первому входу блока сравнения абсолютных величин, второй вход которого подключен к выходу сумматора, а исполнительный орган подключен к выходу блока сравнения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство содержит дополнительно по два переключателя на каждый преобразователь, двухвходовый сумматор, блок выявления поврежденного преобразователя. Таким образом, предложенное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что преобразователи тока, задатчик эталонной величины, блок сравнения абсолютных величин, логический элемент ИЛИ, исполнительный орган, двухвходовые переключатели, двухвходовый сумматор, блок выявления поврежденного преобразователя хорошо известны. Однако связи, указанные в предложенном устройстве, неизвестны. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена структурная схема предложенного устройства, где 1, 2 преобразователи (включены согласно); 3-6 первый, второй, третий и четвертый переключатели (в нормальном режиме замкнуты); 7 двухвходовый сумматор; 8 блок выявления поврежденного преобразователя; 9 блок сравнения абсолютных величин; 10 элемент ИЛИ; 11 задатчик эталонных величин; 12 исполнительный орган с реле времени.

Выходы преобразователей 1, 2 подключены соответственно к входам переключателей 3, 4. Выход переключателя 3 подключен к первому входу сумматора 7 и входу переключателя 6. Выход переключателя 4 подключен к второму входу сумматора 7 и входу переключателя 5. Выходы переключателей 5 и 6 подключены к соответствующим входам блока 8 выявления поврежденного преобразователя, первый выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 10 и к элементам управления, например обмотки реле, переключателей 3 и 5, второй выход подключен к второму входу элемента ИЛИ 10 и к элементам управления переключателей 6, 4. Выход сумматора 7 подключен к входу блока 9 сравнения абсолютных величин, выход элемента ИЛИ 10 к входу задатчика 11 эталонных величин, выход которого подключен к блоку 9 сравнения абсолютных величин, а выход последнего блока к исполнительному органу 12.

Устройство работает следующим образом.

При помощи преобразователей 1, 2, представляющих собой, например, катушки индуктивности (установленные под фазами защищаемой электроустановки), измеряют ток в одной и той же фазе электроустановки. После этого в сумматоре 7 суммируют измеренные значения и результирующую величину подают на орган 9 сравнения абсолютных величин, где происходит сравнение с эталонной величиной. В нормальном режиме работы электроустановки защита не срабатывает, так как

I < I_эт, где I суммарное значение токов преобразователей 1, 2 на входе блока 9;

I_эт эталонная величина тока, устанавливаемая при помощи задатчика 11.

Определим ток I_ср, при котором срабатывает устройство,

I_ср=

(1) где Z_n сопротивление обмотки преобразователя;

Z_вх входное сопротивление устройства;

Е_экв эквивалентная ЭДС, наводимая в преобразователях, при протекании по фазе защищаемой электроустановки тока I_сз срабатывания защиты (отметим, что в нормальном режиме работы преобразователей Е_экв Е₁ Е₂, где Е₁, Е₂ ЭДС соответственно на выводах преобразователей 1,2 ).

Е_экв будет пропорциональна току _Iсз, т.е.

E_экв= KI_сз= K I_р,max где К коэффициент пропорциональности, учитывающий параметры катушки и местоположение катушки под фазой электроустановки; К_отс коэффициент отстройки; К_зап коэффициент запуска; К_в коэффициент возврата; I_р,maх максимальный рабочий ток электроустановки.

В режиме КЗ

I I_эт I_cp, (2) так как Е_к К_экв (Е_к ЭДС, наводимая в преобразователях при КЗ), тогда на выходе органа 9 срабатывания абсолютных величин появляется сигнал и защита срабатывает с выдержкой времени.

В рассмотренных случаях ЭДС преобразователей 1 и 2 равны между собой и на выходах органа 8 выявления поврежденного преобразователя сигналы отсутствуют.

Рассмотрим работу устройства при повреждении одного из преобразователей.

При витковом замыкании, например, в преобразователе 1, напряжение на выходе преобразователя 2 будет больше напряжения на выходе преобразователя 1 и на выходе органа 8 выявления поврежденного преобразователя появится сигнал, который поступает на вход задатчика 11 эталонных величин, который уменьшает I_эт в (Z_n + +Z_вх)/(Z_n/2 + Z_вх) раз. Одновременно сигнал поступает на элемент управления переключателя 3, отключает его, выводя из работы преобразователь 1. После этого при помощи переключателя 5 выводится из работы орган 8 выявления поврежденного преобразователя. При отключении преобразователя 1 ток срабатывания устройства будет определяться как

I=

С учетом выражения (1) легко показать, что I_эт необходимо уменьшить в (Z_n + Z_вх)/ /(Z_n/2 + Z_вх) раз, иначе устройство может не сработать при КЗ).

Таким образом, устройство при КЗ и повреждении одного из преобразователей остается работоспособным и выполняет свои функции.