Защита от замыканий на землю

Дуглас Паркер, Гарт Брэдшоу, Марк Аугустин.

Перевод с английского:Кривченя П.В

Источник: Источник: PatentStorm.
http://www.patentstorm.us/patents/4580186/description.html

ВВЕДЕНИЕ

Изобретение относится к сетям переменного тока электроэнергетических систем. Более конкретно, настоящее изобретение обеспечивает обнаружение замыкания на землю, неисправностей схем.

У предыдущих защит, обнаруживающих замыкание, есть ряд недостатков, в том числе большое время срабатывания, ложное срабатывание из-за отсутствия компенсации емкостного тока. Защиты ложно работают в следствии появления знакопеременной высокой составляющей при горении перемежающейся дуги. Данное изобретение позволяет избежать этих и других недостатков техники.

Сущность изобретения

     Данное изобретение генерирует дополнительный сигнал при замыкании на землю, а затем эти сигналы суммируются в блоке основной защиты.

     Изобретение имеет питание от постоянного тока.

Описание работы

В типичной сети переменного тока электроэнергетической системы, трансформатор преобразует первичное напряжение питания к подходящей среднего напряжения для использования в сети распределения электроэнергии. Сети распределения электроэнергии включаются на вторичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке трансформатора есть общая точка. К этой точке подключается провод. Называется он нейтральный. Нейтральная точка или проводник (в дальнейшем "нейтраль") подключается непосредственно к потенциалу "земли, чтобы обеспечить основу для автоматического распределения энергии.

Характерной особенностью таких сетей является наличие токов утечки из-за емкости между различными компонентами системы. Существует, в частности, ток утечки от на землю из-за емкости между проводниками и заземлением (именуемое в дальнейшем "ток утечки сети"). Эти токи очень малы по величине, поэтому очень важно, что б защита четко определяла, есть ли повреждение в сети или нет.

Обратимся к рисунку 1, на котором показано схема замещения замыкание на землю. В схеме показан источник напряжения, (первичная обмотка трансформатора и приемника- вторичной обмотки, обозначенной PRI и SEC, соответственно. В нейтраль включается реле, которое реагирует на токи обратной последовательности. Остальные части схемы включены стандартно для питания потребителей (на схеме не показано). 

В соответствии с изобретением, показанным на рис. 1, заземления и замыкания на землю схемы обнаружения подключается между нейтралью и землей (вместо прямого соединения с нейтральным по отношению к земле). В эту схему включается диод D1,перед которым стоит токоограничивающий резистор Rg, для выделения тока нужной последовательности при коротком замыкании на землю. Ток, который пропущен диодом D 1, проходит через светодиод D3, а дальше на АЦП На Рис. 1 светодиод D3 шунтируется ограничителем перенапряжения (или защитным диодом D2, чтобы защитить систему защиты от волн обратной полярности. От потребности в подавлении волны, будут зависеть характеристики генерации управляющего сигнала, который в свою очередь должен соответствовать требованиям на отключение.

    При нормальных условиях работы в электроэнергетической системы, ток замыкания на землю отсутствует исхема работает нормально заземления и обнаружения неисправностей схемы.. Кроме того, в сети ток утечки заблокирован из-за наличия диода D1. Если говорить более конкретно, то диод D1 будет проводить только половину альтернативных циклов переменного сигнала (например, полуволну синусоиды). Таким образом, ток утечки не может течь, что позволяет пресеч ложное срабатывание защиты. Напряжение на емкости цепи утечки (например, количество накопленного заряда в емкости), и напряжение между сетью распределения питания и землей стабилизируется на безопасном уровне постоянного тока, который зависит от начального до вторичного соединения емкости трансформатора и емкости сети утечки на землю. Полярности этого напряжения устанавливается полярностью диода D1.

    При замыкании на землю в сети появляется несиметрия. Точка нейтрали смещается и фазные напряжения возрастают до линейных. В нейтрали появляется ток, который ограничивается резистором Rg. Переменный ток активизирует светодиод D3 который производит управляющий сигнал для системы датчика, такого как оптическое изолированное реле, которое может быть связано в обычной манере с реле тока обратной последовательности .Это обеспечивает мгновенное отключение замыкания на землю.Кроме того, светодиод D3 также активируется в случае сбоя между нейтралью и землей. Когда нейтраль неисправна, то напряжение на схему подается из блока питания. Напряжения питания должно быть достаточным для активации диода D3 (или других средств производства сигнала). В сети распределения электроэнергии 120/240 вольт, например, с ограничением тока сопротивлением R г = 8000 Ом, 24 вольтовый блок питания может быть использован для обеспечения примерно 3 мА. Следует отметить, что обнаружение замыкания является предпочтительным, поскольку одновременное присутствие такого дефекта могут представлять опасность из-за несвоевременного отключения и протекания тока на месте повреждения. 

    Рис. 2 показывает, второй вариант изобретения. Показана  электроэнергетическая система, которая включает в себя три фазы трансформатора, имеющие множество первичных обмоток Вторичные обмотки соединены в звезду. Общая точка Н.

    В соответствии с изобретением, как показано на рис. 2, заземления и замыкания на землю схемы обнаружения подключается между нейтралью N и землей (вместо прямого соединения с нейтральным по отношению к земле). В данном случае цепь защиты включается так же как  на схеме, показанной на рис 1, за исключением электропитания постоянного тока, которое не включено. Электропитание постоянного тока в данную схему не включается, так как не предусмотрено наличие нейтрального провода. В 3-фазной, четырехпроводной системы , которая содержит нейтральный провод, блок питания постоянного тока может быть включен.

    Работа изобретения, показного  на рис. 2 в основном такая же , как на Рис. 1. Опять же, за исключением блока питания постоянного тока. При нормальных условиях работы в электроэнергетической системы, при отсутствии тока через заземление и замыкания на землю схемы обнаружения, ток утечки сети блокируется диодом D1. Как было описано ранее на рис. 1, напряжение между сетью распределения мощности и землей стабилизируется на безопасном уровне переменного тока и зависит от первичной обмотки трансформатора. А точнее  емкости связи сети распределения электроэнергии и емкости утечки на землю. В случае замыкания между линией электропередач и землей, (возможно даже через человека), электрические токи замыкания на будут протекать в цепи обнаружения замыкания. Переменный ток, в связи с пропуском его диодом D1 (который также устанавливает полярность) ограничивается до безопасного уровня путем ограничения сопротивлением Rг. Далее активизирует светодиод D3, который генерирует управляющий сигнал. системы, который будет причиной срабатывания реле.

    Когда короткое замыкание на землю в сети происходит распределение электроэнергии показал, DC ток течет в заземления и замыкания на землю схемы обнаружения на максимальный уровень 15 миллиампер. Если неисправность ток превышает заданный уровень реагирования цепи, светодиод D3 формирует сигнал управления, что приводит к мгновенной закрытия нормально открытый средство включения SW. Это подпитывает б 120 вольт шунта поездки катушки, которые затем поездки главным автоматическим выключателем, мгновенно отделения theground вина от трансформатора напряжения.

Заключение

    Изобретения, описанное выше, предоставляет собой средства для эффективного заземления и является надежной защитой от замыканий на землю в сетях переменного тока. Изобретение обеспечивает надежную защиту, а также оно позволяет избегать ложных срабатываний при токах утечки в нормальном режиме работы сети. Имеет высокую чувствительность к малым токам замыкания.

Рисунок 1 - принципиальная схема изобретения, соединенных в одной фазе, 3-проводной переменной электроэнергетической системы.

Рисунок 2 - принципиальная схема изобретения связаны в 3 фазы, 3-проводной переменной электроэнергетической системы.