[go: up one dir, main page]

RU2667064C1 - Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit - Google Patents

Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2667064C1
RU2667064C1 RU2017119245A RU2017119245A RU2667064C1 RU 2667064 C1 RU2667064 C1 RU 2667064C1 RU 2017119245 A RU2017119245 A RU 2017119245A RU 2017119245 A RU2017119245 A RU 2017119245A RU 2667064 C1 RU2667064 C1 RU 2667064C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
short circuit
signal
overload
generalized
Prior art date
Application number
RU2017119245A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Евгеньевич Бондаренко
Александр Потапович Баранов
Original Assignee
Александр Евгеньевич Бондаренко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Евгеньевич Бондаренко filed Critical Александр Евгеньевич Бондаренко
Priority to RU2017119245A priority Critical patent/RU2667064C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2667064C1 publication Critical patent/RU2667064C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/32Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors
    • H02H3/34Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at corresponding points in different conductors of a single system, e.g. of currents in go and return conductors of a three-phase system

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: way to protect a three-phase network from overload and short circuit is that the input signals proportional to the instantaneous phase currents are differentiated, after which it is squared, the received signals are summed, obtaining a generalized signal that is compared with the set voltage value, and in case of exceeding by the generalized signal of the set value of voltage by means of the comparator, a signal is issued to disconnect the overloaded feeder.
EFFECT: increased speed of response when determining the time of the overload or short-circuit of a three-phase source.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области защиты электрических сетей от перегрузки и короткого замыкания, а именно трехфазных сетей, и может быть использовано в системах централизованного контроля параметров.The invention relates to the field of protection of electrical networks from overload and short circuit, namely three-phase networks, and can be used in centralized control systems of parameters.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является техническое решение из патента RU 2163423. Способ заключается в том, что измеряют мгновенные значения производной тока электрода по времени dij(t)/dt и мгновенные значения фазных напряжений uj(t) со стороны низкого напряжения трансформатора каждой фазы электропечи в течение всего периода изменения тока; выделяют сигналы пропорциональные первым и третьим гармоникам производной тока электрода и фазного напряжения по каждой фазе; определяют синфазные составляющие этих сигналов по отношению к каждой из гармоник производной тока электрода для каждого электрода в отдельности и по этим синфазным составляющим путем решения системы алгебраических уравнений рассчитывают величину параметров индуктивного взаимодействия между фазами трехэлектродной электропечи.The closest analogue of the claimed invention is a technical solution from patent RU 2163423. The method consists in measuring the instantaneous values of the derivative of the electrode current with respect to time di j (t) / dt and the instantaneous values of phase voltages u j (t) from the low voltage side of each transformer phases of the electric furnace during the entire period of current change; signals are proportional to the first and third harmonics of the derivative of the electrode current and phase voltage for each phase; the in-phase components of these signals are determined with respect to each of the harmonics of the derivative of the electrode current for each electrode individually, and the magnitude of the parameters of the inductive interaction between the phases of the three-electrode electric furnace is calculated using these in-phase components by solving a system of algebraic equations.

Однако недостатком предложенного способа является необходимость выделения первой и третьей гармоник, как для сигнала производного тока, так и для сигнала фазного напряжения, что уменьшает быстродействие предложенного решения, отрицательно сказывается на величине быстродействия и требует необходимости решения системы алгебраических уравнений.However, the disadvantage of the proposed method is the need to separate the first and third harmonics, both for the derivative of the current signal and for the phase voltage signal, which reduces the speed of the proposed solution, negatively affects the speed and requires the need to solve a system of algebraic equations.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в недостаточном быстродействии известных способов защиты трехфазной сети от перегрузки и короткого замыкания.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the insufficient speed of the known methods for protecting a three-phase network from overload and short circuit.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение быстродействия при определении момента времени перегрузки или короткого замыкания трехфазного источника.The technical result of the claimed invention is to improve performance when determining the time point of an overload or short circuit of a three-phase source.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе защиты трехфазной сети от перегрузки и короткого замыкания входные сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам, дифференцируют, после чего возводят в квадрат, полученные сигналы суммируют, получая обобщенный сигнал, который сравнивают с установленным значением напряжения, и в случае превышения обобщенного сигнала установленного значения напряжения посредством компаратора выдают сигнал на отключение перегруженного фидера.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of protecting a three-phase network from overload and short circuit, the input signals proportional to the instantaneous phase currents are differentiated, then squared, the received signals are summed, obtaining a generalized signal that is compared with the set voltage value, and if the generalized signal exceeds the set voltage value by means of a comparator, a signal to turn off the overloaded feeder is issued.

Обобщенный сигнал при перегрузке или коротком замыкании однозначно определяет момент времени короткого замыкания или перегрузки и величину токовой перегрузки.A generalized signal during overload or short circuit unambiguously determines the time instant of a short circuit or overload and the magnitude of the current overload.

Раскрытие заявляемого изобретения показано с помощью фиг. 1-3, на которых изображены:The disclosure of the claimed invention is shown using FIG. 1-3, which depict:

на фиг. 1 - расчетная схема включения трехфазной нагрузки;in FIG. 1 - design diagram of the inclusion of a three-phase load;

на фиг. 2 - блок-схема реализации заявляемого способа;in FIG. 2 is a block diagram of the implementation of the proposed method;

на фиг. 3 - осциллограммы.in FIG. 3 - waveforms.

На фиг. 1-3 позициями 1-16 показаны:In FIG. 1-3 items 1-16 show:

1 - ключ;1 key;

2 - комплекс полного сопротивления нагрузки до замыкания ключа;2 - complex impedance of the load to the circuit of the key;

3 - комплекс полного сопротивления нагрузки после замыкания ключа;3 - complex load impedance after circuit lock;

4 - первый дифференцирующий блок;4 - the first differentiating block;

5 - второй дифференцирующий блок;5 - second differentiating block;

6 - третий дифференцирующий блок;6 - the third differentiating block;

7 - первый блок перемножения;7 - the first block of multiplication;

8 - второй блок перемножения;8 - the second block of multiplication;

9 - третий блок перемножения;9 - the third block of multiplication;

10 - сумматор;10 - adder;

11 - компаратор;11 - a comparator;

12 - неинвертирующий вход компаратора;12 - non-inverting input of the comparator;

13 - инвертирующий вход компаратора, на который подают установленное значение напряжения;13 - inverting input of the comparator, which serves the set voltage value;

14 - фазный ток;14 - phase current;

15 - нулевое значение напряжения;15 - zero voltage value;

16 - обобщенный параметр

Figure 00000001
при возникновении трехфазного К3.16 - generalized parameter
Figure 00000001
when a three-phase K3 occurs.

Для наглядности и понимания предложенного способа описан процесс включения трехфазной нагрузки путем замыкания ключа 1 (фиг. 1) в момент времени

Figure 00000002
при допущении, что сеть большой мощности.For clarity and understanding of the proposed method, the process of switching on a three-phase load by closing the key 1 (Fig. 1) at a time
Figure 00000002
under the assumption that the network is high power.

Уравнение нагрузки имеет вид:The load equation has the form:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где US - модуль изображающего вектора напряжения сети;where U S is the module representing the network voltage vector;

ZH=RH+jwLH - комплекс 3 полного сопротивления нагрузки после замыкания ключа 1;Z H = R H + jwL H - complex 3 of the load impedance after closing key 1;

RH - активное сопротивление фазы нагрузки после замыкания ключа 1;R H - the active phase resistance of the load after closing the key 1;

LH - индуктивность фазы нагрузки после замыкания ключа 1;L H - inductance of the load phase after the closure of key 1;

Z0=(R0+RH)+jw(L0+LH) - комплекс 2 полного сопротивления нагрузки до замыкания ключа 1;Z 0 = (R 0 + R H ) + jw (L 0 + L H ) - complex 2 of the load impedance to the closure of key 1;

γ0 - случайная фаза включения нагрузки;γ 0 - random phase of the inclusion of the load;

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- производная от мгновенного фазного тока.
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- derivative of instantaneous phase current.

Решение дифференциальных уравнений, представленных выше, имеет вид:The solution of the differential equations presented above has the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

где ϕ0=arctg[w(L0+LH)/[R0+RH)] - фаза тока относительно напряжения до момента замыкания ключа 1;where ϕ 0 = arctan [w (L 0 + L H ) / [R 0 + R H )] is the phase of the current relative to the voltage until the key 1 closes;

i a , ib, ic - сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам;i a , i b , i c - signals proportional to instantaneous phase currents;

ϕH=arctg(wLH/RH) - фаза тока относительно напряжения после замыкания ключа 1;ϕ H = arctan (wL H / R H ) is the phase of the current relative to the voltage after closing key 1;

Т а =LH/RH - постоянная времени цепи нагрузки после замыкания ключа 1;T a = L H / R H - time constant of the load circuit after the closure of key 1;

γ=wt - текущий угол.γ = wt is the current angle.

Для диагностирования наступления момента токовой перегрузки или короткого замыкания (КЗ), а также величины перегрузки используют обобщенную величину, равную сумме квадратов от производных фазных токовTo diagnose the occurrence of the moment of current overload or short circuit (short circuit), as well as the magnitude of the overload, a generalized value equal to the sum of the squares of the derivatives of the phase currents is used

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- производные по времени от мгновенных фазных токов.Where
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
- time derivatives of instantaneous phase currents.

Используя подстановку в это выражение производных от мгновенных фазных токов, представленных выше, имеет место следующее выражение:Using the substitution into this expression of the derivatives of the instantaneous phase currents presented above, the following expression holds:

Figure 00000016
Figure 00000016

В момент времени (0-), предшествующий включению ключа 1, предложенная обобщенная величина (i')2 равнаAt time (0-), preceding the inclusion of key 1, the proposed generalized value (i ') 2 is

Figure 00000017
Figure 00000017

Так как в этот момент времени ZH=Z0, ϕH0.Since at this moment in time Z H = Z 0 , ϕ H = ϕ 0 .

Учитывая, что w2=(2πƒ)2=const, имеет место выражение:Given that w 2 = (2πƒ) 2 = const, the expression holds:

Figure 00000018
Figure 00000018

где IS - модуль изображающего вектора тока трехфазной системыwhere I S - module depicting the current vector of the three-phase system

Figure 00000019
Figure 00000019

В момент времени (0+), сразу после включению ключа 1, предложенная обобщенная величина (i')2 равнаAt time (0+), immediately after turning on key 1, the proposed generalized value (i ') 2 is

Figure 00000020
Figure 00000020

Таким образом, при включении ключа 1 обобщенная величина (i')2 меняется «скачкообразно» с величины

Figure 00000021
до величины
Figure 00000022
.Thus, when the key 1 is turned on, the generalized quantity (i ') 2 changes “stepwise” from the quantity
Figure 00000021
up to
Figure 00000022
.

Именно это свойство позволяет определять момент и величину токовой перегрузки.It is this property that allows you to determine the moment and magnitude of the current overload.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Входные сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам i a , ib, ic, дифференцируют с помощью дифференцирующих блоков 4-6, после чего возводят в квадрат с помощью блоков перемножения 7-9. Полученные сигналы квадратов от производных мгновенных фазных токов складывают в сумматоре 10. Сигнал со значениемInput signals proportional to the instantaneous phase currents i a , i b , i c , are differentiated using differentiating blocks 4-6, and then squared using multiplication blocks 7-9. The received squares signals from the derivatives of the instantaneous phase currents are added to the adder 10. The signal with the value

Figure 00000023
Figure 00000023

где i a , ib, ic - сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам; поступает на неинвертирующий вход 12 компаратора 11, на инвертирующий вход 13 которого подают установленное значение напряжения Uуст.where i a , i b , i c are signals proportional to instantaneous phase currents; arrives at the non-inverting input 12 of the comparator 11, the inverting input 13 of which serves the set voltage value U set .

При превышении напряжения сигнала, поступающего на вход 12 компаратора 11, величины установленного значения напряжения Uуст, выходной сигнал компаратора 11 скачкообразно меняется от 0 В до +15 В. Срабатывание токовой защиты зависит от выходного сигнала компаратора 11, который отключает перегруженный фидер. Меняя величину установленного значения напряжения Uуст, изменяют величину установленного значения напряжения срабатывания токовой защиты.When the voltage of the signal supplied to the input 12 of the comparator 11 is exceeded, the value of the set voltage value U mouth is exceeded, the output signal of the comparator 11 abruptly changes from 0 V to +15 V. The operation of the current protection depends on the output signal of the comparator 11, which disconnects the overloaded feeder. Changing the value of the set voltage value U mouth , change the value of the set value of the voltage operating current protection.

Предлагаемые осциллограммы (фиг. 3) получены путем записи выходного сигнала сумматора 10 при КЗ. Фазный ток i a представлен кривой 14, «0» - нулевое значение напряжения - прямой 15. Кривая 16 изображает обобщенный параметр

Figure 00000024
при возникновении трехфазного КЗ. До КЗ цепь была нагружена током примерно в 3 раза меньше, чем во время КЗ.The proposed waveforms (Fig. 3) are obtained by recording the output signal of the adder 10 at short circuit. Phase current i a is represented by curve 14, “0” - zero voltage value - direct line 15. Curve 16 shows a generalized parameter
Figure 00000024
when a three-phase short circuit occurs. Before the short circuit, the circuit was loaded with current about 3 times less than during the short circuit.

Приведенные примеры являются частными случаями и не исчерпывают всех возможных реализаций заявляемого изобретения.The above examples are special cases and do not exhaust all possible implementations of the claimed invention.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации заявляемого способа не изменяют сущность изобретения, а лишь определяют его конкретные воплощения.The specialist in the art should understand that various variations of the proposed method do not change the essence of the invention, but only determine its specific embodiment.

Claims (1)

Способ защиты трехфазной сети от перегрузки и короткого замыкания, характеризующийся тем, что входные сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам, дифференцируют, после чего возводят в квадрат, полученные сигналы суммируют, получая обобщенный сигнал, который сравнивают с установленным значением напряжения, и в случае превышения обобщенным сигналом установленного значения напряжения посредством компаратора выдают сигнал на отключение перегруженного фидера.A method of protecting a three-phase network from overload and short circuit, characterized in that the input signals proportional to the instantaneous phase currents are differentiated, then squared, the received signals are summed, obtaining a generalized signal that is compared with the set voltage value, and if the generalized value is exceeded the signal of the set voltage value through the comparator gives a signal to turn off the overloaded feeder.
RU2017119245A 2017-06-02 2017-06-02 Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit RU2667064C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119245A RU2667064C1 (en) 2017-06-02 2017-06-02 Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119245A RU2667064C1 (en) 2017-06-02 2017-06-02 Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667064C1 true RU2667064C1 (en) 2018-09-14

Family

ID=63580540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119245A RU2667064C1 (en) 2017-06-02 2017-06-02 Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667064C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU681496A1 (en) * 1977-12-19 1979-08-25 Сибирский научно-исследовательский институт энергетики Starter member for relay protection arrangement
EP1298770A2 (en) * 2001-09-28 2003-04-02 Eaton Corporation Method and apparatus for detecting and suppressing a parallel arc fault
RU2353015C2 (en) * 2007-03-27 2009-04-20 Закрытое Акционерное Общество "Электрические Низковольтные Аппараты И Системы" Multiple three-phase electric circuits protection system from remote short circuit currents
RU2355090C1 (en) * 2007-09-17 2009-05-10 Закрытое Акционерное Общество "Электрические Низковольтные Аппараты И Системы" Method of high-speed overcurrent protection of electrical circuits (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU681496A1 (en) * 1977-12-19 1979-08-25 Сибирский научно-исследовательский институт энергетики Starter member for relay protection arrangement
EP1298770A2 (en) * 2001-09-28 2003-04-02 Eaton Corporation Method and apparatus for detecting and suppressing a parallel arc fault
RU2353015C2 (en) * 2007-03-27 2009-04-20 Закрытое Акционерное Общество "Электрические Низковольтные Аппараты И Системы" Multiple three-phase electric circuits protection system from remote short circuit currents
RU2355090C1 (en) * 2007-09-17 2009-05-10 Закрытое Акционерное Общество "Электрические Низковольтные Аппараты И Системы" Method of high-speed overcurrent protection of electrical circuits (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5328197B2 (en) High-speed impedance protection technology against dynamic errors of capacitor-type instrument transformers.
US8410785B2 (en) Electrical power system phase and ground protection using an adaptive quadrilateral characteristics
CN101609983B (en) Restrain device and control method for excitation inrush current of transformer
US9257827B2 (en) Electrical power system phase and ground protection using an adaptive quadrilateral characteristic
US4821137A (en) Positive sequence distance relay for AC power transmission line protection
EP2686929A1 (en) Voltage based method for fault identification in a transmission line and apparatus thereof
Bains et al. Enhanced phasor estimation technique for fault location in series-compensated lines
Jafarian et al. High-speed superimposed-based protection of series-compensated transmission lines
CN107210153A (en) Method for the electrically operated time of estimating circuit breaker
JP3830824B2 (en) Digital directional relay
CN107979068A (en) A kind of anti-personal electric shock control method of isolated neutral power distribution network
KR101952063B1 (en) Leakage current detection device
RU2667064C1 (en) Method for protecting three-phase network against overloading and short circuit
CN105207217A (en) Instantaneous value cutoff and proportional current limiting control method for active power filter
Benmouyal et al. Experience with subcycle operating time distance elements in transmission line digital relays
CN109818340A (en) A flexible control method for single-phase ground fault current under parallel inductance of controllable voltage source
Kang et al. Compensating algorithm suitable for use with measurement-type current transformers for protection
Benmouyal et al. Characterization of phase and amplitude comparators in UHS directional relays
JP2001251754A (en) Direction determination method
CN110261721A (en) Single-phase earthing under active compensation mode differentiates and sentences phase method
Kim et al. Wavelet transform in the accurate detection of high impedance arcing faults in high voltage transmission lines
Zubić et al. Impedance surfing method for CVT transient mitigation
Siwczyński et al. Application of L1-impulse method to the optimization problems in power theory
CN114089100B (en) Single-phase fault phase selection method based on phase current fault component correlation coefficient
Kang et al. Compensating algorithm for use with measurement type current transformers for protection