SU1663570A1

SU1663570A1 - Zero sequence current-to-voltage converter

Info

Publication number: SU1663570A1
Application number: SU884408854A
Authority: SU
Inventors: Виталий Иванович Шуцкий; Анатолий Иванович Федоров; Геннадий Филиппович Горбачев; Марат Толгатович Сагдеев; Александр Цезаревич Божук; Константин Николаевич Потапов
Original assignee: Таджикский политехнический институт; Душанбинское Проектно-Конструкторское Бюро "Спецавтоматика"
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1991-07-15

Abstract

Изобретение относитс к электроизмерени м и может быть использовано в схемах защиты от однофазных замыканий на землю или контрол токов утечки через изол цию в электроустановках переменного тока. Цель изобретени - повышение надежности за счет обеспечени самоконтрол трансформатора тока нулевой последовательности. При обрыве вторичной обмотки 5 трансформатора тока нулевой последовательности операционный усилитель 8 преобразовател переходит в триггерный пороговый режим и напр жение на его выходе увеличиваетс до уровн половины напр жени источника питани . При обрыве вторичной обмотки 6 происходит то же самое. Этот уровень напр жени , усиленный двухтактовым эмиттерным повторителем 9, значительно превышает пороговую уставку устройства защитного отключени , в результате чего происходит отключение электроустановки по услови м самоконтрол . При коротком замыкании во вторичной обмотке 5 операционный усилитель 8 переходит в режим генерации из-за образовани положительной обратной св зи, в результате чего на его выходе по вл етс меандр (пр моугольные импульсы) с амплитудой, равной половине напр жени источника питани . При коротком замыкании в обмотке 6 происходит то же самое, но частота пр моугольных импульсов будет определ тьс величиной емкости конденсатора 13 и величинами сопротивлени резисторов 12 и 16. В том и другом случае амплитуда меандра на выходе двухтактного эмиттерного повторител 9 значительно превышает пороговую уставку устройства защитного отключени , в результате чего происходит отключение электроустановки по услови м самоконтрол . 1 ил.The invention relates to electrical measurements and can be used in protection schemes against single-phase earth faults or control of leakage currents through the insulation in electrical installations of alternating current. The purpose of the invention is to increase reliability by providing self-monitoring of the zero-sequence current transformer. When the secondary winding 5 of the zero-sequence current transformer is broken, the operational amplifier 8 of the converter goes into trigger threshold mode and the output voltage rises to half the voltage of the power source. When the secondary winding 6 breaks, the same thing happens. This voltage level, amplified by a two-stroke emitter follower 9, significantly exceeds the threshold setting of the protective disconnecting device, as a result of which the electrical installation is disconnected under self-control conditions. During a short circuit in the secondary winding 5, the operational amplifier 8 switches to the generation mode due to the formation of positive feedback, resulting in a square wave (rectangular impulses) with an amplitude equal to half the voltage of the power source. During a short circuit in the winding 6, the same thing happens, but the frequency of the rectangular pulses will be determined by the capacitance value of the capacitor 13 and the resistance values of resistors 12 and 16. In either case, the amplitude of the meander at the output of the push-pull emitter follower 9 greatly exceeds the threshold setting of the protective device shutdown, as a result of which the electrical installation is disconnected under the conditions of self-control. 1 il.

Description

Изобретение относитс к электроизмерени м и может быть использовано в схемах защиты от однофазных замыканий на земле или контрол токов утечки через изол цию электроустановках переменного тока.The invention relates to electrical measurements and can be used in protection schemes against single-phase short circuits on the ground or monitoring leakage currents through insulation of alternating current electrical installations.

Цель изобретени - повышение надежности за счет обеспечени самоконтрол The purpose of the invention is to increase reliability by providing self-control.

трансформатора тока нулевой последовательности .zero sequence current transformer.

На чертеже изображена принципиальна схема преобразовател тока нулевой последовательности в напр жение.The drawing is a schematic diagram of a zero-sequence-voltage-to-current converter.

Предлагаемый преобразователь содержит трансформатор тока нулевой последовательности в виде тороидальногоThe proposed converter contains a zero sequence current transformer in the form of a toroidal

сердечника 1, предназначенного дл пропускани фазных проводов 2, 3, 4 и снабженного двум вторичными обмотками 5 и 6, намотанными по всей окружности сердечника 1 двойным проводом с равным числом витков. В окно сердечника 1 вставлена труба 7 из ферромагнетика, покрыта сплош- ным короткозамкнутым витком из высокопровод щего материала, например меди. Сквозь трубу 7 пропущены фазные провода 2, 3 и 4. Начало первой вторичной обмотки 5 св зано с инвертирующим входом операционного усилител 8, выход которого подключен к входу двухтактного эмиттерного повторител 9, выход которого соединен с первым приводом резистора 10 отрицательной обратной св зи. Преобразователь содержит также первый 11 и второй 12 резисторы, первый 13 и второй 14 конденсаторы , причем выходной резистор 15 своим первым выводом соединен с общей шиной. Начало первой вторичной обмотки 5 соединено с инвертирующим входом операционного усилител 8 через первый резистор 11, а концы перой и второй упом нутых вторичных обмоток 5 и 6 объединены между собой и соединены с общей шиной через второй резистор 12, при этом конец второй вторичной обмотки 6 соединен с общей шиной через последовательную цепь из первого конденсатора 13 и вновь введенного третьего резистора 16, а точка соединени этих элементов в указанной последовательной цепи подключена к неинвертирующему входу операционного усилител 8, причем второй вывод резистора 10 отрицательной обратной св зи подключен к началу второй вторичной обмотки 6, а выходной резистор своим вторым выводом соединен с выходом двухтактного эмиттерного повторител 9 и шунтирован вторым конденсатором 14.core 1, designed to pass the phase wires 2, 3, 4 and provided with two secondary windings 5 and 6, wound around the entire circumference of core 1 with a double wire with an equal number of turns. A tube 7 made of a ferromagnet is inserted into the window of the core 1, covered with a solid short-circuited coil of highly conductive material, such as copper. Through pipe 7, phase wires 2, 3 and 4 are passed. The beginning of the first secondary winding 5 is connected with the inverting input of the operational amplifier 8, the output of which is connected to the input of the push-pull emitter repeater 9, the output of which is connected to the first drive of the negative feedback resistor 10. The converter also contains the first 11 and second 12 resistors, the first 13 and second 14 capacitors, with the output resistor 15 being connected to the common bus with its first output. The beginning of the first secondary winding 5 is connected to the inverting input of the operational amplifier 8 through the first resistor 11, and the ends of the first and second mentioned secondary windings 5 and 6 are interconnected and connected to the common bus through the second resistor 12, while the end of the second secondary winding 6 is connected with a common bus through a series circuit of the first capacitor 13 and the newly introduced third resistor 16, and the connection point of these elements in the specified series circuit is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 8, p A second output of the negative feedback resistor 10 is connected to the beginning of the second secondary winding 6, and the output resistor is connected to the output of a push-pull emitter follower 9 with its second output and is bridged by a second capacitor 14.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.The proposed Converter works as follows.

При возникновении в электроустановке однофазного замыкани на землю геометрическа сумма магнитных потоков, наводимых в сердечнике 1 токами в фазных проводах 2, 3 и 4, становитс не равной нулю, а результирующий магнитный поток наводит во вторичных обмотках 5 и 6 ЭДС, пропорциональную току нулевой последовательности . Поскольку перва вторична обмотка 5 и втора вторична обмотка 6 включены между собой встречно стабилизаци уровн напр жени на выходе эмиттерного повторител 9 независимо от изменени тока в фазных проводах 2, 3 и 4 обеспечиваетс разностным потоком между вторичными обмотками 5 и 6. С начала первой вторичной обмотки 5 через резистор 11When a single-phase earth fault occurs in an electrical installation, the geometric sum of magnetic fluxes induced in core 1 by currents in phase wires 2, 3 and 4 becomes non-zero, and the resulting magnetic flux induces an emf in the secondary windings 5 and 6 proportional to the zero-sequence current. Since the first secondary winding 5 and the second secondary winding 6 are interconnected to counter stabilize the voltage level at the output of the emitter follower 9, regardless of the current change in the phase wires 2, 3 and 4, is provided by the difference flow between the secondary windings 5 and 6. From the beginning of the first secondary winding 5 through resistor 11

на инвертирующий вход операционного усилител 8 подаетс синусоидальное напр жение , уровень которого пропорционален току нулевой по следовательности, а наthe inverting input of the operational amplifier 8 is supplied with a sinusoidal voltage, the level of which is proportional to the current of the zero sequence, and

неинвентирующий вход усилител 8 через конденсатор 13 с объединенных концов обмоток 5 и 6 - разностный сигнал, близкий к нулю, образованный противоположно направленными токами в обмотках 5 и 6. Вnoninventing input of the amplifier 8 through the capacitor 13 from the combined ends of the windings 5 and 6 is a difference signal, close to zero, formed by oppositely directed currents in the windings 5 and 6. In

0 итоге на выходе операционного усилител 8 формируетс сигнал, дифференциальный по отношению к общей шине и пропорциональный току нулевой последовательности. Этот сигнал усиливаетс двухтактным эмит5 терным повторителем 9 и через резистор Юотрицательной обратной св зи поступает на начало второй вторичной обмотки б. Таким образом, при увеличении тока в первойAs a result, a signal is formed at the output of the operational amplifier 8 that is differential with respect to the common bus and proportional to the zero-sequence current. This signal is amplified by a push-pull emitter follower 9 and, through a resistor, the negative feedback is applied to the beginning of the second secondary winding b. Thus, with increasing current in the first

0 вторичной обмотке 5, на пропорциональную величину увеличиваетс разностный сигнал между токами обмоток 5 и 6 подаваемый на неинвертирующий вход операционного усилител 8, в силу чего дифференциальный0 to the secondary winding 5, the differential signal between the currents of the windings 5 and 6 increases by a proportional magnitude and is applied to the non-inverting input of the operational amplifier 8, whereby the differential

5 сигнал на выходе усилител 8 и повторител 9 остаетс посто нным, точно также как и падение напр жени на выходном резисторе 15, шунтированном конденсатором 14, независимо от флуктуации во вторичных5, the signal at the output of amplifier 8 and repeater 9 remains constant, just as the voltage drop across the output resistor 15 bridged by capacitor 14, regardless of fluctuations in the secondary

0 обмотках 5 и 6, обусловленных изменением фазных токов из-за непосто нства магнитных параметров сердечника 1. Труба 7 из ферромагнетика, покрыта короткозамкнутым слоем меди, преп тствует возникнове5 нию небалансов, обусловленных несимметричностью размещени фазных проводов2,3 и 4 в окне сердечника 1. Уменьшение погрешности трансформатора тока нулевой последовательности достигаетс 0 windings 5 and 6, due to the change in phase currents due to the inadequacy of the magnetic parameters of the core 1. The pipe 7 from a ferromagnet, covered with a short-circuited copper layer, prevents the occurrence of unbalances caused by the asymmetry of the phase conductors 2, 3 and 4 in the window of the core 1. Reducing the error of the zero sequence current transformer is achieved

0 тем, что короткозамкнутый виток из меди обеспечивает размагничивание ферромагнитной трубы 7, поддержива ее высокую магнитную проницаемость (предотвраща насыщение) и экранирующие свойства. Тру5 ба 7 экранирует сердечник 1 от полей. обус- ловленных несимметричностью размещени фазных проводов 2, 3 и 4 сети относительно центральной оси симметрии сердечника 1 и неравномерностью укладки0 in that a short-circuited coil of copper provides demagnetization of the ferromagnetic pipe 7, maintaining its high magnetic permeability (preventing saturation) and shielding properties. Tru5 ba 7 shields the core 1 from the fields. due to the asymmetry of the placement of the phase wires 2, 3 and 4 of the network relative to the central axis of symmetry of the core 1 and uneven laying

0 витков вторичных обмоток 5 и 6 по периметру сердечника 1.0 turns of secondary windings 5 and 6 along the core perimeter 1.

Предлагаемый преобразователь обладает свойством самоконтрол .The proposed converter has the self-monitoring property.

При обрыве вторичной обмотки 5 транс5 форматор тока нулевой последовательности операционный усилитель 8 преобразовател переходит в триггерный пороговый режим и напр жение на его выходе увеличиваетс до уровн половины напр жени источника питани . При обрыве вторичной обмотки 6 происходит то же самое.When the secondary winding 5 is disconnected, the trans5 current sequence format of the zero sequence operational amplifier 8 of the converter goes into trigger threshold mode and the output voltage rises to half the voltage of the power source. When the secondary winding 6 breaks, the same thing happens.

Этот уровень напр жени , усиленный двухтактным эмиттерным повторителем 9, значительно превышает пороговую установку устройства защитного отключени , в результате чего происходит отключение электроустановки по услови м самоконтрол .This voltage level, amplified by a push-pull emitter follower 9, significantly exceeds the threshold setting of the protective disconnect device, as a result of which the electrical installation is disconnected according to the conditions of self-control.

При коротком замыкании во вторичной обмотке 5 операционный усилитель 8 переходит в режим генерации из-за образовани положительной обратной св зи, в результате чего на его выходе по вл етс меандр (пр моугольные импульсы) с амплитудой, равной половине напр жени источника питани . При коротком замыкании в обмотке 6 происходит то же самое, но частота пр моугольных импульсов будет определ тьс величиной емкости конденсатора 13 и величинами сопротивлени резисторов 12 и 16. В том и другом случае амплитуда меандра на выходе двухтактного эмиттерного повторител 9 значительно превышает пороговую уставку устройства защитного отключени , в результате чего происходит отключение электроустановки по услови м самоконтрол .During a short circuit in the secondary winding 5, the operational amplifier 8 switches to the generation mode due to the formation of positive feedback, resulting in a square wave (rectangular impulses) with an amplitude equal to half the voltage of the power source. During a short circuit in the winding 6, the same thing happens, but the frequency of the rectangular pulses will be determined by the capacitance value of the capacitor 13 and the resistance values of resistors 12 and 16. In either case, the amplitude of the meander at the output of the push-pull emitter follower 9 greatly exceeds the threshold setting of the protective device shutdown, as a result of which the electrical installation is disconnected under the conditions of self-control.

Использование предлагаемого преобразовател позволит значительно повысить надежность защиты от однофазных замыканий на землю за счет следующих факторов: труба из ферромагнитного материала, покрыта короткозамкнутым слоем меди и вставленна в окно сердечника трансформатора тока нулевой последовательности, обеспечивает устранение небаланса и уменьшение погрешности выделени тока нулевой последовательности. Кроме того, примен емый преобразователь ток - напр жение обеспечивает точность преобразова- ни аналогового сигнала в уровень напр жени , пропорциональный току нулевой последовательности, а также возможность самоконтрол путем отключени сети при обрыве или коротком замыкании вторичных обмоток трансформатора тока нулевой последовательности.The use of the proposed converter will significantly increase the reliability of protection against single-phase earth faults due to the following factors: a pipe made of ferromagnetic material, covered with a short-circuited copper layer and inserted into the core window of the zero-sequence current transformer, eliminates unbalance and reduces the error of current discharge of the zero-sequence. In addition, the current-to-current converter used ensures the accuracy of converting an analog signal to a voltage level proportional to the zero-sequence current, as well as the possibility of self-control by disconnecting the network if the secondary windings of the zero-sequence current transformer are interrupted or short-circuited.

Claims

Invention Formula

Zero-sequence current to voltage converter containing a zero-sequence current transformer in the form of a toroidal core

with two secondary windings wound around the entire circumference of the core with a double wire with an equal number of turns, the beginning of the first secondary winding is connected with the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the input of a two-stroke emitter follower, the output of which is connected to the first output of the negative reverse resistor connection, the first and second resistors, the first and second capacitors, and

output resistor with its first output

connected to a common bus, which is also distinguished by the fact that, in order to increase

reliability by providing self-monitoring of the zero-sequence current transformer, the beginning of the first secondary winding is connected to the inverting input of the operational amplifier via the first resistor, and the ends of the first and second mentioned secondary windings are interconnected and connected to the common bus through the second resistor, the end of the second winding is connected to the common bus through a series circuit from the first capacitor

and the newly introduced third resistor, and the connection point of these elements in the specified series circuit is connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the second output of the resistor

The negative feedback is connected to the beginning of the second secondary winding, and the output resistor is connected to the output of a push-pull emitter follower with its second output and is bridged by a second capacitor.

C / gus / rredu

Exit