УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА ПРОВОДОВ ЭЛЕКТРОСЕТИ Российский патент 1994 года по МПК B60M1/00 H02H5/04 H02H3/08 G01K1/16 

Изобретение относится к электрофицированным железным дорогам и может использоваться в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и электрических сетей, оно может использоваться также для защиты контактной сети городского и других видов транспорта, а также для защиты электрических сетей и высоковольтных линий общего назначения от перегрева проводов.

Известно большое число устройств защиты, содержащих датчик температуры (терморезисторы, термодиоды и т.п.), устанавливаемых на контролируемом проводе, систему передачи информации от датчика к регистрирующему органу защиты и систему обработки данных о температуре. Их общий недостаток - необходимость устанавливать датчик температуры на проводе линии, находящейся под высоким напряжением. При этом возникают технические трудности с передачей сигнала от датчика на остальную часть устройства, находящуюся под потенциалом земли. Сложную проблему представляет эксплуатационное обслуживание таких датчиков и их источника питания, поскольку они находятся под высоким напряжением. Из-за этого устройства с датчиками температуры провода в настоящее время не получили распространения ни у нас в стране, ни за рубежом. В этом отношении более предпочтительны такие устройства, которые не используют датчики, располагаемые на проводе, и в то же время реагируют на температуру провода.

Более простое техническое решение вычисления температуры защищаемого провода, принятое в качестве прототипа, содержит датчик тока, датчик скорости ветра с присоединенным к нему нелинейным преобразователем, датчик температуры окружающей среды, аналоговый измерительный и исполнительный органы. В этом устройстве температура провода вычисляется на основе уравнения теплового баланса, в которое входит коэффициент теплоотдачи провода. Коэффициент теплоотдачи провода определяется в нелинейном преобразователе, присоединенным к выходу датчика скорости ветра. Таким образом, коэффициент теплоотдачи определяют путем измерения скорости ветра и вычисления его величины в зависимости от указанной скорости ветра. Недостатком известных устройств является низкая точность из-за слишком приближенного определения коэффициента теплоотдачи, поскольку последний зависит не только от скорости ветра, но и от других факторов.

Цель изобретения состоит в повышении точности и расширении области применения устройства путем возможности использования для любых марок проводов из разного материала и разных сечений защиты от нагрева проводов защищаемой электрической сети.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства. Она содержит: датчик тока 1, датчик скорости ветра 2, нелинейный преобразователь 3, блок регулируемых коэффициентов 4, второй сумматор 5, блок вычисления перегрева 6, источник стабильного напряжения 7, блок регулируемых коэффициентов 8, датчик температуры окружающей среды 9, блок регулируемых коэффициентов 10, блок регулируемых коэффициентов 11, третий сумматор 12, блок регулируемых коэффициентов 13, первый сумматор 14, исполнительный орган 15.

Блоки 1, 2, 3, 9, 14, 15 являются известными из прототипа, остальные блоки - новые. Все без исключения блоки выполнены на основе известных преобразователей (1, 2, 9) и элементов электронной техники. Нелинейный преобразователь 3 может быть выполнен на базе кусочно-линейных функциональных преобразователей на аналоговых интегральных микросхемах. Блоки регулируемых коэффициентов 4, 8, 10, 11, 13 выполняются в виде потенциометров, либо в виде операционных усилителей с регулируемой отрицательной обратной связью. Блок вычисления перегрева 6 выполнен либо в виде умножителя, квадратора, сумматора и интегратора (как в прототипе), либо в виде цифрового вычислительного комплекса.

На выходе датчика тока 1 формируется напряжение U₁ = n₁I, где I - ток защищаемого провода, n₁ - коэффициент пропорциональности. Этот сигнал поступает на первый вход блока вычисления перегрева 6. На выходе датчика скорости ветра 2 формируется напряжение U₂ = n₂v, где v - скорость ветра, n₂ - коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией датчика. На выходе нелинейного преобразователя 3 напряжение равно U₃ = n₃U₂^g = n₃n₂^gv^g, где n₃ - коэффициент пропорциональности. На выходе блока регулируемого коэффициента 4 сигнал равен U₄ = n₄U₃ = n₄n₃n₂^gv^g = bv^g, где n₄, b - коэффициент пропорциональности (b = n₂^gn₃n₄). Коэффициенты n₂, n₃ - нерегулируемые. Они устанавливаются постоянными при изготовлении устройства. Коэффициенты n₄, а следовательно и b, являются регулируемыми. Они устанавливаются в эксплуатации применительно к марке защищаемого провода. Напряжение U₄ поступает на первый вход второго сумматора 5.

Напряжение на выходе блока стабильного напряжения 7 равно U₇, а на выходе блока регулируемого коэффициента 8 оно равно U₈ = n₈U₇ = К₁, где n₈ - регулируемый коэффициент пропорциональности. Это напряжение поступает на первый вход третьего сумматора 12.

На выходе датчика температуры окружающей среды 9 напряжение сигнала равно U₉ = n₉t_окр, где n₉ - коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией датчика. На выходе блока регулируемого коэффициента 10 напряжение равно U₁₀ = =n₁₀U₉ = n₁₀n₉t_окр = К₂t_окр, где n₁₀ - регулируемый коэффициент передачи блока 10, К₂ - регулируемый коэффициент пропорциональности (К₂ = n₉n₁₀). Это напряжение поступает на второй вход третьего сумматора 12.

Напряжение на выходе блока вычисления перегрева равно n₆ , θ , где n₆ - коэффициент пропорциональности, θ - перегрев провода. По принципу действия схемы необходимо, чтобы для нерегулируемых коэффициентов n₆ и n₉ соблюдалось условие n₆= = n₉. Напряжение U₆ поступает на вход блока регулируемого коэффициента 11, сигнал на выходе которого равен U₁₁ = n₁₁U₆ = n₁₁. n₆ θ = К₃ θ , где n₁₁ и К₃ - регулируемые коэффициенты пропорциональности (К₃ = = n₆n₁₁). Этот сигнал же поступает на третий вход третьего сумматора 12, напряжение на выходе которого равно U₁₂ = U₈ +U₁₀+ U₁₁ = =K₁ + K₂t_окр + К₃ θ . На выходе блока регулируемого коэффициента 13 напряжение равно U₁₃= = n₁₃U₁₂ = n₁₃(K₁+K₂t_окр + К₃ θ), где n₁₃ - регулируемый коэффициент передачи блока 13. Это напряжение подается на второй вход второго сумматора 5, напряжение на выходе которого равно U₅ = U₁₃ + U₄ = n₁₃(K₁ + +K₂t_окр + K₃ θ) + bv^g.

Путем регулировки коэффициента передачи n₁₃ обеспечивают условия n₁₃ = ζ , где ζ- степень черноты излучающей поверхности защищаемого провода. В этом случае U₅= = ζ (K₁ + K₂t_окр + K₃ θ) + bv^g.

Путем регулировки коэффициентов передачи n₈, n₁₀, n₁₁ соответственно блоков 8, 10, 11 обеспечиваются значения К₁ = 4,06, К₂ = 0,071, К₃ = 0,04. Путем регулировки коэффициента передачи блока 4 обеспечивается выбор значения параметра "b", соответствующего конкретной марке защищаемого провода.

Напряжение U₆ с выхода блока вычисления перегрева 6 поступает так же на первый вход первого сумматора 14. На второй вход этого сумматора подается напряжение U₉ с выхода датчика температуры окружающей среды 9. Напряжение на выходе сумматора 14 равно U₁₄ = U₆ + U₉ = n₆ θ + n₉t_окр. По условию n₆ = n₉, поэтому U₁₄ = n₆ (θ + t_окр) = =n₆t, где t - температура провода.

Устройство работает следующим образом. На основе исходной информации, получаемой от блоков 1, 2, 7, 9 осуществляется вычисление с помощью блоков 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13 коэффициента теплоотдачи по формуле (5) и величины перегрева провода θ (в блоке 6). В блоке 14 осуществляется суммирование сигналов от блока 6 и датчика температуры окружающей среды 9. Как только эта сумма, пропорциональная температуре защищаемого провода, превысит заданное значение, срабатывает исполнительный орган 15 и отключает линию.

Предлагаемое устройство позволяет более точно, чем прототип и аналоги, определить коэффициент теплоотдачи защищаемого провода, а следовательно и более точно оценить температуру этого провода. Поскольку защита от перегрева основана именно на контроле температуры провода, то предлагаемое устройство позволяет повысить точность работы защиты и надежность электроснабжения. Дополнительным преимуществом является возможность независимой регулировки всех параметров коэффициента теплоотдачи. Это позволяет расширить область применения устройства для защиты любых марок проводов из разного материала и разных сечений.

Использование: в электрифицированных железных дорогах, в частности - в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и электрических сетей общего применения. Сущность изобретения: устройство содержит датчик тока, скорости ветра и температуры окружающей среды, блок вычисления перегрева, нелинейный преобразователь, первый сумматор и исполнительный орган. Новым является введение второго и третьего и пяти блоков регулируемого коэффициента. При этом обеспечивается учет температурной зависимости коэффициента теплоотдачи, что повышает точность контроля температуры защищаемого провода и надежность защиты. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА ПРОВОДОВ ЭЛЕКТРОСЕТИ, содержащее датчик тока, присоединенный к первому входу блока вычисления перегрева, датчик скорости ветра и подключенный к нему нелинейный преобразователь, датчик температуры окружающей среды, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока вычисления перегрева, а его выход присоединен к исполнительному органу, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения путем обеспечения возможности использования для любых марок проводов из разного материала и разных сечений, в него дополнительно включены второй и третий сумматоры, источник стабилизированного напряжения, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки регулируемых коэффициентов, при этом выход нелинейного преобразователя присоединен через первый блок регулируемого коэффициента к первому входу второго сумматора, источник стабилизированного напряжения через последовательно присоединенный второй блок регулируемого коэффициента подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого через третий блок регулируемого коэффициента присоединен к выходу датчика температуры окружающей среды, третий вход через четвертый блок регулируемого коэффициента подключен к выходу блока вычисления перегрева, а выход через пятый блок регулируемого коэффициента присоединен к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока вычисления перегрева.