УСТРОЙСТВО ДУГОВОЙ ЗАЩИТЫ КОМПЛЕКТНОГО РАСПРЕДУСТРОЙСТВА Российский патент 1994 года по МПК H02H7/22 H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств внутренней (КРУ) и наружной установки от коротких замыканий (КЗ), сопровождаемых открытой электрической дугой и возникающих внутри объема КРУ (Н).

Известны устройства для защиты распределительных щитов от электрической дуги КЗ, содержащие рабочие и тормозные фотодатчики, схему сравнения, пороговый элемент (патент ФРГ N 1126011, патент Франции N 2087348, а.с. СССР N 851594, а.с.СССР N 1415320).

Недостатком указанных устройство является возможный отказ при неустойчивом характере горения дуги, а также загрубление устройства тормозным сигналом вследствие того, что тормозной фотодатчик располагается в зоне отраженного света, а также при интенсивных внешних световых помехах. Кроме того, данные устройства предназначены для защиты одиночных ячеек.

Для повышения чувствительности и надежности в устройствах по а.с.СССР N 1111224, N 997175 введены дополнительные элементы, обеспечивающие контроль напряжения и вспомогательных составляющих в сигнале фотодатчиков. Но эти устройства более сложны в эксплуатации и в производстве,
С целью снижения аппаратурных затрат, а также для повышения чувствительности и надежности в устройстве по а.с.СССР N 1043776 предложено взаимное включение датчиков освещенности и температуры парных ячеек. Это дает возможность снизить число ложных срабатываний, но увеличивает поток отказов защиты, так как каналы включены по схеме логического элемента И. Кроме того, устройство имеет значительную инерционность из-за использования в качестве датчиков температуры терморезистороа. Диапазон измерения температур достаточно велик, особенно для КРУН, что затрудняет построение чувствительной защиты.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для дифференциальной дуговой защиты ячеек комплектного распределительного устройства по а.с. СССР N 1545287, содержащее фотодатчики, резистивный делитель напряжения, компараторы, образующие первые схемы сравнения, логические схемы И, элементы задержки, логическую схему ИЛИ. В устройстве осуществляется одновременный контроль состояния фотодатчиков защищаемой ячейки, связанной с двумя другими (соседними), а также контроль частотного спектра выходного сигнала фотодатчика. Это позволяет выполнить отключение повреждения даже при выходе из строя одного фотодатчика, однако предполагает большое число фотодатчиков (в каждой ячейке устанавливаются два фотодатчика), а также число связей, равное числу защищаемых ячеек. Введение канала частотной фильтрации также усложняет устройство. Однако наряду с положительными качествами, присущими устройствам, имеются и недостатки, заключающиеся в сложности (на данном этапе развития техники и состояния электроэнергетики), что имеет существенное значение при массовом внедрении устройство для защит КРУ (Н), необходимости высокой квалификации обслуживающего персонала.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности, селективности, термостабильности.

Цель достигается тем, что в устройстве дуговой защиты комплектного распредустройства, содержащем фотодатчики, измерительный орган и выходной орган, соединенные последовательно фотодатчики четных и соответственно нечетных ячеек включены параллельно и последовательно с резисторами, а точки соединения резисторов с фотодатчиками соединены с первым и вторым входами измерительного органа, состоящего из формирователя прямоугольных импульсов, соединенного с интегрирующим элементом, который соединен с пороговым элементом, выход которого соединен с входом выходного элемента, состоящего из выходного элемента четных и нечетных ячеек.

Все элементы заявляемого устpойства использованы по своему прямому назначению и известны в практике релейной защиты, но совокупность этих элементов в их связи отличает предлагаемое устройство от аналогичных устройств и позволяет получить положительные качества, не присущие устройству-прототипу.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство предназначено для n-ячеек. В данном случае его работа поясняется на примере реализации функции защиты для четырех ячеек КРУ.

Устройство состоит из фотодатчиков 1-4, размещаемых в отсеках ячеек КРУ, резисторов 5, 6, измерительного органа 7, состоящего из формирователя 8 прямоугольных импульсов, интегрирующего элемента 9, порогового элемента 10, выходного элемента 11, состоящего из первого 12 и второго 13 выходного элементов. Фотодатчики 1, 2 расположены в четных ячейках, а 3, 4 - в нечетных ячейках. Формирователь прямоугольных импульсов (ФПИ) 8 имеет два порога срабатывания (для отрицательной и положительной полярности напряжений). Он может быть реализован по схеме ФПИ с зоной нечувствительности (см. Лысенко Е, В. Функциональные элементы релейных устройств на интегральных микросхемах. М.: Энергоатомиздат, 1990, с.44-45, рис.2.20).

Пороговый элемент 10 может быть также реализован по схеме ФПИ с зоной нечувствительности. Выходной элемент 12 осуществляет отключение четных ячеек, а пороговый элемент 13 - нечетных ячеек.

Особенностью схемы устройства является разделение всех фотодатчиков на две группы и их соединение, как показано на чертеже, а также реализация измерительного органа, реагирующего на отрицательную и положительную полярность контролируемого сигнала.

В исходном состоянии потенциалы резисторов 5 и 6 примерно равны и вследствие этого на выходе ФПИ 8 присутствует нулевое напряжение. Такое же напряжение на выходе интегрирующего элемента 9 и порогового элемента 10. Выходные элементы 12 и 13 находятся в несработанном состоянии.

Рассмотрим работу устройства в различных режимах.

При возникновении короткого замыкания, сопровождаемого открытой электрической дугой внутри, например в четной ячейке, где установлен фотодатчик 2, повышается потенциал резистора 5, что приводит к появлению положительного напряжения между входами ФПИ 8 и его срабатыванию. На выходе ФПИ 8 появляется положительное напряжение, вследствие чего на выходе интегрирующего напряжения нарастает положительное напряжение, по достижении некоторого уровня которого срабатывает пороговый элемент 10. Это вызывает срабатывание выходного элемента 12 и в результате этого происходит отключение группы четных ячеек.

При возникновении КЗ внутри нечетных ячеек устройство работает аналогично, за исключением того, что полярности напряжений между входами ФПИ, на его выходе, на выходе интегрирующего элемента 9 и порогового элемента 10 появляются отрицательные напряжения. В этом случае происходит срабатывание выходного элемента 13 и отключатся нечетные ячейки.

При возникновении помех, обусловленных электромагнитными процессами из-за протекания токов КЗ, а также при коммутациях в цепях постоянного оперативного тока, например при включении и отключении выключателей, отстройка от них обеспечивается включением фотодатчиков по разностной схеме (схеме сбалансированного моста), а также наличием в схеме интегрирующего элемента 9, который замедляет появление сигнала, достаточного для срабатывания порогового элемента 10 через 2-3 мс после срабатывания ФПИ 8.

При изменении температуры окружающей среды изменяются параметры фотодатчиков (в данном случае фотодиоды). Однако это не приводит к существенному изменению напряжения между входами ФПИ 8. Это обусловлено включением фотодатчиков 1-4 по разностной схеме и изменением параметров датчиков в одну сторону. Так, например, при изменении температуры от 0 до 80^оС потенциал на одном резисторе составляет сотни милливольт, а разность напряжений между входами ФПИ в этом случае не превышает единиц милливольт. Напряжение срабатывания ФПИ выбирается больше уровня возможного небаланса, обусловленного неидентичностью фотодатчиков, изменением температурного режима. Опыт эксплуатации устройства показывает, что чувствительность устройства увеличивается на порядок и даже на два порядка. Чувствительность устройства ограничивается только необходимостью отстройки от различного рода световых помех, возникающих, например, при внешнем осмотре токоведущих частей с внесением в отсек ячейки внешнего источника света. Однако, как показывает опыт эксплуатации разработанных авторами аналогичных устройств, чувствительность устройств в этом случае к дуговым КЗ достаточна.

Таким образом, предлагаемое устройство более просто в реализации и эксплуатации, позволяет выполнить защиту группы ячеек (секции), т.е. относится к централизованным устройствам. При этом за счет избирательности обеспечивается отключение только группы присоединений с поврежденным присоединением и в этом случае не теряется питание всех потребителей, что имеет место при воздействии защиты на вводной выключатель КРУ. Наибольшей селективностью обладает индивидуальная защита, устанавливаемая на каждом присоединении, но предлагаемое устройство защиты при резервировании потребителя от других присоединений выгодно отличается от упомянутой индивидуальной защиты меньшими аппаратурными затратами, отстроенностью от различного рода помех, в том числе и при изменении температуры. При наличии автоматического повторного включения и резервирования потребителей предлагаемое устройство оказывается вполне конкурентоспособным предлагаемым устройством. Кроме того, отключение группы ячеек уменьшает размер повреждения из-за достаточно высокой вероятности перехода дуги в смежные ячейки. Такое построение экономически целесообразно, так как стоимость защиты, ее установка, эксплуатация более выгодны, чем защиты на индивидуальных реле.

Включение датчиков по схеме сбалансированного моста, наличие в схеме интегpиpующего элемента повышают надежность устройства, его помехоустойчивость, повышает надежность работы КРУ за счет локализации повреждения объемом одной ячейки.

Предлагаемая схема включения фотодатчиков защищаемых ячеек повышает термостабильность устройства, что в конечном итоге сказывается на чувствительности защиты.

Использование: защита от КЗ, сопровождаемых открытой электрической дугой, комплектных распределительных устройств КРУ внутренней и наружной установки. Сущность изобретения: включение по балансовой схеме групп фотодатчиков секции КРУ и выполнение измерительного органа, реагирующего на напряжение различной полярности. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДУГОВОЙ ЗАЩИТЫ КОМПЛЕКТНОГО РАСПРЕДУСТРОЙСТВА, содержащее фотодатчики, измерительный орган и выходной орган, соединенные последовательно, отличающееся тем, что фотодатчики четных и соответственно нечетных ячеек включены параллельно между собой и последовательно со своими вновь введенными резисторами, а точки соединения резисторов с фотодатчиками соединены соответственно с первым и вторым входами измерительного органа, состоящего из формирователя прямоугольных импульсов, соединенного с интегрирующим элементом, который соединен с пороговым элементом, выход которого является выходом измерительного органа, а выходной элемент выполнен из параллельно включенных по входу выходных элементов четных и нечетных ячеек, входы которых являются входом выходного органа, при этом свободные выводы фотодатчиков и резисторов предназначены для подключения к соответствующим входам источника питания.