УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ ПЕРЕГРУЗОК ПО ТОКУ Российский патент 1999 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к устройствам защиты электроустановок от токовых перегрузок.

Известны устройства для защиты электроустановок от перегрузок по току, обеспечивающие отключение тока перегрузки с зависимой то тока выдержкой времени, в том числе с выдержкой времени, обратно пропорциональной квадрату величины тока нагрузки, например, устройство [1], содержащее преобразователь ток-напряжение, два преобразователя напряжение-частота, элемент И, четыре счетчика импульсов и исполнительный элемент. Его недостаток - сложность.

Еще большей сложностью отличаются известные устройства [2, 3], первое из которых содержит преобразователь ток-напряжение, нуль-орган, аналого-цифровой квадратор, мультиплексор, сумматор, регистр памяти, сдвигатель, цифровой компаратор, задатчик уставки и исполнительный орган, а второе - преобразователь ток-напряжение, ноль-орган, аналого-цифровой преобразователь, квадратор, два мультиплексора, три задатчика, сумматор, таймер, три компаратора, счетчик, преобразователь код-частота, регистр памяти, формирователь сигнала начальной установки и исполнительный элемент.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство (4), содержащее блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, выход которого соединен со входами пускового токового блока и квадратора, выход которого через селективный фильтр соединен со входом блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выход пускового токового блока подключен к первому входу выходного интегрального блока, ко второму входу которого подключен выход блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной интегральный блок с выдержкой времени, пропорциональной напряжению на входе, реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту, вход которого является вторым входом выходного интегрального блока, и органа суммирования с использованием счетчика импульсов, вход сброса которого является первым входом выходного интегрального блока, счетный вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а выход органа суммирования является выходом выходного интегрального блока и всего устройства.

В этом устройстве выходной интегральный блок формирует выдержку времени, обратно пропорциональную напряжению на его входе, т.к. частота импульсов на выходе преобразователя напряжения в частоту прямо пропорциональна входному напряжению. Это приводит к необходимости введения в устройство квадратора, что значительно его усложняет, т. к. квадраторы сами по себе достаточно сложны. Это видно на примере устройств [5, 6].

Задача предлагаемого устройства - упрощение за счет исключения необходимости применения квадратора.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, пусковой блок, выход которого подключен к первому входу выходного блока, ко второму входу которого подключен выход блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной блок реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту, вход которого является вторым входом выходного блока, и органа суммирования с использованием счетчика, вход сброса которого является первым входом выходного блока, счетный вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а выход органа суммирования является выходом выходного блока и всего устройства, вход преобразователя напряжения в частоту образован входом генератора тока, пропорционального входному напряжению, выход которого связан с интегрирующим конденсатором, выходом ключа разряда интегрирующего конденсатора и инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого через первый разделительный диод и первый резистор соединен со вторым входом выходного блока, через второй разделительный диод и второй резистор - с выходом компаратора, через третий резистор - с общей шиной устройства, выход компаратора, соединенный со входом ключа разряда, образует выход преобразователя напряжения в частоту, выход блока преобразования тока в пропорциональное напряжение подключен ко входу блока преобразования переменного напряжения в постоянное, а выход последнего соединен со входом пускового блока.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Оно содержит блок 1 преобразования тока в пропорциональное напряжение, пусковой блок 2, выход которого подключен к первому входу выходного блока 3, ко второму входу которого подключен выход блока 4 преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной блок 3 реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту 5, вход которого является вторым входом выходного блока 3, и органа суммирования 6 с использованием счетчика, вход сброса которого является первым входом выходного блока 3, счетный вход C подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту 5, а выход органа суммирования 6 является выходом выходного блока 3 и всего устройства. Вход преобразователя 5 напряжения в частоту образован входом генератора 7 тока, пропорционального входному напряжению, выход которого связан с интегрирующим конденсатором 8, выходом ключа 9 разряда интегрирующего конденсатора 8 и инвертирующим входом компаратора 10, неинвертирующий вход которого через первый резистор 11 и первый разделительный диод 12 соединен со вторым входом выходного блока 3, через второй резистор 13 и второй разделительный диод 14 - с выходом компаратора 10, через третий резистор 15 - с общей шиной устройства. Выход компаратора 10, соединенный со входом ключа 9 разряда интегрирующего конденсатора 8, образует выход преобразователя 5 напряжения в частоту, выход блока 1 преобразования тока в пропорциональное напряжение подключен ко входу блока 4 преобразования переменного напряжения в постоянное, а выход последнего соединен со входом пускового блока 2.

При разряженном конденсаторе 8 на неинвертирующий вход компаратора 10 через разделительный диод 12 и масштабные резисторы 11, 15 поступает напряжение U_н1, пропорциональное току I_~ в защищаемой цепи. Напряжение U_н1 меньше напряжения U_н на инвертирующем входе компаратора 10 (напряжение U_н близко к напряжению питания U_н); на выходе компаратора 10 - напряжение низкого уровня; разделительный диод 14 и разрядный ключ 9 закрыты. Конденсатор 8 заряжается током Iг генератор 7, пропорциональным току I_~. Напряжение U_н уменьшается по мере заряда конденсатора 8, и в момент равенства напряжений U_н и U_н1 компаратор срабатывает, на его выходе - напряжение высокого уровня; открывается разделительный диод 14; закрывается разделительный диод 12; напряжение на неинвертирующем входе U_н2 возрастает (оно теперь определяется масштабными резисторами 13, 15 и близко к напряжению U_п), поддерживая высокий потенциал на выходе компаратора 10; открывается разрядный ключ 9; начинается разряд конденсатора 8. По мере разряда конденсатора 8 растет напряжение U_н на инвертирующем входе компаратора 10, и в момент равенства напряжений U_н и U_н1 компаратор возвращается в исходное состояние, на выходе снова напряжение низкого уровня. Положительный импульс с выхода компаратора 10, длительность которого определяется временем разряда конденсатора 8, поступает на вход C суммирующего органа 6.

При нормальном режиме в защищаемой цепи и, следовательно, малом токе I_~ пусковой блок 2 не срабатывает, напряжение высокого уровня на его выходе запрещает работу суммирующего органа 6.

При возникновении тока перегрузки пусковой блок 2 срабатывает, разрешая работу суммирующему органу 6. При переполнении счетчика суммирующего органа 6 на выходе устройства появляется сигнал на отключение выключателя.

Период T следования импульсов на выходе компаратора 10 равен сумме времени заряда и времени разряда конденсатора 8.

Время разряда мало по отношению к времени заряда (особенно при малых токах I_~), и им можно пренебречь. Тогда T определится как

где
ΔU_c - разность напряжений на заряженном и разряженном конденсаторе;
C - емкость интегрирующего конденсатора.

Ток генератора I_г прямо пропорционален току I_~, т.е.

I_г= K₁•I_~,
где
K₁ - масштабный коэффициент.

Напряжение U_н1 также прямо пропорцианально току I_~, следовательно, ΔU_c обратно пропорционально этому току, т.е.

Тогда т. е. частота импульсов f на выходе преобразователя 5, а следовательно и выдержка времени устройства обратно пропорциональна квадрату тока I_~ .

Таким образом, обеспечивает возможность получения выдержки времени, обратно пропорциональной квадрату величины тока нагрузки, без применения квадратора, что упрощает устройство.

Источники информации
1. А.С. СССР N 1721688 A1, H 02 H 3/08, 1992 г.

2. А.С. СССР N 1541701 A1, H 02 H 3/08, 5/04, 1990 г.

3. А.С. СССР N 1582250 A1, H 02 H 3/08, 1990 г.

4. А.С. СССР N 1536472 A1, H 02 H 3/08, 1990 г.

5. А.С. СССР N 1462366 A1, G 06 G 7/20, 1989 г.

6. А.С. СССР N 1666959 A2, G 01 R 19/02, G 06 G 7/20, 1991 г.

Изобретение может быть использовано в устройствах защиты электроустановок от токовых перегрузок. Устройство защиты содержит блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, блок преобразования переменного напряжения в постоянное, пусковой блок, выходной блок, образованный суммирующим органом и преобразователем напряжения в частоту, включающим в себя генератор тока, пропорционального входному напряжению, интегрирующий конденсатор, ключ разряда конденсатора, компаратор, разделительные диоды, масштабирующие резисторы. Обеспечивают упрощение устройства за счет исключения необходимости применения квадратора.

Устройство для защиты электроустановки от перегрузок по току, содержащее блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, пусковой блок, выход которого подключен к первому входу выходного блока, к второму входу которого подключен выход блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной блок реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту, вход которого является вторым входом выходного блока, и органа суммирования с использованием счетчика, вход сброса которого является первым входом выходного блока, счетный вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а выход органа суммирования является выходом выходного блока и всего устройства, отличающееся тем, что вход преобразователя напряжения в частоту образован входом генератора тока, пропорционального входному напряжению, выход которого связан с интегрирующим конденсатором, выходом ключа разряда интегрирующего конденсатора и инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого через первый разделительный диод и первый резистор соединен с вторым входом выходного блока, через второй разделительный диод и второй резистор - с выходом компаратора, через третий резистор - с общей шиной устройства, выход компаратора, соединенный с входом ключа разряда, образует выход преобразователя напряжения в частоту, выход блока преобразования тока в пропорциональное напряжение подключен к входу блока преобразования переменного напряжения в постоянное, а выход последнего соединен с входом пускового блока.