СПОСОБ МАКСИМАЛЬНО-ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 2002 года по МПК H02H3/93 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам защиты электроустановок от токовых перегрузок.

Известны способы максимально-токовой защиты, например [1], в том числе от перегрузок, например [2].

Токовые перегрузки можно условно разделить на два вида.

К первому относятся перегрузки, определяемые графиком нагрузка, условиями технологического процесса, затянувшимся пуском или самозапуском двигателя, обрывом фазы, повреждением механизма и т.д.

Ко второму виду перегрузок относятся "аварийные" перегрузки, вызванные, например, отключением параллельно работавшего трансформатора (см. стр.416 в [3]).

Для защиты от чрезмерного нагрева токоведущих частей при перегрузках первого вида желательно, чтобы выдержка времени была обратно пропорциональна квадрату тока (см. стр.27 в [4]).

Это обеспечивает широко известный способ максимально токовой защиты от перегрузок, основанный на отключении защищаемой сети с обратнозависимой от тока выдержкой времени, соответствующей выражению

где Т - выдержка времени;
К - постоянная, определяемая параметрами сети;
I_н - номинальный ток;
I - ток перегрузки.

Этот способ, наиболее близкий к предлагаемому, реализуется, например, в автоматических выключателях с максимальными расцепителями тока (см. стр.18, 174 в [5]).

Для второго вида перегрузок ("аварийных") допустимые времена в зависимости от величину тока нормируются в [6] (см. п. 2.1.22).

Такую продолжительность перегрузок допускают, например, силовые трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций [7] и входящие в подстанции автоматические выключатели (см. стр.83, в [5]), если максимальные расцепители выключателей предназначены только для защиты от коротких замыканий, т.е. в этом случае защита от перегрузок не обеспечивается.

Применение выключателей без защиты от перегрузок объясняется тем, что выдержки времени, соответствующие выражению (1), значительно меньше допустимых по [6] (подтверждается приводимой таблицей), что не позволяет использовать перегрузочную способность силового трансформатора и автоматического выключателя.

Задача предлагаемого способа - обеспечить защиту от перегрузок в режиме "аварийной" перегрузки при полном использовании перегрузочной способности оборудования.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе максимально токовой защиты от перегрузок, основанном на отключении защищаемой сети с обратнозависимой от тока выдержкой времени, обеспечивают формирование зависимости выдержки времени от тока, соответствующей выражению

Формирование указанной зависимости может быть реализовано в максимальном расцепителе тока автоматического выключателя. Если расцепитель выполнен на основе микропроцессора, зависимость может быть получена программным путем; в аналоговом расцепителе это может быть достигнуто аппаратно по известным схемам, например, по схеме универсального узла умножения и деления, приведенной на рис.4.44 стр.130 в [8], обеспечивающей возведение в любую степень.

Как видно из приводимой таблицы, времена отключения токов перегрузки при выполнении зависимости (2) практически совпадают с допустимыми временами по [6].

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает одновременно защиту от перегрузок и полное использование перегрузочной способности оборудования при работе в режиме перегрузок второго вида ("аварийных").

Однако из той же таблицы видно, что для перегрузок первого вида времена отключения получаются больше оптимальных, соответствующих квадратичной зависимости выдержки времени от тока.

Этот недостаток может быть устранен, если свойственную этому способу характеристику зависимости выдержки времени от тока вида

формировать в максимальном расцепителе тока первого из двух вводных выключателей при его вхождении в режим "аварийной" перегрузки, например, когда отключен второй вводной выключатель и весь ток нагрузок проходит через оставшийся включенным первый вводной выключатель, а по окончании "аварийной" перегрузки, например, когда вновь включается второй вводной выключатель, обеспечивать переход к формированию в расцепителе первого вводного выключателя характеристики зависимости выдержки времени от тока вида

Обеспечение перехода от формирования характеристики одного вида к формированию характеристики другого вида может быть реализовано в максимальном расцепителе тока автоматического выключателя, например, введением переключателя, при изменении коммутационного состояния которого в процессорном расцепителе осуществляется переход от работы по одной программе формирования выдержки времени к работе по другой программе, а в аналоговом расцепителе изменяются параметры элементов, определяющих, например, показатель степени в схеме по [8].

Необходимость изменять положение переключателя вида защитных характеристик при вхождении в режим "аварийной" перегрузки и при выходе из этого режима вызывает некоторые эксплуатационные неудобства, особенно в случае необслуживаемых подстанций (без дежурного персонала).

Для исключения этого недостатка, например, в сети с двумя параллельно работающими трансформаторами, питающими одну секцию шин через два вводных выключателя, можно обеспечить автоматический перевод максимальных расцепителей тока вводных выключателей от формирования характеристики одного вида к формированию характеристики другого вида, используя подключение к соответствующим цепям расцепителя первого вводного выключателя вспомогательных контактов второго вводного выключателя и наоборот, причем при коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем отключенным главным контактам его выключателя, что соответствует режиму "аварийной" перегрузки другого вводного выключателя, расцепитель другого вводного выключателя будет формировать зависимость выдержки времени от тока вида

а при противоположном коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем включенным главным контактам его выключателя, расцепитель другого вводного выключателя будет формировать зависимость выдержки времени от тока вида

В двухтрансформаторной подстанции с двумя вводными выключателями, питающими две секции шин, соединяемых секционным выключателем, этот же недостаток может быть исключен, если обеспечить автоматический перевод максимальных разделителей тока вводных выключателей от формирования характеристики одного вида к формированию характеристики другого вида, используя подключение к соответствующим цепям расцепителей вводных выключателей вспомогательных контактов секционного выключателя, причем при коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем включенным главным контактам секционного выключателя (и, соответственно, отключенному одному из вводных выключателей), в расцепителе включенного вводного выключателя формировать характеристику зависимости выдержки времени от тока вида

а при противоположном коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем отключенному секционному выключателю, в расцепителе включенного вводного выключателя формировать характеристику зависимости выдержки времени от тока вида

Рассмотрим применение предлагаемых способов на примере двухтрансформаторной подстанции с двумя вводными и секционным выключателями, структурная схема которой приведена на чертеже.

В нормальном режиме трансформаторы 1, 2 через первый 3 и второй 4 включенные вводные выключатели и выключатели нагрузок 5, 6, 7, 8 питают нагрузки 9, 10, 11, 12. Вводные выключатели 3, 4 имеют соответственно максимальные расцепители тока 13, 14. Первая секция шин с нагрузками 9, 10 через секционный выключатель 15 может быть соединена со второй секцией шин с нагрузками 11, 12, но в нормальном режиме секционный выключатель 15 отключен.

Вспомогательные контакты вводных выключателей 16, 17, включенные в цепь питания привода 18 секционного выключателя 15, разомкнуты.

Вспомогательные контакты 19, 20 секционного выключателя 15, связанные с цепями формирования зависимости выдержки времени от тока в расцепителях 13, 14 также, например, разомкнуты. При таком коммутационном состоянии вспомогательных контактов 19, 20 в расцепителях 13, 14 формируется зависимость выдержки времени от тока вида

что обеспечивает оптимальную защиту от перегрузок, которые могут возникать в цепях вводных выключателей 3, 4 до условиям технологических процессов при повреждениях механизмов, при обрыве фазы и т.д.

При отключении одного из вводных выключателей, например выключателя 3, замыкается его вспомогательный контакт 16, подается питание на привод 18 секционного выключателя 15, выключатель 15 включается.

Вводной выключатель 4 входит в режим "аварийной" перегрузки, т.к. через него протекает суммарный ток нагрузок 9, 10, 11, 12. При включении секционного выключателя 15 изменяется коммутационное состояние его вспомогательных контактов 19, 20. Расцепитель 14 вводного выключателя 4 переходит к формированию зависимости выдержки времени от тока вида

при которой обеспечивается защита от "аварийной" перегрузки с временами отключения, соответствующими допустимым по [6], т.е. полностью используется перегрузочная способность оборудования.

Таким образом, применение предлагаемых способов обеспечивает защиту от перегрузок, в том числе "аварийных", при полном использовании перегрузочной способности оборудования.

Источники информации
1. А.С. СССР 316147, Н 02 Н 3/08, 1971 г.

2. А.С. СССР 1642548, Н 02 Н 3/08, 1991 г.

3. А.М. Федосеев. Релейная защита электрических систем. "Энергия". Москва, 1976 г.

4. Р. С. Кузнецов. Аппараты распределения электротехнической энергии на напряжение до 1000 B. "Энергия". Москва, 1970 г.

5. Выключатели автоматические типов ВА52-41, ВА53-41, BA55-41, BA56-41. Технические условия ТУ16-522, 154 - 82 г.

6. Правила эксплуатации электроустановок потребителей. Москва, 2000 г.

7. ГОСТ 14209-85 (ст. СЭВ 3916-82). Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки.

8. Е. А. Коломбет. Микропроцессорные средства обработки аналоговых сигналов. Москва, Радио и связь, 1991 г.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам защиты электроустановок от токовых перегрузок. Могут быть реализованы автоматическими выключателями с максимальными расцепителями тока при их установке, например, в комплектные трансформаторные подстанции в качестве вводных выключателей. Обеспечивают защиту в режиме "аварийных" перегрузок при полном использовании перегрузочной способности электрооборудования, что является техническим результатом. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ максимально-токовой защиты от перегрузок, основанный на отключении защищаемой сети с обратно-зависимой от тока выдержкой времени, отличающийся тем, что обеспечивают формирование характеристики зависимости выдержки времени от тока вида

где Т - выдержка времени;
К - постоянная, определяемая параметрами сети и установками защиты;
I_н - номинальный ток;
I - ток перегрузки. 2. Способ максимально-токовой защиты от перегрузок, основанный на отключении защищаемой сети с обратно-зависимой от тока выдержкой времени, отличающийся тем, что при вхождении одного из двух вводных выключателей в режим "аварийной" перегрузки, например, когда отключен второй вводной выключатель и весь ток нагрузок проходит через включенный первый вводной выключатель, в максимальном расцепителе тока первого вводного выключателя формируют характеристику зависимости выдержки времени от тока вида

а по окончании "аварийной" перегрузки, например, когда вновь включается второй вводной выключатель, в расцепителе первого вводного выключателя обеспечивают переход к формированию характеристики зависимости выдержки от тока вида

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в случае его применения для сети с двумя параллельно работающими трансформаторами, питающими одну секцию шин через два вводных выключателя, обеспечивают автоматический перевод максимальных расцепителей тока вводных выключателей из формирования характеристики одного вида к формированию характеристики другого вида, используя подключение к соответствующим цепям расцепителя первого вводного выключателя вспомогательных контактов второго вводного выключателя и наоборот, причем при коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем отключенным главным контактам его выключателя, что соответствует режиму "аварийной" перегрузки другого вводного выключателя, расцепитель другого вводного выключателя формирует зависимость выдержки времени от тока вида

а при противоположном коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем включенным главным контактам его выключателя, что соответствует окончанию режима "аварийной" перегрузки, расцепитель другого вводного выключателя формирует зависимость выдержки времени от тока вида

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в случае его применения в двухтрансформаторной подстанции с двумя вводными выключателями, питающими две секции шин, соединенных секционным выключателем, обеспечивают автоматический перевод максимальных расцепителей тока вводных выключателей от формирования характеристики одного вида к формированию характеристики другого вида, используя подключение к соответствующим цепям расцепителей вводных выключателей вспомогательных контактов секционного выключателя, причем при коммутационном состоянии вспомогательных контактов, соответствующем включенным главным контактам секционного выключателя и соответственно отключенному одному из вводных выключателей, расцепитель включенного вводного выключателя формирует зависимость выдержки времени от тока вида

а при противоположном коммутационном состоянии вспомогательного контакта, соответствующем отключенному секционному выключателю, расцепитель включенного вводного выключателя формирует характеристику зависимости выдержки времени от тока вида