УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H02H3/06 H01H47/10 

Изобретение относится к автоматизации энергосистем и может быть использовано в защите устройств электроснабжения от токов короткого замыкания (КЗ).

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные первый вывод, автоматический выключатель и второй вывод для подключения к источнику питания и к цепи питания нагрузки с одной стороны и третий общий вывод для подключения к источнику питания и к цепи питания нагрузки с другой стороны (см. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту устройств электроснабжения СЦБ /Министерство путей сообщения. Главное управление электрификации и энергетического хозяйства. М.: Транспорт, 1988, с.12, рис.7 на с.15).

Недостатком известного устройства является то, что при наличии устойчивого короткого замыкания в нагрузке автоматический выключатель, выполненный в виде нормально замкнутых биметаллических контактов, периодически подключает источник питания (например, трансформатор) к короткозамкнутой цепи, чем вызывается его перегрев и при определенных условиях - катастрофический отказ.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство автоматического повторного включения, содержащее последовательно соединенные первый вывод, автоматический выключатель, нормально замкнутые контакты первого электромагнитного реле и второй вывод, первое электромагнитное реле, соединенное с первым и вторым выводом, а также третий общий вывод (см. патент №2183894. “Устройство автоматического повторного включения”, авторы Монолаков В.А., Юдин В.В. и др. Опубликовано 20.06.2002 г. Бюл. №17), принятое за прототип.

Недостатком известного устройства является то, что для отпускания контактов электромагнитного реле после самоустранения КЗ необходимо параллельно катушке электромагнитного реле включить добавочное сопротивление, величина которого примерно равна величине сопротивления нагрузки, и при этом мощность, рассеиваемая добавочным сопротивлением, соизмерима с мощностью потерь в нагрузке, что ведет к увеличению массогабаритных показателей устройства, к необходимости обеспечения охлаждения добавочного сопротивления.

Сущность изобретения заключается в следующем. Защита от токов КЗ автоматическим выключателем типа АВМ (см., например, Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики. Справочник в 2 кн. Кн. 2. - 3-е изд. - М: НПФ “Планета”. 2000, с.705, 706) способна выдерживать кратковременные перегрузки, которые могут возникнуть, например, при зарядке аккумуляторов необслуживаемыми зарядными устройствами. Токи короткого замыкания способны разрушить возникшие электропроводящие мостики между пластинами аккумулятора. Обычно бывает достаточно несколько секунд воздействия токов КЗ для разрушения случайных соединений, что обеспечивает АВМ, который через несколько секунд размыкает цепь питания после возникновения короткого замыкания. Дальнейшее воздействие на цепь токами короткого замыкания становится менее эффективным (см., например, Бенешевич И.И., Овласюк В.Я. и др. Автоматизация и телемеханизация устройств электроснабжения электрических железных дорог. - М.: Транспорт, 1968, с.295). Устройство автоматического повторного включения размещено в кабельном ящике с изоляцией от внешних атмосферных воздействий. Внутренний объем кабельного ящика недостаточен для размещения добавочного сопротивления и конструкция ящика не обеспечивает его эффективного охлаждения. Поэтому для размещения тепловыделяющего (в момент КЗ) добавочного сопротивления необходим дополнительный корпус с теми же требованиями по климатическим условиям, что значительно увеличивает массогабаритные показатели устройства.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные первый вывод, автоматический выключатель, нормально замкнутые контакты первого электромагнитного реле и второй вывод, первое электромагнитное реле, соединенное с первым и вторым выводом, а также третий общий вывод, согласно изобретению дополнительно введены датчик напряжения, соединенный с одной стороны со вторым выводом через нормально разомкнутые контакты первого электромагнитного реле и с другой стороны с третьим выводом, датчик тока, включенный параллельно автоматическому выключателю, схема ИЛИ, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходами датчика напряжения и датчика тока, последовательно соединенные формирователь импульсов, интегрирующая цепь, ключевой каскад и второе электромагнитное реле, нормально замкнутые контакты которого соединены последовательно с первым электромагнитным реле, и вход формирователя импульсов соединен с выходом схемы ИЛИ.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков, перечисленных выше, из формулы изобретения и вышеупомянутым техническим результатом заключается в следующем.

В устройстве, принятом за прототип, отключение цепи нагрузки от источника питания и автоматическое повторное включение нагрузки после самоустранения КЗ осуществляет первое электромагнитное реле, параллельно катушки которого включено сопротивление. Сопротивление необходимо для того, чтобы обеспечить надежное отключения электромагнитного реле в момент исчезновения КЗ, т.к. необходимо уменьшить ток в цепи катушки реле до величины, меньшей чем ток отпускания катушки. Подбором величины сопротивления нетрудно добиться такого режима. Однако уменьшение величины сопротивления ведет к увеличению рассеиваемой мощности. В пределе, для устойчивого обеспечения отключения реле, необходимо уменьшить ток отпускания до нуля. Для этого в заявляемом изобретении цепь питания реле прерывается в момент исчезновения КЗ. Прерывание тока осуществляют нормально замкнутые контакты второго электромагнитного реле, команда на включение которого поступает с датчика напряжения. Таким образом, отпускание первого электромагнитного реле после исчезновения КЗ происходит не за счет протекания тока отпускания через катушку, зашунтированную сопротивлением, а за счет прерывания цепи питания катушки. Датчик тока прерывает цепь питания катушки первого электромагнитного реле в случае, если самоустранение КЗ произойдет раньше времени возврата автоматического выключателя в исходное (замкнутое) состояние.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;

- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;

- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);

- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;

- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит автоматический выключатель АВ, датчик напряжения 1, датчик тока 2, схему ИЛИ 3, формирователь импульсов 4, интегрирующую цепь 5, ключевой каскад 6, выводы “1” - “3”, первое электромагнитное реле К1 с нормально замкнутыми контактами К1.1 и нормально разомкнутыми контактами К1.2, второе электромагнитное реле К2 с нормально замкнутыми контактами К2.1, цепь питания нагрузки от выводов “2” и “3” и сопротивление нагрузки R_H.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При отсутствии КЗ в цепи питания нагрузки ток нагрузки от источника питания протекает последовательно через вывод “I”, автоматический выключатель АВ (выполненный в виде нормально замкнутых контактов, которые при разогреве проходящим по ним электрическим током КЗ разъединяются и возвращаются в нормально замкнутое состояние после остывания), нормально замкнутые контакты К1.1 первого электромагнитного реле К1, вывод “2”, цепь питания нагрузки, сопротивление нагрузки R_H, вывод “3”, источник питания. Направление тока выбрано произвольно и соответствует мгновенному значению переменного тока. При наличии КЗ в цепи питания нагрузки автоматический выключатель АВ разъединяет цепь питания через некоторое время. Катушка первого электромагнитного реле К1 оказывается под потенциалом источника питания, ток срабатывания реле К1 протекает от вывода “1” через нормально замкнутые контакты К2.1 реле К2, катушку реле К1, короткозамкнутую цепь питания нагрузки, вывод “3” устройства. Одновременно датчик тока 2 фиксирует наличие скачкообразного увеличения напряжения, которое поступает на второй вход схемы ИЛИ 3, далее на последовательно соединенные формирователь импульсов 4, интегрирующую цепь 5, ключевой каскад 6 и второе электромагнитное реле К2.

Интегрирующая цепь 5 задерживает срабатывание реле К2 по отношению к срабатыванию реле К1. В противном случае, если время срабатывания реле К2 будет меньше времени срабатывания реле К1, то реле К1 после возникновения токов КЗ не успеет сработать из-за прерывания цепи прохождения тока срабатывания через контакты К2.1.

Реле К1 контактами К1.1 повторно размыкает цепь питания короткозамкнутой нагрузки R_H и контактами К1.2 подключает датчик напряжения к выводам “2” и “3”. Напряжение при этом будет практически равно нулю. По истечении определенного времени остывания контактов автоматического выключателя АВ, они вновь замкнутся, однако положение контактов в устройстве не изменится. В этом режиме устройство может находиться сколь угодно долго до устранения причин КЗ. После исчезновения КЗ на сопротивлении нагрузки R_H появится напряжение за счет протекания тока через катушку реле К1 и сопротивление нагрузки R_н. Появившееся напряжение через схему ИЛИ 3 преобразуется формирователем импульсов 4 в сигнал управления реле К2, который, пройдя интегрирующую цепь 5 и ключевой каскад 6 для усиления по току, поступает на катушку реле К2. Реле К2 контактами К2.1 размыкает цепь питания реле К1, и устройство осуществляет автоматическое повторное включение питания на нагрузку в нормальном режиме работы.

В случае, когда КЗ исчезло раньше, чем замкнулись контакты АВ после остывания, датчик напряжения 2 фиксирует наличие напряжение на нагрузке R_н, которое формирует сигнал для включения реле К2 по уже известной цепи. Контакты К2.1 размыкают цепь питания К1, которое своими контактами К1.1 подготавливает цепь питания нагрузки и контактами К1.2 отключает датчик напряжения. При этом, поскольку контакты АВ остаются разомкнутыми, то датчик тока 2 формирует сигнал включения реле К2 по известной цепи, так как через датчик тока протекает ток по цепи вывод “1”, датчик тока 2, нормально замкнутые контакты К1.1, вывод “2”, цепь питания нагрузки, сопротивление нагрузки R_H и далее.

Датчик тока 2 вырабатывает однополупериодные импульсы, которые, пройдя схему ИЛИ 3, формируются в импульсную последовательность формирователем 4. Несмотря на разные уровни напряжения с выходов обоих датчиков, с выхода формирователя импульсов 4 будем иметь постоянную длительность импульсов. Интегрирующая цепь 5 кроме задержки на включение преобразует импульсную последовательность в постоянный уровень напряжения, достаточный для открывания ключевого каскада 6 и срабатывания реле К2. Реле К2 контактами К2.1 размыкает цепь питания реле К1 до момента замыкания контактов автоматического выключателя АВ после остывания. После замыкания контактов АВ полностью восстанавливается цепь питания нагрузки и отключается реле К2, так как датчик тока 2 оказывается зашунтирован замкнутыми контактами АВ.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно для интенсификации сушки мелких легкодеформируемых продуктов и сыпучих материалов;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Изобретение относится к автоматизации энергосистем и может быть использовано в защите устройств электроснабжения от токов короткого замыкания. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных показателей устройства. Для этого устройство содержит первый, второй и третий выводы, автоматический выключатель, первое электромагнитное реле, нормально замкнутые контакты первого электромагнитного реле, дополнительно введены датчик напряжения, соединенный с одной стороны со вторым выводом через нормально разомкнутые контакты первого электромагнитного реле и с другой стороны с третьим выводом, датчик тока, включенный параллельно автоматическому выключателю, схема ИЛИ, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходами датчика напряжения и датчика тока, последовательно соединенные формирователь импульсов, интегрирующая цепь, ключевой каскад и второе электромагнитное реле, нормально замкнутые контакты которого соединены последовательно с первым электромагнитным реле, и вход формирователя импульсов соединен с выходом схемы ИЛИ. 1 ил.

Устройство автоматического повторного включения, содержащее последовательно соединенные первый вывод, автоматический выключатель, нормально замкнутые контакты первого электромагнитного реле и второй вывод, первое электромагнитное реле, соединенное с первым и вторым выводом, а также третий общий вывод, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчик напряжения, соединенный с одной стороны со вторым выводом через нормально разомкнутые контакты первого электромагнитного реле и с другой стороны с третьим выводом, датчик тока, включенный параллельно автоматическому выключателю, схема ИЛИ, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходами датчика напряжения и датчика тока, последовательно соединенные формирователь импульсов, интегрирующая цепь, ключевой каскад и второе электромагнитное реле, нормально замкнутые контакты которого соединены последовательно с первым электромагнитным реле, и вход формирователя импульсов соединен с выходом схемы ИЛИ.