КОНТРОЛЛЕР ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ Российский патент 2005 года по МПК H02H7/26 H02H7/09 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите электроустановок.

Устройство предназначено для защиты электроустановок напряжением около 0.4. кВ от аварийных режимов, вызванных обрывом фаз питающей сети; длительным перегрузом; коротким замыканием в электроустановке; межвитковым замыканием; перекосом фаз; током Х.Х.; превышением тока Х.Х. двигателя и/или механизма в целом заданного значения; падением напряжения или перенапряжением; износом подшипников и т.д.

Известно устройство релейной защиты асинхронного двигателя, содержащее датчики тока, коммутатор, полосовой частотный фильтр, блок преобразования тока в напряжение, микроконтроллер, блок управления электродвигателем, блок индикации, трансформатор напряжения, блок преобразования синусоидального сигнала в прямоугольный, счетчик и выключатель (Патент РФ №2179360).

Недостатком данного технического решения является использование коммутатора для периодического переключения входов микроконтроллера на измерение контролируемых параметров с блока гальванической развязки, что приводит к накоплению ошибки при определении контролируемых величин и отсутствию информации во всех трех фазных напряжениях электроустановки, а это значительно снижает эффективность определения и диагностики аварийных ситуаций.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и достигаемому результату является микропроцессорная система защиты, содержащая блоки промежуточных трансформаторов (блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения), блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему (микропроцессорную систему управления реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты), причем группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены с группами входов блоков частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмом защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов сигнального устройства, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты является группой входов-выходов персональной ЭВМ (Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов. “Релейная защита энергетических систем”, 1998 г., стр.776, рис.22.1).

Недостатком данного технического решения является отсутствие энергонезависимой памяти и энергонезависимых часов реального времени, что не позволяет точно определить время наступления аварии и собирать статистику аварий при автономном использовании без применения персональной ЭВМ.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение точности измерения рабочих значений тока и напряжения, повышение быстродействия защиты, расширение функциональных возможностей.

Для решения поставленной задачи в известной микропроцессорной системе защиты, содержащей электронный блок, включающий блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, генератор тактовой частоты, делитель частоты, интерфейс, исполнительное реле, кнопку “Деблокировки”, индикатор, электронный блок дополнительно снабжен блоком энергонезависимой памяти и энергонезависимыми часами, при этом выходы блока гальванической развязки и предварительного масштабирования соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, выполненного с возможностью одновременной обработки, по меньшей мере, шести входных сигналов, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с программируемым входом микропроцессора, который производит необходимые вычисления для сравнения с заданными предельными величинами по току, напряжению, температуре и принимает решение о нормальной или аварийной ситуации контролируемой установки, и к входам/выходам которого присоединены блок энергонезависимой памяти, обеспечивающий хранение и запись рабочих уставок, статистику аварий, вход/выход энергонезависимых часов, вход/выход интерфейса, выход генератора тактовой частоты, второй выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем через делитель частоты, кроме того, выход микропроцессора соединен с входами исполнительного реле и индикатора, а один из его входов соединен с кнопкой “Деблокировка”, при этом пульт управления и программирования соединен через интерфейс с микропроцессором электронного блока, и содержит микропроцессор, через который вводятся данные о режимах и предельных значениях контролируемых величин и выводится информация о текущих значениях тока и напряжения, генератор тактовой частоты, индикатор и кнопочную панель, причем выходы кнопочной панели и генератора тактовой частоты соединены с входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.

Блок гальванической развязки и предварительного масштабирования выполнен с возможностью сохранения линейной характеристики во всем диапазоне измеряемых величин.

Индикатор пульта управления может быть выполнен на жидких кристаллах.

Блок гальванической развязки и предварительного масштабирования выполнен без использования магнитосодержащих материалов.

Контроллер снабжен блоком питания.

Снабжение устройства блоком энергонезависимой памяти позволяет производить запись и последующее чтение аварийных параметров работы электроустановки, собирать статистику аварий и анализировать причины, их вызвавшие.

Снабжение устройства энергонезависимыми часами позволяет точно измерять время и дату наступления аварии.

Снабжение устройства самостоятельным пультом управления и программирования позволяет расширить его эксплуатационные возможности, т.к. позволяет гибко перенастраивать его для работы с разными установками.

Выполнение блока гальванической развязки и предварительного масштабирования без использования магнитосодержащих материалов позволяет сохранить линейную характеристику во всем диапазоне измеряемых величин.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного контроллера диагностики и защиты, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию патентоспособности “новизна”.

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Не выявлена также известность влияния предлагаемых существенных признаков на достижение указанного технического результата. Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”. Предлагаемое устройство изображено на чертеже. Устройство состоит из электронного блока 1, пульта управления 2. Электронный блок 1 содержит аналого-цифровой преобразователь 3, на входы которого поступают сигналы с блока гальванической развязки и предварительного масштабирования, содержащего датчики тока 4 и резистивные делители 5, выход аналого-цифрового преобразователя 3 соединен с одним из программируемых входов микропроцессора 6, входы/выходы которого соединены с входами/выходами блока энергонезависимой памяти 7, интерфейса 8, энергонезависимых часов 9, один из его входов соединен с выходом генератора тактовой частоты 10, второй выход которого через делитель частоты 11 соединен с аналого-цифровым преобразователем 3, другой - с выходом блока питания 12 (на чертеже эта связь не показана), третий - с выходом кнопки “Деблокировка” 13, при этом один из выходов микропроцессора 6 соединен с входом исполнительного реле 14, другой - с входом индикатора 15 (красного цвета). Пульт управления и программирования 2 содержит микропроцессор 16, входы которого соединены с кнопками кнопочной панели 17, выходом генератора тактовой частоты 18, а выход микропроцессора 16 соединен с входом индикатора 19. Вход/выход пульта управления 2 соединен через интерфейс (связь не показана) с входом/выходом микропроцессора электронного блока 1.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Функциональные возможности электронного блока и пульта управления определяются загруженной в них программой.

Измерения значений тока и напряжения силовых цепей осуществляются с помощью трансформаторов тока 4 и резистивных делителей напряжения 5. Напряжения, пропорциональные измеренным величинам, с выходов трансформаторов тока 4 и резистивных делителей напряжения 5 подаются на входы аналого-цифрового преобразователя 3, который осуществляет одновременное преобразование всех входных сигналов в шестнадцатиразрядный цифровой код с учетом знака. Выборка всех каналов производится с частотой 1000 Гц. Информация о величине тока и напряжения поступает в микропроцессор 6, который производит необходимые вычисления для сравнения с заданными предельными величинами по току, напряжению, температуре. В это время с энергонезависимых часов 9 в микропроцессор 6 поступает информация о текущем времени: мин, сек, час, месяц, год. Через микропроцессор 16 пульта управления 2 в микропроцессор 6 вводятся данные о режимах и предельных значениях контролируемых величин. Через процессор 16 пульта управления 2 выводится информация о текущих значениях тока и напряжения из микропроцессора 6, о действующих на данный момент уставках из энергонезависимой памяти, о состоянии диагностируемого оборудования, статистические данные о работе контролируемого оборудования за предшествующий период времени.

Интерфейс 8 обеспечивает работу в сети и передачу данных удаленному компьютеру. Генератор тактовой частоты 10 обеспечивает тактовой частотой микропроцессор 6 и через делитель частоты 11 аналого-цифровой преобразователь 3. Блок питания 12 обеспечивает питанием электронный блок 1 и пульт управления 2, функциональные возможности которых определяются загруженной в них программой. Электронный блок 1 обрабатывает сигналы, поступающие на входы аналого-цифрового преобразователя 3, в соответствии с программой, записанной в память микропроцессора 6. В зависимости от уровней и сочетаний сигналов и в соответствии с установленными предельными значениями, введенными пользователем с помощью пульта управления 2, микропроцессор 6 принимает решение о нормальной или аварийной ситуации контролируемой электроустановки. Работа электроустановки продолжается, если микропроцессор 6 выдает сигнал о нормальной работе. Если микропроцессор 6 выдает сигнал на отключение, при этом на лицевой панели электронного блока 1 зажигается индикатор 15 красного цвета, то исполнительное реле 14 отключает электроустановку. В блок энергонезависимой памяти 7 микропроцессор 6 записывает время аварии, значения тока и напряжения, которые предшествовали моменту отключения, при этом увеличиваются на единицу показания счетчика количества аварийных отключений по данной диагностированной причине, а в случае работы устройства в составе сети в сеть выдается причина аварии. Электроустановка может быть снова включена в работу после устранения причин, вызвавших отключение, и после нажатия кнопки 13 “Деблокировка”. По желанию пользователя для некоторых контролируемых параметров с пульта управления может быть установлен режим сигнализации без размыкания контактов исполнительного реле 14. В этом случае при достижении контролируемым параметром заданной величины индикатор красного цвета 15 будет мигать.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении изобретения выполняются следующие условия:

- средства, воплощающие изобретение при его осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно в производстве приборов контроля и диагностики;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанного средства;

- средство, воплощающее изобретение, при осуществлении способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”.

Контроллер диагностики и защиты относится к области электротехники, в частности к релейной защите электроустановок при аварийных режимах, вызванных обрывом питающей сети, длительным перегрузом, коротким замыканием в электроустановке, межвитковым замыканием, перекосом фаз, превышением тока Х.Х. двигателя и/или механизма в целом заданного значения, падением напряжения или перенапряжением, износом подшипников и т.д. Технический результат - повышение точности измерения рабочих значений тока и напряжения, повышение быстродействия защиты, расширение функциональных возможностей. Для этого дополнительно установлен блок энергонезависимой памяти, который позволяет производить запись и последующее чтение аварийных параметров работы электроустановки, собирать статистику аварий и анализировать причины, их вызвавшие. Кроме того, дополнительно установлены энергонезависимые часы, что позволяет измерять точно время и дату наступления аварии, а блок гальванической развязки и предварительного масштабирования выполнен с возможностью сохранения линейной характеристики во всем диапазоне измеряемых величин и аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью одновременной обработки по меньшей мере шести входных сигналов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Контроллер диагностики и защиты электроустановок, содержащий электронный блок, включающий блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, генератор тактовой частоты, делитель частоты, интерфейс, исполнительное реле, кнопку “Деблокировка”, индикатор, отличающийся тем, что электронный блок дополнительно снабжен блоком энергонезависимой памяти и энергонезависимыми часами, при этом выходы блока гальванической развязки и предварительного масштабирования соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, выполненного с возможностью одновременной обработки, по меньшей мере, шести входных сигналов, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с программируемым входом микропроцессора, который производит необходимые вычисления для сравнения с заданными предельными величинами по току, напряжению, температуре и принимает решение о нормальной или аварийной ситуации контролируемой установки и к входам/выходам которого присоединены блок энергонезависимой памяти, обеспечивающий хранение и запись рабочих уставок, статистику аварий, вход/выход энергонезависимых часов, вход/выход интерфейса, выход генератора тактовой частоты, второй выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем через делитель частоты, кроме того, выход микропроцессора соединен с входом исполнительного реле и индикатора, а один из его входов соединен с кнопкой “Деблокировка”, при этом пульт управления и программирования, соединенный через интерфейс с микропроцессором электронного блока, содержит индикатор, микропроцессор, через который вводятся данные о режимах и предельных значениях контролируемых величин и выводится информация о текущих значениях тока и напряжения, генератор тактовой частоты и кнопочную панель, причем выходы последних соединены с входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок гальванической развязки и предварительного масштабирования выполнен с возможностью сохранения линейной характеристики во всем диапазоне измеряемых величин.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикатор пульта управления может быть выполнен на жидких кристаллах.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено блоком питания.