СПОСОБ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Российский патент 2005 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для защиты электроустановок от токовых перегрузок, коротких замыканий и перекоса фаз.

Известен способ обнаружения повреждений в сети переменного тока [1], в соответствии с которым определяют величину тока, сравнивают ее с допустимой величиной и судят о наличии повреждения, причем в момент перехода тока через ноль определяют прогнозируемое амплитудное значение тока как результат деления производной тока на его круговую частоту.

Недостатком способа является то, что действующее значение тока определяется за время, которое составляет примерно четверть периода промышленной частоты, а учитывая время, необходимое для определения производной тока, сигнал о повреждении в сети может быть сформирован не ранее 0,05 с. Кроме того, такой способ имеет недостаточную защищенность от импульсных помех, которые приводят к необоснованному отключению сети.

Известен также способ, реализованный в схеме электронной обработки данных для отключения тока перегрузки [2], при котором осуществляют измерение тока и его аналого-цифровое преобразование, непрерывно определяют действующее значение тока в течение определенного временного интервала через равные промежутки времени, сравнивают полученное значение с допустимым током, определяют характер аварийного режима и отключают электроустановку. Микроконтроллер контролирует с помощью заданного временного кадра количество превышений фактического значения тока над установленным числовым значением и при многократном повторении этого превышения выключает установку.

Недостатком такого способа является отсутствие селекции характера аварийного режима: то ли это короткое замыкание, то ли перегрузка. Кроме того, не исключаются ошибочные срабатывания от кратковременных переходных процессов.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является способ осуществления мгновенной защиты в блоке расцепления [3]. Электронный блок расцепления имеет микроконтроллер и соответствующее запоминающее устройство с программой работы, параметрами инициализации и процедурой загрузки, а также запоминающее устройство с рабочими параметрами. Алгоритм-программа мгновенной защиты, которая хранится в запоминающем устройстве, имеет состояние ожидания и состояние исполнения. В состоянии исполнения она определяет цифровые значения тока и хранит их в регистре. Накопление определенного количества значений воспринимается как пиковое значение тока. Пиковые значения хранятся в отдельном регистре. Когда число в регистре станет больше граничного значения, программа выдает сигнал для микроконтроллера на срабатывание блока расцепителя.

Недостатком этого способа является отсутствие обоснования значения граничного числа превышений тока, что приводит к неопределенности величины энергии, которая передается потребителю. При таком способе не оценивается характер превышения граничного значения тока (КЗ, перегрузка), а быстродействие при коротком замыкании недостаточное, потому что временной интервал в начальном состоянии не заполнен.

В основу изобретения поставлена задача создания способа максимальной токовой защиты электроустановки, в котором путем введения принципа обновляемого буфера обеспечивается компромисс в алгоритме измерений (минимизируется время оценки действующего значения тока и достигается защита от случайных погрешностей измерений и импульсных помех за счет усреднения замеров), что приводит к повышению быстродействия и помехозащищенности электронного блока.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе максимальной токовой защиты электроустановки, при котором осуществляют измерение тока и его аналого-цифровое преобразование, непрерывно определяют действующее значение тока в течение определенного временного интервала через равные промежутки времени, сравнивают полученное значение с допустимым током, определяют характер аварийного режима и выключают электроустановку, определение действующего значения тока осуществляют со сдвигом временного интервала на величину очередного отсчета, средневзвешенное значение действующего тока относительно каждого интервала определяют для каждой фазы сети и последовательно проверяют превышение уставок по короткому замыканию и по перегрузке. Следует отметить, что временной интервал, в течение которого определяют действующее значение тока для предлагаемого способа, намного меньше половины периода контролируемого тока.

Дополнительно может быть введен контроль значения действующих токов для отключения электроустановки при пропадании тока в фазах, а начальное состояние заполнения временного интервала измерения может соответствовать номинальному значению тока электроустановки.

Использование такого обновляемого буфера минимизирует продолжительность оценки действующих значений токов и обеспечивает защиту от случайных погрешностей измерений и импульсных помех за счет разделения каждого измеряемого отсчета на величину m (усреднение), что обеспечивает повышение быстродействия и помехозащищенности электронного блока расцепления автоматического выключателя.

Способ максимальной токовой защиты электроустановок можно проследить на примере функционирования электронного блока, схема которого представлена на чертеже. Здесь показан алгоритм контроля тока по одной фазе; две другие фазы контролируются аналогично.

Входной сигнал электронного блока от трансформатора тока (ТТ) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Каждый последующий отсчет осуществляется с интервалом времени с, где число отсчетов m=10÷100 определяется быстродействием процессора электронного блока (чем больше значение m, тем оперативнее осуществляется измерение действующего значения тока, однако, сдерживающим фактором является то, что за время с должен быть m проведен полный цикл обработки результатов с проверкой условий по перегрузке, короткому замыканию и перекосу фаз с выдачей сигналов на исполнительное устройство).

Состав буфера оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) на каждом цикле измерений обновляется и осуществляется сдвиг записанных значений с выталкиванием самого старого измерения и дописыванием в начало буфера нового отсчета измерений. После этого программно вычисляются средневзвешенные значения действующих токов на основе выборки измерений фиксированной длины m с использованием формулы

, где

х_i - i-e мгновенное значение контролируемого тока;

m - число отсчетов выборки измерений;

k - коэффициент пропорциональности.

Для уменьшения времени реакции электронного блока на короткое замыкание в сети при начальном включении первоначальное состояние всех ячеек буфера ОЗУ должно соответствовать номинальному значению тока выключателя.

При превышении величины действующего тока в работу алгоритма вступают решающие блоки (1, 2, 3 по числу фаз). Организация проверки логических условий превышения уставок по токам перегрузки и короткого замыкания предусматривает одновременный запуск счетчиков времени уставок по перегрузке τ_п и по короткому замыканию τ_кз при возникновении короткого замыкания. Это обеспечивает комплексную защиту сети от перегрузок, если условие отключения по КЗ перестанет выполняться до истечения времени уставки τ_кз, а условие выключения по перегрузке будет сохраняться.

Проверка условия мгновенного срабатывания выключателя по отсечке осуществляется независимо от условий перегрузки и короткого замыкания с временной уставкой. Это обеспечивает мгновенную отсечку фаз независимо от состояния счетчиков времени τ_п и τ_кз.

Четвертый решающий блок контролирует значения действующих токов всех 3-х фаз и вырабатывает сигнал отключения выключателя при выполнении условия обрыва фазы.

Итогом работы алгоритма электронного блока на каждом цикле измерений является наличие или отсутствие сигнала, поступающего на исполнительное устройство расцепителя в зависимости от ситуации, которая накоплена в каждом из трех буферов ОЗУ.

Источники информации

1. UA 27421 С2, кл. Н 02 Н 3/08, 2000.

2. ДЕ 98 19851752 A1, кл. Н 02 Н 3/08, 2000.

3. US 6078489 А, кл. Н 02 Н 3/08, 2000.

Использование: в предохранительных выключающих устройствах. Технический результат: повышение быстродействия и помехозащищенности электронного блока расцепления автоматического выключателя. Определение действующего значения тока осуществляют со сдвигом временного интервала на величину очередного отсчета, средневзвешенное значение действующего тока относительно каждого интервала определяют для каждой фазы сети и последовательно проверяют превышения уставок по короткому замыканию и по перегрузкам. Дополнительно может быть введен контроль значения действующих токов для отключения электроустановки при пропадании тока в фазах, а начальное состояние заполнения временного интервала измерения может соответствовать номинальному значению тока электроустановки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ максимальной токовой защиты электроустановок, при котором осуществляют измерения тока и его аналого-цифровое преобразование, непрерывно определяют действующее значение тока в течение определенного временного интервала через равные промежутки времени, сравнивают полученное значение с допустимым током, определяют характер аварийного режима и выключает электроустановку, отличающийся тем, что определение действующего значения тока осуществляют со сдвигом временного интервала на величину очередного отсчета, средневзвешенное значение действующего тока относительно каждого интервала определяют для каждой фазы сети и последовательно проверяют превышения уставок по короткому замыканию и по перегрузке.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно контролируют значения действующих токов для отключения электроустановки при пропадании тока в фазах.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальное состояние заполнения временного интервала измерения соответствует номинальному значению тока электроустановки.