УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЗРЫВНЫМ РАЗМЫКАТЕЛЕМ Российский патент 2012 года по МПК H02H3/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к прикладной электротехнике. Более конкретно, оно относится к способам и устройствам релейной защиты и автоматики электротехнического оборудования. Способ позволяет создавать быстродействующие устройства защиты проводников, проводов воздушных и кабельных линий электропередач и т.п.от разрушения токами короткого замыкания.

Уровень техники

Для защиты электрических проводников (проводов) от разрушения токами короткого замыкания в настоящее время используют различные механические разрыватели электрической цепи [1, 2]. Для быстрого размыкания высоковольтных электрических цепей с большим током наиболее перспективными являются взрывные размыкатели, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами. Во всех размыкателях присутствует исполнительный механизм, который выполняет команду на размыкание электрической цепи. Во взрывном размыкателе в качестве исполнительного механизма используют электродетонаторы с большим напряжением срабатывания (более 200 В). Большое напряжение срабатывания электродетонатора диктуется требованиями исключить ложное отключение электротехнического оборудования в условиях больших электромагнитых помех, от которых устраниться практически невозможно. Для того чтобы обеспечить необходимое, относительно большое, напряжение срабатывания традиционно применяют отдельный источник питания электрических схем, который гальванически развязан с размыкаемой электрической цепью.

Известный способ, реализованный в устройстве [3], для управления быстродействующим размыкателем электрической цепи включает в себя следующие операции:

- непрерывное измерение тока, протекающего в проводнике, который защищают от разрушения током короткого замыкания;

- выработку и подачу напряжения срабатывания на исполнительный механизм размыкателя, который устанавливают в цепи защищаемого проводника (например, на электрический детонатор для взрывного размыкателя) в момент возникновения в нем тока короткого замыкания.

Напряжение питания на схему измерения тока и выработки напряжения срабатывания подается от отдельного источника, который гальванически не связывают с защищаемым проводником.

Сущность изобретения

Ближайшим по назначению прототипом настоящего изобретения является устройство управления размыкателем [3]. Предлагаемый в качестве изобретения способ управления быстродействующим размыкателем отличается тем, что:

- в качестве источника напряжения питания электрической схемы для обнаружения тока короткого замыкания и выработки напряжения срабатывания используют часть электрической энергии тока, который протекает в защищаемом проводнике;

- в качестве источника напряжения срабатывания используют часть электрической энергии тока короткого замыкания в защищаемом проводнике;

- задержку подачи напряжения срабатывания на исполнительный механизм по отношению к моменту возникновения тока короткого замыкания задают самим значением тока короткого замыкания;

- переменный ток, протекающий в защищаемом проводнике, пропорционально преобразуют в переменное напряжение U, которое подают на электрический конденсатор С с параллельно соединенными с ним активным сопротивлением R1, значения которых выбирают такими, чтобы ток короткого замыкания в защищаемом проводнике создавал на контуре R1C напряжение не меньше напряжения срабатывания;

- электрический конденсатор С выбирают таким, чтобы на нем накапливать заряд электрической энергии, который гарантированно обеспечивает срабатывание исполнительного механизма при достижении на нем напряжения срабатывания;

- контур R1C выбирают таким, чтобы помехи в виде кратковременных увеличений тока в защищаемом проводнике длительностью до 100 мкс (или исходя из критерия допустимого выделения тепловой энергии в проводнике=сопротивление проводника·ток²·время) не создавали на нем напряжение срабатывания;

- параллельно с электрическим конденсатором С через электронный ключ SW, имеющий активное сопротивление R_SW, соединяют активное сопротивление R2, значение которого выбирают таким, чтобы при замкнутом ключе SW и отсутствии тока короткого замыкания в защищаемом проводнике на контуре RC создавалось напряжение меньше напряжения срабатывания, где R удовлетворяет условию 1/R=1/R1+1/(R2+R_SW);

- схема непрерывного измерения тока короткого замыкания в защищаемом проводнике с малой инерционностью размыкает электронный ключ SW в момент возникновения тока короткого замыкания, в результате чего электрический конденсатор С заряжается напряжением U и на активном сопротивлении R1 создают напряжение не меньше напряжения срабатывания, которое через газовый разрядник GAP1 подают на исполнительный механизм.

В качестве одного из вариантов реализации данного способа управления быстродействующим размыкателем рассмотрим работу схемы электрической принципиальной, представленной на Фиг.1. В этой схеме применен трансформатор тока 1, который устанавливается в цепи взрывного размыкателя, защищающего проводник 10 от разрушения током короткого замыкания. Он используется для измерения тока в цепи размыкателя и, одновременно, для питания схемы выработки напряжения срабатывания. Дополнительного гальванически развязанного источника питания не требуется. В начале каждого полупериода электронный ключ 5 замкнут и трансформатор тока 1 через диодный мост 4 подключен к сопротивлению 6. Значение сопротивления 6 выбирается таким, чтобы напряжение на нем, при номинальном токе в цепи взрывного разрывателя, не превышало нескольких вольт. Напряжение с этого сопротивления, которое пропорционально протекающему через взрывной размыкатель току, поступает на узел 8, в котором определяется условие возникновения режима короткого замыкания. Если ток меньше, чем заданный уровень тока короткого замыкания, электронный ключ 5 остается замкнутым в течение всего полупериода частоты переменного тока в цепи размыкателя. При возникновении режима короткого замыкания узел 8 подает сигнал управления на отключение электронного ключа 5. Электронный ключ 5 размыкается, и сопротивление 6 отключается от трансформатора тока 1. Напряжение на выходе трансформатора тока 1 при этом резко возрастает, и происходит заряд конденсатора 3. При достижении напряжения на конденсаторе, достаточного для срабатывания газового разрядника 7, происходит разряд конденсатора 3 через газовый разрядник 7 на сопротивление нагрузки 9. Импульс напряжения с этого сопротивления поступает на электродетонатор, происходит его подрыв, и взрывной размыкатель отключает нагрузку.

Сопротивление 2, подключенное параллельно конденсатору 3, исключает случайное срабатывание разрядника при кратковременном (менее 100 мкс) превышении тока в цепи взрывного размыкателя выше установленного значения тока короткого замыкания или случайной наводке. Значение сопротивления 2 определяется исходя из допустимого номинального тока в цепи взрывного размыкателя и выбирается таким, чтобы напряжение на нем при номинальном токе не превышало напряжения пробоя газового разрядник 7.

Промышленная применимость

Способ испытан и может быть применен для управления быстродействующими размыкателями, ограничителями тока в системах электроснабжения, линиях электропередач и другом электрооборудовании высоких и средних напряжений с целью устранения в них случайных отключений и разрушений проводников от токов короткого замыкания.

Использование изобретения в создании новых и модернизации действующих систем электроснабжения, электрических подстанций, линий электропередач и других энергообъектов позволит исключить человеческий фактор в причинах аварий, повысить их эксплуатационную надежность и безопасность работы.

Источники информации

1. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. И.М.Адоньер, В.В.Афанасьев, и др. Под ред. В.В.Афанасьева: - Л: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1987, - 544 с: c ил.

2. Коммутационные ограничители тока: П.Елагин. OOO "РОСПОЛЬ-ЭЛЕКТРО", Санкт-Петербург. Ж. "Новости электротехники", №4(28), 2004.

3. Schematic diagram if a measuring and tripping unit. ABB AG. Leaflet no. DEABB 2243 00 E. Printed in Germany (03.06. - 1000 - PCI).

Изобретение может быть использовано в системах электроснабжения, линиях электропередач и другом электрооборудовании для устранения в них случайных отключений и разрушений проводников от токов короткого замыкания. Устройство содержит трансформатор, преобразующий ток в защищаемом проводнике в напряжение, подаваемое на конденсатор с параллельно соединенным с ним первым резистором, ключ, управляемый узлом, который определяет условия возникновения короткого замыкания, разрядник, диодный мост, второй резистор и электродетонатор. Трансформатор через диодный мост и ключ подключен к второму резистору, напряжение с которого поступает на управляющий ключом узел, а напряжение с первого резистора через разрядник поступает на электродетонатор. Технический результат - повышение надежности и безопасности работы. 1 ил.

Устройство управления взрывным размыкателем, содержащее трансформатор, преобразующий ток в защищаемом проводнике в напряжение, подаваемое на конденсатор с параллельно соединенным с ним первым резистором, ключ, управляемый узлом, который определяет условия возникновения короткого замыкания, разрядник, диодный мост, второй резистор и электродетонатор, при этом трансформатор через диодный мост и ключ подключен к второму резистору, напряжение с которого поступает на управляющий ключом узел, а напряжение с первого резистора через разрядник поступает на электродетонатор.