УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ Российский патент 2019 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты и может быть использовано для токовой защиты электроустановок, подключенных к комплектным распределительным устройствам, а также для защиты комплектных токопроводов, линий электропередач, электродвигателей и трансформаторов.

Известно устройство для токовой защиты электроустановок [Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения - М.: Высш. шк., 2008. - С. 205-213], содержащее реагирующее реле, подключенное к трансформатору тока, исполнительный орган, который входной частью подключен к реагирующему реле, а выходной частью к цепи отключения выключателя, а также трансформатор тока, включенный последовательно в цепь токоведущей шины.

Недостатком этого устройства является использование металлоемких и дорогостоящих трансформаторов тока, отсутствие возможности выявления наличия неисправности, в последствии приводящее к отказу действия токовой защиты при повреждении на защищаемой электроустановке.

Известно устройство для токовой защиты электроустановки [RU 2629958 С1, МПК Н02Н 3/08 (2006.01), опубл. 05.09.2017], выбранное в качестве прототипа, содержащее геркон, установленный в магнитном поле токоведущей шины электроустановки, причем замыкающий контакт геркона, через первый резистор подключен к переключающему контакту герконового реле, к первому концу обмотки управления первого промежуточного реле, и к первой обкладке первого конденсатора. Переключающий контакт геркона, первый конец обмотки управления герконового реле и первая обкладка второго конденсатора подключены к положительному полюсу источника постоянного оперативного тока. Размыкающий контакт геркона, второй конец обмотки управления герконового реле и вторая обкладка второго конденсатора через второй резистор подключены к отрицательному полюсу источника постоянного оперативного тока, к которому подключены второй конец обмотки управления первого промежуточного реле и вторая обкладка первого конденсатора. Замыкающий контакт герконового реле подключен к сигнальной лампе. Размыкающий контакт герконового реле через замыкающий контакт первого промежуточного реле, подключен в цепь отключения выключателя электроустановки.

Недостатком этого устройства является отсутствие непрерывного контроля исправности устройства, что может привести к несвоевременной защите электроустановки и в связи с этим в схему устройства для токовой защиты электроустановки введены второе промежуточное реле, логические элементы И, НЕ и ИЛИ, пять запоминающих устройств, пять реле времени, кнопка пуск и блок защиты.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего токовую защиту электроустановки при коротком замыкании.

Предложенное устройство для токовой защиты электроустановки, также как в прототипе, содержит геркон с переключающим, замыкающим и размыкающим контактами, установленный в магнитном поле токоведущей шины электроустановки, первое промежуточное реле с контактом с выдержкой времени на замыкание, подключенным в цепь отключения выключателя электроустановки, источник постоянного оперативного тока, отрицательный полюс которого соединен с первым концом обмотки управления первого промежуточного реле, а положительный полюс подключен к переключающему контакту геркона.

Согласно изобретению размыкающий контакт геркона подключен к первому входу логического элемента И, а также к входу логического элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом первого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу первого реле времени и к второму входу логического элемента И, выход которого соединен с первым входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к входу второго реле времени, к первому входу логического элемента ИЛИ, а также к первому концу обмотки управления второго промежуточного реле. Выход первого реле времени соединен со вторым входом первого запоминающего устройства. Выход второго реле времени подключен к второму входу второго запоминающего устройства и к первому входу третьего запоминающего устройства, выход которого подключен к входу третьего реле времени, выход которого подключен к второму входу третьего запоминающего устройства и к первому входу четвертого запоминающего устройства, выход которого подключен к третьему входу логического элемента И и к входу четвертого реле времени, выход которого соединен с вторым входом четвертого запоминающего устройства. Замыкающий контакт геркона подключен к первому входу пятого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу пятого реле времени, выход которого подключен к второму входу пятого запоминающего устройства, к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу блока защиты, выход которого подключен к второму концу обмотки управления первого промежуточного реле. Размыкающий контакт второго промежуточного реле подключен через контакт с выдержкой времени на замыкание первого промежуточного реле в цепь отключения выключателя электроустановки. Контакт с выдержкой времени на замыкание второго промежуточного реле подключен через контакт на размыкание первого промежуточного реле в цепь сигнализации, а кнопка пуск подключена к третьему входу логического элемента И. К положительному полюсу источника постоянного оперативного тока подключены кнопка пуск, контакт с выдержкой времени на замыкание и размыкающий контакт второго промежуточного реле. К отрицательному полюсу источника постоянного оперативного тока подключен второй конец обмотки управления второго промежуточного реле.

По сравнению с прототипом это устройство обеспечивает более надежную защиту электроустановки при коротком замыкании за счет непрерывного самоконтроля исправности путем автоматической подачи тестового сигнала.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства.

Устройство для токовой защиты электроустановки содержит геркон 1 с переключающим 2, размыкающим 3 и замыкающим 4 контактами. Размыкающий контакт 3 соединен с первым входом логического элемента И 5 (И) и с входом логического элемента НЕ 6 (НЕ), выход которого подключен к первому входу первого запоминающего устройства 7 (ЗУ1), выход которого подключен к входу первого реле времени 8 (РВ1), к второму (инверсному) входу логического элемента И 5 (И), выход которого подключен к первому входу второго запоминающего устройства 9 (ЗУ2). Выход первого реле времени 8 (РВ1) соединен с вторым входом первого запоминающего устройства 7 (ЗУ1). Выход второго запоминающего устройства 9 (ЗУ2) подключен к входу второго реле времени 10 (РВ2), к первому входу логического элемента ИЛИ 11 (ИЛИ), а также к второму концу обмотки управления 12 первого промежуточного реле 13 (РП1). Выход второго реле времени 10 (РВ2) подключен к второму входу второго запоминающего устройства 9 (ЗУ2) и к первому входу третьего запоминающего устройства 14 (ЗУЗ), выход которого подключен к входу третьего реле времени 15 (РВ3), выход которого подключен к второму входу третьего запоминающего устройства 14 (ЗУЗ) и к первому входу четвертого запоминающего устройства 16 (ЗУ4), выход которого подключен к третьему входу логического элемента И 5 (И) и к входу четвертого реле времени 17 (РВ4). К второму входу четвертого запоминающего устройства 16 (ЗУ4) подключен выход четвертого реле времени 17 (РВ4). Замыкающий контакт 4 геркона 1 подключен к первому входу пятого запоминающего устройства 18 (ЗУ5), выход которого подключен к входу пятого реле времени 19 (РВ5), выход которого подключен к второму входу пятого запоминающего устройства 18 (ЗУ5), а также к второму входу логического элемента ИЛИ 11 (ИЛИ), выход которого подключен к входу блока защиты 20 (БЗ), выход которого подключен к первому концу обмотки управления 21 второго промежуточного реле 22 (РП2). Размыкающий контакт 23 первого промежуточного реле 13 (РП1) подключен через контакт с выдержкой времени на замыкание 24 второго промежуточного реле 22 (РП2) в цепь отключения выключателя электроустановки. Контакт с выдержкой времени на замыкание 25 первого промежуточного реле 13 (РП1) подключен через контакт на размыкание 26 второго промежуточного реле 22 (РП2) в цепь сигнализации. Кнопка пуск 27, подключена к третьему входу логического элемента И 5 (И).

К положительному полюсу источника постоянного оперативного тока 28 подключен переключающий контакт 2 геркона 1, кнопка пуск 27, размыкающий контакт 23 и контакт с выдержкой времени на замыкание 25 первого промежуточного реле 13 (РП1).

К отрицательному полюсу источника постоянного оперативного тока 28 подключены второй конец обмотки управления 12 первого промежуточного реле 13 (РП1) и второй конец обмотки управления 21 второго промежуточного реле 22 (РП2).

При реализации устройства может быть использован геркон типа МКС-27103. В качестве первого 13 (РП1) и второго 22 (РП2) промежуточных реле можно использовать реле типа РП 18-1М. В качестве логического элемента И 5 (И) использована микросхема типа И-К155ЛИ1, в качестве элемента НЕ 6 (НЕ) - микросхема И-К155ЛН2, в качестве элемента ИЛИ И (ИЛИ) - микросхема И-К155ЛЛ2. В качестве запоминающих устройств 7 (ЗУ1), 9 (ЗУ2), 14 (ЗУ3), 16 (ЗУ4) и 18 (ЗУ5) можно использовать микросхемы типа КР537РУ8. В качестве реле времени 8 (РВ1), 10 (РВ2), 15 (РВ3), 17 (РВ4) и 19 (РВ5) можно использовать реле типа РЭВ-201. В качестве блока защиты 20 (БЗ) можно использовать блок PC 81.

Устройство для токовой защиты электроустановки работает следующим образом.

При включении защищаемой электроустановки в сеть одновременно вместе с ней начинает функционировать устройство для токовой защиты. В режиме номинальной нагрузки по защищаемой электроустановке протекает ток, не превосходящий максимальный рабочий ток, и на геркон 1 действует магнитное поле, величина индукции которого недостаточна для срабатывания геркона 1. В связи с этим размыкающий контакт 3 геркона 1 остается замкнутым, а замыкающий контакт 4 геркона 1 разомкнутым, и защита не срабатывает.

Для осуществления контроля исправности устройства для токовой защиты электроустановки включается кнопка пуск 27, сигнал поступает на логический элемент И 5 (И). От размыкающего контакта 3 геркона 1 сигнал поступает одновременно на логический элемент И 5 (И) и на логический элемент НЕ 6 (НЕ). На выходе логического элемента НЕ 6 (НЕ) сигнала нет, первое запоминающее устройство 7 (ЗУ1), имеющее выдержку времени 0,03 с в действие не приходит, и на его выходе нет сигнала. В результате на второй инверсный вход логического элемента И 5 (И) сигнал не поступает, и на выходе И 5 (И) появляется тестирующий сигнал. Далее второе запоминающее устройство 9 (ЗУ2) приходит в действие и подает сигнал на второй конец обмотки управления 12 первого промежуточного реле 13 (РП1), а также с выдержкой времени 0,05 с через второе реле времени 10 (РВ2) на третье запоминающее устройство 14 (ЗУ3) и через логический элемент ИЛИ 11 (ИЛИ) в блок защиты 20 (БЗ). Блок защиты 20 (БЗ) действует на первый конец обмотки управления 21 второго промежуточного реле 22 (РП2), которое имеет выдержку времени на срабатывание 0,1 с. Выдержка времени необходима для успешного срабатывания первого 13 (РП1) и второго 22 (РП2) промежуточных реле. Третье запоминающее устройство 14 (ЗУ3) приходит в действие и подает сигнал с выдержкой времени 120-240 с через третье реле времени 15 (РВ3) в четвертое запоминающее устройство 16 (ЗУ4), которое срабатывает и подает сигнал с выдержкой времени 0,01 с через четвертое реле времени 17 (РВ4) на логический элемент И 5 (И). Первое 13 (РП1) и второе 22 (РП2) промежуточные реле срабатывают. При этом первое промежуточное реле 13 (РП1) сработав, размыкает свой контакт 23, в связи с этим потенциал от положительного полюса источника постоянного оперативного тока 28 не поступает на контакт на замыкание 24 с выдержкой времени 0,1 с. второго промежуточного реле 22 (РП2), и сигнал с устройства токовой защиты в цепь отключения выключателя электроустановки отсутствует.

Если в устройстве для токовой защиты электроустановки отсутствуют неисправности, то при срабатывании первого 13 (РП1) и второго 22 (РП2) промежуточных реле, прежде чем замкнется контакт на замыкание 25 с выдержкой времени 0,1 с, первого промежуточного реле 13 (РП1), разомкнется контакт на размыкание 26 второго промежуточного реле 22 (РП2), в связи с чем потенциал от положительного полюса источника постоянного оперативного тока 28 не поступает в цепь сигнализации.

Через интервал времени равный 120-240 секундам (это время установлено на реле времени 15 (РВ3) плюс время равное 0,01 с на реле времени 17 (РВ4)) контроль исправности устройства для токовой защиты электроустановки вновь возобновляется, и тестирующий сигнал снова проходит по элементам устройства аналогично описанному выше. Выдержка времени 0,01 с на реле времени 17 (РВ4) необходима для обеспечения возможности срабатывания второго запоминающего устройства 9 (ЗУ2).

Интервал времени 120-240 секунд позволяет увеличить ресурс срабатывания всех реле в представленном устройстве.

Если же имеются неисправности в устройстве для токовой защиты электроустановки, то сигнал на первый конец обмотки управления 21 второго промежуточного реле 22 (РП2) не поступает и это реле не срабатывает, и как следствие, контакт на размыкание 26 второго промежуточного реле 22 (РП2) не размыкается, а контакт с выдержкой времени на замыкание 25 первого промежуточного реле 13 (РП1) замыкается, и появляется сигнал в цепи сигнализации.

При коротком замыкании в электроустановке, индукция магнитного поля, действующая на геркон 1, становится достаточной для его срабатывания. Размыкается контакт 3 и замыкается контакт 4. При замыкании контакта 4 геркона 1 сигнал поступает на пятое запоминающее устройство 18 (ЗУ5), осуществляющее подачу сигнала с длительностью (0,01 с), достаточной для поддержания непрерывного сигнала, так как геркон 1 срабатывает дважды за период переменного тока. С выхода пятого запоминающего устройства 18 (ЗУ5), через логический элемент ИЛИ 11 (ИЛИ) сигнал поступает в блок защиты 20 (БЗ), который приходит в действие и через выдержку времени 0,5-3 с. подает сигнал на первый конец обмотки управления 21 второго промежуточного реле 22 (РП2), которое срабатывая замыкает контакт с выдержкой времени на замыкание 24 и подает сигнал в цепь отключения выключателя электроустановки и размыкает контакт на размыкание 26, соединенный с цепью сигнализации.

Таким образом, персонал получает сигнал при любой неисправности устройства для токовой защиты электроустановки и может своевременно принять меры, что обеспечивает защиту электроустановки при коротком замыкании.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности защиты электроустановки при коротком замыкании. Устройство для токовой защиты электроустановки содержит геркон с переключающим, замыкающим и размыкающим контактами, установленный в магнитном поле токоведущей шины электроустановки, первое промежуточное реле с контактом с выдержкой времени на замыкание, подключенным в цепь отключения выключателя электроустановки, источник постоянного оперативного тока, отрицательный полюс которого соединен с первым концом обмотки управления первого промежуточного реле, а положительный полюс подключен к переключающему контакту геркона. Размыкающий контакт геркона подключен к первому входу логического элемента И, а также к входу логического элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом первого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу первого реле времени и к второму входу логического элемента И, выход которого соединен с первым входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к входу второго реле времени, к первому входу логического элемента ИЛИ, а также к первому концу обмотки управления второго промежуточного реле. Выход первого реле времени соединен со вторым входом первого запоминающего устройства. Выход второго реле времени подключен к второму входу второго запоминающего устройства и к первому входу третьего запоминающего устройства, выход которого подключен к входу третьего реле времени, выход которого подключен к второму входу третьего запоминающего устройства и к первому входу четвертого запоминающего устройства, выход которого подключен к третьему входу логического элемента И и к входу четвертого реле времени, выход которого соединен с вторым входом четвертого запоминающего устройства. Замыкающий контакт геркона подключен к первому входу пятого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу пятого реле времени, выход которого подключен к второму входу пятого запоминающего устройства, к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу блока защиты, выход которого подключен к второму концу обмотки управления первого промежуточного реле. Размыкающий контакт второго промежуточного реле подключен через контакт с выдержкой времени на замыкание первого промежуточного реле в цепь отключения выключателя электроустановки. Контакт с выдержкой времени на замыкание второго промежуточного реле подключен через контакт на размыкание первого промежуточного реле в цепь сигнализации, а кнопка пуск подключена к третьему входу логического элемента И. К положительному полюсу источника постоянного оперативного тока подключены кнопка пуск, контакт с выдержкой времени на замыкание и размыкающий контакт второго промежуточного реле. К отрицательному полюсу источника постоянного оперативного тока подключен второй конец обмотки управления второго промежуточного реле. 1 ил.

Устройство для токовой защиты электроустановки, содержащее геркон с переключающим, замыкающим и размыкающим контактами, установленный в магнитном поле токоведущей шины электроустановки, первое промежуточное реле с контактом с выдержкой времени на замыкание, подключенным в цепь отключения выключателя электроустановки, источник постоянного оперативного тока, отрицательный полюс которого соединен с первым концом обмотки управления первого промежуточного реле, а положительный полюс подключен к переключающему контакту геркона, отличающееся тем, что размыкающий контакт геркона подключен к первому входу логического элемента И, а также к входу логического элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом первого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу первого реле времени и к второму входу логического элемента И, выход которого соединен с первым входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к входу второго реле времени, к первому входу логического элемента ИЛИ, а также к первому концу обмотки управления второго промежуточного реле, при этом выход первого реле времени соединен со вторым входом первого запоминающего устройства; выход второго реле времени подключен к второму входу второго запоминающего устройства и к первому входу третьего запоминающего устройства, выход которого подключен к входу третьего реле времени, выход которого подключен к второму входу третьего запоминающего устройства и к первому входу четвертого запоминающего устройства, выход которого подключен к третьему входу логического элемента И и к входу четвертого реле времени, выход которого соединен с вторым входом четвертого запоминающего устройства; замыкающий контакт геркона подключен к первому входу пятого запоминающего устройства, выход которого подключен к входу пятого реле времени, выход которого подключен к второму входу пятого запоминающего устройства, к второму входу логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу блока защиты, выход которого подключен к второму концу обмотки управления первого промежуточного реле; размыкающий контакт второго промежуточного реле подключен через контакт с выдержкой времени на замыкание первого промежуточного реле в цепь отключения выключателя электроустановки; контакт с выдержкой времени на замыкание второго промежуточного реле подключен через контакт на размыкание первого промежуточного реле в цепь сигнализации, а кнопка пуск подключена к третьему входу логического элемента И; к положительному полюсу источника постоянного оперативного тока подключены кнопка пуск, контакт с выдержкой времени на замыкание и размыкающий контакт второго промежуточного реле, а к отрицательному полюсу источника постоянного оперативного тока подключен второй конец обмотки управления второго промежуточного реле.