Устройство токовой защиты Российский патент 2019 года по МПК H02H3/08 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты потребителей от коротких замыканий и перегрузок в электрических сетях.

Известно устройство - автоматический выключатель [1], содержащий корпус с крышкой, механизм свободного расцепления с рейкой, контактную систему с дугогасительными камерами, тепловой и электромагнитный расцепители максимального тока в каждом полюсе, кроме того, тепловой расцепитель электрически соединен с электромагнитным, а электромагнитный расцепитель электрически соединен с подвижным контактом контактной системы гибким токопроводом.

Недостатком известного аналога является невозможность реагирования на приращение тока в электрической сети.

Известно также устройство токовой защиты [2], содержащее пусковые органы, элементы выдержки времени, ячейки НЕ, И, ИЛИ, ПАМЯТЬ, выходные органы, пусковые органы с разными уставками соединенные с двумя входами ячейки И, причем пусковой орган с меньшей уставкой соединен с третьим входом этой ячейки через элемент выдержки времени, НЕ и ИЛИ, а выход ячейки И через элемент ПАМЯТЬ соединен с другим входом указанной ячейки ИЛИ и выходным органом. Недостатком данного аналога является:

- обязательная выдержка времени при обработке поступающих значений тока и задержка времени на срабатывание на аварийный режим;

- ограниченное число уставок значений приращения тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство токовой защиты ЗТИ-0,4 кВ [3], выполняемое в виде приставки к автоматическому выключателю, содержащие датчики тока, подключенные к блокам уставок, выходы которых соединены с входам логического элемента ИЛИ, а выход элемента ИЛИ связан с входом порогового органа, выход порогового органа подключен через орган выдержки времени к исполнительному органу, выход которого связан с независимым расцепителем автоматического выключателя.

Недостатком данного прототипа является:

- обязательная выдержка времени при срабатывании;

- нет возможности реагирования на приращение тока в электрической сети.

Технической задачей изобретения является реагирование устройства на приращения тока в электрической сети.

Технический результат достигается тем, что устройство токовой защиты электрической сети, содержащее установленный в фазном проводе датчик тока, независимый расцепитель, связанный с контактной системой, установленной в разрыв фазных проводов, а также в устройство введен с блоком питания микроконтроллер, к двум входам которого подключены датчик напряжения, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль, соединенные с фазным напряжением электрической сети, а также упомянутый датчик тока, выход которого соединен с третьим входом микроконтроллера и датчиком перехода синусоиды тока через нуль, связанным с четвертым входом микроконтроллера, причем к двум выходам микроконтроллера подключаются орган индикации состояния электрической сети и усилительный орган, соединенный с упомянутым независимым расцепителем.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства токовой защиты.

Устройство токовой защиты содержит фазный проводник 1, нулевой проводник 2, силовые контакты 3 с катушкой независимого расцепителя 4, датчик тока 5, соединенный с третьим входом микроконтроллера 12, нагрузка 6, блок питания 7, усилительный орган 8, соединенный с первым выходом микроконтроллера 12, датчик напряжения 9, соединенный с первым входом микроконтроллера 12, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль 10, соединенный со вторым входом микроконтроллера 12, датчик перехода синусоиды тока через нуль 11, соединенный с четвертым входом микроконтроллера 12, орган индикации состояния электрической сети 13, соединенный со вторым выходом микроконтроллера 12.

Устройство токовой защиты работает следующим образом.

Блок питания 7, подключенный к фазному 1 и нулевому 2 проводам электрической сети, питает микроконтроллер 12. На первый вход микроконтроллера 12 поступают данные с датчика напряжения 9, на второй вход поступают данные с датчика тока 5, на другие входы микроконтроллера поступают сигналы с датчиков перехода напряжения 10 и тока 11 через нуль. В результате в микроконтроллере 12 происходит непрерывное алгоритмическое обрабатывание поступающих значений и выделение приращений тока в электрической сети.

По вычисленным значениям приращения тока и коэффициента мощности в электрической сети, микроконтроллер 12 определяет режим работы:

- нормальный режим работы электрической сети, при котором приращение тока у нагрузки 6 не превышает заданных значений, при рабочем коэффициенте мощности;

- аварийный режим №1, данный режим характеризуется плавным возрастанием приращения тока в нагрузке 6, при низком коэффициенте мощности в электрической сети, низкий коэффициент мощности в электрической сети наблюдается при пусках электродвигателей с короткозамкнутым ротором;

- аварийный режим №2, данный режим характеризуется скачкообразным возрастанием приращения тока в нагрузке 6, при высоком коэффициенте мощности в электрической сети.

Исходя из выявленного режима работы электрической сети, микроконтроллер выбирает алгоритм реагирования:

- при нормальном режиме работы электрической сети, на выход микроконтроллера 12, подключенный к входу усилительного органа 8, связанного с катушкой независимого расцепителя 4, не подается сигнал на размыкание силовых контактов независимым расцепителем 3;

- при аварийном режиме №1 внутри микроконтроллера 12 запускается выдержка времени, в течение которой происходит обработка поступающих значений с датчика тока 5, датчика напряжения 9 и датчиков перехода напряжения 10 и тока 11 через нуль. Если за время выдержки времени, значение приращения тока не вернулось в диапазон заданных значений, то на выход микроконтроллера 12, подключенный к входу усилительного органа 8, связанного с катушкой независимого расцепителя 4, подается сигнал на размыкание контакта независимого расцепителя 3, также на другой выход микроконтроллера 12 подается сигнал на орган индикации состояния электрической сети 13;

- при аварийном режиме №2 происходит мгновенный разрыв электрической сети путем подачи сигнала на выход микроконтроллера 12, подключенный к входу усилительного органа 8, связанного с катушкой независимого расцепителя 4, подается сигнал на размыкание силовых контактов независимым расцепителем 3, также на другой выход микроконтроллера 12 подается сигнал на орган индикации состояния защиты 13.

Таким образом обеспечивается отключение электрической сети при низком коэффициенте мощности через выдержку времени, а при высоком коэффициенте мгновенное отключение электрической сети.

Использованные источники

1. Патент на изобретение 95116971/07 РФ, МПК H01H 73/48 Автоматический выключатель [текст] / Гавриленко A.M., Ломакин В.И., Терешин В.Н., Фролов Ю.А., Чернов В.А. Акционерное общество "Гефест" - №2095875; заявл. 05.10.1995; опубл. 10.11.1997

2. Патент на изобретение 550714 РФ, МПК Н02Н 3/08 Устройство токовой защиты [текст] / Н.М. Попов, В.Е. Поляков Азово-Черноморский институт механизации сельского хозяйств - №2058329/07; заявл. 06.09.1974; опубл. 15.03.1977 Бюл. №10.

3. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, Н.И. Сукманов. - М.: Агропромиздат, 2000. - 536 с., с. 356 рис. 10.30

Использование: в области электротехники для защиты потребителей от коротких замыканий и перегрузки в электрических сетях. Технический результат – обеспечение реагирования устройства на приращения тока в электрической сети. Устройство токовой защиты содержит фазный проводник, нулевой проводник, силовые контакты с катушкой независимого расцепителя, датчик тока, соединенный с третьим входом микроконтроллера, нагрузку, блок питания, орган усиления, соединенный с первым выходом микроконтроллера, датчик напряжения, соединенный с первым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль, соединенный со вторым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды тока через нуль, соединенный с четвертым входом микроконтроллера, орган индикации состояния электрической сети, соединенный со вторым выходом микроконтроллера. В результате в микроконтроллере происходит непрерывное алгоритмическое обрабатывание поступающих значений и выделение приращений тока в электрической сети. По вычисленным значениям приращения тока и коэффициента мощности электрической сети микроконтроллер подает сигнал на отключение нагрузки через выдержку времени или мгновенно. 1 ил.

Устройство токовой защиты электрической сети, содержащее установленный в фазном проводе датчик тока, независимый расцепитель, связанный с контактной системой, установленной в разрыв фазных проводов, отличающееся тем, что в устройство введен с блоком питания микроконтроллер, к двум входам которого подключены датчик напряжения, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль, соединенные с фазным напряжением электрической сети, а также упомянутый датчик тока, выход которого соединен с третьим входом микроконтроллера и датчиком перехода синусоиды тока через нуль, связанным с четвертым входом микроконтроллера, причем к двум выходам микроконтроллера подключаются орган индикации состояния электрической сети и усилительный орган, соединенный с упомянутым независимым расцепителем.