Устройство направленной адаптивной токовой отсечки электродвигателей Российский патент 2021 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технике релейной защиты, к токовым защитам асинхронных электродвигателей от междуфазных коротких замыканий (КЗ).

Известна токовая отсечка электродвигателей, которая при наличии дифференциальной защиты является резервной защитой электродвигателя, а при отсутствии дифференциальной защиты является основной защитой электродвигателя от между фазных КЗ [Чернобровое Н.Н., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем, 2007, стр. 707].

Недостатком указанного технического решения является низкая чувствительность, обусловленная большим фиксированным значением тока срабатывания, который выбирается с отстройкой от максимально возможных пусковых токов или токов при внешних КЗ.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство токовой адаптивной токовой отсечки, содержащее блок токовых реле, блок определения фактического значения напряжения питающей сети, блок определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки и исполнительный блок. Первый вход блока токовых реле подключен к фазному току в обмотке статора электродвигателя, входы блока определения фактического значения напряжения питающей сети подключены к напряжению на шинах и к фазным токам ввода, вход блока определения фактического значения пускового тока подключен к выходу блока определения фактического напряжения питающей сети, входы блока определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки подключены к выходу блока определения фактического значения пускового тока, а выход подключен ко второму входу блока токовых реле, выход которого подключен к исполнительному блоку [Шабанов В.А., Путинцева А.А., Васильев П.И. Устройство адаптивной токовой отсечки электродвигателей пат. 2686081 Российская Федерация]. Блок токовых реле содержит токовые реле, исполнительный блок содержит промежуточное реле. Выход исполнительного блока является выходом устройства и действует на отключение выключателя электродвигателя. При КЗ в обмотке статора электродвигателя блок определения фактического значения напряжения питающей сети определяет фактическое напряжение источника питания (питающей сети), блок определения фактического значения тока срабатывания определяет адаптивное значение тока срабатывания токовой отсечки, и если ток КЗ превышает адаптивное значение тока срабатывания, срабатывают токовые реле и без выдержки времени через исполнительный блок отключают электродвигатель от сети.

Недостатком указанного технического решения является возможность ложного срабатывания при коротком замыкании в распределительной сети предприятия.

Обусловлен этот недостаток тем, что в известном устройстве принято, что при внешних КЗ ток в обмотке статора асинхронных электродвигателей, протекающий под действием электродвижущей силы (ЭДС) в обмотке статора, меньше возможного тока при пуске. Это допущение основано на том, что ЭДС, развиваемая асинхронным двигателем при внешних КЗ, не превышает 90% от номинального напряжения [Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей, 1985, стр. 16]. При этом в известном устройстве ток срабатывания отстраивается от расчетного значения пускового тока, найденного с учетом параметров питающей электрической сети, и при этом принимается, что ток срабатывания всегда будет больше тока в обмотке статора при внешнем КЗ. Однако, если эквивалентное сопротивление питающей сети будет достаточно большим, например, больше 10% от полного сопротивления защищаемого двигателя, то пусковой ток двигателя, найденный с учетом эквивалентного сопротивления сети, может быть меньше тока в обмотке статора при близком внешнем КЗ даже если ЭДС двигателя не превышает 90% от номинального напряжения. При этом возможно ложное срабатывание известного устройства при коротком замыкании в распределительной сети предприятия.

Задачей изобретения является усовершенствование устройства адаптивной токовой отсечки электродвигателей с достижением следующего технического результата: повышение эффективности функционирования адаптивной токовой отсечки электродвигателей за счет исключения ложного срабатывания адаптивной токовой отсечки при коротком замыкании в распределительной сети предприятия.

Указанная задача решается тем, что устройство направленной адаптивной токовой отсечки электродвигателей, содержащее блок токовых реле, первый вход которого подключен к фазному току в обмотке статора ЭД, блок определения фактического значения напряжения питающей сети I=U_c., входы которого подключены к напряжению на первой секции шин U_ш., к которым подключен защищаемый двигатель, и к фазным токам ввода I_BB, а выход блока определения фактического значения напряжения питающей сети U_c подключен к входу блока определения фактического значения пускового тока I_п.ф., выход которого подключен к входу блока определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки I_ATO, выход которого подключен ко второму входу блока токовых реле, и исполнительный блок, согласно изобретению дополнительно содержит блок формирования опорного напряжения, блок направления мощности и логический блок, причем первый вход блока направления мощности подключен к выходу блока формирования опорного напряжения, а второй вход подключен к фазному току в обмотке статора, причем выход блока направления мощности подключен к первому входу логического блока, ко второму входу которого подключен выход блока токовых реле, а выход логического блока подключен к исполнительному блоку.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 показана схема подключения устройства к электрической сети и электродвигателю.

На фиг. 3 показан пример подключения устройства к электрической сети и электродвигателю при подключении входа блока опорного напряжения к напряжению секции шин распределительного устройства подстанции, к которой подключен электродвигатель.

Устройство содержит: 1 - блок определения фактического значения напряжения питающей сети; 2 - блок определения фактического значения пускового тока; 3 - блок определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки; 4 - блок токовых реле; 5 - блок направления мощности; 6 - логический блок; 7 - блок формирования опорного напряжения; 8 - исполнительный блок.

Входы блока 1 определения фактического значения напряжения сети подключены к фазному напряжению первой секции шин U_ш1, к которым подключен двигатель, и к фазным токам ввода T_BB; входы блока 2 определения фактического значения пускового тока подключены к выходу блока 1 определения фактического значения напряжения сети U_c.; входы блока 3 определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки подключены к выходу блока 2 определения фактического пускового тока I_п.ф.; входы блока 4 токовых реле подключены к выходу блока 3 определения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки I_ATO и к фазному току в обмотке статора электродвигателя I_ф; входы блока 5 направления мощности подключены к. фазному току в обмотке статора электродвигателя и к выходу блока 7 формирования опорного напряжения; входы логического блока 6 подключены к выходу блока 4 токовых реле и к выходу блока 5 направления мощности.

На фиг. 2 обозначено: ТТ_ВВ - датчики тока ввода (питающей линии к секции шин распределительного устройства); ТТ_ЭД - датчики тока статора на вводах электродвигателя; Q_BB - вводной выключатель; Q_ЭД - выключатель электродвигателя; Д - двигатель.

Устройство работает следующим образом.

На входы блока 1 определения фактического значения напряжения сети приходят сигналы контролируемых (измеряемых) тока ввода и напряжения на шинах распределительного устройства от датчиков тока на вводе и датчиков напряжения на секции шин соответственно. На выходе блока 1 определения фактического значения напряжения сети с учетом измеренных значений напряжения на секции шин и тока ввода формируется фактическое напряжение питающей электрической сети U_c., приложенное за эквивалентным сопротивлением питающей электрической сети. Значение фактического напряжения питающей электрической сети U_c. поступает на вход блока 2 определения фактического значения пускового тока. В блоке 2 определения фактического значения пускового тока производится расчет фактического пускового тока I_п.ф., который был бы, если пуск ЭД производился бы в текущем режиме работы сети. Значение этого тока поступает на вход блока 3 определения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки. В блоке 3 определения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки производится расчет тока срабатывания адаптивной токовой отсечки I_ATO, который отстраивается от фактического пускового тока I_п.ф. На первый вход блока 4 токовых реле поступает фактический ток I_ф., протекающий в обмотке статора электродвигателя в текущем режиме работы сети. Значение тока срабатывания I_ATO поступает на второй вход блока 4 токовых реле. В блоке 4 токовых реле происходит сравнение тока срабатывания I_ATO с фактическим током Т_ф. в обмотке статора. Если при КЗ в обмотке статора фактический ток Т_ф. превышает сформированный в блоке 3 определения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки ток срабатывания I_ATO, то на выходе блока 4 токовых реле формируется сигнал, поступающий на второй вход логического блока 6. На первый вход логического блока 6 поступает сигнал с выхода блока 5 направления мощности. Если КЗ произошло в обмотке статора электродвигателя, то ток в обмотке статора направлен от шин распределительного устройства к двигателю, на выходе блока 5 направления мощности формируется разрешающий сигнал. При этом на выходе логического блока 6 формируется разрешающий сигнал, который поступает в исполнительный блок 8. Защита срабатывает и отключает электродвигатель от сети. При КЗ в распределительной сети (например, в точке К1 или в точке К2 на фиг. 2) ток в обмотке статора направлен от двигателя к шинам распределительного устройства, на выходе блока 5 направления мощности формируется запрещающий сигнал, при этом на выходе логического блока 6 разрешающий сигнал не формируется, и защита не работает.

Предложенный технический результат достигается тем, что сигнал на выходе исполнительного блока формируется в зависимости от направления тока в обмотке статора электродвигателя. При КЗ в обмотке статора ток в обмотке статора направлен от шин к двигателю и защита срабатывает. При КЗ в распределительной сети предприятия ток в обмотке статора направлен от электродвигателя к шинам распределительного устройства, при этом работа защиты блокируется и ложного срабатывания адаптивной токовой отсечки не происходит.

Вход блока формирования опорного напряжения может быть подключен к напряжению той же секции шин распределительного устройства подстанции, к которой подключен электродвигатель (фиг. 3). При близких КЗ напряжение на этой секции шин распределительного устройства снижается почти до нуля. Поэтому блок опорного напряжения выполняется как блок запоминания фазы доаварийного напряжения. Доаварийное напряжение (или только его фаза) запоминается в блоке 7 на время, достаточное для срабатывания токовой отсечки.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство не допускает ложного срабатывания при КЗ в распределительной сети. Это повышает эффективность работы токовой защиты электродвигателей и устойчивость технологических систем и может найти широкое применение в технике релейной защиты и автоматики.

Предложенное устройство предназначено для установки в ячейках распределительных устройств трансформаторных подстанций, питающих электродвигатели.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение эффективности функционирования адаптивной токовой отсечки электродвигателей за счет исключения ложного срабатывания адаптивной токовой отсечки при коротком замыкании в распределительной сети предприятия. Устройство содержит блок токовых реле, блок определения фактического значения напряжения питающей сети U_c., блок определения фактического значения пускового тока Т_п.ф., блок определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки I_ATO и исполнительный блок. Согласно изобретению в устройство введены блок формирования опорного напряжения, блок направления мощности и логический блок, причем первый вход блока направления мощности подключен к выходу блока формирования опорного напряжения, а второй вход подключен к фазному току в обмотке статора. Выход блока направления мощности подключен к первому входу логического блока, ко второму входу которого подключен выход блока токовых реле, а выход логического блока подключен к исполнительному блоку. 3 ил.

Устройство направленной адаптивной токовой отсечки электродвигателей, содержащее блок токовых реле, первый вход которого подключен к фазному току в обмотке статора электродвигателя, блок определения фактического значения напряжения питающей сети, входы которого подключены к напряжению на первой секции шин, к которым подключен защищаемый двигатель, и к фазным токам ввода, а выход блока определения фактического значения напряжения питающей сети подключен к входу блока определения фактического значения пускового тока, выход которого подключен к входу блока определения фактического значения тока срабатывания адаптивной токовой отсечки, выход которого подключен ко второму входу блока токовых реле; исполнительный блок, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок формирования опорного напряжения, блок направления мощности и логический блок, причем первый вход блока направления мощности подключен к выходу блока формирования опорного напряжения, а второй вход подключен к фазному току в обмотке статора, причем выход блока направления мощности подключен к первому входу логического блока, ко второму входу которого подключен выход блока токовых реле, а выход логического блока подключен к исполнительному блоку.