Устройство максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения Российский патент 2022 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, выполненной с применением катушек индуктивностей, и может быть использовано для электроустановок в качестве максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения.

Известно устройство для токовой защиты электроустановок [RU №2678189, Н02Н 3/00, G01R 33/02, опубл. 24.01.2019 г.], содержащее три блока для крепления герконов и регулирования их тока срабатывания, каждый из которых содержит пластину, на наружной стороне которой закреплены шесть герконов под разными углами к плоскости поперечного сечения токоведущей шины, центральный и боковой держатели, зубчатый ремень, ходовые оси, первая и вторая поддерживающие стойки, шаговый электродвигатель, первый и второй зубчатый шкив, муфта, сматывающий механизм, первый и второй соединительный кабель, пластмассовый рукав, автоматический выключатель, панель управления с сенсорным дисплеем, времязадающий и исполнительный орган, цепь отключения выключателя.

Недостатком данного устройства является использование значительного количества элементов, в том числе и герконов, у которых в момент короткого замыкания на электроустановке возможно залипание контактов, что в конечном итоге может привести к отказу или несвоевременной защите электроустановки.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения [Беркович М.А. и др. Основы техники релейной защиты-М.: Энергоатомиздат, 1984. - 376 с: ил.], содержащее три пусковых токовых реле мгновенного действия, три блокирующих реле минимального напряжения, реле времени, промежуточное и указательное реле.

Недостатком этого устройства является использование дорогостоящих трансформаторов тока и напряжения с ферромагнитными сердечниками, содержащих в своем составе сталь, медь, высоковольтную изоляцию и имеющих также значительные весогабаритные параметры, что является экономически не рентабельным.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, является реализация упрощенного ресурсосберегающего устройства максимальной токовой защиты (МТЗ) с блокировкой минимального напряжения, выполненного с применением катушек индуктивностей для защиты различных электроустановок.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в устройство, содержащее пусковые органы в виде первой, второй и третьей катушек индуктивностей, реле времени с обмоткой и контактом с выдержкой времени на замыкание, реле минимального напряжения, первое и второе промежуточное реле, указательное реле, подключенное к катушке отключения выключателя электроустановки, дополнительно введены первый и второй усилители напряжения, источник постоянного тока.

На фиг. 1 представлено устройство МТЗ с блокировкой минимального напряжения. На фиг. 2 представлено размещение устройства МТЗ с блокировкой минимального напряжения в ячейке КРУ.

Заявляемое устройство, не содержащее в своем составе традиционных реле тока и напряжения, трансформаторов тока и напряжения с ферромагнитными сердечниками выполняет МТЗ электроустановок, реализуемой с применением первой и второй катушек индуктивностей. При этом третья катушка индуктивности, состоящая из первичной и вторичной обмоток, намотанная на токоведущую шину выполняет функции трансформатора напряжения. Вторая катушка индуктивности предназначена для повышения чувствительности защиты. Данная МТЗ выполняется с двумя пусковыми органами: первой и второй катушками индуктивности, как в традиционной максимальной токовой защите с такими же пусковыми органами, только тока и минимального напряжения.

Устройство содержит первую 1, вторую 2 и третью 3 катушку индуктивности, причем первая 1 подключена выводам первого усилителя напряжения (У 1)4, а вторая 2-к выводам второго усилителя напряжения (У2)5 (фиг. 1). Первый 4 и второй 5 усилители напряжения усиливают значение напряжения, снимаемого с выводов первой 1 и второй 2 катушек индуктивности до требуемого. Третья катушка индуктивности 3, состоящая из первичной и вторичной обмоток, намотана на токоведущую шину 6, у которой вывод вторичной обмотки подключен ко входу второй катушки индуктивности 2 (фиг. 2). Первая катушка индуктивности 1 располагается в кабельном отсеке ячейки КРУ, к примеру, серии К-63 и напротив токоведущей шины 6, а вторая катушка индуктивности 2 - в релейном шкафу данной ячейки. Выход первого усилителя напряжения 4 подключен к обмотке 7 первого промежуточного реле 8, а выход второго усилителя напряжения 5 подключен к обмотке 9 реле минимального напряжения 10, источник постоянного тока 11, с полюса «+» которого положительный потенциал поступает к контакту на размыкание 12 реле минимального напряжения 10, к которому подключен первый обмотки 13 второго промежуточного реле 14. К контакту на замыкание 15 первого промежуточного реле 8 подключен контакт на замыкание 16 второго промежуточного реле 14, который в свою очередь подключен к обмотке 17 реле времени 18. Положительный потенциал полюса «+» источника постоянного тока 11 поступает к контакту с выдержкой времени на замыкание 19 реле времени 18, который в свою очередь подключен к указательному реле (РУ)20, а с него к первому выводу обмотки катушки отключения (КО)21 выключателя электроустановки. Второй вывод обмотки: 13 второго промежуточного реле 14; 17 реле времени 18 и катушки отключения (КО)21 подключены к полюсу «-» источника постоянного тока 11 (фиг. 1).

В качестве первой 1 и второй 2 катушки индуктивности может быть использована катушка реле типа РП-25; первого 8 и второго 14 промежуточного реле-реле типа РТ570220; реле минимального напряжения 10 - реле типа РН-54; реле времени 18 - реле типа REXL; указательного реле 20 - реле типа РУ-21.

Принцип действия заявляемого устройства в момент короткого замыкания на защищаемой электроустановке основан на воздействие магнитного потока Ф (показано стрелками), созданного током токоведущей шины 6 на первую катушку индуктивности 1 и снятия со вторичной обмотки третьей катушки 3 вторичного напряжения и подачей его на вторую катушку индуктивности 2 (фиг. 1). Данное устройство представляет из себя комплект защиты, который может устанавливаться в ячейках КРУ, ЗРУ и в закрытых токопроводах для каждой фазы отдельным комплектом. Первая катушка индуктивности 1 устанавливается напротив токоведущей шины бив том месте, где имеется максимальное значение магнитного потока (фиг. 2).

При коротком замыкании на защищаемой электроустановке, ток в ее токоведущей шине 6 возрастает, и первая 1 и третья 3 катушки индуктивности реагируют на изменения магнитного поля, при чем первая катушка индуктивности 1 установлена на безопасном по ПУЭ расстоянии от данной шины 6, и в результате на первой катушке индуктивности 1 и на вторичной обмотке третьей катушки индуктивности 3 индуктируется напряжение, подаваемое на вторую катушку индуктивности 2 (фиг. 1, 2). В силу того, что значения снимаемого напряжения с выводов первой 1 и второй 2 катушек индуктивностей имеют малые значения, порядка 5 и 1В, то они повышаются с помощью первого 4 усилителя до 220В, а с помощью второго 5 усилителя до значения, равного U=100B. После этого данные значения напряжения с первого усилителя напряжения 4 подаются на обмотку 7 первого промежуточного реле 8, а со второго усилителя 5-к обмотке 9 реле минимального напряжения 10 (фиг. 1). В результате у первого промежуточного реле 8 срабатывает контакт на замыкание 15, посылая потенциал «+», поступающий с источника постоянного тока 11 к контакту на замыкание 16 второго промежуточного реле 14, с которого этот потенциал «+» поступает на обмотку 17 реле времени 18. После положительный потенциал полюса «+» источника постоянного тока 11 поступает к контакту с выдержкой времени на замыкание 19 реле времени 18. При этом одновременно с первым промежуточным реле 8 срабатывает реле минимального напряжения 10, у которого размыкается контакт 12, в результате чего обмотка 7 второго промежуточного реле 14 теряет питание и данное реле срабатывает. С контакта с выдержкой времени на замыкание 19 реле времени 18 положительный потенциал полюса «+» источника постоянного тока 11 поступает к указательному реле (РУ) 20, которое сработав подает потенциал «+» на первый вывод обмотки катушки отключения (КО) 21 выключателя электроустановки. В результате защищаемая электроустановка отключается (фиг. 1).

Второй вывод: обмотки 13 второго промежуточного реле 14; обмотки 17 реле времени 18 и катушки отключения (КО) 21 подключены к полюсу «-» источника постоянного тока 11 (фиг. 1).

В нормальном режиме работы электроустановки, параметры в первом 4 и втором 5 усилителях напряжения отрегулированы так, чтобы они срабатывали лишь при появлении на их выводах напряжения, равного 5 и 1В, а при значениях напряжения меньше этих, устройство на отключение электроустановки не срабатывает.

Отсутствие применения в устройстве трансформаторов тока и напряжения с ферромагнитными сердечниками, содержащих в своем составе дорогостоящие сталь, медь и высоковольтную изоляцию, имеющих также значительные весогабаритные параметры, отвечает актуальному вопросу релейной защиты - ресурсосбережению и представляет из себя совершенно новый подход в реализации максимальной токовой защиты, выполняемой с применением катушек индуктивностей.

Использование: в области электротехники. Технический результат – упрощение технической реализации при обеспечении надежной токовой защиты. Устройство максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения содержит первую, вторую и третью катушки индуктивности, реле времени с обмоткой и контактом с выдержкой времени на замыкание, реле минимального напряжения, первое и второе промежуточное реле, указательное реле. В устройство введены первый и второй усилители напряжения, повышающие напряжение, приходящее с первой и второй катушек индуктивности, соединенные с обмоткой первого промежуточного реле, посылающего положительный потенциал на второе промежуточное реле, подключенное к контакту с выдержкой времени на замыкание реле времени. Положительный потенциал источника постоянного тока с реле времени поступает к указательному реле, соединенному с первым выводом катушки отключения выключателя электроустановки и с реле минимального напряжения. 2 ил.

Устройство максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения, содержащее первую, вторую и третью катушки индуктивности, реле времени с обмоткой и контактом с выдержкой времени на замыкание, реле минимального напряжения, первое и второе промежуточное реле, указательное реле, подключенное к катушке отключения выключателя электроустановки, отличающееся тем, что в него введены первый и второй усилители напряжения, повышающие напряжение, приходящее с первой и второй катушек индуктивности, соединенные с обмоткой первого промежуточного реле, посылающего положительный потенциал на второе промежуточное реле, подключенное к контакту с выдержкой времени на замыкание реле времени, с которого положительный потенциал источника постоянного тока поступает к указательному реле, соединенному с первым выводом катушки отключения выключателя электроустановки, и с реле минимального напряжения, в результате размыкания контакта которого обмотка второго промежуточного реле теряет питание.