Устройство токовой защиты с контролем исправности Российский патент 2022 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, выполненной с помощью катушки индуктивности и может быть использовано для токовой защиты различных электроустановок, с любым классом номинального напряжения.

Известно устройство для токовой защиты электроустановок [RU №2678189 С1, Н02Н 3/00, G01R 33/02, опубл. 24.01.2019 г.], содержащее три блока для крепления герконов, каждый из которых содержит пластину, на наружной стороне которой закреплены данные герконы под разными углами к плоскости поперечного сечения токоведущей шины, расположенных в шинном отсеке комплектного распределительного устройства, автоматический выключатель, исполнительный орган, выход которого подключен в цепь отключения выключателя.

Недостатком этого устройства является то, что оно в своем составе содержит значительное количество используемых элементов, является громоздким, а также отсутствует обмотка, надетая на геркон, используемая для управления им.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство [KZ №33108, Н02Н 7/22, Н02Н 3/08, опубл. 17.09.2018 г.], содержащее геркон с обмоткой управления, надетой на него, указательное реле, исполнительный орган, выход которого через нормально замкнутые контакты кнопочного переключателя включен в цепь отключения выключателя электроустановки и через нормально разомкнутые контакты подключен к указательному реле, источник переменного напряжения.

Недостатком данного устройства является отсутствие непрерывного контроля исправности устройства, что может привести к несвоевременной защите электроустановки.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании упрощенного устройства токовой защиты с контролем исправности, выполненного с помощью катушки индуктивности, представляющего из себя совершенно новый подход в реализации токовых защит для различных электроустановок, с любым классом номинального напряжения.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в устройство токовой защиты с контролем исправности, содержащее геркон, имеющий замыкающий контакт и обмотку управления, надетую на него, указательное реле, исполнительный орган, в качестве которого используется промежуточное реле с обмоткой и с двумя контактами на замыкание, которое выходом подключено в цепь отключения выключателя электроустановки, источник переменного напряжения, дополнительно введены катушка индуктивности, усилитель напряжения, микроконтроллер с двумя контактами на замыкание и с двумя контактами на размыкание, источник постоянного тока.

На фиг. 1 представлен микроконтроллер устройства токовой защиты с контролем исправности. На фиг. 2 показана структурная схема используемых элементов.

Заявляемое устройство не содержащее в своем составе токовых реле и трансформаторов тока с ферромагнитными сердечниками выполняет токовую защиту электроустановок любого класса напряжения с одновременным контролем исправности элементов данного устройства, реализуемую с помощью катушки индуктивности.

Устройство токовой защиты с контролем исправности содержит катушку индуктивности 1, подключенную к усилителю напряжения 2, который усиливает значение напряжения, снимаемого с выводов катушки индуктивности 1 до требуемого и подключенный к обмотке управления 3 геркона 4, источник постоянного тока 5, с полюса «+» которого положительный сигнал поступает на замыкающий контакт 6 геркона 4, к которому подключены первый вывод обмотки 7 и контакты на замыкание 8, 9 промежуточного реле 10, сигнальная лампа 11, микроконтроллер 12 с двумя контактами на замыкание 13, 14 и с двумя контактами на размыкание 15, 16, подключенных к источникам постоянного тока 5 и переменного напряжения 17. Положительный потенциал «+» с контакта на замыкание 8 реле 10 проходя через контакт на замыкание 13 микроконтроллера 12 поступает на первый вывод сигнальной лампы 11. Положительный потенциал «+» с контакта 9 реле 10 проходя через контакт на размыкание 15 микроконтроллера 12 поступает на первый вывод указательного реле 18, а с него на первый вывод обмотки катушки отключения (КО) 19 выключателя электроустановки. Второй вывод обмотки 7 промежуточного реле, сигнальной лампы 11 и катушки отключения (КО) 19 подключены к полюсу «-» источника постоянного тока 5 (фиг. 2).

В качестве катушки индуктивности 1 может быть использована катушка реле типа. РП-25; геркона 4 - геркон типа КЭМ-2, обмотки его управления 3 - обмотка реле РГК-49; промежуточного реле 10, реле типа РТ570220; указательного реле 18 - реле типа РУ-21.

Принцип действия заявляемого устройства основан на воздействие магнитных потоков Ф (показано стрелками), созданных токами токоведущих шин защищаемой электроустановки на катушку индуктивности 1 (фиг. 2). Данное устройство представляя из себя комплект защиты может устанавливаться в ячейках КРУ, ЗРУ и в закрытых токопроводах, как для всех трех фаз в одном комплекте, так и для каждой фазы отдельным комплектом, в том месте, где имеется максимальное значение магнитных потоков. Применение микроконтроллера 12 в данном устройстве обусловлено только контролем исправности элементов устройства, осуществляющий поочередную подачу потенциалов от источника постоянного тока 5 и переменного напряжения 17. При этом его контакты 14 и 16, подключенные к источнику переменного напряжения, а также 13 и 15 подключенные к источнику постоянного тока срабатывают одновременно и попарно, то есть к примеру, при замыкании контакта 14 размыкается контакт 16 и по той же аналогии при замыкании контакта 13 размыкается контакт 15.

При коротком замыкании на защищаемой электроустановке, ток в ее токоведущих шинах возрастает и катушка индуктивности 1, установленная на безопасном по ПУЭ расстоянии от данных токоведущих шин реагирует на изменения магнитного поля, и в ней индуктируется повышенное значение ЭДС (фиг. 2). В силу того, что значение данного снимаемого напряжения с выводов катушки индуктивности 1 имеет значение порядка 5 В, то оно повышается с помощью усилителя напряжения (У) 2 до значения, равного U=220 В (при этом коэффициент усиления равен ) и подается на выводы обмотки управления 3 геркона 4. В результате геркон 4 под воздействием магнитного поля, создаваемого обмоткой управления 3 срабатывая замыкает свой контакт 6 и посылает положительный потенциал «+», поступающий с источника постоянного тока 5 на первый вывод обмотки 7 промежуточного реле 10. Данное реле 10 сработав, подает потенциал «+» через свой контакт на замыкание 9 и проходит через контакт на размыкание 15 микроконтроллера 12 на первый вывод указательного реле 18, а с него на первый вывод обмотки катушки отключения (КО) 19 выключателя электроустановки. В результате защищаемая электроустановка отключается. Срабатывание токовой защиты при этом фиксируется указательным реле (РУ)18.

В нормальном режиме работы электроустановки, параметры в усилителе напряжения 2 отрегулированы так, чтобы он срабатывал лишь при появлении на его выводах напряжения, свыше 5 В, а при значении напряжения меньше данного устройство токовой защиты с контролем исправности на отключение электроустановки не срабатывает.

С целью надежного функционирования устройства токовой защиты с контролем исправности осуществляется непрерывный контроль исправности ее элементов. Выполняется данный контроль с использованием микроконтроллера 12 (фиг. 1). Микроконтроллер 12 осуществляет с заданной выдержкой времени, равной 0,02 с. (с интервалом времени 180 с.) подачу от источника переменного напряжения 17 одного из фазных потенциалов "~" через свой контакт на замыкание 14 на первый вывод усилителя напряжения 2, на второй же вывод данного усилителя 2 через контакт на размыкание 16 микроконтроллера 12 постоянно приходит от источника переменного напряжения 17 другой фазный потенциал После этого выходящее с усилителя 2 напряжение повышается им также до значения U=220 В (как и в случае при коротком замыкании), коэффициент усиления также равен К_у=44 и подается на выводы обмотки управления 3 геркона 4. Геркон 4 под воздействием магнитного поля, создаваемого обмоткой 3 срабатывая замыкает свой контакт 6 и посылает положительный потенциал, поступающий с источника постоянного тока 5. При этом данный потенциал проходит через обмотку 7 промежуточного реле 10, которое срабатывая замыкает свои контакты на замыкание 8 и 9. Далее положительный потенциал проходит с контакта 8 реле 10, а также через контакт на замыкание 13 микроконтроллера 12 к сигнальной лампе 11, которая загораясь сигнализирует об исправности устройства (фиг. 2). Через интервал времени, равный 180 с. данный контроль исправности устройства повторяется вновь по алгоритму, описанному выше. В случае, если какой-либо элемент устройства имеет повреждение, то к сигнальной лампе 11 положительный потенциал не поступает, и она не горит, что с легкостью обнаруживается обслуживающим персоналом.

Отсутствие применения в данном устройстве токовых реле и трансформаторов тока с ферромагнитными сердечниками, содержащих в своем составе дорогостоящие сталь, медь и высоковольтную изоляцию, имеющих также значительные весогабаритные параметры отвечает актуальному вопросу в релейной защите - ресурсосбережению и представляет из себя совершенно новый подход в реализации токовых защит для различных электроустановок с любым классом номинального напряжения, реализуемых на катушке индуктивности.

Использование: в области электротехники. Технический результат – упрощение технической реализации при обеспечении надежной токовой защиты электроустановок. Устройство токовой защиты с контролем исправности содержит катушку индуктивности, подключенную к усилителю напряжения, подключенного к обмотке управления геркона. Положительный потенциал с источника постоянного тока поступает на замыкающий контакт геркона, к которому подключены первый вывод обмотки и два контакта на замыкание промежуточного реле. Два контакта на замыкание и два контакта на размыкание микроконтроллера подключены к источникам постоянного тока и переменного напряжения. Положительный потенциал с контакта на замыкание реле, проходя через контакт на замыкание микроконтроллера, поступает на первый вывод сигнальной лампы. Положительный потенциал с контакта реле, проходя через контакт на размыкание микроконтроллера, поступает на первый вывод указательного реле, а с него на первый вывод обмотки катушки отключения выключателя электроустановки. Второй вывод обмотки промежуточного реле, сигнальной лампы и катушки отключения подключены к отрицательному полюсу источника постоянного тока. 2 ил.

Устройство токовой защиты с контролем исправности, содержащее геркон, имеющий замыкающий контакт и обмотку управления, надетую на него, указательное реле, исполнительный орган, в качестве которого используется промежуточное реле с обмоткой и с двумя контактами на замыкание, которое выходом подключено в цепь отключения выключателя электроустановки, источник переменного напряжения, отличающееся тем, что в него введены катушка индуктивности, напряжение с выводов которой повышается с помощью усилителя напряжения и подается на выводы обмотки управления геркона, который, срабатывая под воздействием магнитного поля, создаваемого обмоткой управления, посылает положительный потенциал, поступающий с источника постоянного тока на первый вывод обмотки промежуточного реле, которое, в свою очередь, сработав, подает положительный потенциал через свой контакт на замыкание и проходит через контакт на размыкание микроконтроллера на первый вывод указательного реле, а с него на первый вывод обмотки катушки отключения выключателя электроустановки, срабатывание токовой защиты при этом фиксируется указательным реле.