Устройство дуговой защиты Российский патент 2023 года по МПК H02H3/93 H02H7/22 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может быть использовано для защиты ячеек комплектных распределительных устройств (КРУ) наружной и внутренней установок от внутренних коротких замыканий, сопровождаемых электрической дугой.

Известно устройство защиты комплектных распределительных устройств от дуговых коротких замыканий (патент RU № 2020688, опубл. 30.09.1994, МПК Н02Н3/08), содержащее измерительный трансформатор тока, первый вывод вторичной обмотки которого подключен к первому выводу обмотки реле тока прямого действия, при этом введены дополнительный промежуточный трансформатор тока, первичная обмотка которого одним выводом подключена ко второму выводу трансформатора тока, другим выводом через замыкающий контакт вновь введенного промежуточного реле - ко второму выводу обмотки реле тока прямого действия, вторичная обмотка дополнительного промежуточного трансформатора тока нагружена на конденсатор, к выводам которого подключен выпрямительный мост к положительному и отрицательному полюсу которых подключено реле дуговой защиты, фотодатчик которого размещен в отсеках комплектного распределительного устройства, а его выходной контакт подключен к положительному полюсу выпрямительного моста и к обмотке промежуточного реле, второй вывод которой подключен к отрицательному полюсу выпрямительного моста, размыкающий контакт промежуточного реле подключен к части обмотки реле тока прямого действия.

Недостатком этого устройства является техническая сложность конструкции и низкая надежность из-за использования металлоёмкого измерительного и промежуточного трансформаторов тока с ферромагнитными сердечниками, и отсутствия контроля исправности самого устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство защиты от дуговых замыканий и от перегрузки по току с контролем исправности для комплектных распределительных устройств (патент RU № 2791057, опубл. 02.03.2023, МПК Н02Н3/093, H02H7/22), содержащее три фотодатчика, в качестве которых используются фотодиоды, первое, второе и третье промежуточные реле с замыкающими и размыкающими контактами, герконы, имеющие замыкающие контакты с первыми и вторыми выводами, размещенные внутри обмоток управления, закрепленных на первой планке, крепящейся к стенке релейного шкафа ячейки КРУ, при этом первые выводы замыкающего контакта герконов подключены к полюсу «плюс» источника постоянного оперативного тока, фотодиоды, терморезисторы, светодиоды и первые филаментные лампы размещены в кабельном отсеке, отсеке сборных шин и в отсеке выключателя, где первый вывод фотодиодов и терморезисторов подключен к источнику постоянного оперативного тока, а второй - к первому выводу обмоток управления герконов, второй же вывод обмоток управления подключен к полюсу "минус" источника постоянного оперативного тока, ко второму выводу замыкающего контакта герконов подключены первые выводы обмоток двухконтактного первого, второго и третьего реле времени, второй вывод обмотки данных реле времени подключен к полюсу "минус" источника постоянного тока, при этом к первым контактам с выдержкой времени на замыкание трех двухконтактных реле времени, подключенных к полюсу "плюс" источника постоянного тока, подключены первые выводы обмоток трех промежуточных реле, у которых второй вывод обмоток подключен к полюсу "минус" источника постоянного оперативного тока, имеющие также контакт на замыкание, подключенного к полюсу «плюс» источника постоянного оперативного тока и посредством которого подключен первый вывод обмоток трех указательных реле, ко второму выводу обмоток которых подключен первый вывод обмотки катушки отключения выключателя, микроконтроллер, полюсом "плюс" и "минус" подключенный к источнику постоянного оперативного тока, при этом к полюсу "плюс" которого через замкнутый контакт трех промежуточных реле подключены первые выводы светодиодов и первых филаментных ламп, при этом фотодиоды, терморезисторы, светодиоды и первые филаментные лампы закреплены на второй планке с возможностью перемещения вдоль ее прорезей,к первым выводам вторых филаментных ламп подключены вторые контакты с выдержкой времени на замыкание первого, второго и третьего реле времени.

Недостатками настоящего технического решения являются техническая сложность конструкции и низкая надежность вследствие использования значительного количества элементов, а также герконов, которым свойственно залипание контактов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание ресурсосберегающей защиты от дуговых коротких замыканий на основе фотодиодов, реагирующих на изменение освещенности внутри отсеков ячейки КРУ.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении сложности конструкции устройства и повышении надежности за счет уменьшения количества используемых элементов, в том числе, исключения герконов.

Это достигается тем, что известное устройство дуговой защиты, содержащее три фотодиода с планками для их крепления, каждый из которых расположен, соответственно, в кабельном отсеке, в отсеке сборных шин и в отсеке выключателя ячейки КРУ, три реле времени, три промежуточных реле, три указательных реле, расположенные в релейном шкафу ячейки КРУ, катушку отключения выключателя электроустановки, источник постоянного оперативного тока, к которому подключен вход фотодиодов, снабжено тремя усилителями сигнала, при этом входы фотодиодов подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, к выходам фотодиодов подключены первые входы трех усилителей сигнала, а вторые входы трех усилителей сигнала подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, к первому выходу усилителей сигнала подключен вход обмоток трех реле времени, выход обмоток реле времени подключен ко второму выходу усилителей сигнала, вход контактов с выдержкой времени на замыкание реле времени подключен к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, а их выходы - ко входам обмоток промежуточных реле, выход которых подключен к полюсу "минус" источника постоянного оперативного тока, контакты на замыкание трех промежуточных реле подключены к полюсу «плюс» источника постоянного оперативного тока и к ним подсоединены входы трех указательных реле, выход указательных реле соединен со входом катушки отключения выключателя электроустановки, а ее выход подключен к полюсу «минус» источника постоянного оперативного тока, фотодиоды закреплены на пластине, установленной с помощью болтового-гаечного соединения на планках с прорезью и с возможностью перемещения вдоль нее напротив токоведущей шины. Планка зафиксирована с помощью винта, соответственно, в кабельном отсеке к металлическому выступу, в отсеке выключателя к перегородке и в отсеке сборных шин к задней стенке ячейки КРУ. Реле времени, промежуточные и указательные реле расположены в релейном шкафу ячейки КРУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство дуговой защиты, расположенное в ячейке КРУ, на фиг. 2 представлена структурная схема устройства дуговой защиты, на фиг. 3 показано крепление фотодиода устройства дуговой защиты.

Устройство дуговой защиты содержит три фотодиода (Ф1-Ф3) 1, 2, 3, каждый из которых расположен, соответственно, в кабельном отсеке 4, в отсеке сборных шин 5 и в отсеке выключателя 6 ячейки 7 КРУ. Входы фотодиодов (Ф1-Ф3) 1-3 подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока 8. К выходам фотодиодов (Ф1-Ф3) 1-3 подключены первые входы трех усилителей сигнала (УС1-УС3) 9, 10, 11, а вторые входы трех усилителей сигнала 9, 10, 11 подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока 8. К первому выходу усилителей сигнала (УС1-УС3) 9-11 подключен вход обмоток 12, 13, 14 трех реле времени (РВ1-РВ3) 15, 16, 17, выход обмоток 12-14 реле времени 15-17 подключен ко второму выходу усилителей сигнала (УС1-УС3) 9-11. Вход контактов с выдержкой времени на замыкание (РВ1.1-РВ3.1) 18, 19, 20 реле времени (РВ1-РВ3) 15-17 подключен к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока 8, а их выходы - ко входам обмоток 21, 22, 23 промежуточных реле (РП1-РП3) 24, 25, 26 выход которых подключен к полюсу "минус" источника постоянного оперативного тока 8. Контакты на замыкание (РП1.1-РП3.1) 27, 28, 29 трех промежуточных реле (РП1-РП3) 24-26 подключены к полюсу «плюс» источника постоянного оперативного тока 8 и к ним подсоединены входы трех указательных реле (РУ1-РУ3) 30, 31, 32. Выход указательных реле 30-32 соединен со входом катушки отключения (КО) 33 выключателя 34 электроустановки, а ее выход подключен к полюсу «минус» источника постоянного оперативного тока 8. Фотодиоды (Ф1-Ф3) 1-3 закреплены на планке 35 посредством пластины 36 с помощью болтового-гаечного соединения 37 напротив токоведущей шины 38, с возможностью перемещения вдоль прорезей 39. Планка 35 зафиксирована с помощью винта 40, соответственно, в кабельном отсеке 4 к металлическому выступу 41, в отсеке выключателя 6 к перегородке 42 и в отсеке сборных шин 5 к задней стенке 43 ячейки 7 КРУ. Реле времени (РВ1-РВ3) 15-17, промежуточные (РП1-РП3) 24-26 и указательные (РУ1-РУ3) 30-32 реле расположены в релейном шкафу 44 ячейки 7 КРУ.

Все конструктивные элементы предлагаемого устройства выполнены из облегчённого и прочного пластика, типа "PLA" и могут быть распечатаны на 3 D принтере, кроме болтового-гаечного соединения 37, винта 40, выполненных из немагнитного материала, а также фотодиодов (Ф1-Ф3) 1-3, реле времени (РВ1-РВ3) 15-17, промежуточных (РП1-РП3) 24-26 и указательных реле (РУ1-РУ3) 30-32. Устройство выполняет защиту от внутренних коротких замыканий, сопровождаемых дугой внутри отсеков ячейки КРУ.

Устройство дуговой защиты работает следующим образом.

В нормальном режиме работы по токоведущим шинам 38 отсеков 4, 5 и 6 ячейки 7 КРУ протекает ток, не превышающий нормального рабочего значения, и соответственно отсутствует освещенность внутри отсеков ячейки 7. Таким образом, на фотодиоды (Ф1-Ф3) 1-3 не действует никакая освещенность и в связи с этим дуговая защита не срабатывает.

При возникновении короткого замыкания через дугу в отсеках 4, 5 и 6 ячейки 7 КРУ изменяется освещенность внутри данных отсеков и на это изменение-вспышку света срабатывает один из фотодиодов (Ф1-Ф3) 1-3. После этого сигнал с фотодиодов (Ф1-Ф3) 1-3 поступает на вход усилителей сигнала (УС1-УС3) 9-11 и далее усиленный сигнал поступает на вход обмоток 12-14 реле времени (РВ1-РВ3) 15-17. Реле времени (РВ1-РВ3) 15-17 отсчитав выдержку времени, равной 0,02 с. срабатывает и замыкая свой контакт с выдержкой времени на замыкание (РВ1.1-РВ3.1) 18-20 подаёт сигнал на вход обмоток 21-23 промежуточных реле (РП1-РП3) 24-26. Промежуточные реле (РП1-РП3) 24-26 срабатывают и своими контактами на замыкание (РП1.1-РП3.1) 27-29 посредством указательных реле (РУ1-РУ3) 30-32 подают сигнал на катушку отключения 33 выключателя 34. После этого ячейка 7 КРУ и подключенная к ней защищаемая электроустановка отключаются.

Предлагаемое устройство выполняет защиту от внутренних коротких замыканий, сопровождаемых дугой внутри отсеков ячейки КРУ. При необходимости дуговая защита дополняется контролем тока короткого замыкания (пуском максимальной токовой защиты) и снижения напряжения-пуском защиты минимального напряжения.

По сравнению с устройством-прототипом, предлагаемое устройство не требует использования герконов, терморезисторов, светодиодов и филаментных ламп, что упрощает конструкцию устройства и повышает ее надежность.

Использование изобретения позволяет снизить сложность конструкции устройства и повысить надежность за счет уменьшения количества используемых элементов, в том числе, исключения герконов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите. Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении сложности конструкции и повышении надежности устройства защиты ячеек комплектных распределительных устройств (КРУ) наружной и внутренней установок от внутренних коротких замыканий, сопровождаемых электрической дугой. Известное устройство дуговой защиты, содержащее три фотодиода с планками для их крепления, каждый из которых расположен соответственно в кабельном отсеке, в отсеке сборных шин и в отсеке выключателя ячейки КРУ, три реле времени, три промежуточных реле, три указательных реле, расположенных в релейном шкафу ячейки КРУ, катушку отключения выключателя электроустановки, источник постоянного оперативного тока, к которому подключен вход фотодиодов, снабжено тремя усилителями сигнала. Входы фотодиодов подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, к выходам фотодиодов подключены первые входы трех усилителей сигнала, а вторые входы трех усилителей сигнала подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока. К первому выходу усилителей сигнала подключен вход обмоток трех реле времени, выход обмоток реле времени подключен ко второму выходу усилителей сигнала. Вход контактов с выдержкой времени на замыкание реле времени подключен к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, а их выходы - ко входам обмоток промежуточных реле, выход которых подключен к полюсу "минус" источника постоянного оперативного тока. Контакты на замыкание трех промежуточных реле подключены к полюсу «плюс» источника постоянного оперативного тока и к ним подсоединены входы трех указательных реле, выход указательных реле соединен со входом катушки отключения выключателя электроустановки, а ее выход подключен к полюсу «минус» источника постоянного оперативного тока. Фотодиоды закреплены на пластине, установленной с помощью болтового-гаечного соединения на планках с прорезью и с возможностью перемещения вдоль нее напротив токоведущей шины. 3 ил.

Устройство дуговой защиты, содержащее три фотодиода с планками для их крепления, каждый из которых расположен соответственно в кабельном отсеке, в отсеке сборных шин и в отсеке выключателя ячейки КРУ, три реле времени, три промежуточных реле, три указательных реле, расположенных в релейном шкафу ячейки КРУ, катушку отключения выключателя электроустановки, источник постоянного оперативного тока, к которому подключен вход фотодиодов, отличающееся тем, что оно снабжено тремя усилителями сигнала, при этом входы фотодиодов подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, к выходам фотодиодов подключены первые входы трех усилителей сигнала, а вторые входы трех усилителей сигнала подключены к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, к первому выходу усилителей сигнала подключен вход обмоток трех реле времени, выход обмоток реле времени подключен ко второму выходу усилителей сигнала, вход контактов с выдержкой времени на замыкание реле времени подключен к полюсу "плюс" источника постоянного оперативного тока, а их выходы - ко входам обмоток промежуточных реле, выход которых подключен к полюсу "минус" источника постоянного оперативного тока, контакты на замыкание трех промежуточных реле подключены к полюсу «плюс» источника постоянного оперативного тока и к ним подсоединены входы трех указательных реле, выход указательных реле соединен со входом катушки отключения выключателя электроустановки, а ее выход подключен к полюсу «минус» источника постоянного оперативного тока, фотодиоды закреплены на пластине, установленной с помощью болтового-гаечного соединения на планках с прорезью и с возможностью перемещения вдоль нее напротив токоведущей шины.