Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты Российский патент 2024 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при осуществлении учебной и научно-исследовательской деятельности в учебных заведениях.

Известен учебный стенд, содержащий вертикальную раму с опорой, выполненный с возможностью размещения, фиксации и хранения в раме лабораторных модулей. Вертикальная рама снабжена закрепленными на ней горизонтальными полками, каждая из которых имеет расположенные в два ряда направляющие для размещения в них лабораторных модулей, при этом один ряд направляющих расположен на той стороне горизонтальной полки, которая расположена около вертикальной рамы, и предназначен для размещения тех лабораторных модулей, которые временно не участвуют в учебном процессе, а другой ряд предназначен для хранения лабораторных модулей, которые участвуют в учебном процессе (RU 159345, МПК A47B 53/00, опубл. 10.02.2016).

К недостатку известного технического решения относится, отсутствие возможности моделирования систем релейной защиты и автоматики.

Известен стенд для изучения основ релейной автоматики состоящий из блока управления, блока генераторов импульсов, блока питания и устройств коммутации, предназначенный для изучения и исследования схем релейной автоматики (RU 2237926, МПК G09B 23/18, опубл. 10.10.2004).

К недостаткам известного технического решения относятся, отсутствие возможности моделирования систем релейной защиты и автоматики на базе микропроцессорных блоков и моделирование ограниченного количества видов защит.

Известен лабораторный комплекс «Модель электрической системы с релейной защитой и автоматикой», исполнение стендовое компьютерное. В состав стенда входят: модуль питания, модуль трехфазной сети, блок измерителя мощности, блок линии электропередач, блоки выключателей, блок синхронизации, блок однофазных трансформаторов, модуль возбуждения асинхронного двигателя, частотный преобразователь, электромашинный агрегат, измеритель скорости, персональный компьютер с платой ввода/вывода, реле тока, реле напряжения, реле направления мощности, дополнительные реле, модель реле тока типа РТ-80, реле времени, модель дифференциального реле ДЗТ-11, модель реле сопротивления типа КРС-1. Режим доступа: https://newstyle-y.ru/high-school/rele/elektroenergeticheskie-sistemy/item_5949/. - Загл. с экрана).

К недостатку известного технического решения относится, отсутствие возможности моделирования систем релейной защиты и автоматики на базе микропроцессорных блоков.

Известен модульный учебный лабораторный стенд «Электрические станции и подстанции», исполнение стендовое, компьютерное. В состав стенда входят следующие блоки: трехфазный источник питания, однофазный источник питания, модель замыкания на землю, амперметр, измеритель коэффициента мощности, блок датчиков тока и напряжения, трехполюсный выключатель 380В/10А, коннектор, ввода-вывода цифровых сигналов, терминал, реостат, блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, регулируемый автотрансформатор, активная нагрузка, трехфазная трансформаторная группа, вольтметр, измеритель мощности, многофункциональный электроизмерительный прибор, модель линии электропередачи, модель заземлителя с вертикальным трубчатым электродом, указатель частоты вращения, указатель угла нагрузки синхронной машины, источник питания двигателя постоянного тока, возбудитель синхронной машины, измеритель напряжений и частот, блок синхронизации, частотомер, трехфазный двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения, трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, индуктивная нагрузка, линейный реактор, трехфазный ваттметр, трехфазный однотарифный счетчик активной и реактивной электрической энергии для сети В, машина постоянного тока, маховик, машина переменного тока, персональный компьютер, лабораторный стол с двухсекционным контейнером и двухуровневой рамой, набор аксессуаров и приспособлений для учебного лабораторного стенда ЭЭ1М-ЭСП-С-К. Режим доступа: https://galsen.ru/catalog/elektroenergetika/elektricheskie-stancii-i-podstancii/ee1m-esp-s-k. - Загл. с экрана).

К недостатку известного технического решения относится отсутствие возможности моделирования систем релейной защиты.

Технический результат заключается в повышении эффективности учебной и научно-исследовательской деятельности за счет моделирования систем релейной защиты и автоматики на базе микропроцессорных блоков путем введения дополнительных блоков трансформаторов тока, дополнительных блоков трансформаторов напряжения, блока трехполюсного выключателя с электроприводом и блока микропроцессорной релейной защиты.

Сущность изобретения заключается в том, что автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты содержит блок трехфазного источника питания, блок однофазного источника питания, блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, блок коннектора, модель линии электропередачи, блок активной нагрузки, блоки трансформаторов тока, блоки трансформаторов напряжения, персональный компьютер. Введены дополнительные блоки трансформаторов тока и дополнительные блоки трансформаторов напряжения, блок трехполюсного выключателя с электроприводом, блок микропроцессорной релейной защиты. Блок трехполюсного выключателя с электроприводом связан с блоком однофазного источника питания, к которому в свою очередь подключен персональный компьютер, а также блок трехполюсного выключателя с электроприводом подключен к блоку трехфазного источника питания и блоку микропроцессорной релейной защиты, который соединен через блоки трансформаторов тока и блоки трансформаторов напряжения с моделью линии электропередачи, подключенной к персональному компьютеру через блок коннектор и блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также к блоку активной нагрузки.

На чертеже представлена структурная схема автоматизированного учебно-лабораторного комплекса микропроцессорной релейной защиты.

Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты содержит блок трехфазного источника питания 1 соединенного с блоком активной нагрузки 2 через блок трехполюсного выключателя с электроприводом 3 и модель линии электропередачи 4. Блок микропроцессорной релейной защиты 5 соединен с блоком трехполюсного выключателя 3 и моделью линии электропередачи 4 через блоки трансформаторов тока 6 и блоки трансформаторов напряжения 7. Персональный компьютер 8 соединен с моделью линии электропередачи 4 через блок коннектор 9 и блок измерительных трансформаторов тока и напряжения 10. К блоку однофазного источника питания 11 подключены блок трехполюсного выключателя с электроприводом 3, блок микропроцессорной релейной защиты 5 и персональный компьютер 8.

Все блоки автоматизированного учебно-лабораторного комплекса микропроцессорной релейной защиты, соединенные между собой соединительными проводами, расположены в отдельных корпусах и установлены на двухуровневой раме, позволяющей производить установку и снятие отдельных блоков 1-7 и 9-11 без применения специальных инструментов.

Блок трехфазного источника питания 1 предназначен для питания автоматизированного учебно-лабораторного комплекса микропроцессорной релейной защиты трехфазным переменным напряжением 400 В, максимальная токовая нагрузка электроприемников которого составляет 16 А. Имеет защиту от перегрузок, устройство защитного отключения ток срабатывания которого составляет 30 мА, ключ от несанкционированного включения и кнопки для ручного включения и отключения.

Блок активной нагрузки 2 предназначен для моделирования однофазных и трехфазных потребителей электрической энергии, активная мощность которых составляет до 50 Вт и регулируется вручную.

Блок трехполюсного выключателя с электроприводом 3 номинальный ток которого составляет 16 А, предназначен для проведения оперативных переключений (включения и отключения) в ручном и автоматическом режимах электрических цепей в трехфазных электрических сетях.

Модель линии электропередачи 4 предназначена для моделирования линии электропередачи переменного тока как цепи с сосредоточенными продольными и поперечными параметрами, регулируемыми вручную.

Блок микропроцессорной релейной защиты 5 предназначен для моделирования и исследования основных функций релейной защиты, автоматики местного и дистанционного управления, сигнализации, измерения и регистрации параметров электрических сетей. Позволяет выполнить отстройку защит по токам нулевой последовательности, получить навыки подключения устройств релейной защиты и программирования микропроцессорных блоков.

Блоки трансформаторов тока 6 предназначены для моделирования работы измерительных трансформаторов тока в составе систем релейной защиты и автоматики, отделения электрических цепей измерения от первичных токовых цепей. Ток первичной и вторичной обмоток составляет 1 А, коэффициент трансформации равен 1.

Блоки трансформаторов напряжения 7 предназначены для моделирования работы измерительных трансформаторов напряжения в составе систем релейной защиты и автоматики, отделения измерительных электрических цепей и цепей высокого напряжения. Напряжения первичной и вторичной обмотки составляют 380 В и 100 В соответственно, коэффициент трансформации равен 3,8.

Персональный компьютер 8 предназначен для фиксации и последующей обработки результатов экспериментов с помощью платы ввода/вывода PCI 6024E.

Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения 9 предназначен для получения нормированных сигналов напряжения 3 В, пропорциональных синусоидальным напряжениям 600 В и токам 0,3 А в силовых цепях.

Блок коннектор 10 предназначен для обеспечения удобного доступа к входам/выходам платы ввода/вывода PCI 6024E персонального компьютера 8.

Блок однофазный источник питания 11 предназначен для питания блоков автоматизированного учебно-лабораторного комплекса микропроцессорной релейной защиты переменным напряжением 220 В.

Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты работает следующим образом.

Блок трехфазного источника питания 1 подключен к электрической сети переменного напряжения 380 В и частотой 50 Гц, которое поступает на блок активной нагрузки 2 через блок трехполюсного выключателя с электроприводом 3 и модель линии электропередачи 4. Аварийный режим работы электрической сети, под которым понимается возникновение короткого замыкания произвольного вида, моделируется путем замыкания фазных проводников между собой и/или на землю на входе или выходе модели линии электропередачи 4. Параметры режима работы электрической сети контролируются измерительными цепями блока микропроцессорной релейной защиты 5, которые получены в результате преобразования токов и напряжений с помощью блоков трансформаторов тока 6 и блоков трансформаторов напряжения 7 подключенных к модели линии электропередачи 4. На основании этого блок микропроцессорной релейной защиты 5 обеспечивает отключение короткого замыкания, путем подачи управляющего сигнала на блок трехполюсного выключателя с электроприводом 3, который отключает участок электрической сети от источника питания до места повреждения. На входные клеммы блока коннектор 9 поступают сигналы синусоидальной формы пропорциональные величинам токов и напряжения, протекающих в контролируемой электрической сети, полученных с помощью блока измерительных трансформаторов тока и напряжения 10, подключенного к входу или выходу модели линии электропередачи 4. Затем результаты измерений сигналов передаются на персональный компьютер 8, где производится фиксация и последующая обработка результатов измерений.

По сравнению с известными решениями автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты позволяет повысить эффективность учебной и научно-исследовательской деятельности, за счет моделирования систем релейной защиты и автоматики на базе микропроцессорных блоков путем введения дополнительных блоков трансформаторов тока, дополнительных блоков трансформаторов напряжения, блока трехполюсного выключателя с электроприводом и блока микропроцессорной релейной защиты.

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при осуществлении учебной и научно-исследовательской деятельности в учебных заведениях. Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты содержит блок трехфазного источника питания, блок однофазного источника питания, блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, блок коннектора, модель линии электропередачи, блок активной нагрузки, блоки трансформаторов тока, блоки трансформаторов напряжения, персональный компьютер. Введены дополнительные блоки трансформаторов тока и дополнительные блоки трансформаторов напряжения, блок трехполюсного выключателя с электроприводом, блок микропроцессорной релейной защиты. Блок трехполюсного выключателя с электроприводом связан с блоком однофазного источника питания, к которому в свою очередь подключен персональный компьютер, а также блок трехполюсного выключателя с электроприводом подключен к блоку трехфазного источника питания и блоку микропроцессорной релейной защиты, который соединен через блоки трансформаторов тока и блоки трансформаторов напряжения с моделью линии электропередачи, подключенной к персональному компьютеру через блок коннектора и блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также к блоку активной нагрузки. Изобретение позволяет повысить эффективность учебной и научно-исследовательской деятельности, за счет моделирования систем релейной защиты и автоматики на базе микропроцессорных блоков путем введения дополнительных блоков трансформаторов тока, дополнительных блоков трансформаторов напряжения, блока трехполюсного выключателя с электроприводом и блока микропроцессорной релейной защиты. 1 ил.

Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс микропроцессорной релейной защиты, содержащий блок трехфазного источника питания, блок однофазного источника питания, блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, блок коннектора, модель линии электропередачи, блок активной нагрузки, блоки трансформаторов тока, блоки трансформаторов напряжения, персональный компьютер, отличающийся тем, что введены дополнительные блоки трансформаторов тока и дополнительные блоки трансформаторов напряжения, блок трехполюсного выключателя с электроприводом, блок микропроцессорной релейной защиты, блок трехполюсного выключателя с электроприводом связан с блоком однофазного источника питания, к которому в свою очередь подключен персональный компьютер, а также блок трехполюсного выключателя с электроприводом подключен к блоку трехфазного источника питания и блоку микропроцессорной релейной защиты, который соединен через блоки трансформаторов тока и блоки трансформаторов напряжения с моделью линии электропередачи, подключенной к персональному компьютеру через блок коннектора и блок измерительных трансформаторов тока и напряжения, а также к блоку активной нагрузки.