УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБРЫВА В ТРАНСФОРМАТОРЕ ТОКА С ДВУМЯ СЕРДЕЧНИКАМИ, А ТАКЖЕ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2024 года по МПК G01R31/54 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу обнаружения обрыва в трансформаторе, в частности, к способу обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Автоматический выключатель широко используется в качестве важного компонента системы распределения низкого напряжения. Предполагается, что он защищает распределительные сети и электрооборудование от электрических неисправностей, таких как перегрузка, короткое замыкание и т.д. Традиционные интеллектуальные автоматические выключатели используют трансформаторы тока с одним сердечником в качестве элементов электропитания и измерения тока. С повышением точности измерений, необходимой пользователю, появился автоматический выключатель с трансформатором тока с двумя сердечниками, в котором катушка со стальным сердечником используется в качестве элемента электропитания, а катушка Роша с воздушным сердечником используется в качестве элемента измерения тока. Хотя вероятность обрыва цепи в трансформаторе тока невелика, как только происходит вызванная обрывом неисправность трансформатора тока (независимо от обрыва катушки со стальным сердечником или от обрыва катушки с воздушным сердечником для трансформатора тока с двумя сердечниками), автоматический выключатель срабатывает или работает неправильно, что приводит к рискам безопасной эксплуатации электроэнергетической системы. Поэтому необходимо обнаружить и идентифицировать вызванную обрывом неисправность трансформатора автоматического выключателя.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

В предшествующем уровне техники большинство интеллектуальных автоматических выключателей с трансформатором тока с двумя сердечниками не имеют функции контроля состояния трансформатора в реальном времени, тогда как некоторые автоматические выключатели с функцией контроля состояния трансформатора тока могут только определять, есть ли обрыв в катушке Роша с воздушным сердечником (измерительная катушка), но не могут определять, есть ли обрыв в катушке электропитания со стальным сердечником. Например, автоматические выключатели могут идентифицировать обрыв в катушке Роша с воздушным сердечником, прикладывая уровень смещения к катушке Роша с воздушным сердечником и определяя уровень смещения, но не могут определять обрыв в катушке электропитания со стальным сердечником.

Решение проблемы

Техническое решение

Чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники, настоящее изобретение предлагает способ обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, который реализует обнаружение вызванной обрывом неисправности в реальном времени, как в катушке электропитания, так и в измерительной катушке трансформатора с двумя сердечниками, на основе простой схемы невысокой стоимости.

Для решения вышеописанной технической проблемы настоящее изобретение использует следующее техническое решение.

Способ обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, имеющем катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины, при этом схема обработки сигнала напряжения соединена с выходным концом катушки электропитания и выполнена с возможностью вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I; непрерывного контроля выходного сигнала схемы обработки сигнала напряжения и значения Irms измерения тока шины, полученного измерительной катушкой, а также обнаружения и определения вызванной обрывом неисправности в трансформаторе тока с двумя сердечниками в соответствии со следующими критериями: если Irms<Iset1, в то время как сигнал S индикации обнаружен, и Irms≥Iset1 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяют вызваннаяуюбрывом неисправность в измерительной катушке трансформатора тока с двумя сердечниками; если Irms>Iset2, в то время как сигнал S индикации не обнаружен, и Irms≤Iset2 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяют вызванную обрывом неисправность в катушке электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками; причем заранее заданное время T задержки больше или равно 0, а заранее заданные пороговые значения тока I, Iset1 и Iset2 удовлетворяют условию 0<Iset1<I<Iset2.

Предпочтительно, диапазон значений заранее заданного времени Т задержки составляет от одного цикла тока шины до 10 с.

Предпочтительно, Iset1 = K1 * I, а Iset2 = K2 * I; диапазон значений K1 составляет [0,5; 0,95], а диапазон значений K2 составляет [1,05; 1,2].

Предпочтительно, диапазон значений I составляет от 0,1 * In до 0,5 * In, Iset2<In, а In представляет собой номинальный рабочий ток шины.

Предпочтительно, схема обработки сигнала напряжения содержит резисторы R1-R3 и транзистор V1, один конец резистора R2 соединен с выходным концом катушки электропитания, другой конец резистора R2 соединен с одним концом резистора R3 и базой транзистора V1, другой конец резистора R3 соединен с эмиттером транзистора V1 и затем заземлен, один конец резистора R1 соединен с рабочим источником питания, другой конец резистора R1 соединен с коллектором транзистора V1, а точка их соединения используется в качестве выходного конца сигнала индикации схемы обработки сигнала напряжения.

На основе той же изобретательской концепции может быть получено следующее техническое решение.

Устройство для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, содержащем катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины, причем устройство содержит:

схему обработки сигнала напряжения, соединенную с выходным концом катушки электропитания и выполненную с возможностью вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I;

модуль определения обрыва, выполненный с возможностью непрерывного контроля выходного сигнала схемы обработки сигнала напряжения и значения Irms измерения тока шины, полученного измерительной катушкой, а также обнаружения и определения вызванной обрывом неисправности в трансформаторе тока с двумя сердечниками в соответствии со следующими критериями: если Irms<Iset1, в то время как сигнал S индикации обнаружен, и Irms≥Iset1 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется вызванная обрывом неисправность в измерительной катушке трансформатора тока с двумя сердечниками; если Irms>Iset2, в то время как сигнал S индикации не обнаружен, и Irms≤Iset2 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется вызванная обрывом неисправность в катушке электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками; причем заранее заданное время T задержки больше или равно 0, а заранее заданные пороговые значения тока I, Iset1 и Iset2 удовлетворяют условию 0<Iset1<I<Iset2.

Предпочтительно, диапазон значений заранее заданного времени Т задержки составляет от одного цикла тока шины до 10 с.

Предпочтительно, Iset1 = K1 * I, а Iset2 = K2 * I; диапазон значений K1 составляет [0,5; 0,95], а диапазон значений K2 составляет [1,05; 1,2].

Предпочтительно, диапазон значений I составляет от 0,1 * In до 0,5 * In, Iset2<In, а In представляет собой номинальный рабочий ток шины.

Предпочтительно, схема обработки сигнала напряжения содержит резисторы R1-R3 и транзистор V1, один конец резистора R2 соединен с выходным концом катушки электропитания, другой конец резистора R2 соединен с одним концом резистора R3 и базой транзистора V1, другой конец резистора R3 соединен с эмиттером транзистора V1 и затем заземлен, один конец резистора R1 соединен с рабочим источником питания, другой конец резистора R1 соединен с коллектором транзистора V1, а точка их соединения используется в качестве выходного конца сигнала индикации схемы обработки сигнала напряжения.

Предложен автоматический выключатель, который содержит трансформатор тока с двумя сердечниками, имеющий катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины, при этом автоматический выключатель также содержит устройство для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками по любому из вышепредложенных технических решений.

Кроме того, автоматический выключатель также содержит схему индикации для индикации результата контроля, полученного устройством для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками.

Технические результаты изобретения

Технические результаты

По сравнению с предшествующим уровнем техники техническое решение настоящего изобретения имеет следующие положительные эффекты:

1. Благодаря техническому решению настоящего изобретения можно точно идентифицировать вызванную обрывом неисправность в катушке электропитания и измерительной катушке трансформатора тока с двумя сердечниками.

2. Благодаря техническому решению настоящего изобретения контроль обрыва в реальном времени может осуществляться во время работы автоматического выключателя без какого-либо влияния на измерение тока и защиту исходного автоматического выключателя.

3. Техническое решение настоящего изобретения может быть реализовано посредством простой схемы с невысокой стоимостью без какого-либо дополнительного оборудования.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой структурную принципиальную схему варианта осуществления устройства обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой структурную блок-схему варианта применения автоматического выключателя в трехфазной четырехпроводной системе согласно настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Лучший вариант осуществления изобретения

Чтобы преодолеть недостатки предшествующего уровня техники, техническое решение настоящего изобретения заключается в том, чтобы соединить схему обработки сигнала напряжения с выходным концом катушки электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками и специально сконфигурировать схему обработки сигнала напряжения, а затем выполнить в режиме реального времени обнаружение вызванной обрывом неисправности в катушке электропитания и измерительной катушке трансформатора тока с двумя сердечниками в соответствии с выходным сигналом схемы обработки сигнала напряжения и значением измерения тока шины, полученным измерительной катушкой.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты осуществления настоящего изобретения

В частности, способ обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками в настоящем изобретении заключается в следующем.

Трансформатор тока с двумя сердечниками имеет катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины; при этом схема обработки сигнала напряжения соединена с выходным концом катушки электропитания и выполнена с возможностью: вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I; непрерывного контроля выходного сигнала схемы обработки сигнала напряжения и значения Irms измерения тока шины, полученного измерительной катушкой; и обнаружения и определения вызванной обрывом неисправности в трансформаторе тока с двумя сердечниками в соответствии со следующими критериями: если Irms<Iset1, в то время как сигнал S индикации обнаружен, и Irms≥Iset1 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется, что измерительная катушка трансформатора тока с двумя сердечниками имеет вызванную обрывом неисправность; если Irms>Iset2, в то время как сигнал S индикации не обнаружен, и Irms≤Iset2 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется, что катушка электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками имеет вызванную обрывом неисправность; причем заранее заданное время T задержки больше или равно 0, а заранее заданные пороговые значения тока I, Iset1 и Iset2 удовлетворяют условию 0<Iset1<I<Iset2.

Чтобы облегчить понимание сущности изобретения, техническое решение настоящего изобретения будет описано более подробно ниже на примере конкретных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг. 1, трансформатор тока с двумя сердечниками в этом варианте осуществления используется в автоматическом выключателе и содержит катушку L1 электропитания и измерительную катушку L2, соответственно расположенные на шине. Выходной конец катушки L1 электропитания соединен со схемой источника питания, включающей схему выпрямления, схему ограничения амплитуды и схему преобразователя постоянного тока в постоянный, соединенные последовательно, а выходной конец измерительной катушки L2 соединен со схемой обработки сигнала тока, включающей схему интегрирования и схему усиления. Схема источника питания используется для преобразования электрической энергии, извлекаемой катушкой L1 электропитания из шины, в электропитание, необходимое для всех электрических компонентов в автоматическом выключателе, а схема обработки сигнала тока используется для обработки сигнала тока шины, полученного измерительной катушкой L2, и для подачи его в схему управления, включающую микроконтроллер, для вычисления значения Irms измерения тока шины.

Как показано на фиг. 1, схема обработки сигнала напряжения соединена с выходным концом катушки L1 электропитания и выполнена с возможностью вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I. Предпочтительный диапазон значений заранее заданного порогового значения I составляет от 0,1*In до 0,5*In, а In представляет собой номинальный рабочий ток шины или автоматического выключателя. В этом варианте осуществления значение I представляет собой минимальный пусковой ток автоматического выключателя, т.е. минимальный ток, который позволяет катушке электропитания подавать электропитание в схему источника питания и обеспечить нормальную работу автоматического выключателя.

Как показано на фиг. 1, схема обработки сигнала напряжения в этом варианте осуществления содержит резисторы R1-R3 и транзистор V1, один конец резистора R2 соединен с выходным концом катушки электропитания, другой конец резистора R2 соединен с одним концом резистора R3 и базой транзистора V1, другой конец резистора R3 соединен с эмиттером транзистора V1 и затем заземлен, один конец резистора R1 соединен с рабочим источником питания VCC, другой конец резистора R1 соединен с коллектором транзистора V1, а точка их соединения используется в качестве выходного конца сигнала индикации схемы обработки сигнала напряжения. Пороговое значение I тока шины, соответствующее сигналу S индикации, выдаваемому схемой обработки сигнала напряжения, можно регулировать путем изменения значений сопротивлений резисторов R1-R3.

Схема управления непрерывно контролирует выходной сигнал схемы обработки сигнала напряжения и значение Irms измерения тока шины, полученное измерительной катушкой, а также обнаруживает и определяет вызванную обрывом неисправность трансформатора тока с двумя сердечниками в соответствии со следующими критериями:

если Irms<Iset1, в то время как сигнал S индикации обнаружен схемой обработки сигнала напряжения, и Irms≥Iset1 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется, что измерительная катушка трансформатора тока с двумя сердечниками имеет вызванную обрывом неисправность; в противном случае контроль продолжается;

если Irms>Iset2, в то время как сигнал S индикации не обнаружен схемой обработки сигнала напряжения, и Irms≤Iset2 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется, что катушка электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками имеет вызванную обрывом неисправность; в противном случае контроль продолжается.

Заранее заданные пороговые значения I, Iset1 и Iset2 удовлетворяют условию 0<Iset1<I<Iset2<In, где In представляет собой номинальный рабочий ток шины.

Заранее заданное время Т задержки может быть равно 0, это означает, что обрыв определяется непосредственно, без какой-либо задержки; это также может быть заранее заданное ненулевое значение; предпочтительный диапазон значений заранее заданного времени T задержки составляет от одного цикла тока шины до 10 с.

Предпочтительно, Iset1 = K1 * I, а Iset2 = K2 * I; диапазон значений K1 составляет [0,5; 0,95], а диапазон значений K2 составляет [1,05; 1,2]. Такие значения K1 и K2 могут обеспечить определенное пороговое значение разности между фактическим током и обнаруженным током.

На фиг. 2 показан конкретный пример применения автоматического выключателя в трехфазной четырехпроводной системе. Автоматический выключатель содержит четыре трансформатора тока с двумя сердечниками, расположенные на линиях A, B, C и N, соответственно. Обрыв для каждой из линий A, B, C и N обнаруживается отдельно путем применения вышеупомянутого способа обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, чтобы определить, имеется ли вызванная обрывом неисправность в катушке электропитания и измерительной катушке в соответствующем трансформаторе тока с двумя сердечниками. Схема микроконтроллера управляет преобразователем магнитного потока, чтобы выполнить размыкание через схему размыкания в соответствии с информацией о токе шины, обнаруженной трансформатором тока с двумя сердечниками, и информацией об обнаружении обрыва, тем самым реализуя защиту цепи. Как показано на фиг. 2, автоматический выключатель также содержит схему индикации и схему установки параметров; схема индикации содержит модуль дисплея и светоизлучающие диоды (LED) для индикации рабочего состояния автоматического выключателя и результата контроля, полученного устройством обнаружения обрыва трансформатора тока с двумя сердечниками; а схема установки параметров используется для установки значений вышеупомянутых параметров K1 и K2.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками. Предложен трансформатор тока с двумя сердечниками, имеющий катушку (L1) электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку (L2) для измерения тока шины. Схема обработки сигнала напряжения соединена с выходным концом катушки (L1) электропитания и выполнена с возможностью вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I. Выходной сигнал схемы обработки сигнала напряжения и значение Irms измерения тока шины, полученное измерительной катушкой (L2), непрерывно контролируются, а вызванная обрывом неисправность в трансформаторе тока с двумя сердечниками обнаруживается и определяется в соответствии с результатом контроля. Также предложено устройство для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками и автоматический выключатель. Технический результата – упрощение электрической схемы. 3 н. и 9 з.п ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, содержащем катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины, при этом схема обработки сигнала напряжения соединена с выходным концом катушки электропитания и выполнена с возможностью вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I; непрерывного контроля выходного сигнала схемы обработки сигнала напряжения и значения Irms измерения тока шины, полученного измерительной катушкой, а также обнаружения и определения вызванной обрывом неисправности в трансформаторе тока с двумя сердечниками в соответствии со следующими критериями: если Irms<Iset1, в то время как сигнал S индикации обнаружен, и Irms≥Iset1 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяют вызванную обрывом неисправность в измерительной катушке трансформатора тока с двумя сердечниками; если Irms>Iset2, в то время как сигнал S индикации не обнаружен, и Irms≤Iset2 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяют вызванную обрывом неисправность в катушке электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками; причем заранее заданное время T задержки больше или равно 0, а заранее заданные пороговые значения тока I, Iset1 и Iset2 удовлетворяют условию 0<Iset1<I<Iset2.

2. Способ по п. 1, в котором диапазон значений заранее заданного времени Т задержки составляет от одного цикла тока шины до 10 с.

3. Способ по п. 1, в котором Iset1 = K1 * I, а Iset2 = K2 * I; причем диапазон значений K1 составляет [0,5; 0,95], а диапазон значений K2 составляет [1,05; 1,2].

4. Способ по п. 1, в котором диапазон значений I составляет от 0,1 * In до 0,5 * In, Iset2<In, а In представляет собой номинальный рабочий ток шины.

5. Способ по п. 1, в котором схема обработки сигнала напряжения содержит резисторы R1-R3 и транзистор V1, причем один конец резистора R2 соединен с выходным концом катушки электропитания, другой конец резистора R2 соединен с одним концом резистора R3 и базой транзистора V1, другой конец резистора R3 соединен с эмиттером транзистора V1 и затем заземлен, один конец резистора R1 соединен с рабочим источником питания, другой конец резистора R1 соединен с коллектором транзистора V1, а точка их соединения используется в качестве выходного конца сигнала индикации схемы обработки сигнала напряжения.

6. Устройство для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками, содержащем катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины, причем устройство содержит:

схему обработки сигнала напряжения, соединенную с выходным концом катушки электропитания и выполненную с возможностью вывода сигнала S индикации, когда ток шины больше или равен I;

модуль определения обрыва, выполненный с возможностью непрерывного контроля выходного сигнала схемы обработки сигнала напряжения и значения Irms измерения тока шины, полученного измерительной катушкой, а также обнаружения и определения вызванной обрывом неисправности в трансформаторе тока с двумя сердечниками в соответствии со следующими критериями: если Irms<Iset1, в то время как сигнал S индикации обнаружен, и Irms≥Iset1 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется вызванная обрывом неисправность в измерительной катушке трансформатора тока с двумя сердечниками; если Irms>Iset2, в то время как сигнал S индикации не обнаружен, и Irms≤Iset2 не возникает в течение заранее заданного времени T задержки, то определяется вызванная обрывом неисправность в катушке электропитания трансформатора тока с двумя сердечниками; причем заранее заданное время T задержки больше или равно 0, а заранее заданные пороговые значения тока I, Iset1 и Iset2 удовлетворяют условию 0<Iset1<I<Iset2.

7. Устройство для обнаружения обрыва по п. 6, в котором диапазон значений заранее заданного времени Т задержки составляет от одного цикла тока шины до 10 с.

8. Устройство для обнаружения обрыва по п. 6, в котором Iset1 = K1 * I, а Iset2 = K2 * I; причем диапазон значений K1 составляет [0,5; 0,95], а диапазон значений K2 составляет [1,05; 1,2].

9. Устройство для обнаружения обрыва по п. 6, в котором диапазон значений I составляет от 0,1 * In до 0,5 * In, Iset2<In, а In представляет собой номинальный рабочий ток шины.

10. Устройство для обнаружения обрыва по п. 6, в котором схема обработки сигнала напряжения содержит резисторы R1-R3 и транзистор V1, причем один конец резистора R2 соединен с выходным концом катушки электропитания, другой конец резистора R2 соединен с одним концом резистора R3 и базой транзистора V1, другой конец резистора R3 соединен с эмиттером транзистора V1 и затем заземлен, один конец резистора R1 соединен с рабочим источником питания, другой конец резистора R1 соединен с коллектором транзистора V1, а точка их соединения используется в качестве выходного конца сигнала индикации схемы обработки сигнала напряжения.

11. Автоматический выключатель, содержащий трансформатор тока с двумя сердечниками, имеющий катушку электропитания для извлечения электрической энергии из шины и измерительную катушку для измерения тока шины, при этом автоматический выключатель также содержит устройство для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками по любому из пп. 6-10.

12. Автоматический выключатель по п. 11, также содержащий схему индикации для индикации результата контроля, полученного устройством для обнаружения обрыва в трансформаторе тока с двумя сердечниками.