УСТРОЙСТВО НАПРАВЛЕННОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 2024 года по МПК H01H83/18 H02H3/08 

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

Известно реле направления мощности, выполняющее функции направленной токовой защиты [SU 628549 A, МПК2 H01H83/18, Н02H3/38, опубл. 15.10.1978], содержащее логическую схему И, первый вход которой через формирователь импульсов напряжения подключен к выходу трансформатора напряжения, второй вход через фазоповоротную схему, а третий через токовый пусковой орган соединены с выходом трансреактора. Дополнительная логическая схема И, элемент времени и формирователь импульсов тока последовательно включены между фазоповоротной схемой и вторым входом основной логической схемы И. Второй вход дополнительной логической схемы И подключен к выходу формирователя импульсов напряжения, который связан с выходным органом.

Недостатком этого устройства является то, что для срабатывания выходного органа необходимо наличие трех сигналов одновременно и в случае отсутствия одного из них, могут возникнуть неправильные действия защиты подключенной электроустановки.

Известно реле направления мощности на герконах, выполняющее функции направленной токовой защиты [KZ 28736, МПК G01R19/30 (2006.01), опубл. 15.07.2014], содержащее первый замыкающий геркон с обмоткой управления, расположенный под шинами электроустановки и второй замыкающий геркон с обмоткой управления, подключенной к вторичной обмотке трансформатора напряжения. Микропроцессор подключен к контактам герконов. Катушка индуктивности намотана на первый геркон. Выходы катушки индуктивности подключены к фазоповоротной схеме через усилитель. Выходы фазоповоротной схемы подключены к выводам обмотки управления первого геркона через последовательно включенный первый диод. Второй диод включен последовательно в цепь между трансформатором напряжения и обмоткой управления второго геркона.

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.

Техническим результатом изобретения является разработка устройства направленной токовой защиты электроустановки, обеспечивающей блокировку минимального напряжения, выполненного с применением катушек индуктивностей для сложных электрических сетей и сетей с несколькими источниками питания.

Предложенное устройство направленной токовой защиты, также как в прототипе, содержит катушку индуктивности и микропроцессор.

Согласно изобретению, устройство дополнительно содержит вторую и третью катушки индуктивности. Первая катушка индуктивности расположена на раме выкатного элемента ячейки комплектного распределительного устройства напротив токоведущей шины в области максимального значения магнитного потока и подключена к выводам усилителя тока. Вторая катушка индуктивности размещена в релейном отсеке ячейки комплектного распределительного устройства и её выводы подключены к входу микропроцессора, выходы которого соединены с усилителем напряжения. Третья катушка индуктивности намотана на токоведущей шине комплектного распределительного устройства так, что она расположена выше первой катушки индуктивности и подключена к второй катушке индуктивности. Третья катушка индуктивности содержит две обмотки с соотношением витков 1:5 и образует повышающий измерительный трансформатор напряжения, причем напряжение первой обмотки составляет 20 В, а напряжение второй обмотки равно 100 В, при этом вывод вторичной обмотки подключен ко входу второй катушки индуктивности. Выводы усилителя тока подключены к токовой обмотке реле направления мощности. Выводы усилителя напряжения подключены к обмотке напряжения реле направления мощности. Контакт на замыкание реле направления мощности подсоединен к положительному полюсу источника постоянного тока и к первому выводу обмотки реле времени. Контакт с выдержкой времени на замыкание реле времени подключен к положительному полюсу источника постоянного тока и к первому выводу указательного реле, которое соединено с первым выводом обмотки катушки отключения выключателя ячейки комплектного распределительного устройства. Второй вывод обмотки реле времени и второй вывод обмотки катушки отключения подключены к отрицательному полюсу источника постоянного тока.

Заявляемое устройство, не содержащее в своем составе традиционных реле направления мощности, трансформаторов тока и напряжения с ферромагнитными сердечниками, выполняет направленную токовую защиту электроустановок, реализуемую 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. Данная максимальная направленная токовая защита выполняется с двумя пусковыми органами: первой и второй катушками индуктивности, как в традиционной максимальной направленной токовой защите с такими же пусковыми органами, только тока и минимального напряжения, с однофазными реле направления мощности, включенными по 90° схеме сдвига фазных токов и междуфазных напряжений. Включение по 90° схеме в заявляемом устройстве между первой и второй кутушками индуктивности осуществляется микропроцессором.

На фиг. 1 представлено устройство направленной токовой защиты.

На фиг. 2 показано расположение устройства направленной токовой защиты в ячейке комплектного распределительного устройства (КРУ).

Устройство направленной токовой защиты содержит первую 1, вторую 2 и третью 3 катушки индуктивности. Первая катушка индуктивности 1 подключена к выводам усилителя тока 4 (УТ). Выводы второй катушки индуктивности 2 подключены к входу микропроцессора 5 (М), выходы которого соединены с усилителем напряжения 6 (УН) (фиг. 1).

Первая катушка индуктивности 1 расположена на раме выкатного элемента ячейки комплектного распределительного устройства напротив токоведущей шины 7 в области максимального значения магнитного потока Ф на расстоянии, согласно Правил устройства электроустановок [ПЭУ-7. Правила устройства электроустановок. В редакции приказов Минэнерго России от 20.12.2017 г. № 1196, № 1197], например, для ячейки комплектного распределительного устройства серии КРУ-2, это расстояние составляет 12 см.

Вторая катушка индуктивности 2 размещена в релейном отсеке ячейки комплектного распределительного устройства. Третья катушка индуктивности 3 намотана на токоведущей шине 7 комплектного распределительного устройства так, что она расположена выше первой катушки, и подключена к второй катушке индуктивности 2. Третья катушка индуктивности 3 выполнена с двумя обмотками, в соотношении 1:5. Вывод вторичной обмотки подключен ко входу второй катушки индуктивности 2.

Выводы усилителя тока 4 (УТ) подключены к токовой обмотке 8 реле направления мощности 9. Выводы усилителя напряжения 6 (УН) подключены к обмотке напряжения 10 реле направления мощности 9. К положительному полюсу источника постоянного тока 11 подсоединен контакт на замыкание 12 реле направления мощности 9. К контакту на замыкание 12 подключен первый вывод обмотки 13 реле времени 14. К положительному полюсу источника постоянного тока 11 подключен контакт с выдержкой времени на замыкание 15 реле времени 14. Контакт с выдержкой времени на замыкание 15 подключен к первому выводу указательного реле 16 (УР), которое соединено с первым выводом обмотки катушки отключения 17 (КО) выключателя ячейки комплектного распределительного устройства 18. Второй вывод обмотки 13 реле времени 14 и второй вывод обмотки катушки отключения 17 (КО) подключены к отрицательному полюсу источника постоянного тока 11.

В качестве первой 1 и второй 2 катушек индуктивности могут быть использованы катушки реле типа РП-25. Катушка индуктивности 3 выполнена с двумя обмотками в соотношении 1:5 и используется в качестве трансформатора напряжения на напряжение 6-10 кВ. В качестве усилителя тока 4 (УТ) использован операционный усилитель тока: [Г. В. Войшвилло. Усилительные устройства: Учебник для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь. 1983, 264 с., ил. https://www.elec.ru/files/2020/03/23/_Voishvillo_V.__Usilitelnuee_ustroistva._Uchebnik.PDF], в качестве усилителя напряжения 6 (УН) - операционный усилитель напряжения: [Г. В. Войшвилло. Усилительные устройства: Учебник для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Радио и связь. 1983, 264 с., ил. https://www.elec.ru/files/2020/03/23/_Voishvillo_V.__Usilitelnuee_ustroistva._Uchebnik.PDF]. Реле направления мощности 9 - РБМ [В.С. Алексеев, Реле защиты, М., «Энергия», 1976, 464 с., ил https://www.elec.ru/files/2019/11/26/alekseev-vs-rele-zaschity_39e12a619df.PDF , стр.180, https://studref.com/539382/prochie/rele_napravleniya_moschnosti]. Использовано реле времени 14 типа REXL. Указательное реле 16 (УР) - реле типа РУ-21. Комплектное распределительное устройство - ячейка серии КРУ-2.

Действие заявляемого устройства направленной токовой защиты основано на воздействии магнитного потока Ф (показано стрелками), созданного током токоведущей шины 7 защищаемой электроустановки на первую катушку индуктивности 1 и снятия с вторичной обмотки третьей катушки 3 вторичного напряжения.

Данное устройство представляет из себя комплект защиты, который может устанавливаться в ячейках комплектного распределительного устройства, закрытого распределительного устройства и в закрытых токопроводах для каждой фазы отдельным комплектом.

При коротком замыкании на защищаемой электроустановке, ток в ее токоведущей шине 7 возрастает и первая катушка индуктивности 1, реагирует на изменения магнитного поля потока Ф, и в ней индуктируется повышенное значение ЭДС, а на вторичной обмотке третьей катушки индуктивности 3 появляется напряжение. В силу того, что значение снимаемого тока и напряжения с выводов первой 1 и второй 2 катушек индуктивностей имеет значение порядка 0,3 А и 5 В, то оно повышается с помощью усилителя тока 4 (УТ) до 5 А, а с помощью усилителя напряжения 6 (УН) до значения, равного U=100 В и эти значения подаются на выводы токовой обмотки 8 и обмотки напряжения 10 реле направления мощности 9. Сдвиг фазных токов и междуфазных напряжений по 90^° схеме осуществляется микропроцессором 5 (М). В результате у реле направления мощности 9 срабатывает контакт на замыкание 12, посылая потенциал «+», поступающий от источника постоянного тока 11 на первый вывод обмотки 13 реле времени 14, которое посредством своего контакта с выдержкой времени на замыкание 15 и выдержкой времени, равной 0,02 с. посылает потенциал «+», поступающий от источника постоянного тока 11 на указательное реле 16 (УР), которое сработав подаёт потенциал «+» на первый вывод катушки отключения 17 (КО) выключателя ячейки комплектного распределительного устройства 18. В результате защищаемая электроустановка отключается.

В нормальном режиме работы электроустановки, параметры в усилителях тока 4 (УТ) напряжения 6 (УН) отрегулированы так, чтобы они срабатывали лишь при появлении на их выводах тока, равного 0,3 А и напряжения 5 В, а при значениях тока и напряжения меньше этих, устройство максимальной направленной токовой защиты на отключение электроустановки не срабатывает.

Отсутствие в предложенном устройстве традиционных реле направления мощности, 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 собой совершенно новый подход в реализации максимально-направленных токовых защит, выполняемых с применением катушек индуктивностей.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, и может быть использовано для электроустановок в качестве максимальной направленной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения. Технический результат заключается в разработке устройства направленной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения. Устройство направленной токовой защиты содержит три катушки индуктивности (1-3) и микропроцессор (5). Первая катушка индуктивности (1) расположена на раме выкатного элемента ячейки комплектного распределительного устройства напротив токоведущей шины (7) в области максимального значения магнитного потока и подключена к выводам усилителя тока (4). Вторая катушка индуктивности (2) размещена в релейном отсеке ячейки комплектного распределительного устройства и её выводы подключены к входу микропроцессора (5), выходы которого соединены с усилителем напряжения (6). Третья катушка индуктивности (3) намотана на токоведущей шине (7) комплектного распределительного устройства так, что она расположена выше первой катушки индуктивности (1) и подключена к второй катушке индуктивности (2). Третья катушка индуктивности (3) содержит две обмотки с соотношением числа витков 1:5 и образует повышающий измерительный трансформатор напряжения, причем напряжение первой обмотки составляет 20 В, а напряжение второй обмотки равно 100 В. Вывод вторичной обмотки подключен ко входу второй катушки индуктивности (2). Выводы усилителя тока (4) подключены к токовой обмотке (8) реле направления мощности (9). Выводы усилителя напряжения (6) подключены к обмотке напряжения (10) реле направления мощности (9). Контакт на замыкание (12) реле направления мощности подсоединен к положительному полюсу источника постоянного тока (11) и к первому выводу обмотки (13) реле времени (14), а контакт с выдержкой времени на замыкание (15) реле времени (14) подключен к положительному полюсу источника постоянного тока (11) и к первому выводу указательного реле (16), которое соединено с первым выводом обмотки катушки отключения (17) выключателя ячейки комплектного распределительного устройства (18). Второй вывод обмотки (13) реле времени (14) и второй вывод обмотки катушки отключения (17) подключены к отрицательному полюсу источника постоянного тока. 2 ил.

Устройство направленной токовой защиты, содержащее катушку индуктивности (1) и микропроцессор (5), отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую (2) и третью (3) катушки индуктивности, первая катушка индуктивности (1) расположена на раме выкатного элемента ячейки комплектного распределительного устройства напротив токоведущей шины (7) в области максимального значения магнитного потока и подключена к выводам усилителя тока (4), вторая катушка индуктивности (2) размещена в релейном отсеке ячейки комплектного распределительного устройства и её выводы подключены к входу микропроцессора (5), выходы которого соединены с усилителем напряжения (6), третья катушка индуктивности (3) намотана на токоведущей шине (7) комплектного распределительного устройства так, что она расположена выше первой катушки индуктивности (1) и подключена к второй катушке индуктивности (2), третья катушка индуктивности (3) содержит две обмотки с соотношением числа витков 1:5 и образует повышающий измерительный трансформатор напряжения, причем напряжение первой обмотки составляет 20 В, а напряжение второй обмотки равно 100 В, при этом вывод вторичной обмотки подключен ко входу второй катушки индуктивности (2), выводы усилителя тока (4) подключены к токовой обмотке (8) реле направления мощности (9), выводы усилителя напряжения (6) подключены к обмотке напряжения (10) реле направления мощности (9), контакт на замыкание (12) реле направления мощности подсоединен к положительному полюсу источника постоянного тока (11) и к первому выводу обмотки (13) реле времени (14), а контакт с выдержкой времени на замыкание (15) реле времени (14) подключен к положительному полюсу источника постоянного тока (11) и к первому выводу указательного реле (16), которое соединено с первым выводом обмотки катушки отключения (17) выключателя ячейки комплектного распределительного устройства (18), при этом второй вывод обмотки (13) реле времени (14) и второй вывод обмотки катушки отключения (17) подключены к отрицательному полюсу источника постоянного тока.