Устройство комбинированной токовой защиты токопровода Российский патент 2025 года по МПК H02H3/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты и может быть использовано в качестве комбинированной токовой защиты для токопроводов типа ТЭКН напряжением 6-10 кВ.

Уровень техники

Известно устройство максимальной токовой защиты (патент RU № 2759638, публ. 16.11.2021, МПК Н02Н3/08), содержащее токоведущую шину, источник постоянного оперативного тока, первое и второе промежуточные реле с обмотками и с замыкающими контактами, цепь отключения выключателя электроустановки, реле времени с обмоткой и с замыкающим контактом, имеющим выдержку времени на замыкание, первое и второе указательные реле, к контакту на замыкание первого промежуточного реле подключен первый вывод обмотки первого реле времени, к контакту с выдержкой времени на замыкание первого реле времени подключен первый вывод обмотки первого указательного реле, к размыкающему контакту второго промежуточного реле подключен первый вывод обмотки второго указательного реле, к контакту на замыкание которого подключен первый вывод обмотки катушки цепи отключения выключателя электроустановки, второй вывод обмотки первого, второго и третьего указательного реле, первого и второго промежуточного реле, первого и второго реле времени, а также катушки цепи отключения выключателя электроустановки подключены к отрицательному полюсу источника постоянного оперативного тока.

Недостатками данного устройства являются низкая надежность токовой защиты и малые функциональные возможности вследствие использования только одного значения уставки срабатывания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пофазно экранированный токопровод, типа ТЭКН, напряжением 6-10 кВ (Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. «Электрическая часть электростанций и подстанций» справочные материалы для курсового и дипломного проектирования, стр.536, 1989 г., 608 стр.), состоящий из токоведущей шины, заключенной в кожух и крепящейся на изоляторах внутри кожуха.

Недостатками настоящего технического решения являются низкая надежность токовой защиты из-за наличия токовой и угловой погрешностей используемых традиционных измерительных трансформаторов тока с металлическими сердечниками, а также малые функциональные возможности вследствие использования только одного значения уставки срабатывания.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание комбинированной токовой защиты для токопровода на катушках индуктивности, сочетающей в себе токовую отсечку и максимальную токовую защиту.

Технический результат заключается в повышении надежности токовой защиты и расширении функциональных возможностей за счет возможности изменения значений уставок защит.

Это достигается тем, что известное устройство комбинированной токовой защиты токопровода, содержащее токоведущую шину, закрепленную на изоляторах внутри кожуха токопровода, снабжено пластиной с закрепленными на ее наружной стороне первой и второй катушками индуктивности, к которым подсоединены входы, соответственно, первого и второго усилителей напряжения, опорной пластиной, первым и вторым двигателями с собственными первым и вторым приводными валами, первой, второй, третьей и четвертой планками, первыми ушками, установленными на боковых сторонах опорной пластины и расположенными в них первыми ходовыми осями, полым цилиндром, установленным на второй планке, ограничительным упором, расположенным на втором приводном валу и выполненным в виде круглого диска, вторыми ушками, установленными с боковых сторон пластины и расположенными в них вторыми ходовыми осями, реле времени с контактом с выдержкой времени на замыкание, источником постоянного тока, первым и вторым промежуточными реле, содержащими собственные контакты на замыкание, первым и вторым указательными реле и катушкой отключения, при этом первый и второй двигатели закреплены, соответственно, на первой и третьей планке и соединены каждый со своим первым и вторым приводным валом, первая и вторая планки прикреплены к кожуху токопровода, пластина с первой и второй катушками индуктивности выполнена с возможностью поперечного перемещения внутри токопровода с помощью первого двигателя вдоль первого приводного вала до полого цилиндра, а также с возможностью продольного перемещения относительно токоведущей шины с помощью второго двигателя вдоль второго приводного вала до ограничительного упора, первый и второй двигатели закреплены на первой и третьей планке, причем второй двигатель вместе с третьей планкой расположен на опорной пластине, первые ходовые оси закреплены своими концами на первой и второй планках, вторые ходовые оси закреплены своими концами на третьей и четвертой планках, первый и второй двигатели выполнены с возможностью подключения микроконтроллера для регулирования их движения, выходы первого усилителя напряжения подключены к обмотке реле времени, контакт с выдержкой времени на замыкание которого подсоединен к источнику постоянного тока, а к его выходу подключена обмотка первого промежуточного реле, выходы второго усилителя напряжения подключены к обмотке второго промежуточного реле, к выходам контактов и первого и второго промежуточных реле подключены входы, соответственно, первого и второго указательных реле, а к их выходам подключена катушка отключения выключателя токопровода, причем первый и второй усилители напряжения выполнены с возможностью срабатывания при поступлении на их входы, соответственно, напряжения 10 и 5 В.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство комбинированной токовой защиты на примере токопровода типа ТЭКН напряжением 6-10 кВ, на фиг. 2 изображена принципиальная схема комбинированной токовой защиты токопровода, на фиг. 3 представлено расположение комбинированной токовой защиты внутри кожуха токопровода.

Осуществление изобретения

Устройство комбинированной токовой защиты (для токопровода типа ТЭКН, напряжением 6-10 кВ) содержит пластину 1, на наружной стороне которой закреплены первая 2 и вторая 3 катушки индуктивности, присоединенные ко входам первого 4 и второго 5 усилителей напряжения, токоведущую шину 6, закрепленную на изоляторах 7 внутри кожуха токопровода 8, опорную пластину 9, первый 10 и второй 11 двигатели, первую 12, вторую 13, третью 14 и четвертую 15 планки (фиг. 1, 2). Первый 10 и второй 11 двигатели закреплены, соответственно, на первой 12 и третьей 14 планке и соединены каждый со своим первым 16 и вторым 17 приводным валом. На боковых сторонах опорной пластины 9 установлены первые ушки 18, в которых расположены первые ходовые оси 19. Первая 12 и вторая 13 планки прикреплены к кожуху токопровода 8 с его внутренней стороны.

Пластина 1 с первой 2 и второй 3 катушками индуктивности выполнена с возможностью поперечного перемещения (к или от токоведущей шины 6) внутри токопровода 8 с помощью первого двигателя 10 вдоль первого приводного вала 16 до полого цилиндра 20, установленного на второй планке 13.

Пластина 1 с первой 2 и второй 3 катушками индуктивности выполнена также с возможностью продольного перемещения относительно токоведущей шины 6 с помощью второго двигателя 11 вдоль второго приводного вала 17 до ограничительного упора 21, расположенного на втором приводном валу 17 и выполненного в виде круглого диска.

С боковых сторон пластины 1 установлены вторые ушки 22, в которых расположены вторые ходовые оси 23 (фиг. 2, 3).

Первые ходовые оси 19 закреплены своими концами на первой 12 и второй 13 планках. Вторые ходовые оси 23 закреплены своими концами на третьей 14 и четвертой 15 планках.

На первой 12 и третьей 14 планке закреплены первый 10 и второй 11 двигатели, причем второй двигатель 11 вместе с третьей планкой 14 расположен на опорной пластине 9.

Первый 10 и второй 11 двигатели выполнены с возможностью подключения микроконтроллера (установленного на панели релейной защиты токопровода - на схемах не указан) для регулирования их передвижения (в т.ч. задания числа оборотов двигателей 10 и 11 по или против часовой стрелки).

Выводы первой 2 и второй 3 катушек индуктивностей подключены ко входам первого 4 и второго 5 усилителей напряжения. Выходы первого усилителя напряжения 4 подключены к обмотке 24 реле времени 25, имеющей контакт с выдержкой времени на замыкание 26, подключенный к источнику постоянного тока 27. К выходу контакта 26 подключена обмотка 28 первого промежуточного реле 29, имеющего контакт на замыкание 30 (фиг. 2).

Выход второго усилителя напряжения 5 подключен к обмотке 31 второго промежуточного реле 32, имеющего свой контакт на замыкание 33. К выходам контактов 30 и 33 первого 29 и второго 32 промежуточных реле подключены входы, соответственно, первого (РУ1) 34 и второго (РУ2) 35 указательных реле, а к их выходам подключен вход катушки отключения (КО) 36 выключателя токопровода, выход которой подключен к потенциалу «минус» источника постоянного тока 27 (фиг. 2).

Первый 4 и второй 5 усилители напряжения выполнены с возможностью срабатывания исключительно при подаче на их выводы, соответственно, напряжения 10 и 5 В.

Все конструктивные элементы заявляемой комбинированной токовой защиты выполнены из облегчённого и прочного пластика, типа "PLA", распечатанных на 3D принтере, кроме: первой 2 и второй 3 катушек индуктивности, первого 10 и второго 11 двигателей, реле времени 25, первого 29 и второго 32 промежуточных реле, а также первого 34 и второго 35 указательных реле.

В качестве первой 2 и второй 3 катушек индуктивности может быть использована катушка реле, типа РП-25; первого 10 и второго 11 двигателей - двигатель типа "SL42STH48-1504A", реле времени 25 - реле типа REXL; первого 29 и второго 32 промежуточных реле-реле типа РТ570220; первого 34 и второго 35 указательных реле - реле типа РУ-21.

Устройство комбинированной токовой защиты токопровода работает следующим образом.

При протекании по токоведущей шине 6 токопровода 8 номинального тока, вокруг неё создаётся магнитное поле. Для характеристики магнитного поля имеется физическая величина - магнитный поток Ф (поток индукции В магнитного поля). Принцип действия данной защиты изначально основан на воздействии магнитного потока Ф, созданного током токоведущей шины 6 на первую 2 и вторую 3 катушки индуктивности. Данная защита устанавливается внутри токопровода 8 и в том его месте, где имеется максимальное значение магнитного потока (фиг. 3). Регулирование параметров срабатывания токовой отсечки и максимальной токовой защиты от коротких замыканий осуществляют с помощью первого 10 и второго 11 двигателей, посредством приближения к токоведущей шине 6 пластины 1 с первой 2 и второй 3 катушками индуктивности (фиг. 1, 2). При этом для максимальной токовой защиты используется первая катушка индуктивности 2, а для осуществления токовой отсечки используется вторая катушка индуктивности 3 (фиг. 1, 2).

Поперечное перемещение пластины 1 с первой 2 и второй 3 катушками индуктивности выполняют включением первого двигателя 10, с вращением его первого приводного вала 16 по или против часовой стрелки, в направлении к или от токоведущей шины 6 (фиг. 2, 3). Перемещение пластины 1 в направлении к токоведущей шине 6 осуществляется до полого цилиндра 20, а в направлении от токоведущей шины 6 до первого двигателя 10.

Продольное перемещение пластины 1 с катушками индуктивности 2 и 3 вдоль той же токоведущей шины 6, осуществляется включением второго двигателя 11 по или против часовой стрелки, при этом пластина 1 с катушками индуктивности 2 и 3 движется верх - вниз по второму приводному валу 17. Перемещение пластины 1 в верхней части осуществляется до ограничительного упора 21, а в нижней части - до второго двигателя 11 (фиг.2, 3).

При возникновении короткого замыкания на выводах защищаемого токопровода 8, ток в токоведущей шине 6 возрастает, а соотвественно значение магнитного потока становится больше тока срабатывания токовых защит (фиг. 2, 3). Поэтому первая 2 и вторая 3 катушки индуктивности, установленные на безопасном по ПУЭ расстоянии (L= 12см) от токоведущей шины 6 реагируют на это изменение магнитного поля, в результате чего в них индуктируется повышенное значение ЭДС, что является основополагающим фактором при выполнении токовых защит, которое снимается с их выводов и подаётся на усилители напряжения 4 или 5 (в зависимости от вида повреждения) (фиг. 2, 3). С усилителей 4 или 5, повышенное значение напряжения подаётся на реле времени 25, а с него - на второе промежуточное реле 32 или на первое промежуточное реле 29. После срабатывания контактов 30 или 33, реле 29 или 32 потенциал «+», идущий от источника постоянного тока 27 поступает на первое 34 или второе 35 указательное реле. После срабатывания первого 34 или второго 35 указательного реле потенциал «+» на катушку отключения 36 выключателя токопровода 8. В результате токопровод 8 отключается от общей электрической сети.

При выполнении функции максимальной токовой защиты используется первая катушка 2, а при выполнении функции токовой отсечки - вторая катушка 3 индуктивности (фиг. 1, 2). В силу того, что значение снимаемого напряжения с выводов первой катушки индуктивности 2 имеет максимальное значение 10В, то оно повышается с помощью первого усилителя напряжения 4 до значения, равного U=220 В и подается на выводы обмотки 24 реле времени 25. В результате у реле времени 25 срабатывает контакт с выдержкой времени на замыкание 26, равной 0,02 с, и отправляется потенциал «+», поступающий с источника постоянного тока 27, на первый вывод обмотки 28 первого промежуточного реле 29. Первое промежуточное реле 29, сработав, подаёт потенциал «+» через свой контакт на замыкание 30 на первый вывод первого указательного реле (РУ1)34, а с него - на вход катушки отключения (КО) 36 выключателя токопровода 8. В результате чего защищаемый токопровод 8 отключается.

Так как при выполнении функции токовой отсечки, значение снимаемого напряжения с выводов второй катушки индуктивности 3 имеет минимальное значение, равное 5 В, то данное значение повышается с помощью второго усилителя напряжения 5 с 5 В до U=220 В и подается на первый вывод обмотки 31 второго промежуточного реле 32 (фиг. 2). В результате, второе промежуточное реле 32, сработав, подаёт посредством своего контакта на замыкание 33 потенциал «+» на первый вывод второго указательного реле (РУ2) 35, а с него - на вход катушки отключения (КО) 36 выключателя токопровода 8. В результате чего защищаемый токопровод 8 отключается.

В режиме номинальной нагрузки по защищаемому токопроводу 8 протекает ток, не превосходящий максимальный рабочий и на первую 2 и вторую 3 катушки индуктивности действует магнитное поле, величина индукции которого недостаточна для срабатывания токовой осечки и максимальной токовой защиты. Помимо этого, параметры в первом 4 и втором 5 усилителях напряжения отрегулированы так, чтобы они срабатывали лишь при подаче на их выводы напряжения 10 и 5 В, а при значении напряжения меньше этих, устройство токовой защиты на отключение токопровода не срабатывает.

Регулирование тока срабатывания токовых защит-уставок в предлагаемом изобретении реализуется дистанционно посредством использования первого 10 и второго 11 двигателей, осуществляющих поперечное и продольное перемещение внутри токопровода 8 относительно плоскости токоведущей шины 6 пластины 1 с первой 2 и второй 3 катушками индуктивности, приближая их к или удаляя их от токоведущей шины 6. При этом продольное перемещение пластины 1 до токоведущей шины 6 осуществляется включением первого двигателя 10 по или против часовой стрелки, поперечное же перемещение осуществляется включением второго двигателя 11 так же по или против часовой стрелки.

Регулирование тока срабатывания токовой защиты осуществляют продольным и поперечным перемещением пластины с первой и второй катушками индуктивности, относительно токоведущей шины внутри токопровода,

Таким образом, в предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, не используются токовые реле и трансформаторы тока с металлическими сердечниками с собственными токовыми и угловыми погрешностями, а предложено устройство токовой защиты комбинированного типа, выполненное на катушках индуктивности и сочетающее в себе токовую отсечку и максимальную токовую защиту, что позволяет повысить надежность токовой защиты. Осуществление возможности дистанционного выбора уставок токовых защит посредством дистанционного перемещения катушек индуктивности в предлагаемом устройстве обеспечивает расширение его функциональных возможностей.

Использование изобретения позволяет повысить надежность токовой защиты и расширить функциональные возможности устройства комбинированной токовой защиты токопровода.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей комбинированной токовой защиты для токопроводов типа ТЭКН напряжением 6-10 кВ. Технический результат достигается за счет того, что устройство комбинированной токовой защиты токопровода содержит токоведущую шину, закрепленную на изоляторах внутри кожуха токопровода. При этом устройство комбинированной токовой защиты токопровода снабжено пластиной с закрепленными на ее наружной стороне первой и второй катушками индуктивности, к которым подсоединены входы соответственно первого и второго усилителей напряжения, опорной пластиной, первым и вторым двигателями с собственными первым и вторым приводными валами, четырьмя планками, первыми ушками, установленными на боковых сторонах опорной пластины и расположенными в них первыми ходовыми осями, полым цилиндром, установленным на второй планке, ограничительным упором, расположенным на втором приводном валу и выполненным в виде круглого диска, вторыми ушками, установленными с боковых сторон пластины и расположенными в них вторыми ходовыми осями. Также устройство комбинированной токовой защиты токопровода содержит реле времени с контактом с выдержкой времени на замыкание, источник постоянного тока, два промежуточных реле, два указательных реле и катушку отключения выключателя токопровода. При этом первый и второй двигатели закреплены соответственно на первой и третьей планке. Первая и вторая планки прикреплены к кожуху токопровода. Пластина с первой и второй катушками индуктивности выполнена с возможностью поперечного перемещения внутри токопровода с помощью первого двигателя вдоль первого приводного вала до полого цилиндра, а также с возможностью продольного перемещения относительно токоведущей шины с помощью второго двигателя вдоль второго приводного вала до ограничительного упора. Первый и второй двигатели закреплены на первой и третьей планке соответственно и выполнены с возможностью подключения микроконтроллера для регулирования их движения. Выходы первого усилителя напряжения подключены к обмотке реле времени, контакт с выдержкой времени на замыкание которого подсоединен к источнику постоянного тока, а к его выходу подключена обмотка первого промежуточного реле, выходы второго усилителя напряжения подключены к обмотке второго промежуточного реле, к выходам контактов и первого и второго промежуточных реле подключены входы соответственно первого и второго указательных реле, а к их выходам подключена катушка отключения выключателя токопровода. 3 ил.

Устройство комбинированной токовой защиты токопровода, содержащее токоведущую шину, закрепленную на изоляторах внутри кожуха токопровода, отличающееся тем, что оно снабжено пластиной с закрепленными на ее наружной стороне первой и второй катушками индуктивности, к которым подсоединены входы соответственно первого и второго усилителей напряжения, опорной пластиной, первым и вторым двигателями с собственными первым и вторым приводными валами, первой, второй, третьей и четвертой планками, первыми ушками, установленными на боковых сторонах опорной пластины и расположенными в них первыми ходовыми осями, полым цилиндром, установленным на второй планке, ограничительным упором, расположенным на втором приводном валу и выполненным в виде круглого диска, вторыми ушками, установленными с боковых сторон пластины и расположенными в них вторыми ходовыми осями, реле времени с контактом с выдержкой времени на замыкание, источником постоянного тока, первым и вторым промежуточными реле, содержащими собственные контакты на замыкание, первым и вторым указательными реле и катушкой отключения, при этом первый и второй двигатели закреплены соответственно на первой и третьей планке и соединены каждый со своим первым и вторым приводным валом, первая и вторая планки прикреплены к кожуху токопровода, пластина с первой и второй катушками индуктивности выполнена с возможностью поперечного перемещения внутри токопровода с помощью первого двигателя вдоль первого приводного вала до полого цилиндра, а также с возможностью продольного перемещения относительно токоведущей шины с помощью второго двигателя вдоль второго приводного вала до ограничительного упора, первый и второй двигатели закреплены на первой и третьей планке, причем второй двигатель вместе с третьей планкой расположен на опорной пластине, первые ходовые оси закреплены своими концами на первой и второй планках, вторые ходовые оси закреплены своими концами на третьей и четвертой планках, первый и второй двигатели выполнены с возможностью подключения микроконтроллера для регулирования их движения, выходы первого усилителя напряжения подключены к обмотке реле времени, контакт с выдержкой времени на замыкание которого подсоединен к источнику постоянного тока, а к его выходу подключена обмотка первого промежуточного реле, выходы второго усилителя напряжения подключены к обмотке второго промежуточного реле, к выходам контактов первого и второго промежуточных реле подключены входы соответственно первого и второго указательных реле, а к их выходам подключена катушка отключения выключателя токопровода, причем первый и второй усилители напряжения выполнены с возможностью срабатывания при поступлении на их входы соответственно напряжения 10 и 5 В.