Устройство для защиты электроустановки от тока короткого замыкания Советский патент 1983 года по МПК H02H3/08 

Устройство относится к горной эле ротехнике, в частности к защите шт токов короткого замыкания. Известно устройство для защиты по земных электроустановок, содержащее исполнительный орган, выпрямитель, д цепи, одна из которых включает в себ последовательно соединенные стабилит рон и резистор, а вторая - промежуто ный орган, управляемый выходом измерительного органа, выполненного в ви де транзистора, включенного эмиттербазовым переходом параллельно указанному стабилитрону первой цепи, и усилителя постоянного тока, соединенных между собой база-коллектор ным и эмиттер-базовым переходами соответственно. Преимуществом этого устройства , является малая погрешность срабатыва ния и высокая термостабильность уста вок 1. Недостаток устройства заключается в необходимости использования двух гальванически отделенных друг от друга источников. .Если в защите электроустановок от утечек тока на землю установка двух источников не вызывает затруднений, to в защите от т.к.з. это является существенным препятствием, потому, 4TOj во-первых, во взрывозащищенных аппаратах высокого напряжения для дополнительных трансформаторов тока отсутствует место и |Во-вторых, их установка увеличивает эквивалентное сопротивление сети, вследствие чего разница между двухфазными т.к.з. и пусковыд1И токами электродвигателей снижается, что, в свою очередь, при прочих равных условиях затрудняет защиту от т.к.з. требуя завышения сечений кабелей, а значит увеличения расхода цветного металла. Замена же дополнительных трансформаторов тока трансформатором напряжения неприемлемо из-за снижения напряжения в сети, сопровождающего режим коротког6 замыкания. С другой стороны защита от т.к.з. собранная по этой ЪхеМе, но с одним источником (второй, положим, отключе перестает функционировать иэ-за отсутствия одного из двух противополож но направленных токов, в результате чего смысл в их сравнении теряется. Известно другое устройство защиты подземных электроустановок от т.к.з. Устройство содержит исполнительный орган и трансформатор тока, к вторич ной обмотке которого через делитель тока на резисторах и выпрямитель пода ключены две цепи, одна из которых включает в себя последовательно соединенные стабилитрон и резистор, а вторая - промежуточный орган, управляемый выходом измерительного органа Преимуществом этого устройства является отсутствие необходимости во втором источнике, гальванически отделенном от первого С2 . Однако недостаток устройства заключается в значительной погрешности срабатывания, и, как следствие, невысокой термостабильности уставок. Это вызвано тем, что измерительный и промежуточный органы в этом уст ройстве выполнены, BO-ne;)jHX, в виде тиристоров, токи включения которых относительно велики и нестабильны. Вторая причина заключается в подключении входа измерительного органа к стабилитрону первой цепи, рабочая точка.которого находится в нестабю; ной и негарантируемой, точке рабочей характеристики стабилитрона, расположенной на пересечении ее с осью абсцисс. Кроме того, это вызвано Увеличением н агрузки На трансформатор тока, являющегося следствием подключения исполнительного органа непосредственно в его цепь последовательно с промежуточным органом. Увеличение нагрузки на трансформатор тока, в свою очередь, значительно увеличивает .его амплитудную погрешность и, следовательно, погрешность всей защиты. Эти недостатки препятствуют снижению коэффициентов чувствительности и надежности защиты, которые, в свою очередь, являются основным препятствием на пути снижения сечения кабелей (а следовательно, и расхода дефицитных даетных металлов ) , выбираемых согласно Инструкции по выбору уставок реле максимального тока не только по падению напряжения в сети, но и из условий обеспечения достаточной кратности двухфазного т.к.з. по отношению к пусковому току наиболее мощного электродвигателя. Кроме того, из-за высокого быстродействия защита чувствительна к апериодической составляющей пускового тока, что, в свою очередь, еще в большей степени затрудняет обеспечение достаточной ( в даниой случаез,24,.3,78) кратности двухфазного т.к.з. по отношению к пусковому току наиболее мощного электродвигателя. Известно также устройство для защиты подземных электроустановок от коротких за1 алсаний, содержащее выпрямитель со сглаживающим конденсатором на постоянной стороне и подключенной к одному из его пояюсов цепью из последовательно соединенных резисторов и стабилитрона, транзистор с общей базой, эмиттер-базовый переход которого через второй включен параллельно указанному стабилитрону, и усилитель постояииого тока, вьшолненный на транзисторах разной проводимости и нагруженный реле f3. Преимуществами этого устройства являются стабильность токо-временных характеристик ji малая токовая погреш ность. Недостатки устройства заключаются в сложности схемы из-за необходимост в трех трансреакторах и в дополнител ном источнике постоянного напряжения, KOTopfcjfl может быть вЕлполненным в виде выпрямителя, запитанного от трансформатора напряжения, подключен ного к сети. Кроме того, в невысокой надежности защиты потому, что при K как известно, напряжение в сети снижается, а при определенных условиях (при неудаленных от источника к.з.) может оказаться равным нулю. В результате чего реле оказывается лишенным источника питания, а отказы отключения оказываются неизбежными. Применение аккумуляторных батарей в качестве источника оперативного напряжения взамен трансформатора напряжения в условиях горнодобывающих предприятий также значительно снижает надежность защиты, так как требу ет постоянного контроля степени разряда батарей и целостности каналов связи, из-за чего в таких условиях это решение практически, не реализуется. Цель изобретения упрощение и по вышение надежности функционирования защиты. Цель достигается тем, что в устройстве для защиты электроустановки .от тока Короткого замыкания, содержащ трансформатор тока, в каждой фазе связанный с выпрямителем со сглаживающим конденсатором на постоянной стороне и подключенной к одному из его полюсов цепью из последовательно соединенных резистора и стабилит рона, транзистор с общей базой, эмиттер-базовый переход которого через второй резистор включен парал лельно указанному стабилитрону, и усилитель постоянного тока, выполне ный на транзисторах разной проводимости, к выходу которого подключен вход реагирующего органа, выход скоторого включен в цепи питания испол нительного органа, эмиттер и база входа упомянутого усилителя соединены соответственно с-базой и колле торам .указанного транзистора, которые через третий резистор и стабили рон подключены к другому полюсу выпрямителя, переменная сторона кот рого подсоединена к вторичной обмот ке трансформатора тока через делите тока на резисторах а постоянная через обмотку реле к выходу указанного усилителя постоянного тока. Кроме того, последовательно с де телем тока на резисторах включен и полнительный орган, выполненный по схеме с дешунтированием. На фиг.1 изображена электрическая схема устройства, подключенного к одному сетевому трансформатору тока; на фиг.2 - структурная схема подключения исполнительного органа. Устройство содержит сетевой трансформатор тока 1,, во вторичную обмотку которого включены: делитель тока на резисторах 2 и 3, выпрямитель 4, сглад ивакадий конденсатор 5, цепь из последовательно соединенных стабилитрона б и резистора 7, резистор 8 транзистор 9, стабилитрюн 10, усилитель постоянного тока 11 реагирующий орган реле 12 и исполнительный орган 13. .Как .видно из схемы, эмиттер и база входа усилителя 11 с одной стороны соединены соответственна с;,базой и коллектором транзистора 9, включенного по схеме с общей базой, а с другой стороны через третий резистор 7 и стабилитрон 10 - с другим полюсом выпрямителя 4. Переменная сторона этого выпрямителя 4 подсоединена к вторичной обмотке сетевого трансформатора тока 1 через делитель тока на резисторах 2 и 3, а постоянная сторона через -обмотку реле 12к выходу усилителя 11. При этом исполнительный орган 13 может быть подключен по любой из трех известных схем: к трансформатору найряжения через выпрямитель (не показаноJ блоку конденсаторов (фиг.2а ) или к трансформатору тока по схеме с дешунтированием (фиг.2б. Устройство работает следующим образом. При номинальном токе напряжение, снятое с резистора 2, выпрямленное выпрямителем 4 и сглаженное конденсатором.5, оказывается приложенным в основном к стабилитрону 6. На резисторе 7 оно, практически, отсутствует. Поэтому через эмиттер транзистора 9, включенного по схеме с общей базой, течет ток, величина которого преобладает над током коллекгора, а между базой и коллектором транзистора 9 оказывается приложенньм напряжение, полярность которого направлена встречно входу УПТ 11. При запуске электродвигателей вторичный ток трансформатора тока 1 возрастает в 5-7 раз, вследствие чего во столько же раз возрастает напряжение на конденсаторе 5. По сравнению с номинальным режимом, ток в эмиттере транзистора 9 возрастает, как возрастает и падение напряжения на резисторе 7. Однако в связи с тем, что сопротивление в цепи коллектора - стабилитрон 10 велико, а напряжение на резисторе 7 мало, ток коллектора транзистора 9 остается меньшим тока эмиттера. Вследствие этого полярность напряжения между базой и колпектором транэ - -тора- 9 остается прежней, направ. ИНОЙ встречно проводящему направлению эмиттер-баз.ового перехода УПТ 11. Усилитель поэтому остается надежно запертым обратннл входнь№ напряжением, вследствие чего реле 12 и выход усилителя 11 находятся в обесточенном состоянии. При дальнейшем увеличении вторичного тока трансформатора 1 стабилитрон 6 пробиваетсяJи ток в эмиттере транзистора 9 перестает возрастать. Что касается тока коллектора транзистора 9, то он продолжает увеличиваться во-первых, за счет увеличения напряженин на резисторе 7, а, во-вто.рых, за счет снижения сопротивления стабилитрона 10. При дальнейшем увеличении тока вследствие к,з. сопротивление стабилитрона 10 снижается настолько, что ток коллектора транзистора 9 становится больше тока эмитте ра. Напряжение между коллектором и базой транзистора 9 меняет полярност и величину, которой для пробоя р-п перехода УПТ 11 достаточно 0, УПТ 11 открывается, его выход с реле 12 обтекается током от постоянной стороны выпрямителя 4. Сработавшее реле 12 воздействует на, исполнительный орган 13, подключенный по одной ИЗ трех известных схем: к посторонне му источнику (не изображенному ) разрядному конденсатору (фиг.2,а) либо к трансформатору тока гю схеме с дешунтированием (фиГо2б). Выбрав резисторы 2 и 3 достаточной величины, стабилитроны б и 10 с напряжением пробоя, большем напряж ния срабатывания реле 12, а емкость конденсатора 5, и сопротивление резисторов 8 и 7 по величине такими чтобы при к. 3.постоянная времени заряда была больше нескольких миллисекун (в противнам случае возможны ложные срабатывания при включении холостой линии и при пуске электродвигателя из-за апериодической составляющий тока ), а постоянная времени разряда больше десятка миллисекунд(в противном случае реле 12 срабатывает не четко, так как возможен пулеметный эффект )f добиваются надежного функционирования устройства. Для защиты трехфазных электрических сетей с изолированной и заземленной нейтралью от т.к.з. применяется, как известно, включение сетевых трансформаторов .тока в две либо три фазы. Предложенное устройство, изображеннфе подключенным к o.aHoiviy трансформатору, работоспосббно и позволяет достичь поставленную г,ель при лю- : бом включении - двухфазном либо трехфазном включении трансформаторов тока, для чего к каждому из них необходимо подключение устройства по схоме фиг,1 и 2. Упрощение устройства и повыие-ние его надежности достигается за счет сокращения в схеме общего количества элементов: исключения трех трансреакторов, источника оперативного напряйсения . одного транзистора, стабили ронов, регулируемого резистора, конденсатора и др. Кроме того, надежность устройства повышается за счет подключения всей схемы, включая реле 12, усилитель 11 и др. к трансформатору тока, благодаря Чему независимо от величины падения напряжения в сети при к.з. ни один элемент схемы - в том числе и реле 12 - не лишается источника питания и отказ в отключении аварии по этой причине оказывается невозможным. При этом следует особо подчеркнуть что схемой достигается поставленная цель, если ограничиться изложенными выше признаками. Однако надежность функционирования устройства оказывается еще большей, если к сетевому трансформатору тока 1, наряду с реле 12, подсоединяется и исполнительный орган 13, включенный по известной схеме с дешунтированием. Это достигается за счет того, что независимо от падения напряжения в сети при к.з. не лишается источника питания не только реле 12, ио и исполнительный орган 13. Таким образом, в сравнении с прототипом устройство, собранное по изложенной выше схеме, проще игораздо надежней.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ- ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее трансформатор тока в каждой фазе, связанный с выпрямителем со сгла1живаю1дим конденсатором на постоянной стороне и подключенной к одному из его полюсов ,цепью из последовательно соединенных резистора и стаВилйтрона, транзисто с общей базой, эмиттер-базовый переход которого через вторюй резистор включен параллельно указанному стабилитрюну, и усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторах разной проводимости, к выходу кото:рого подключен вход реагирующего органа, выход которого включен в цепи питания исполнительного органа, р тличаюшее ся тем, что, с целБю упрощения и повышения надежности функционирования, эмиттер и база входа упомянутого усилителя соединены соответственно с базой и коллектором указанного транзистора, которые через третий резистор и стабилитрон подключены к Другому полюсу выпрямителя, пе-§ ременная сторона которого подсоединена к вторичной обмотке трансформатора тока через делитель тока на резисторах, а постоянная - через обмотку реле к выходу указанного усилителя. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем,, что последовательно с делителем тока на резисторах включен исполнительный орган, выполненный по схеме с дешунтированием.

fl

7Л