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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрических сетей от тока короткого замыкания. Известно устройство для защиты электрической сети от тока короткого замыкания, содержащее датчик тока, блок дифференциррвания и уставку (. Недостатком устройства является наличие запаздывания в срабатыиании защиты из-за возможного уменыиения крутизны кривой тока в сети, особенно в нуле (и районе нуля), обусловленное возникновением апериодической составляющей тока при начале короткого замыкания. Наиболее близко по технической сущности к данному изобретению устройство для защиты электрической сети переменного тока от короткого замыкания по известному способу, содержащее датчик тока, выход которого через последовательно соединенные блок синхронизации, временной распределитель и блок управления временем пребывания одновибратора в неустойчивом состоянии соединен с первым входом первого однорибратора, первый выход которого соединен с управляемым входом первого ключа, а второй выход первого одновибратора через последовательно соединенные запоминающий блок, сравнивающий блок, второй ключ, пороговый элемент и третий ключ соединен с управляемым входом автомата. Одновременно выход датчика тока через первый ключ соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго одновибратора, первый же выход переключателя соединен со вторьш входом запоминающего блока, а второй выход - со вторым входом сравнивающего блока. Выход временного распределителя соединен также со вторым входом первого одновибратора и входом второго одновибратора, выход которого соединен с управляемым входом второго ключа, управляемый же вход третьего ключа соединен с выходом задатчика команд на включение нагрузки 2J. Недостатком этого устройства является то, что в зоне перехода тока в сети через нуль появляющаяся при возникновении короткого замыкания апериодическая составляющая тока сети может уменьшить крутизну нарастания этого тока и тем самым за.медлить факт выявления наступления режима короткого замыкания, что понижает надежность защиты. Целью изобретения является повышение быстродействия защиты путем выявления наличия апериодической составляющей в токе защищаемой сети при его переходах через нуль и в зоне нуля. Указанная цель достигается тем, что в устройство для .защиты электрической сети переменного тока от короткого замыкания, содержащее датчик тока, выход которого через последовательно соединенные блок 08 синхронизации, временной распределитель и блок управления временем пребывания одновибратора в неустойчивом состоянии соединен с первым входом первого одновибратора, первый выход которого соединен с управляемым входом первого ключа, а второй выход через последовательно соединенные запоминающий блок, первый сравнивающий блок, второй ключ, первый пороговый элемент и третий ключ соединен с управляемым входом автомата отключения, одновременно выход датчика тока через первый ключ соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с выходом второго одновибратора, первый же вы.ход переключателя соединен со вторым входом запоминающего блока, а второй выход - со вторь1м входом первого сравнивающего блока, выход временного распределителя соединен также со вторым входом первого одновибратора и входом второго одновибратора, выход которого соединен с управляемым входом второго ключа, управляемый же вход третьего ключа соединен с выходом задатчика команд на включение нагрузки, дополнительно введены блок дифференцирования, второй сравйивдющ 1Й блок, блок уставки, второй пороговый элемент, логический элемент И, логический элемент ИЛИ, третий одновибратор. и выключатель, причем вход блока дифференцирования подключен к выходу датчика тока, а выход блока дифференцирования соединен с первым входом второго сравнивающего блока, второй вход которого соединен с выходом блока уставки, а выход через второй пороговый элемент - с первым входом логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом логического элемента ИЛИ, первый вход которого подсоединен к выходу блока синхронизатора непосредственно, а второй - через последовательно соединенные выключатель и третий одновибратор, выход логического элемента И соедипен с управляемым входом автомата отключения. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -примеры выполнения блока синхронизации временного распределителя, блока управления временем пребывания одновибратора в Неустойчивом состоянии и одновибратора. Датчик тока 1 соединен со входом блока синхронизации 2, выход которого через временной распределитель 3. I, состоящий, например, из системы одновибраторов, соединен с блоком 4.1 управления временем пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоянии, содержащий, например, п ключей, выход которого соединен со входом времязадающей цепочки одновибратора 5. Одновременно выход временного распределителя 3. 1 соединен со входом одновибратора 5 и с входом одновибратора 6. Выход датчика

тока I через ключ 7 и переключатель 8 соединен со входом запоминающего блока 9, выход которого соединен с одним из входов сравнивающего блока 10, второй вход которого соединен со вторым выходом переключателя 8. Выход сравнивающего блока 10 соединен со входом ключа 11. Выход ключа 11 соединен со входом порогового элемента 12, выход которого через ключ 13 соединен с автоматом отключения (ключом) 14. Автомат 14 включен в электрическую сеть. Выход одновибратора 5 соединен управляющим входом ключа 7, а один из выходов одновибратора 5 соединен управляющим входом ключа 8, другой же его выход соединен с управляющим входом ключа 11. Второй выход одновибратора 5 соединен со входом стирания запоминающего блока 9. На .управляющий вход ключа 13 подается команда о запрограммированном включении нагрузки (дополнительной). Выход датчика тока 1 соединен также со. входом блока дифференцирования 15, выход которого соединен с первым входом сравнивающего блока 16, второй вход которого соединен с выходом блока уставки 17. Выход сравнивающего блока 1.6 через последовательно соединенные пороговый элемент 18 и логический элемент И 19 соединен с входом автомата отключения 14. Второй вход логического элемента И 1-9 соединен с выходом логического элемента ИЛИ 20, первый вход которого соединен с выходом блока синхронизации 2 непосредственно, а второй вход - через последовательйо соединенные выключатель 21 и одновибратор 22.

В состав блока 2 входят триггеры Шмитта 23 и 24 и логический элемент И 25. Каждый из триггеров Шмитта срабатывает от сигнала определенной полярности - положительной (23) и отрицательной (24). И только в зоне перехода тока в сети через нуль оба триггера остаются в исходном состоянии, на выходах кх присутствуют высокие потенциальные уровни и на выходе логического.элемента И появляется сигнал, несущий информацию о переходе т-ока в сети через нуль.

В состав временного распределителя 3 входят одновибратор 26, логический элемент ИЛИ 27, два элемента задержки 28 и 29 и одновибраторы (3.2-3-п) и (3.2-3-п).

В состав блока 4.1 управления временем пребывания одновибраторов в неустойчивом состоянии входят реле (4.2-4-п) и (4.2-4-п), управляемые с помощью соответствующего одновибратора временного распределителя, времязадающая цепочка, вводимая в работу по командам с одновибраторов блока 3.1, а также реле 30, управляемое одновибратором 26.

Для регулирования времени пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоянии можно изменять м./ш величину конденсатора

или величину резистора времязадающеи цепочки.

Устройство работает следующим образом. С датчика тока. 1 на блок синхронизации

2 поступает информация о частоте сети переменного тока. Блок синхронизации 2 выдает на временной распределитель 3.1 сигналы с частотой, кратной частоте сети (например, удвоенной), фиксируя при этом моменты перехода тока в сети через нуль. Сигналы

с временного распределителя 3.1 поступают на блок 4.1 управления временем пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоянии, которЬ1Й в зависимости от очередности поступления сигнала задает время пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоя5нии, которь1Й в зависимости от очередности поступления сигнала задает время пребывания одновибратора 5 в неустойчивом положении. Одновременно сигнал с временного распределителя 3.1 переводит одновибраQ торы 5 и 6 в неустойчивое состояние. Перевод одновибратора 5 в неустойчивое состоя.ние вызывает замыкание ключа 7, а перевод в неустойчивое состояние одновибратора 6 вызывает переключение переключателя 8 и подключение входа запоминающего блока

5 9 к выходу ключа 7.

Таким образом, информация о величине тока в сети поступает с выхода датчика тока 1 на вход запоминающего блока 9 и фиксируется. Затем одновибратор 6 переходит в устойчивое состояние и переключа тель 8 подключает к выходу ключа 7 уже второй вход сравнивающего блока 10.

Одновременно замыкается ключ 1 по сигналу возвращения одновибратора 6 в устойчивое состояние. Таким образом, в начале интервала стробирования запоминается

5 величина тока в сети, а затем текущая информация о величине тока в сети поступает в течение пребывания одновибратора 5 в Неустойчивом состоянии на второй вход сравнивающего блока 10.

0 Если абсолютная величина разности сравниваемых величин превышает порог срабатывания порогового элемента 12, который определяет допустимое приращение тока в сети за переменные интервалы стробирования, определяемые временем пребыва5 ния одновибратора 5 в неустойчивом состоянии, сигнал с порогового элемента 12, пройдя через ключ 13, вызывает отключение автомата 14. Если на управляемый вход ключа 13 поступает команда о предстоящем включении дополнительной нагрузки, то ключ 13 на заданное время, определяемое длительностью переходного процесса, возникающего при включении этой нагрузки, разрь1вает цепь, отключив на это время защиту от сети.

5 „, .

Введением ключа 11 преследуется цель

опробирования собственно сравнения двух величин, при этом дается разрешение на

сннятне информации о сравнении только в случае одновременного присутствия сигкалов на обоих входах сравниваю1дего блока 10.

Одиовремейно с поступлением с ныхода датчика тока 1 на вход блока синхроп зацни 2 сигнал поступает и на -вход блока дифференцировайия 15. Продифференцированный сигнал с выхода блока дифф.рекцирования 15 поступает на первый вход сравнивающего блока 16, на второй вход которого поступает постоянно сигнал уставки с выхода блока уставки 17. Если в момент перехода тока в сети через нуль величина продифференцированного сигнала с выхода блока дифференцирования 15 меньше по величине (либо равна Hyjuo), чем величина сигнала с выхода блока уставки 17, характеризующая максимально возможную крутизну нормально изменяющегося тока в сети, то сигнал с выхода сработавшего порогового элемента 8 через логьческий элемент И 19 ( второй вход которого поступил через логический э-лемснт ИЛИ 20 сигнал о. переходе тока в сети через нуль с выхода блока синхронизации 2) поступает на вход автомата отключения 4. Время сравнения величин сигналов в зоне перехода в сети через нуль может быть расширено с помощью введения через выключатель 21 одновибратора 22, на вход которого поступает сигнал с выхода блока синхронизации 2. Время пребывания одновибратора 22 в неустойчивом состоянии расширяет временную зону использованиярезультатов сравнения сигналов с выходом блока дифференцирования 15 и блока уставки 17.

Сигнал с выхода логического элемента И 19 навход автомата отключения 14 может быть подан через диод, также как и сигнал с выхода ключа 13 (с целью улучшения развязки цепей, подключенных ко входу автомата отключения 14). . Таким образом, предлагаемое устройство действиями, связанными с дифференцированием тока в .сети в точке (либо зоне) его перехода через нуль и сравнением продифференцированного сигнала .с заданной уставкой, позволяет исключить запаздывание во времени момента определения наступления режима короткого замыкания, т. е. повысить быстродействие к надежность защиты при любой величине и форме апериодической составляющей тока.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, . содержащее датчик тока; выход которого через последовательно соединенные. блок синхронизации, временной распределитель и блок управления временем пребывания одйовибратора в неустойчивом состоянии соединен с первым входом первого одновибратора, первый выход которого соединен с управляемым входом первого ключа, а второй выход через последовательно соединенные запоминающий блок, первый сравнивающий блок, второй ключ, первый пороговый элемент и третий ключ соединен с управляемым входом автомата отключения, одно.временно выход датчика тока через первый ключ соединен с первы.м входом переключателя, второй вход которого соединен с.выходом второго одновибратора, первый же. выход переключателя соединен со вторым входом запоминающего блока, а второй выход - со вторым входом первого сравнивающего блока, выход временного распределителя . соединен также со вторым входом первого одновибратора и входом второго одновибра- тора, выход которого соединен с управляемым входом второго ключа, управляемый же вход третьего ключа соединен с выходом задатчика команд на включение нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты путем выявления наличия апериодической составляющей в токе защищаемой сети при его переходах через нуль и в зоне нуля, в него дополнительно введены блок дифференцирования, второй сравнивающий блок, блок уставки, второй пороговый элемент, логический элемент И, логический элемент ИЛИ, третий § одновибратор и выключатель, причем вход блока дифференцирования подключен к (Л выходу датчика тока, а выход блока дифференцирования соединен с первым входом второго сравнивающего блока, второй вход которого соединен с выходом блока уставки, а выход через второй пороговый элемент - с первым входом логического, элемента И, второй вход которого соединен с выходом о логического элемента ИЛИ, первый вход О5 которого подсоединен к выходу блока синхронизации непосредственно, а второй - через последовательно соединенные выклюto чатель и третий одновибратор, выход логио ас ческого элемента И соединен с управляемым входом автомата отключения.