Устройство для токовой защиты с зависимой характеристикой выдержки времени Советский патент 1984 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам токовой защиты от перегрузок с зависимой характеристикой времени действия, и может быть применено для защиты электродвигателей и электроуста новок.

Известно устройство, позволяющее получить зависимую характеристику выдержки времени, в котором для больщей точности требуемую время - токовую характеристику аппроксимируют несколькими звеньями 1.

Однако, формирование, счет и логические преобразования последовательностей импульсов усложняют выполнение защиты.

Известно также устройство для токовой защиты с пологой зависимой характеристикой, содержащее пусковой орган, выпрямитель, зарядную (времязадающую) цепь и реагирующий орган 2.

Недостатком известного устройства является неудовлетворительная время-токовая характеристика, так как сопротивление зарядной цепи и выдержка времени срабатывания прямо пропорциональны входному Току.

Цель изобретения - повыщение точности задания функционирования защиты.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для токовой защиты с зависимой характеристикой выдержки времени срабатывания, содержащее времязадающий конденсатор, включенный последовательно с переключателем, а также последовательно соединенные основной диод, резистор и исполнительный орган, введены дополнительный диод и трансреактора с основной и дополнительной первичными обмотками, вторичная обмотка которого подключена одним концом к исполнительному органу, а другим - к переключателю, при этом времязадающий конденсатор включен последовательно с основным диодом, а дополнительный диод включен встречно основному диоду и параллельно времязадающему конденсатору и основному диоду, причем времязадающий конденсатор защунтирован последовательно соединенными коммутатором и разрядным резистором.

Кроме того, дополнительная первичная обмотка трансреактора имеет отводы с обратной полярностью относительно основной первичной обмотки.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - процессы в схеме при незначительной индуктивности рассеяния трансформатора ; на фиг. 3 - характеристика срабатывания (по вертикальной оси отложено время срабатывания iff, а по горизонтальной - относительный ток, т. е. значение напряжения на вторичной обмотке трансреактора U в долях от того значения 2. которое соответствует номинальному току IHУстройство (фиг. 1) содержит трансреактор I с основной первичной обмоткой 2, по которой проходит контролируемый ток, дополнительной первичной обмоткой 3, подключенной на напряжение защищаемой установки, и вторичной обмоткой 4, напряжение которой пропорционально контролируемому току. К вторичной обмотке через переключатель 5 подключена параллельная цепочка, состоящая из времязадающего конденсатора 6 и диодов 7 и 8, соединенных встречно-параллельно. Последовательно с параллельной цепочкой к вторичной обмотке трансреактора включены токоограничивающий резистор 9 и исполнительный орган 10. Исполнительный орган 10 выполнен в виде электромагнитного реле, катущка 11 которого щунтирована конденсатором 12. При срабатывании реле замыкается его контакт в цепи, осуществляющей аварийное отключение защищаемой установки. Во вре0 мя рабочих (не аварийных) отключений установки времязадающий конденсатор 6 подключается на разрядный резистор 13 коммутатором 14, который замыкается при оперативном выключении контролируемого тока.

На фиг. 2 показано синусоидальное напряжение вторичной обмотки 4 трансреактора 1 (а), ток в неразветвленной части цепи (б), напряжение на конденсаторе 12 (в) ток катущки 11 реле (г) и напряжение на

времязадающем конденсаторе 6 (д) ; через . T-i и Тд обозначены интервалы проводимости диодов 7 и 8, а через t - время. Пусть устройство включается переключателем в момент (t 0), когда напряжение вторичной обмотки 4 положительно (комму5 татор 14 разомкнут), и диод 8 может проводить. Напряжение на конденсаторе 12 возрастает в переходном процессе от нуля и включает в себя установивщуюся и свободную составляющие. Ток диода 8 поддер- живается до того момента, когда сумма

, п

напряжении на конденсаторе 12 и резисторе 9 не станет равной приложенному напряжению вторичной обмотки. С этого момента конденсатор 12 разряжается на катущку 11 реле (в данном случае разряд

5 апериодический). После изменения знака напряжения диод 7 начинает проводить с того момента, когда приложенное напряжение превысит напряжение на конденсаторе 12, и проводит до того момента, когда разность между приложенным напряжением

0 и суммой напряжений на конденсаторе 12 и резисторе 9 не станет меньщей достигнутого напряжения на конденсаторе 6. С этого момента ток через резистор 9 прекращается, конденсатор 12 разряжается на ка, тущку реле, а на конденсаторе 6 удерживается достигнутое напряжение.

Когда приложенное напряжение опять изменит знак и превысит напряжение на конденсаторе 12, включится в положительном полупериоде диод 8. Конденсатор 12 начнет перезаряжаться в положительном направлении, и, когда напряжение на нем и падение напряжения на резисторе 9 станут равными приложенному напряжению, диод 8 закроется. Когда разность между изменившим знак приложенным напряжением и напряжением на конденсаторе 12 превысит уровень напряжения на конденсаторе 6, опять откроется диод 7. Процесс продолжается аналогичным образом (фиг. 2). Интервалы проводимости диода 8 остаются примерно одинаковыми, а интервалы Tj. проводимости диода 7 постепенно уменьшаются, т. е. конденсатор 6 заряжается импульсами тока все меньшей длительности. Поэтому конденсатор 6 сравнительно медленно заряжается с указанной на фиг. 1 полярностью, а конденсатор 12 с той же скоростью заряжается с противоположной полярностью (после многократных перезарядок). Постоянная составляющая тока катушка реле постепенно увеличивается, и при достижении порога срабатывания срабатывает реле, замыкая свой контакт в цепи аварийного отключения. Контролируемый ток выключается и напряжение на вторичной обмотке трансреактора исчезает, но, так как отключение выполняется аварийным, а не оперативным выключателем, коммутатор 14 остается разомкнутым, а конденсатор 6 - заряженным. Чтобы вернуть устройство в исходное состояние (после обследования причин перегрузки), надо переключателем 5 замкнуть конденсатор 6 на разрядный резистор 13, который выбирается из условий охлаждения защищаемого оборудования, например двигателя. В режиме нормальной работы переключатель 5 постоянно замыкает цепь вторичной обмотки трансреактора 1, а коммутатор 14(блок-контакт оперативного выключателя, например контактора) разряжает конденсатор 6 на резистор 13 во время рабочих остановок. Если в защищаемой установке аварийное отключение осуществляется тем же оперативным выключателем, что и рабочие переключения, то контакт 14 не устанавливается, а переключатель 5 выполняется как блок-контакт оперативного выключателя. Чем больще контролируемый ток и соответственно напряжение вторичной обмотки 4 трансреактора 1, тем быстрее нарастает постоянная составляющая тока в катушке 11. и тем быстрее произойдет срабатывание (фиг. 3). Если по условиям работы защищаемой установки контролируемый ток не изменится в процессе работы и перегрузка имеет место сразу при включении (например, превышение тока нагревательной установки), то дополнительная первичная обмотка 3 трансреактора 1 не нужна. В этом случае время срабатывания защиты отсчитывается от момента включения. Если же перегрузка может наступить после того, как контролируемый ток какое-то время был номинальным, то используется дополнительная первичная обмотка 3 трансреактора 1. Она подключается на напряжение защищаемой установки (или защищаемой фазы) одновременно с включением тока и служит для смещения характеристики срабатывания. Для этого направление намотки обмотки 3 противоположно направлению намотки обмотки 2, а число витков ее выбрано так, что нулевое значение напряжения вторичной обмотки 4 трансреактора I имеет место при заданном токеЗо , т- е. при подключенной обмотке 3 начало отсчета по горизонтальной оси смещается влево на значение оДн по горизонтальной оси будут отложены относительные значения перегрузки (Л -Jo)UH лЗ (фиг. 3J. Благодаря такому смещению заряд конден сатора 6 и отсчет выдержки времени начинаются после превышения током заданного значения уставки Зо- изменения тока уставки3 j обмотка 3 выполне1 а с отводами. Переключением отводов можно при необходимости учесть нагрев двигателя пусковым током при известном времени пуска. Если ввести в цепь дополнительную индуктивность, в частности если увеличить реактивность рассеяния трансреактора, например, путем увеличения воздушного зазора магнитопровода, то окончание интервала Т-( проводимости диода 8 затягивается индуктивным током. Соответственно диод 7 отпирается позже, т. е. уменьшаются интервалы Т проводимости диода 7. Вместе с уменьшением значения тока это приводит к резкому увеличению выдержки времени и изменению время-токовой характеристики защиты. Следовательно, регулированием индуктивности рассеяния трансреактора 1 можно эффективно изменять время-токовую характеристику зашиты при неизменных обмоточных данных. В качестве исполнительного органа 10 может быть использовано и другое устройство, реагирующее на постоянную составляющую тока. Таким образом, предлагаемое устройство не содержит управляемых полупроводниковых приборов, позволяет получить регулируемую в широких пределах время-токовую характеристику защиты с зависимой выдержкой времени, что в известных устройствах удается достичь значительным усложнением схемы и понижением ее надежности.

Накопление заряда времязадающего конденсатора учитывает кратковременные перегрузки, не превышающие времени срабатывания, но вызывающие дополнительный нагрев оборудования (увеличение числа таких перегрузок сокращает время срабатывания).

1: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ С ЗАВИСИМОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ, содержащее времязадающий конденсатор, включенный последовательно с переключателем/ а также последовательно содиненные основной диод, резистор и исполнительный орган, отличающееся тем, что, с целью повышения точности функционирования в него введены дополнительный диод и трансреактор с основной и дополнительной первичными обмотками, вторичная обмотка которого подключена одним концом к исполнительному органу, адругим - к переключателю, при этом времязадающий конденсатор включен последовательно с основным диодом, а дополнительный диод включен встречно основному диоду и параллельно времязадающему конденсатору и основному диоду, причем времязадающий конденсатор зашунтирован последовательно соединенными коммутатором и разрядным резистором. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительная первичная обмотка трансреактора имеет отводы с обратной полярностью относительно основной пера $ вичной обмотки.

fPue. 2

ср

0,5

О

(Л)

11,5

Фив, 3