Устройство для синхронного отключения выключателя Советский патент 1985 года по МПК H01H9/30 

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем. что в него введен усилитель мощности, электромагнит защелки выключателя снабжен синхронизирующей обмоткой, вход усилителя мощности подключен к выходу формирователя сигнала, пропорционального

производной тока, выход усилителя мощности соединен с третьим входом коммутатора, синхронизирующая обмотка соединена с вторым и третьим выходами коммутатора.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОННОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ, содержащее электромагнит защелки выключателя с удерживающей и размагничивающей обмотками, трансформатор тока, формирователь сигнала, пропорционального производной тока, перемножитель, пороговый элемент и выводы для подключения источника питания, причем удерживающая -.с в-лаив обмотка электромагнита защелки выключателя соединена с выводами для подключения источника питания, один из выводов размагничивающей обмотки электромагнита защелки выключателя соединен с одним из выводов для подключения источника питания, один из входов перемножителя соединен с выходом датчика тока, другой вход перемножителя подключен к выходу формирователя сигнала, пропорционального производной тока, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности отключения .тока короткого замыкания, в него введены аналого-цифровой преобразователь, процессор и коммутатор с тремя входами и тремя выходами, причем выход перемножителя соединен через пороговый элемент с входом аналого-цифрового преобразователя, СП выход которого подключен к входу процессора, выход процессора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с другим выходом для подключения источника питания, а выход - с другим выводом размагничивающей обмотки электромагнита защелки выключателя. 4 со 00 tc

1

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для синхронного отключения выключателей.

Известно устройство для синхронного отключения выключателей, реализующее способ синхронизации с отсчетом от базисного нуля, когда сумма времени выдержки команды на отключение ta и времени упреждения to равна длительности полупериода тока

tji+ to -2- 3

И содержащее электронный аппарат, который выполняет роль синхронизатора, определяя в момент перехода тока через нуль величину производной тока цепи если последняя выше некоторого заданного значения, то этот аппарат вырабатывает команды на размыкание контактов выключателя 1.

Однако это устройство, использующее для управления контактами выключателя величину производной тока цепи , может быть использовано преимущественно при коммутации симметричного тока, так как из-за присутствия в отключаемом токе апериодической составляющей кривая тока короткого замыкания представляет собой чередующуюся прследовательность «больщих и «малых полуволн тока. Устройство не отличает,величину полуволн тока и при отключении в короткой полуволне использование его может быть неуспешным из-за того, что контакты выключателя не успевают набрать требуемое расстояние к моменту перехода тока через нуль, поэтому может произойти повторное зажигание дуги в следующей полуволне тока. Прогнозировать степень ассиметрии тока короткого замыкания невозможно, так как амплитуда и скорость затухания апериодической составляющей тока носят случайный характер.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для защиты сетей постоянного тока, имеющее датчик тока цепи, датчик производной тока цепи, устройство перемножения, благодаря чему в устройстве реализуется перемножение контролируемого тока короткого замыкания и его производной и результат перемножения используется в качестве сигнала на отключение коммутационной аппаратуры 2.

5 Недостаток известного устройства заключается в том, что в соответствии с конструктивной схемой этого устройства не ставилась цель синхронизировать момент размыкания контактов выключателя с моментом

0 перехода тока короткого замыкания через нулевое значение, а ставилась цель лишь зафиксировать наличие короткого замыкания в сети постоянного тока.

Кроме того, устройство неприменимо в сетях переменного тока, так как при переменном токе знак произведения тока короткого замыкания и его производной будет переменной величиной и в нормальном режиме, при отсутствии короткого замыкания в сети, что приводит к ложному сраQ батыванию устройства сразу же при его задействовании в сети переменного тока.

Целью изобретения является повышение надежности отключения тока короткого замыкания.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для синхронного отключения выключателя, содержащее электромагнит защелки выключателя с удерживающей и размагничивающей обмотками, трансформаQ тор тока, формирователь сигнала, пропорционального производной тока, перемножитель, пороговый элемент и выводы для подключения источника питания, причем удерживающая обмотка электромагнита защелки выключателя соединена с выводами для подключения источника питания, один из выводов размагничивающей обмотки электромагнита защелки выключателя соединен с одним из выводов для подключения источника питания, один из входов перемножителя соединен с выходом датчика тока, другой вход перемножителя подключен к выходу формирователя сигнала, пропорционального производной тока, введены аналого-цифровой преобразователь, процессор и коммутатор с тремя входами и тремя выходами, причем выход перемножителя соединен через пороговый элемент с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу процессора, выход процессора соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с другим выходом для подключения источника питания, а выход - с другим выводом размыкаю щей обмотки электромагнита защелки выключателя.

Кроме того, в устройство введен усилитель мощности электромагнит защелки снабжен синхронизирующей обмоткой,, вход усилителя мощности подключен к выходу формирователя сигнала, пропорционального производной тока, выход усилителя мощности соединен с третьим входом коммутатора, синхронизирующая обмотка соединена с вторым и третьим выходами коммутатора.

Благодаря внесенным в известную конструкцию устройства изменениям над результатом перемножения контролируемого тока короткого замыкания и его производной в предлагаемом устройстве производится потактное аналого-цифровое преобразование результата перемножения, фиксируются моменты перехода результата перемножения через максимум и по времени второго максимума определяется время упреждения отключающего воздействия на контакты выключателя, а отключающее воздействие, кроме того, дополнительно синхронизируется с моментом перехода тока короткого замыкания через нулевое значение по скорости изменения тока цепи, начиная также с момента второго максимума результата перемножения.

Над напряжением, имеющим двойную частоту сети и полученным в результате перемножения тока цепи на производную тока цепи, с помощью порогового устройства, аналого-цифрового преобразователя, процессора и коммутатора в течение первого полупериода производится ряд операций, позволяющих зафиксировать максимум этого напряжения и с момента второго максимума прогнозировать момент прохождения отключаемого тока через нулевое значение и, соответственно, время упреж дения отключающего воздействия. Кроме того, с момента второго максимума через усилитель мощности и контакты коммутатора, управляемого процессором, момент отключающего воздействия синхронизируется также по скорости изменения тока цепи За счет создания п ропорционального скорости изменения тока цепи размагничивающего тока электромагнита защелки выключателя.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства для синхронного отключения выключателя; на фиг. 2 - кривые изменения тока короткого замыкания цепи.

изменения производной тока цепи и изменения произведения тока цепи на производную тока цепи.

Устройство для синхронного отключения выключателя содержит трансформатор 1 тока, формирователь 2 сигнала, пропорционального производной тока, перемножитель 3 пороговый элемент 4, аналого-цифровой преобразователь 5, процессор 6, коммутатор 7, усилитель 8 мощности, электромагнит 9 защелки выключателя 10 и блок 11 питания. Электромагнит 9 защелки выключателя 10 содержит размагничивающую обмотку 12, синхронизирующую обмотку 13 и удерживающую обмотку 14. Коммутатор содержит контакты 15, 16 и 17.

Устройство работает следующим образом.

Наапряжение с трансформатора 1 тока поступает на первый вход перемножителя 3, на второй вход которого поступает напряжение с формирователя 2 сигнала, пропорционального производной тока, выполненного на основе трансформатора тока, во вторичную обмотку которого включена первичная обмотка трансформатора напряжения, вторичная обмотка которого, являющаяся выходной , работает в режиме, близком к режиму холостого хода.

На выходе перемножителя 3 действует напряжение, пропорциональное произведению i -jg-, изменяющееся с удвоенной

частотой по сравнению с частотой тока в рабочей линии.

Действительно, при перемножении тока цепи и производной тока цепи в перемножителе 3 получается напряжение с двойной частотой сети, т. е.

ивыл i -li- ). sin 2 , (1) где i - мгновенное значение тока. А; 1 - амплитудное значение тока А; и; - угловая частота тока, Это поясняется следующим С трансформатора 1 тока получают величину, пропорциональную току в рабочей линии. С фбрмирователя получают сигнал, пропорциональный производной тока в рабочей линии. На выходе перемножителя 3 имеют ивьк.к-( )-(), (2) где 1дл -апериодическая составляющая тока короткого замыкания;

iycT- - установивщееся значение тока короткого замыкания;

(iantiTcr)-производная тока короткого замыкания во времени. Осуществляя преобразование (2), напряжение на выходе перемножителя 3 UBUX можно представить в виде двух составляющих:

Usbtx Ubwr 1 UBWX г ,

где l/Bbixi -апериодическая убывающая функция во времени;

Увьисг-составляющая, изменяющаяся вовремени с удвоенной частотой,

UBMXI к i уст. i усг K-Iyci sin u t I ус. COS

K - lYci-sin2oL. t Ki-sin2 , где К, Kj - коэффициенты преобразования. При этом амплитудные значения второй составляющей не меньще, по крайней мере, значений первой составляющей. Поэтому моменты максимумов и минимумов напряжения на выходе перемножителя 3 UBIMC зависят от характера изменений во времени второй составляющей U(i««., т.е. sin2tt t.

Однако наличие апериодической составляющей не позволяет утверждать, что Usbixi будет точно чередоваться с частотой 2te, так как апериодическая составляющая порождает чередующуюся последовательность «больщих и «малых полуволн тока.

Напряжение иьых с перемножителя 3 поступает, на пороговый элемент 4, пороговое напряжение которого Ucp определяется величиной допустимого тока в рабочей линии. При UebK Ucp пороговый элемент 4 открывается и напряжение Увь подается на аналого-цифровой преобразователь 5 (в качестве порогового элемента 4 может быть использован, например, управляемый вентиль). В аналого-цифровом преобразователе 5 осуществляется преобразование ана логовой величины с определенным периодом (например, 10-20 мкс).

Выход аналого-цифрового преобразователя 5 подключен к процессору 6, в котором для определения момента первого перехода иеыт через экстремум реализуется известлый алгоритм выделения максимальной по модулю величины; измеряемая величина на текущем такте (Ук) сравнивается по абсолютному значению с ранее измеренной и записанной в ячейке величиной /UK-I/. Если /UJL/ /UK-I/, то в ячейку заносится /UK. /. Если на j м такте реализуется /Uj / /Uj-1/, то фиксируется момент прохождения экстремума, т. е. момент tjiiiKci, и в ячейку заносится значение /и j /. Таким же образом осуществляется слежение за моментом перехода иьых через второй экстремум Значения .ci и используются для определения момента перехода То тока короткого замыкания через нулевое значение. Действительно, так как частота UBWX, пропорциональная произведению тока цепи на производную тока цепи, удвоена по сравнению с частотой тока короткого замыкания, то можно с определенной точностью утверждать, что , +. f т 4. tjwKec-Гл4кс1 1- tjMKCZg

tBaiic2,.c 1

ЧТО графически подтверждается фиг. 2.

Задаваясь требуемой величиной времени упреждения отключающего воздействия электромагнита 9 выключателя 10 А toj. onределяются момент выдачи процессором б 5 управляющего сигнала t То - Atep. В момент tcp процессор 6 через контактную пару 15 коммутатора 7 подключает размагиичивающук) обмотку 12 к блоку 11 питания.

Для обеспечения точности отключения цепи вблизи перехода тока короткого замыкания через нулевое значение в предлагаемое устройство введена дополнительная схема синхронизации, включающая в себя формирователь 2 сигнала, пропорционального производной тока, усилитель 8 мощности и электромагнит 9 защелки выключателя 10. Электромагнит 9 содержит синхронизирующую обмотку 13, которая через контактные пары 16 и 17 коммутатора 7 подключается процессором 6 в момент tcp к

выходу усилителя 8 мощности, подключенного своим входом к выходу формирователя 2. В момент перехода тока короткого замыкания через нулевое значение напряжение на выходе усилителя 8 мощности, а

5 следовательно, и размагничивающий ток в синхронизирующей обмотке 13 электромагнита 9 защелки максимальны, что способствует размыканию контактов выключателя вблизи перехода тока цепи через нуль. Сумма размагничивающих потоков

размагничивающей обмотки 12 и синхронизирующей обмотки 13 в момент перехода тока короткого замыкания через нулевое значение примерно равна и противоположно направлена потоку удерживающей обмотки 14, котораая запитана от блока 11 питания. Согласованность магнитных потоков размагничивающей обмотки 12 и синхронизирующей обмотки 13 контролируется процессором 6 по закону производной тока и обеспечивается соответствующей

0 коммутацией контактных пар 16 и 17 коммутатора 7.

Для реализации функций аналого-цифрового преобразователя 5, процессора 6 и коммутатора 7 может быть использован процессор мини-ЭВМ типа СМ-1 с модулями устройства связи с объектом типов А-611 -19 и модулем кодового управления контактами.

Таким образом, предлагаемое устройство для синхронного отключения выключателя позволяет с более высокой точностью прогнозировать и осуществлять размыкание контактов выключателя в момент первого перехода тока короткого замыкания через нулевое значение.

Применение предлагаемого устройства позволяет осуществлять надежное отключение короткого замыкания в сети в течение первого полупериода с момента его возникновения, что обеспечивает увеличение пропускной способности линий электропередачи при сохранении динамической устойчивости системы. ОИЧИВиС1г1 CK -lClviDi. Кроме того, открывается перспектива удешевления коммутационной аппаратуры

У/

L dt

tfiOK. 2

Tov/fa HOi/ала лрог/ озо cpaffa /77i}/SaH(/ б/ ю /огпе

, tcp. /77Oi/ cr нае/о а cpff ar/7 Ь/в(7Н(/Я (7/77е/ Я

Фиг. 2 на любые токи и напряжения за счет удешевления системы дугогашения, а также появляется возможность применить существующую коммутационную аппаратуру для 1JJ ,j .- .--j. j. . . отключения более высоких значении токов короткого замыкания.