Устройство для максимальной токовой защиты потребителя Советский патент 1985 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к релейной защите электроэнергетических об.ъектов, а именно к бесконтактным устройствам максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени от недопустимой продолжительности токовых перегрузок, и может быть использовано в цепях питания потребителей, работакщих и повторно-кратковременном форсированном режиме t различной про должительностью включения.

Цель изобретения - расширение области использования устройства путем обеспечения эффективной защиты электрооборудования в зоне токов перегрузки,не только при однократной дпительной перегрузке,но и при повторнократковременном режиме возникновения .перегрузки с различной продолжительностью вклочения.

На фиг.1 представлена блок-схема iпредлагаемого устройства; на фиг,2 .графики изменения напряжений входного сигнала («), управлякщего сигнала (5) и график зависимости числа импульсов, записанных в счетчике, и температуры защищаемого электрооборудования от времени (в) .

Устройство содержит формирователь 1 выпрямленного напряжения, пропорционального току (например, вьшрямитель с RC-фильтром) пусковой орган 2, выполненный, например, в виде триггера Имитта с потенциальньв4 выходом, преобразователь 3 напряжения в пропорциональную ему частоту импульсов, двоичный реверсивный т-разрядный счетчик А, дешифратор 5, m логических элементов И 6 и 7 первой группы, .т логических элементов И 8 и 9 второй группы, резисторы 10-14, образующие резистивные делители напряжения 10, 14, 11,14, 12,14, 13,14, имекщие, например,в данном случае, общую среднюю точку и подключенные к выходам дешифратора 5, логический клкуч И 15, логический элемейт И 16, делитель 17 частоты импульсовс постоянным коэффициентом деления, пусковую цепь 18 (например, дифференцируняцая RC-цепь), раздельные диоды 19 и 20, логический элемент И 21 блокировки йыхода и выkoднoй триггер 22. Шины Сложение и Вычитание реверсивного счетчика 4 подключены соответственно к неинвертируницему и инвертирующему выходам пускового органа 2j единичный выход 23 каждого разряда счетчика 4 и неинвертирующий выход пускового органа 2 подключены, к соответствующему логическому элементу И первой группы, а нулевой выход 24 счетчика и инвертирующий выход пускового органа - к соответствующему логическому элементу И второй группы, причем выходы логических элементов И первой и второй групп, подключенных к одному и тому же разряду счетчика, подсоединены к одному вход дешифратора 5, общая точка резисторов 10-14, т.е. выхода резистивных делителей 10, 14-13,14, подключе на к входу преобразователя 3 напряжения в пропорциональную ему частоту импульсов. Логический ключ И 15 и логический элемент И 16 предназначены для прохождения импульсов преобразователя 3 на вход счетчика 4 либо непосредственно, либо через делитель 17 частоты импульсов соответственно. Пусковая цепь 18 предназначена для формирования первого импульса записи в счетчик в момент возникновения перегрузки или первого импульса считывания при переполнении счетчика. Выходной триггер 22 подключен к выходу старшего разряда (N) дешифратора 5 через логический элемент И 21 блокировки выхода.

Для обеспечения правильной работы устройства необходимо, чтобы резистор, подключенный к выходу младшего разряда дешифратора, имел более низкое сопротивление.

Устройство работает следзтощим образом.

Сигнал 1 датчиков ток преобразуется формирователем 1 в выпрямпенное и сглаженное напряжение U , Пропорцйоиальное току в защищаемой сети и поступаящее на вход пускового органа 2, На второй вход последнего подано опорное напряжение U, задающее порог срабатывания. При отсутствии тока форсировки и отсутствии информации в счетчике 4 схема находится в исходном состоянии: U U, на неинвертирующем выходе пускового органа 2, на выходе преобразователя 3, на единичных выходах 23 всех разрядов счетчика 4, всех .логических элементов И 6 и 7 первой Группы, на выходах дешифратора 5 имеется логический сигнал 0(напряжение отсутствует), и, следовательно, напряжение, снимаемое с резистора 14, так- , же равно 0. При этом на нулевых выходах 24 всех разрядов счетчика и н -(Инвертирующем выходе пускового оргаиа 2 имеется логический сигнал 1, поэтому на выходах всех логических элементов И 8 и 9 второй группы также имеются -сигналы 1, поступающие на все входы дешифратора 5, что приводит к появлению сигнала 1 на последнем выходе дешифратора. Однако этот сигнал не проходит на выходной триггер 22, ввиду того, что на второй вход логического элемента И 21 блокировки выхода подан сигнал О с неинвертирующего выхода пускового органа 2. На фиг.2а даны эпюры напряжения входного сигнала . Соответствующие этому сигналу эпюры управляющего напряжения U на входе преобразовате ля 3 представлены на фиг. 2- .Как видно из фиг. 2 , в исходном состоянии информация, запасенная в счетчик 4,т.е.числ записанных импульсов п, равна 0.При подаче тока форсировки U. и„. При этом на неинвертирующем выходе пускового органа 2 появляется логический Сигнал 1, поступанядий на шину Сложение импульсного счетчика 4, на вход логического ключа И15 и входы логических элементов И 6 и 7 первой группы, пусковая цепь 18 формирует импульс, поступающий на вход счетчика 4, а на выходах всех логических элементов И второй группы появляется логический сигнал О. За пись первого импульса в счётчике 4 сопровождается появлением на единичном выходе первого разряда счетчика логического сигнала 1, поступающего- на вход первого логического эле мента И 6 первой группы. На выходе этого элемента также появляется сиг. нал 1, поступающий на вход дешифра тора 5, что приводит к тому, что на первом выходе дешифратора появляется сигнал 1 в виде напряжения UQ , которое подается на резистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов 10, 14. Выходное напряжение этого делителя, равное 10 подается на вход преобразователя 3. Выходной импульс преобразователя 3, появляняцийся через промежуток времени, определяемый напряжением UA, через логический ключ 15 поступает на вход счетчика 4. Запись второго иьшульса в счетчи-1 ке 4 приводитк появлению логического сигнала 1 на втором выходе дешифратора 5 и подаче на вход преобразователя 3 напряжения « .. R,4 Так как R,i R, , то U,o }„ , и, следовательно, появление выходного импульса преобразователя 3 происходит через больший промежуток времени. В дальнейшем поступление импульсов с выхода преобразователя 3 на счетчик 4 в режиме .Сложение, т.е. в режиме форсировки, вызывает увеличение записанной в счетчике информации, поступающей в двоичном прямом коде на дешифратор, что сопровождается последовательным появлением сигнала 1 на выходах все более старших разрядов дешифратора и подаче напряжения управления на преобразователь 3 все более низких уровней. Это приводит к тому, что запись информации происходит с замедляющимся темпом до момента, когда все разряды счетчика 4 не переведены в состояние 1.При соответствукнцем выборе сопротивленгй резисторов 10-13 на вход преобразователя 3 подаются напряжения Uy, при которых выходные импульсы этого преобразователя производят запись информации в счетчике 4 с темпом нагревания защищаемого электрооборудования при заданном токе формировки, а изменение во времени числа импульсов, записанных в счетчике 4, представляет ступенчатую временную зависимость , (t), приближающуюся к экспоненциальной характеристике процесса нагревания электрооборудования ,(), Т - температура} 1 - максимально допустимая температура электрооборудования (при заданном токе форсировки) ; - постоянная времени нагревания-, t - времяi е - основание натуральньрс логарифмов (,71828...). При уменьшении тока в защищаемой сети ниже установки срабатьшания (т.е. при ) в момент времени t;, на неинвертирующём вькоде пускового органа 2 сигнал 1 исчезает, а появляется на инвертирующем выходе. Счетчик 4, в котором записано М , импульсов, переводится в режим Вычи тание, а на входы логического элемента И 16 и логических элементов И 8 и 9 второй группы подается логически сигнал 1. При этом на выходе элементов И второй группы, на входы которых подается сигнал 1 с нулевых выходов счетчика, появляются сигналы 1, поступающие на соответствукнцие входы дешифратора 5. Следовательно, на входы дешифра.тора подается инверсное значение кода числа М, т.е. число N-M. Это приводит к тому, что сигнал 1 на выходе М дешифратора 5 исчезает, а появляется на выходе К-М. Соответствен но изменяется и сигнал управления, подаваемый на преобразователь 3. Выходной импульс преобразователя 3, появляющийся через промежуток времени, обратно пропорциональный напряжению , вычитает 1 из числа М, записанного в счетчике, т.е. в счетчике записано число М-1 импульсов. Информация об этом, представленная в инверсном Значении кода в виде числа N-(M-I), снимаемого с нулевых выходов счетчика, подается на вход дешифратора 5, что приводит k появлению сигнала 1 на выходе Н-(М+1) со седнего старшего разряда дешифратора и уменьшению напряжения на входе п:реобраэователя 3 до величины ), так как К„.м л/-(м40« дальнейшем поступление импульсов с выхода преоб разователя 3 на счетчик 4 в режиме Вычитание , т.е. при отсутствии перегрузки, вызьшаёт уменьшение записанной в счетчике информации, поступающей в инверсном значении кода на дешифратор 5, что сопровождается последовательным появлением сигнала 1 на выходах все более старших раз рядов дешифратора и подачей напряжения управления на преобразователь 3 все более низких уровней. Это приводит к тому, что считьшанйе информации происходит с замедляющимся темпом до момента-, когда всё разряды счетчика 4 не переведены в состояние О. Учитьшая, что сопротивления резист оров 10-13 делителей напряжения выбраны таким образом, что обеспечивают в режиме Сложение достаточно близкое приближение изменения во вре мени числа импульсов, записанных в счетчике, к экспоненциальной зависимости процесса нагревания электрообо рудования ,(1-ёСн), а экспоненциальная зависимость процесса охлаждения электрооборудования , где р - постоянная времени охлаждения, дополняет экспоненту нагревания.при ДО величины Т. для любого момента времени, получаем, что изменение во времени числа импульсов, записанных в счетчике 4 в режиме Вычитание, представляет ступенчатую временную зависимость (t), приближаю цуюся к экспоненциальной характеристике процесса охлаждения. При повторной токовой перегрузке Счетчик 4 переводится в режим Сложение, и происходит его заполнение с учетом информации, соответствующей температурному режиму защищаемого оборудования, нагретого током перегрузки предыдущих циклов и остывакяцего во время пауз между включениями. При длительной перегрузке счетчик 4 заполняется импульсами, поступающими с выхода преобразователя 3 до мо- . мента переполнения счетчика, т.е., Сигнал переполнения п4 оходит на выходной триггер 22, который вь1дает сигнал на отключение защитного , аппарата. Температура защищаемого оборудования при этом в момент времени tf достигает максимально допустимого значения Т. После отключения счетчик 4 переводится в режим Вычитание (), пусковая цепь 18 формирует импульс, который поступает на вход счетчика и переводит его в состояние N-1, а на вход дешифратора 5 подается число 1, представляющее собой инверсное зйачение кода числа N-1. Дальнейший процесс считывания информации после отключения производится аналогично описанному режиму и„ до момента появления сигнала О на всех единичных выходах счетчика, когда схема возвращается в исходное состояние. График зависимости числа импульсов п, записанных в счетчике 4, от времени t и график зависимости темпе-, ратуры Т защищаемого оборудования от времени t для рассматриваемого повторно-кратковременного режима включения тока форсировки представлен на фиг.2 . Так как а большинстве случаев 1Ь н , то импульсы преобразователя 3 поступают в режиме Вычитание на вход счетчика 4 через логический

711604988

элемент И 16 и делитель 17 частоты что приводит к замедлению процесса импульсов с постоянным коэффициентом считьшания импульсов в сравнении с деления, соединенные последовательно, процессом записи.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ, содержащее формирователь выпрямленного на . пряжения, пропорционального току по требителя, последовательно с ним включенньй пусковой орган, преобразователь напряжения в пропорциональную ему частоту импульсов, последовательно включенные делитель частоты инпульсов с постоянным коэффициентом деления и счетчик импульссов, дешифратор, последовательно включенные элемент И и выходной триггер, причем элемент И своими входами подключен соответственно к ,выходу старшего разряда дешифратора и неинвертирующему выходу пускового ор1:ана, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования для потребителя, работающего в повторнократков1земенном режиме, в него дополнительно введены по числу выходов дешифратора две группы элементов И, группы резистивных делителей напряжения, подключенные к выходам дешифратора, и логический ключ, входы которого подключены к выходу преобразователя напряжения в пропорциональную ему частоту импульсов и к неинвертирующему выходу пускового органа, а выход подключен к входу импульсного счетчика, вьтолненного двоичным реверсивным, при этом шины Сложение и Вычитание счетчика подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему выходам пускового, ор-. гана, элементы И первой группы под(Л ключены своими входами к единичным выходам соответствующих разрядов счетчика и неинвер-Тирукядему выходу, пускового органа, а элементы И второй группы - к нулевым выходам соот- ветствуннцих разрядов счетчика и ин- вертируницему выходу пускового органа, 05 а элементы И второй группы - к нулео вым выходам соответствующих.разрядов счетчика и инвертирующему выходу пус(Х кового органа, выходы элементов И 00 первой и второй групп подсоединены к одному входу дешифратора, при этом выходы резистивных делителей напряжения подсоединены к преобразователю напряжения в пропорциональную ему частоту импульсов.

ьВыл.

tom-.

2t

19 IW 1/9

ff

N 1/У-/ IA

20 2(

20

20

«-,

8

ад

CLJil 5 - 16

24

Сложение

ffWVW7W/«/

. о

Oy

9 -

tomKK.

-VH-H

(ii

М%г

r rffO-e i) Гд{ Ч v v i-/,rt; Фиг2