Устройство защиты от токов однофазных коротких замыканий для автоматических выключателей Советский патент 1986 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к полупрордниковым устройствам защиты, устаавливаемых в автоматических выключаелях трехфазных сетей с глухозаземенной нейтралью.

Цель изобретения повышение наежности работы устройства защиты.

На чертеже приведена схема устройтва защиты.

Уст{)ойство содержит три трансфоратора тока 1. Параллельно вторичной бмотке каждого трансформатора тоа 1 включен измерительный резистор 2. Концы трех вторичных обмоток и трех резисторов 2 соединены в общую точку. Между началом вторичных обмоток каждого трансформатора тока 1 и инвертирующим входом операционного усилителя 3 включен фильтр токов нулевой последовательности, состоящий из резисторов 4. Часть схемы, состоящей из операционного усилителя 3, интегрирующего конденсатора 5, первого 6, четвертого 7, третьего 8 диодов и первого резистора 9 представляет собой реле с зависимой от тока выдержкой времени. Второй диод 10, конденсатор 11, резистор 12, операционньй усилитель 13 и делитель напряжения на резисторах 14 и 15 представляет собой селектор импульсов по длительности. Конденсатор RC-цепи 16, резистор RC-цепи 17, второй резистор 18 и полевой транзистор 19 обеспечивают разряд интегрирующего конденсатора 5 после окончания аварийного режима.

Устройство защиты работает следующим образом.

При отсутствии, в защищаемой сети однофазного короткого замыкания сигнал на выходе фильтра тока нулевой последовательности (резисторы 4), вьщеляемьй из системы вторичн.ых токов трансформаторов тока 1, значительно ниже тока смещения, подаваемого на инвертирующий вход операционного усилителя 3 с помощью резистора 9. При зтом полярность выходного напряжения операционного усилителя 3 отрицательно, диод 6 закрыт, полевой транзистор 19 открыт и интегрирующий

конденсатор 5 разряжен, 1

При возникновении в защищаемой сети однофазного короткого замыкания на выходе фильтра нулевой последовательности (резисторы 4) выделяется, ток нулевой последовательности, по

величине пропорциональной току одно- . фазного короткого за1 1ыкания. Если амплитудное значение этого тока превьшает величину тока смещения, то в отрицательную полуволну в промежуток времени, пока ток нулевой последовательности превышает величину тока смещения, выходное напряжение операционного усилителя 3 меняет знак. При этом диод 6 открывается и начинается заряд интегрирующего конденсатора 5, причем скорость заряда интегрирующего кондейсатора 5 пропорциональна величине тока на выходе фильтра 4.

Одновременно конденсатор 16 быстро перезаряжается под воздействием выходного напряжения операционного усилителя 3 через переход затвор - исток полевого транзистора 19. Как только

0 в отрицательную полуволну мгновенное значение тока нулевой последовательности становится ниже тока смещения, меняется полярность сигнала на входе .операционного усилителя 3, а следова5 тельно, и полярность выходного напряжения операционного усилителя 3. При этом на затворе полевого транзистора 19 устанавливается отрицательньй потенциал, вызывающий запирание поле0 вого транзистора 19, вследствие чего предотвращается разряд интегрирующего конденсатора 5 в промежутке между двумя последующими отрицательными импульсами на входе операционг ного усилителя 3. Длительность запертого состояния полевого транзистора 19 обеспечивается параметрами RC-цепи (резистором 17 и конденсатором 16). Максимальная длительность запертого состояния полевого транзистора 19 может определяться работой реле в условиях перемещающихся однофазных коротких замыканий и легко регулируются соответствующим

5 подбором параметров RC-цепи (резистора 17 и конденсатора 16). f

По мере заряда интегрирующего конденсатора 5 растет амплитуда положительных импульсов на. выходе операционного усилителя 3. При этом всякий раз при появлении положительньк импульсов на выходе операционного усилителя 3 закрывается диод 10 и перезаряжается конденсатор 11 через 5 резистор 12, Дальнейшая работа происходит следующим образом. При наличии в сети TOfca однофазного короткого замыкания, превьшающего уставку. 3 когда частота положительных импульсов на выходе операционного усилите ля 3 равна 50 Гц, каждый раз в отри цательную полуволну входного тока н левой последовательности, сопровождающуюся появлением положительного импульса на выходе операционного усилителя 3, величина напряжения, до которого заряжается конденсатор 11 за один импульс, определяется амплитудой положительного импульса. По окончании положительного импульса конденсатор 11 быстро перезаряжается под воздействием отрицательного выходного напряжения операцион ного усилителя 3. По мере роста амплитуды положительного импульса уве личивается величина напряжения, до которого успевает зарядиться конден сатор 1 за один импульс. Когда вели чина этого напряжения превысит вели чину напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя 13, на его выходе появится положительны импульс, свидетельствующий о срабатывании защиты. При появлении на входе операционного усилителя 3 тока небаланса тройной частоты при насыщении трансформаторов тока 1 со ответственно уменьшится длительност положительных импульсов на выходе операционного усилителя 3 и, следовательно, величина напряжения, до которого зарядится конденсатор 11. В результате этого положительных импульсов на выходе операционного усилителя 13 не будет, т.е. сраба ТЫвание защиты не происходит. Для быстрого возврата устройства защиты в исходное состояние после окончания режима однофазного короткого замыкания необходимо разрядить интегрирующий конденсатор 5. Это осуществляется с помощью полевого тран зистора 19 и КС-цепи (17 и 16). В м мент окончания режима однофазного короткого замыкания конденсатор 16 заряженньй в предыдущем режиме однофазного замыкания от выходных положи тельных импульсов усилителя 3 таким образом, что на левой обкладке конденсатора 16 устанавливается положительный по отношению к правой обкладке потенциал. В момент окончания однофазного короткого замыкания на выходе усилителя 3 устанавливается отрицательный потенциал, который через конденсатор 16 передается на 234 затвор полевого транзистора 19,вследствие чего некоторое время после окончания режима однофазного замыкания полевой транзистор 19 остается закрытым, а на конденсаторе 5 будет сохраняться заряд, полученный им в предьщущем режиме однофазного замыкания. Отрицательный потенциал на затворе полевого транзистора будет сохраняться в течение промежутка времени, пока по мере перезаряда конденсатора 16 через резистор 17 под воздействием источника +ЕП и отрицательного выходного напряжения операционного усилителя 3 на затворе полевого транзистора установится положительный потенциал. При этом откроется полевой транзистор 19, а конденсатор 5 разрядится по цепи резистор 18, сток-исток транзистора 19, диод 7. Диод 8 необходим для предотвращения попадания тока разряда конденсатора 5 во входную цепь операционного уси- , лителя 3. Параметры КС-цепи (16,17) выбраны таким образом, чтобы, с одной стороны, предотвратить появление положительного потенциала на затворе полевого транзистора между двумя последующими положительными импульсами на выходе усилителя 3 в режиме однофазного короткого замыкания и, с другой стороны, обеспечить достаточно мальй промежуток времени от момента окончания режима однофазного короткого замыкания до момента возврата устройства защиты в исходное состояние, т.е. до момента, когда откроется полевой транзистор 19 и разрядится интегрирующий конденсатор 5. Именно введением полевого транзистора 19, КС-цепи (16, 17), диодов 7 и 8 предпагаемое устройство защиты отличается от прототипа, где такой узел разряда интегрируницего конденсатора отсутствует, и, следовательно, не обеспечивается, в отличие от предлагаемого устройства, малый коэффициент возврата реле по времени. Формула изобретения Устройство защиты от токов одноазных коротких замыканий для автоматических выключателей, содержащее фильтр токов нулевой последовательности, подключенньй к трансформаторам тока, установленным в полюсах

автоматического выключателя, выход фильтра токов нулевой последовательности подсоединен к инвертирующему входу операционного усилителя непосредственно, а к выходу указанного операционного усилителя - через интегрирующий конденсатор и первый диод, селектор импульсов по длительности, первый вход которого является положительным полюсом источникаi питания и через первый резистор соединен с выходом фильтра токов нулево последовательности, второй вход через второй диод соединен с выходом операционного усилителя, а выход селектора импульсов по длительности соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства путем увеличения коэффициента возврата по времени, в него дополнитель- ду

но введены второй резистор, полевой транзистор, RC-цепь, а также третий и четвертьй диоды, при этом сток полевого транзистора через второй резистор подключен к одной из обкладок интегрирующего конденсатора операционного усилителя, затвор полевого транзистора подключен к выходу операционного усилителя через конденсатор дополнительно введенной RC-цепи, резистор упомянутой КС-цепи подключен мевду первым входом селектора импульсов по длительности и затвором полевого транзистора, исток которого и анод четвертого диода подключены к общей точке схемы, к другой обкладке интегрирующего конденсатора подключейы катод четвертого диода и анод третьего диода, а катод третьего диода подключен к инвертирующему вхооперационного усилителя.

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам защиты, устанавливае1 1ым в автоматических выключателях трехфазных сетей с глухозаземленной нейтралью. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства. Указанная цель достигается введением в устройство второго резистора 18, полевого транзистора 19, третьего 8 и четвертого 7 диода, благодаря чему обеспечивается достаточно мальй промежуток времени от моi мента начала однофазного к.з. до мо(Л мента возврата устройства в исходное состояние, то есть обеспечивается малый коэффициент возврата реле по времени. 1 ил.