Устройство для защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах и обратного чередования фаз Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для контроля и защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах и обратного чередования фаз.

Цель изобретения - повьппение надежности защиты электроустановки при обрыве фазы питающего напряжения при групповой работе по крайней мере двух трехфазных потребителей.

. На фиг. 1 изображена блочная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока совмещения импульсов; на фиг. 3 - схема блока фор- 5 образования серии импульсов в посто- мирования импульсов; на фиг. 4 - схе- янный логический уровень, выход вто- ма фазочувствительного блока; на рого блока 16 преобразования серии фиг. 5 - схема первого и второго блоков преобразования, серии импульсов

импульсов в постоянный логический уровень соединен с входом третьего 20 инвертора 17 и блоком 20 индикации, выход порогового элемента 10 и первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень через второй инвертор 18 и

в постоянный логический уровень; на фиг. 6 и 7 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы блоков.

Устройство для защиты трехфазной электроустановки содержит вспомогательные трансформаторы 1-3 тока,вход- 25 первый инвертор 19 подключены к бло

ные трансформаторы 4-6 тока, токовый аналог 7 нагрузки,фазочувстви- тельный блок 8, переключатель 9, пороговый блок 10, первый блок 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, первый логический элемент ЗИ 12, блок 13 совмещения импульсов, блок 14 формирования импульсов, второй логический элемент ЗИ 15, второй блок 16 преобразо вания серии импульсов в постоянный логический уровень, третий инвертор 17, второй инвертор 18, первый инвертор 19, блок 20 индикации, испол- нительньм элемент 21.

Первичные обмотки входных 4-6 и вспомогательных 1-3 трансформаторов тока одними выводами пофазно объединены между собой и подключены к питающей сети, а другими выводами подключены соответственно к защищаемой электроустановке и к аналогу нагрузки 7. Вторичные обмотки вспомогательных 1-3 и входных 4-6 трансформаторов тока через контакты переключателя 9 подключены к фазочувствительно- му блоку 8, выход которого подключен к управляющему входу переключателя 9 Выход фазочувствительного блока 8 подключен к пороговому элементу 10, выход которого соединен с входом первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, выходы порогового элемента

10 и первого блока 11 преобразования подключены на вход первого логического элемента ЗИ 12.

Блок 13 совмещения импульсов подсоединен к вторичньпи обмоткам входных трансформаторов 4-6 тока, а выход блока 13 совмещения импульсов подключен к входу блока 14 формирования импульсов, выходы которого соединены с входами второго логического элемента ЗИ 15, а выход второго логического элемента ЗИ 15 соединен с входом второго блока 16 преобразования серии импульсов в посто- янный логический уровень, выход вто- рого блока 16 преобразования серии

импульсов в постоянный логический уровень соединен с входом третьего инвертора 17 и блоком 20 индикации, выход порогового элемента 10 и первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень через второй инвертор 18 и

0

0

ц

5

ку 20 индикации. Выход третьего инвертора 17 подключен к третьему входу первого логического элемента ЗИ 12.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в питающую сеть через токовый аналог 7 нагрузки и вспомогательные трансформаторы 1-3 тока протекает ток, вспомогательными трансформаторами 1-3, вырабатываются импульсы, которые, пройдя через переключатель 9, попадают на соответствующие входы фазочувствительного блока 8, Включатель 22 при этом должен находиться во включенном состоянии.

Если чередование фаз в питающей сети правилЬное на выходе фазочувствительного блока 8 (фиг. 4) имеет0

ся высокий логический уровень, который поступает на вход порогового элемента 10, и с выхода последнего поступает единичный сигнал на первый блок 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень. В результате единичный сигнал с выхода порогового элемента 10 поступает на один вход первого лот ическо- с го элемента ЗИ 12, а так как отсутствуют на входе первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, на второй вход первого логического элемента

также поступает единичный сигЗИ 12 нал.

При групповой работе нескольких трехфазных потребителей, содержащих, например, гидродвигатели в электроустановках, при обрыве общей фазы недогруженный разогнанный гидродвигатель /тродолжает вращаться, на оборванной фазе существует напряжение за счет генераторного эффекта разогнанного гидродвигателя, которое с двумя другими фазами образует несимметричную трехфазную систему напряжений.

Включение в фазы трехфазной питающей сети блока 13 совмещения импульсов (фиг. 2) позволяет при симметричной трехфазной системе напряжений подавать на вход блока 14 формирования импульсов одновременно три импульса. В блоке 14 формирования импульсов (фиг. 3) уменьшается длительность импульсов в каждой фазе, а затем импульсы без изменения фазы поступают на вход второго логического элемента ЗИ 15 тоже одновременработе устройства с выхода второго логического элемента ЗИ 15 на вход второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный уровень логический поступает последовательность импульсов, второй блок преобразования 16 серии импульсов в постоянный логический уровень через, третий инвертор 17 выдает на вход первого логического элемента ЗИ 12 высокий логический уровень, а если на остальные два входа первого логического элемента ЗИ 12 поступают то же два высоких логических уровня, что соответствует тому, что через три фазы электроустановки протекает ток, чередование фаэ трехфазовой питающей сети не обратное, первый лог ческий элемент ЗИ 12 через исполнительный элемент 21 подключает электроустановку к питающей сети.

Если во время работы электроустановки происходит обрыв одной фазы, в которую включен выходной трансформатор 5, исполнительньш элемент 21, аналогично случаю обратного чередования фаз, отключает электроустановку от питающей сети и формирует сигнал переключателю 9, который отключает входы фазочувствительного блока 8 от вторичных обмоток входных трансфор50

Если трехфазная питающая сеть образует несимметричную трехфазную систему напряжений, с выхода блока 13 совмещения импульсов через блок 14 формирования импульсов на вход второго логического элемента ЗИ 15 не пос- gg маторов 4-6 и подключает их к вторич- тупают одновременного три импульса, ным обмоткам вспомогательных транс- а ,с выхода второго логического эле- форматоров 1-3 тока, мента ЗИ 15 вьщается низкий логичес- Так как через аналог 7 нагрузки кий уровень. Низкий логический уро- по всем трем фазам протекает ток.

5

0

5

вень поступает на вход второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, а с выхода второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень на вход третьего инвертора 17 и блок 20 индикации поступает высокий логический уровень. В результате на третий вход первого логического элемента ЗИ 12 поступает с третьего инвертора 17 низкий логический уровень. Первый логический элемент ЗИ 12 отключает электроустановку от питающей сети, одновременно поступивший с выхода второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, высокий логический уровень в блоке 20 индикации сигнализирует об аварийном режиме.

Если чередование фаз питающей сети становится обратным, с выхода фазочувствительного блока 8 на вы- 5 ходе порогового элемента 10 формируется сигнал логического О, а через второй инвертор 18 зажигается светодиод блока 20 индикации. На два входа первого логического элемента ЗИ 12 поступает сигнал логического О, первый логический элемент ЗИ 12 через исполнительный элемент 21 отключает электроустановку. С выхода фазочувствительного блока 8 формируется сигнал переключателю 9, который отключает входы фазочувствительного блока 8 от вторичных обмоток трансформаторов 4-6 тока и подключает их к вторичным обмоткам вспомогательных трансформаторов 1-3 тока. Так как чередование фаз питающей сети также обратное, электроустановка остается отключенной от питающей сети.

Если во время работы электроустановки происходит обрыв одной фазы, в которую включен выходной трансформатор 5, исполнительньш элемент 21, аналогично случаю обратного чередования фаз, отключает электроустановку от питающей сети и формирует сигнал переключателю 9, который отключает входы фазочувствительного блока 8 от вторичных обмоток входных трансфор0

5

0

0

g маторов 4-6 и подключает их к вторич- ным обмоткам вспомогательных транс- форматоров 1-3 тока, Так как через аналог 7 нагрузки по всем трем фазам протекает ток.

происходит повторное подключение входных трансформаторов 1-3 к питающей сети и отключение их, если обры не устранен. В результате на выходе фазочувствительного блока 8 формируется периодический сигнал, который первым блоком 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень независимо от логического уровня на его входе, выдает на выходе постоянный нулевой логический сигнал. На вход первого логического элемента ЗИ 12 с выхода первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень поступает логический О и исполнительный элемент 21 удер жипасг электроустановку отключенной и на время обрыва фазы в питающей сети. Одновременно в блок 20 индикации поступает единичный логический сигнал с первого инвертора 19, на вход которого поступает нулевой логический сигнал с первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень. Блок 20 индикации сигнализирует об обрыве фазы трехфазной питающей сети.

При необходимости включателем 22 можно Р эучную отключить эле ктроус- тановку от питающей сети. В этом случае на один из входов фазочувствительного блока 8 сигнал с переключателя 9 не поступает. На выходе фазочувствительного блока 8 имеется низкий логический уровень, исполнительный элемент 21 отключает электроустановку ,

Одним из примеров конкретного выполнения фазочувствительного блока 8 (фиг. 4) может быть выполнение его на RS- и 1К-триггерах, выход триггера последовательно соединен через конденсатор с выпрямителем и усилителем, при этом выходные обмотки двух, например, вспомогательных трансформаторов 1 и 2 соединены с входами R и S RS-триггера, выход которого присоединен к входу С IK- триггера, а выходная обмотка третьего вспомогательного трансформатора 3 соединена одновременно с входами JK-триггера, выход которого через конденсатор соединен с выпрямителем и усилителем.

Рассмотрим сначала алгоритм работ 1К-триггера. Переход из одного сос

15

20

45 50gg

332445

тояния в другое происходит только в момент изменения потенциала на входе С положительного (единин,) в ноль, т.е. задним фронтом, если во время действия положительного потенциала на входе С приходит или есть положительный потенциал на информационных входах I и К, обуславливаю1ций ( готавливаю ций) переход триггера в противоположное состояние.

Приход положительного импульса на вход I, когда есть положительный потенциал на входе С, подготавливает переход триггера в состояние 1 на выходе, приход положительного импульса на вход К подготавливает переход триггера в состояние О на выходе, приход пололсительных импульсов одновременно на входы I и К подготавливает переход триггера в противоположное состояние.

Приход импульсов в любой указанной комбинации на входы I и К при

25 нулевом потенциале на входе С не влияет на дальнейшее состояние триггера, т.е. в этом случае, как и в случае полного отсутствия импульсов на входах I и К, задний фронт импульса на

30 входе М не переводит триггер в другое состояние.

Принщ1п работы RS-триггера заключается в том, что положительный импульс на входе R и нулевой потенциал

-jg на входе S перо водит триггер в нулевое состояние, а положительный импульс на входе S и нулевой потенциал на входе R переводят триггер в единичное состояние (положительный

4Q потенциал на выходе).

Принцип работы пиковых трансформаторов заключается в том, что при прохождении синусоидального тока через первичную обмотку на вторичной обмотке появляются импульсы напряжения в момент перехода тока фазы чере ноль.

Пусть правильному чередованию фаз соответствует (фиг. 6) последовательное появление импульсов в выходных обмотках вспомогательных трансфор- маторов 1 - 3 (фиг. 6а-в) в порядке А, В, С, и пусть в момент до t , IK- триггер находится в единичном состоянии, тогда после прихода импульса в момент t на вход R RS-триггера последний переходит в нулевое состояние (4, фиг. 6). В момент времени t., после прихода импульса на вход

7

S RS-трнггера, триггер переходит в единичное состояние, которое сохраняется до момента t4, соответствующее приходу нового импульса на вход R RS-триггера, после чего он переходит в нулевое состояние. Так буде повторяться каждый период (фиг. 6 г

Из диаграммы видно, что такой последовательности импульсов (такому чередованию фаз) соответствует появление положительного потенциала на выходе RS-триггера большую часть периода, а именно 2/3 периода.

Если поменять местами фазы А и В то можно увидеть, что импульсы фазы В переводят RS-триггер в нулевое сотояние, импульсы фазы А в единичное состояние (фиг.бе) и этому чередованию фаз соответствует появление положительного потенциала на выходе триггера на 1/3 периода.

Принимая во внимание, что выход RS-триггера соединен с входом С IK- триггера, и, рассматривая диаграмму дальше, можно установить, что при правильном чередовании фаз появление импульса в фазе С, т.е. на выходах I и К 1К-триггера, соответствует наличию положительного потенциала на входе С 1К-триггера, т.е. при изменении потенциала на входе С с 1 на О в моменты времени t

4

t И так как 1К-триггер переключается после каждого периода и на его выходе имеется переменное напряжени с частотой в два раза меньше частот питающей сети (фиг. 6 е).

Если порядок чередования фаз обратный, то положительный импульс на входе I и К 1К-триггера появляется в момент нулевого потенциала на входе С 1К-триггера и последний не поготавливается к переключению в связ с чем он не переключается в момент времени t, t и так далее и на его выходе имеется или нулевой потенциал, или положительный потенциал (фиг. 6 ж) , которые не пропускают дальше конденсатором.

При обрыве любой из фаз питающег напряжения, фаз А или В, на входе R или S RS-триггера отсутствуют положительные импульсы и RS-триггер не переключается, т.е. на входе С 1К-триггера нет перепадов напряжени и он также не переключается, несмотря на наличие импульсов с фазы С на

8

0

5

0

входах I и К. Если обрывается фаза С, то на входах I и К нет положительных импульсов, 1К-триггер не подготавливается к переключению и не переключается,и на его выходе имеется постоянный потенциал, не пропускаемый дальше конденсатором. Обрыв выходных обмоток трансформаторов 1-3, неисправность RS-триггера или 1К-триггера фазочувствитель- ного блока 8 приводит к тому, что с выхода фазочувствительного блока 8 поступает низкий логический уровень. Одним из конкретных примеров выполнения блока совмещения импульсов 13 является выполнение его на активных фильтрах, построенных на основе операционных усилителей (ОУ), которые использованы в качестве фазовращателей (фиг. 2).

Рассмотрим схему простого всепро- пускного фильтра. Его передаточная функция равна отношению () и

5 (p S+1), где Т RC. Комплексный коэффициент передачи, соответствующий этой функции, имеет вид е , где Of и- - 2 arcts (2 irfc) ..

Таким образом, при любых значениях частоты входного сигнала сопротивления резистора, выходное напряжение преобразователя по модулю равно входному напряжению, а по фазе сдвинуто относительно входного на угол. При постоянной частоте f, изменяя сопротивление резистора R от нуля до весьма больших значений, можно регулировать угол ц) от 1Г до величины, почти равной нулю.

В блоке 13 совмещения импульсов в фазе С перед фазовращателем, построенным на ОУ, дополнительно установлен инвертирующий усилитель, ОУ здесь охвачен параллельной ООС по

5 напряжению, позволяющей инвертировать фазу на угол cf li. Блок 13 совмещения импульсов позволяет совместить три фазы за счет инверторов, которые смещают фазу на постоянный угол

0 Ч установленный с помощью сопротивления R при регулировке устройства. Диаграмма работы блока 13 совмещения импульсов приведена на фиг. 7.

Одним из конкретных примеров выс полнения блока 14 формирования импульсов является выполнение его на трех элементах И-ИЕ и конденсаторе (фиг. 3). Короткие импульсы формируются благодаря использованию задерж0

5

0

91

ки в логических элементах. Приведенные диаграммы поясгшют принцип действия блока 14 формирования импульсов (фиг. 6).

Одним из конкретных примеров выполнения первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень (фиг. 5) является выполнение его на пяти элементах ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах, причем входной зажим первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соединен с входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через последовательно соединенные первый диод и второй элемент ИЛИ-НЕ под к первому пходу третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через пятый элепент ИЛИ-НЕ подключен к выходу первого блока 11 преобразо- паиия серии импульсов в постоянный логический уровень, а второй вход соединен через второй диод с входным зажимом первого блока 11 преобразования сории логических импульсов в постоянный логический уровень, причем параллельно входам второго и четвертого tJiCMenTOB ИЛИ-НЕ подключен первый и второй конденсаторы.

Если на вход первого блока 11 пре образопания серии импульсов в постоянный логический уровень поступает последовательность импульсов, то на выходе имеется нулевой сигнал. Если же импульсы на вкод не поступают, то независимо от уровня входного сиг нал1а (О или 1) на выходе первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянньш логический уровень имеется единичный уровень.

Второй блок 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень выполнен аналогично первому блоку 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень.

Применение предлагаемого устройства в сравнении с известным устройством защиты позволяет обеспечить надежную защиту электроустановки, содержащей группу работаюпа1х трехфазных потребителей, например гидродвигателей, при неисправной питающей сети, обеспечивает визуальную индика ЦИК) любого аварийного режима питаю- щей сети.

2445 °

Так как предлагаемое устройство не предиаз{1ачено для самостоятельного использования и не может давать прямого экономического эффекта, а используется в качестве устройства защиты различных трехфазных электроустановок, эффект от использования предлагаемого устройства зави- 10 сит от важности выполняемых защищаемой электроустановкой задач.

Формула изобретения

15 1. Устройство для защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах и обратного чередования фаз, содержащее входные и вспомогательные трансформаторы тока, пер0 вичные обмотки которых одними вьшо- дами пофазно объединены между собой и подключены к питающей сети, а другими выводами подключены соответственно к защищаемой электроустановке

25 и к токовому аналогу нагрузки, вторичные обмотки упомянутых трансформаторов подключены через контакты переключателя к фазочувствительному блоку, выход которого подключен к

0 управляющему входу переключателя и связан с исполнительным элементом, первый блок преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, пороговый блок, два инвер-

тг тора и блок индикации, выход фазо- чувствительного блока подключен к пороговому блоку, а выход порогового блока соединен с входом первого блока преобразования серии импульсов в

Q постоянный логический уровень, выходы порогового блока и первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень через инверторы подключены к блоку индиg кации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты электроустановки при обрыве фазы nHTaiqinero напряжения при групповой работе по крайней мере двух трехфаз-Q ных потребителей, дополнительно введены блок совмещения импульсов, блок формирования импульсов, два логических элемента ЗИ, второй блок преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, третий инвертор, причем блок совмещения импульсов подсоединен к вторичным обмоткам входных трансформаторов тока, а выход блока совмещения импульсов

подключен к входу блока формирования импульсов, вькоды которого соединены с входами второго логического элемента ЗИ, выход которого соединен с входом второго блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, выход третьего инвертора соединен с третьим входом первого логического элемента ЗИ, выход порогового блока соединен с вторым входом первого логического элемента ЗИ, а выход первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соеди- нен с первым входом первого логического элемента ЗИ, выход второго блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соединен с блоком индикации и с входом третьего инвертора, а выход первого логического элемента ЗИ соединен с исполнительньм элемен - том.

2. Устройство по п. 1, о-т л и - чающееся тем, что блок преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень вьтолнен на пяти элементах ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах, причем входной зажим блока соединен с входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через последовательно соединенный первый диод и второй элемент ИЛИ-НЕ подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через пятый элемент ИЛИ-НЕ подключен к выходу блока,а второй вход третьего элемента ИЛИ-НЕ соединен через второй диод с входным зажимом блока, причем параллельно входам второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕ подключены первый ивторой конденсаторысоответственн

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности защиты при обрыве питающей фазы при групповой работе по крайней мере двух трехфазных потребителей. Устройство содержит токовый аналог 7 нагрузки, присоединяемый к сети через трансформаторы 1-3 тока, фазочувствительный блок 8, переключатель 9, пороговый блок 10, блоки 15 преобразования серии импульсов, блок 20 индикации и исполнительный элемент 21. Повьппение надежности защиты достигается введением блока 13 совмещения импульса, блока 14 формирования импульсов двух логических элементов ЗИ 12 и 15, инвертор 17 и второго блока 16 преобразования импульсов. Блок 16 преобразования импульсов выполнен на пяти элементах ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах.. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. % (Л J - I I Ibfenputop rupfn/ufcp ruponpufop Ч1ч | MufaJium Hatfjijxu tuponputopof со 00 ГЧЭ N 4 ел

Фмг.З

Фuг,.i

/Of/5)

ЩП)

Фиг.5