Устройство для защиты трехфазной электроустановки от изменения чередования и обрыва фаз Советский патент 1988 года по МПК H02H7/09 

ас оо

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в электрическом следящем приводе для защиты управляемых тирис- торных выпрямителей от обратного направления чередования фаз, обрьта фа- зы, а также для диагностики состояния трехфазной сети. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения диагностики неисправности при одновременном наличии нарушения чередования фаз и обрыва одной из фаз или ее инверсии. Устройство содержит блок контроля инверсии фазы, в состав которого входит первый 21, второй 22 и третий 23 элементы НЕ, трехвходовый элемент И-НЕ 24, седьмой элемент И-НЕ 25, восьмой элемент И-НЕ 26 и четвертый триггер 27. При пояснении на входе устройства инверсного синусоидального сигнала высокие уровни трехвход- ных импульсных сигналов элементов НЕ 21, 22, 23 перекрываются по времени, и на выходе элемента И-НЕ 24 формируются импульсы равного -ровня, которые устанавливают триггер 27 в единичное состояние. Тем самым вносится признак инверсности входного сигнала, что позволяет на выходе дешифратора сформировать сигнал индикации инверсности конкретной фазы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.,1 табл. Ш (Л

в

2}

Z( д(

27

Риг.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в электрическом следящем приводе для защиты управляющих тирис торных выпрямителей от обратного направления чередования фаз, обрыва фазы, а также для диагностики состояни трехфазной сети.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения диагностики неисправност при одновременном наличии нарушения чередования фаз и обрьта одной из фа или ее инверсии.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для защиты трехфазной электроустановки от изменения направления чередования и обрыва фаз; на фиг. 2 - схема блока контроля инверсии фазы; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства при прямом направлении чередования фаз-, на фиг. 4 - то же, при обратном чередовании фаз.

Устройство содержит преобразова- Т ели 1-3 синусоидального сигнала напряжения сети в прямоугольные им

25 трехвходового элемента И-НЕ 24,а третий вход блока контроля инверсии фазы через третий элемент НЕ 23 соединен с третьим входом трехвходового элемента И-НЕ 24 и первым входом

35

пульсы с входными выводами, соединенными с фазами сети по порядку чередо-30 седьмого элемента И-НЕ 25, с вторым вания, при этом выход первого преоб-входом которого через восьмой элемент

разователя 1 соединен с входом первого одновибратора 4, с первыми входами первого 5 и второго 6 элементов И-НЕ и с первьм входом блока 7 контроля инверсии фазы, выход второго преобразователя 2-е входом второго одновибратора 8, с первыми входами третьего 9 и четвертого 10 элементов И-НЕ и с вторым входом блока 7 контроля инверсии фазы, выход третьего преобразователя 3 - с входом третьего одновибратора 11, с первыми входами пятого 12 и шестого 13 элементов И-НЕ и с третьим входом блока 7 конт-45 преобразователей 1-3 сигналов соответ- роля инверсии фазы. Выход первого од- ственно, с выходов которых вь1даются новибратора 4 соединен с вторыми вхо- серии импульсов длительностью 1 /2Т и дами третьего 9 и шестого 13 элемен40

И-НЕ 26 соединены четвертый и пятый входы блока. Выход трехвходового элемента И-НЕ 24 соединен с единичным установочным входом четвертого триггера 27, нулевой установочный вход которого соединен с выходом седьмого элемента И-НЕ 25, Выход четвертого триггера является выходом блока контроля инверсии фаз.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение фаз А, В и С поступает (фиг. 1) на входы

периодом Т трехфазной сети.

тов И-НЕ, выход второго одновибратора 8 - с вторыми входами первого 5 и пятого 12 элементов И-НЕ, выход третьего одновибратора 11 - с вторыми входами четвертого 10 и второго 6 элментов И-НЕ. Выходы первого 5, четвертого 10 и шестого 13 элементов И- НЕ соединены с единичными установочными входами соответственно первого 14, второго 15 и третьего 16 триггеров, а выходы третьего 9, пятого 12

и второго 6 элеме 1тов И-НК - с нулевыми установочными входами первого 14, второго 15 и третьего 16 триггеров, выходы которых соединены с первым, вторым и третьим входами двоичного дешифратора 17, первый и восьмой выходы которого соединены с четвертым и пятым входами блока 7 контроля инверсии фаз, выход которого является выходом устройства.

При этом элементы И-НЕ 5 и 9 и триггер 14 образуют функциональный блок 18 контроля обрыва и чередования

фаз АВ; элементы И-НЕ 10 и 12 и триггер 15 - идентичный блок 19 для фаз ВС, а элементы И-НЕ 13 и 6 и триггер 16 - идентичный блок 20 для фаз СА. Блок 7 контроля инверсии фазы

(фиг. 2) содержит три элемента НЕ 21- 23, при этом первый и второй входы блока контроля инверсии фазы через первый 21 и второй 22 элементы НЕ соединены с первьм и вторым входами

трехвходового элемента И-НЕ 24,а третий вход блока контроля инверсии фазы через третий элемент НЕ 23 соединен с третьим входом трехвходового элемента И-НЕ 24 и первым входом

седьмого элемента И-НЕ 25, с вторым входом которого через восьмой элемент

седьмого элемента И-НЕ 25, с вторым входом которого через восьмой элемент

преобразователей 1-3 сигналов соответ- ственно, с выходов которых вь1даются серии импульсов длительностью 1 /2Т и

И-НЕ 26 соединены четвертый и пятый входы блока. Выход трехвходового элемента И-НЕ 24 соединен с единичным установочным входом четвертого триггера 27, нулевой установочный вход которого соединен с выходом седьмого элемента И-НЕ 25, Выход четвертого триггера является выходом блока контроля инверсии фаз.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение фаз А, В и С поступает (фиг. 1) на входы

преобразователей 1-3 сигналов соответ- ственно, с выходов которых вь1даются серии импульсов длительностью 1 /2Т и

периодом Т трехфазной сети.

Серия импульсов U (фиг. 3) поступает на вход одновибратора 4, на выходе которого в момент появления фронта входного импульса формируются импульсы и, длительность которых значительно меньше длительности входных импульсов. Аналогичные импульсы и 5 и и формируются на выходах одно- вибраторов 8 и 11 в моменты появления фронтов импульсов Uj и Uj соответственно.

Сирии импульсов и IU-U поступают на входы трех идентичных функциональньгх узлов 18-20.

Функциональный узел 18 входам 1 соединен с выходами одновибраторов 4 и 8 и преобразователей 1 и 2, входы которых подсоединены к фазам Л и В питающей сети, а функциональные узлы 19 и 20 - к фазам В, С и С, А питаю-- щей сети соответственно.

Рассмотрим работу функциональных узлов на примере работы функционального узла 18. На входы элемента И-НЕ 5, выход которого соединен с единич- ным установочным входом триггера 14, подаются импульсы с выхода преобразователя 1 и одновибратора 8. При совпадении импульсов с высокими уровнями на выходе элемента формируются им-20 венно, триггер 16 - в состояние, оп- пульсы низкого уровня, которые устанавливают триггер 14 в единичное состояние. Аналогично при совпадении на входе элемента И-НЕ 9 импульсов высоределяемое направлением чередования фаз А и С, а при обрыве фазы С триггеры 15 и 16 устанавливаются в нулевое и единичное состоячис соответсткого уровня на его выходе формируются 25 венно, триггер 14 - в состояние, опимпульсы низкого уровня, которые устанавливают триггер 14 в нулевое состояние.

При прямом направлении чередования фаз на выходе элемента И-НЕ 5 при совпадении высоких уровней импульсов и и Uj (фиг. 3) формируются импульсы низкого уровня, а на выходе элемента И-НЕ 9 - постоянный сигнал высокого уровня ввиду несовпадения высоких уровней импульсов U и U , вследствие чего триггер 14 устанавливается в единичное состояние. При обратном направлении чередования фаз действия элементов И-НЕ 5 и 9 меняются местами и триггер 14 устанавливается в нулевое состояние (фиг.4).

Таким образом, функциональный узел

При обрыве двух фаз в устройстве индицируется обрыв только одной из фаз. При наличии на входах устройст

18 при прямом направлении чередования фаз А и В формирует на выходе по-дз инверсного сигнала (вместо трех стоянный сигнач высокого уровня, афазного соотношения сдвига фаз 120

при обратном - постоянный сигнал низ- 120 +120 имеет место, кого уровня. Аналогичным образом функ- соотношение фаз 120°- 120° циональные узлы 19 и 20 формируют

например + 120,

т.е. инверсия В) при прямом или обратном направлении чередования фаз сформированные состояния триггеров 14-16 соответствуют состояниям, приведенным в п. 9-14 таблицы, которые аналогичны состояниям этих триггеров по п. 2-7 при наличии обрьгеа фазы.

постоянные сигналы высокого уровня при прямом направлении чередования фаз В, С и С, А соответственно, постоянные сигналы низкого уровня - при обратном.

При отсутствии обрыва фазы функ- ционгшьные узлы 18-20 одновременно формируют на выходах при прямом направлении чередования фаз высокие

уровни, а при обратном - .а: .J-TTIP уроп- ни.

При обрыве фазы Л на вьгх1 1яё одно- вибратора 4 формируется постоянный сигнал низкого уровня, а на выходе преобразователя 1 - сигнал высокого уровня, вследствие чего элементы И- НЕ 9 и 13 блокируются сигналом низкого уровня, а элементы И-НЕ 5 и 6 J op- мируют на выходах иг гульсы низкого уровня, которые ус ганавлипают --риггер 14 в единичное состояние, а триггер 16 - в нулевое состояние. Триггер 15 установлен в состояние, определяемое направлением чередования фаз В и С.

Аналогично при обрыве фазы В триггеры 14 и 15 устанавливаются в нулевое и единичное состояние соответственно, триггер 16 - в состояние, оп-

ределяемое направлением чередования фаз А и С, а при обрыве фазы С триггеры 15 и 16 устанавливаются в нулевое и единичное состоячис соответст

ределяемое направлением чередования фаз А и С.

Таким образом, на выходах трех функциональных узлов формируются сочетания восьми олн( начны : напр ;жс - кий, характеризующих состояния трехфазной сети при нарушении чередсвл- ния фаз и при обрыве одкой фазы. Для расшифровки состояний триггеров 14-16 и формиргвасик С Г- Ответст- вующих команд используется де1И1фра- тор 17 двоичного кода,

В таблице приведснь характеристики состояний трехфазной сети и соответствующие им двоичные коды на входе дешифратора 17.

При обрыве двух фаз в устройстве индицируется обрыв только одной из фаз. При наличии на входах устройст инверсного сигнала (вместо трех фазного соотношения сдвига фаз 120

120 +120 имеет место, соотношение фаз 120°- 120°

например, + 120,

0

5

т.е. инверсия В) при прямом или обратном направлении чередования фаз сформированные состояния триггеров 14-16 соответствуют состояниям, приведенным в п. 9-14 таблицы, которые аналогичны состояниям этих триггеров по п. 2-7 при наличии обрьгеа фазы.

Для различения состояний триггеров при наличии инверсного сигнала от состояний этих триггеров при обрыве фазы в устройство дополнительно введен блок

10

51А1884А

ко1:тг-г)ли фазы (фиг. 2), ко- TopbDi формирует на выходе постоянный сигнал высокого ровня только при наличии на входе устройства инверсного синусоидального сигнала. Выходной сигнал «того блока является информа- щюнным сигналом об инверсии и подается на четвертый разряд двоичного дешифратора 17.

Влок контроля инверсии фазы работает следуюиц-iM образом.

На входы элемента И-НЕ 24 через элементы НЕ 21-23 поступают сигналы с выходов преобразователей 1-3. При отсутствии обрыва фазы или инверсии одного из сигналов на входах элемента И-НЕ 24 присутствуют импульсные сигналы, высокие уровни которых не совпадают по времени, поэто гу на его выходе фop « pyeтcя постоянный сигнал высокого уровня, который не нызьшает возбуждения триггера 27.

В то же время на выходе дешифратора 17, деишфрирующего единичные сос-25 тояния триггеров 14-16, формируется сигнал низкого уровня при прямом на- правлении чередования фаз (выход о ) ,

35

а на выходе дешифратора 17, дешифрирующего нулевые состояния триггеров зо 14-16, аналогичньш сигнал формируется при обратном направлении чередования фаз (вькод -г ) . Сигналы с выходов и г дешифратора 17 поступают на входы элемента И-НЕ 26, вьшолняющего функции схемы ИЛИ для сигналов низкого уровня, и при прямом или при обратном направлении чередования фаз формируют на его выходе постоянный сигнал высокого уровня, который разрешает про- Q хождение через элемент И-НЕ 25 им-, пульсного С1 гнала, снимаемого с выхода элемента НЕ 23, на нулевой устано- воч) нход триггера 27. Таким образом, при отсутствии обрьгаа фазы или инверсного сигнала триггер 27 все. время удерживается в нулевом состоянии .

Нри наличии обрьша фазы входного сигнала устройства на выходе -соответствующего элемента НЕ 21-23 формируется постоянный сигнал низкого уровня, которьп поступает на вход элемента И-НЕ 24 и формирует на его выходе постоянный сигнал высокого УРО.ВИЯ. В то же время на выходах 2. и q дешифратора 17 формируются сигналы высокого уровня, которые, воздействуя на элемент И-НЕ 26, формируют

5 н

20 и

ч л и

дс к ч

50

55

и

п в м н п

0

5

5

о Q

на его выходе постоянный сигнал низкого уровня, который формирует на выходе элемента И-НЕ 25 постоянный сигнал высокого уровня. Таким обра- зом, на установочных входах триггера 27 присутствуют постоянные сигналы высокого уровня, которые не воздействуют на переключение его состояния, и поэтому триггер 27 находится в пре- дьдущем, т.е. нулевом состоянии.

При появлении на входе устройства инверсного синусоидального сигнала высокие уровни трех выходных импульс5 ных сигналов элементов НЕ 21-23 перекрываются цр времени и на выходе элемента И-НЕ 24 формируются импульсы низкого уровня, которые устанавливают триггер 27 в единичное состояние,

0 и тем самым вносится признак инверс- ности входного сигнала, что позволяет на выходе дешифратора 17 формировать сигнал индикации инверсности конкретной фазы.

Устройство может быть реализовано на типовых микросхемах, например на микросхемах серии 133 или 155. Использование микросхем и отсутствие реактивных элементов обеспечивают высокую надежность работы устройства и его быстродействие.

Использование устройства для защиты трехфазной нагрузки от нарушения чередования фаз и обрыва фазы позволяет получить индикацию неисправности в трехфазной сети, опасной для потребителя электрической энергии, или соответствующие команды на автоматическое устройство, управляющее устранением возникшей неисправности. Автоматический режим работы и его быстродействие обеспечивают возможность надежной зашиты электрической нагрузки от любых нарушений чередовас кия фаз или обрыва любой фазы и инди-, кацип любой неисправности. В устройстве при данной йеисправности получают информацию о виде неисправности Обрыв фазы А при обратном чередова50

НИИ фаз и команду, которая может быть использована для срабатьшания исполнительного блока.

Таким образом, при применении предлагаемого устройства обеспечивается защита электроустановки, кроме того, сформированные команды можно использовать для устранения неисправности, например выполнить коман7

цы Переключить фачу и Включить защиту фазы А.

Использование устройства для контроля полярности включения обмоток источника трехфазного напряжения (опрокидывание фазы) позволяет не только индицировать неисправность, но и диагностировать причину неисправности ввиду изменения полярности включения обмоток ее источников (генератор, трансформатор и т.д.), что не обеспечивается известными устройствами.

Экономическая эффективность определяется сокращением затрат времени на выявление всех возможных аварийны причин в трехфазной питающей сети.

Формула изобретения

188/.А8

НК, выход второго пд1к. Г:патор 1 С(с- динен с пторыми входами первого и пятого элементов И-Hi , третьего одновибратора соединен с вгэр i- ми входами четвертого и второго элементов И-НЕ, выходы пертюгр, четвертого, шестого элементов I -HR соегц;- нены с единичными устано очкьми ьхоJO дами соответственно nejinoro, второго и третьего триггеров, а выходы третьего, пятого, второго злемс)тов И-НЕ соелинекы с нудевы т устаноноч- ньми входами первого, второго и трг.г тьего триггеров, выходы которых соединены с первым, вторым н третьим входами двоичного дешифратора, пбф- вый и восьмой В1 1ходы которого соединены с четвертым и пятым входами бло20 ка контроля инверсии фазы, выход которого соед11нен с четвертью входом дешифратора, выходы которого являются выходами ycTpoiicTBa, при ттом ггер- вый и третий элементы 1} f .E с

25 триггером обратуют фуикг,;-.опал,нттй блок контроля и чрре оиания первой и второй фяо сети, четвертый и пятьш элсмен : ы с вторым гр;.; - гером образуют идгь-т :ч-. бток KI.MITon роля для iiTopoii и третьей фаз сети, а шестой и BTopoii элекепты И-НЕ с третьим триггером o6pa;iy oT и.дпчтг.ч-- ный блок контроля для третьей и первой фаз сети.

35

50

55

1 О

Отсутствие обрыва фазы при обратном направлении чередования фаз

Обрыв фазы

А При обратном направлении чередования фаз

В При обратном направлении чередования фаз

V

А 5 с

шооа

ллллл.

«

г

V.

1В

.5

Vuz.