Устройство для защиты от короткого замыкания однофазной линии переменного тока с преобладающей активной составляющей сопротивления Советский патент 1989 года по МПК H02H3/38 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от короткого замыкания однофазной линии переменного тока с преобладающей активной составляющей сопротивления, например кабельной.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования устройства путем увеличения чувствительности и селективности при изменении угла включения фазового регулирования нагрузки линии.

На фиг. 1 показана блок-схема; ца фиг. 2-5 временные диаграммы,поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 тока, датчик 2 напряжения, первый 3, второй 4 и третий 5 пороговые элементы соответственно элемент НЕ 6, ключ 7, диод 8, конденсатор 9, резистор 10, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, И 12, а также блок 13 отключения.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные мгновенным значениям тока i и напряжения U защищаемой сети, снимаются с выходов соответствующих датчиков 1 и 2 и подаются на входы v пороговых элементов 3 и 5 соответственно, которые в данном случае выполняют функции нуль-органов. С выхода порогового элемента 3 снимаются прямоуголь- ные импульсы U1 (фиг.2 - 5), длительность которых совпадает с длительностью полуволны тока защищаемой сети. Снимаемые с порогового элеЈъ 1

U 1

00

мента 5 прямоугольные импульсы иг имеют длительность, равную продолжительности фазного напряжения 1)ф сети той ке полярности, что и полуволна тока сети. Импульсы U2 инвертируются в элементе НЕ 6. Таким образом, с выхода элемента TJ б снимаются прямоугольные импульсы U3,передний фронт которых совпадает с моментом окончания полуволны синусоиды напряжения сети, полярность которой совпадает с полярностью полуволны измеряемого тока. Сигнал, пропорциональный величине тока сети, через диод 8 заряжает конденсатор 9. Потенциал этого конденсатора U4 пропорционален величине измеренного тока i. В момент времени t7, соответствующий окончанию полуволны синусоиды напряжения контролируемой фазы U, полярность которой совпадает с полярностью полуволны измеряемого тока, импульсом U} открывается ключевой элемент 7, и конденсатор 9 начинает разряжаться на резистор 10, В течение времени разряда (t,-t3) с выхода порогового элемента 4 снимается прямоугольный импульс Uj. Постоянная времени цепи разряда- конденсатора 9 зависит от параметров конденсатора 9, резистора 10, ключа 7 и входного сопротивления порогового элемента 4. Элементы 4,7, 9 и 10 схемы преобразуют амплитуду измеряемого тока i ф в длительность импульса U5, (). Далее сравнивают продолжительность участков (ta-t3) и (t4-t4) посредством логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 и И 12 (момент времени t соответствует окончанию полуволны синусоиды измеряемого тока i ф, полярность которой совпадает с полярностью напряжения Uф контролируемой фазы).

На один из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 подают сигнал U1 с выхода элемента 3, а на второй вход - сигнал U5 с выхода элемента 4. На выходе элемента I1 будет иметь место логическая единица U6 в случае,если на одном из его входов будет нуль а на другом - единица. Это будет иметь место в случае, если существу- ет сигнал Ut и отсутствует сигнал U, а также,., если отсутствует сигнал U, и существует сигнал Ue.Последнее соответствует аварийной ситуации, когда продолжительность (t4-t3)

больше, чем (t4-t4). Импульс подтверждения U5 подается на один из входов логического элемента И 12 и

при наличии на другом его входе единичного импульса U4 с выхода элемента 12 снимается логическая единица U , которая будет воздействовать на блок 13 отключения сети.

0 В нормальном режиме работы сети при отсуствии коротких замыканий, как при фазовом регулировании величины выходного напряжения (фиг.4), так и без такого регулирования

5 (фиг.2), продолжительность (t4-t3) импульса -Uj, пропорциональная величина амплитуды фазового тока, меньше времени (t,-t4) между моментами окончания полуволн одинаковой

0 полярности напряжения и тока сети. Поэтому защитного отключения электроустановки не произойдет.

В случае возникновения короткого замыкания при отсутствии фазового

5 регулирования напряжения сети будет иметь место следующее соотношение токов (фиг„3). Рабочий ток асинхронного электродвигателя i ЛА существенно отстает от напряжения сети.

0 Ток короткого замыкания i К5 совпадает по фазе с напряжением сети.065

0

5

0

5

1ф 1 АД+ 1ЦЗ

отстащий ток сети ет от напряжения на существенно меньший угол, чем при отсутствии короткого замыкания. Поэтому угол сдвига фаз (время ()) уменьшается. Амплитуда тока 1ф будет увеличена по сравнению с током 1дд. Поэтому длительность импульса Uy превысит длительность промежутка времени (), в результате чего будет сформирован сигнал U7 на защитное отключение электроустановки.

При фазовом регулировании напряжения в сети, содержащей индуктивную нагрузку (асинхронный электродвигатель), длительность интервала времени (t4-t4) между окончаниями полуволн напряжения и тока сети одной полярности находится в зависимости от величины рабочего тока сети. При отсутствии коротких замыканий длительность (t1-t3) сигнала U5, пропорционального величине тока i $ сети, будет меньше интервала времени (tt- t4), и срабатывания защиты не произойдет (фиг.4). При возникновении короткого замыкания, как и в

случае отсутствия фазового регулирования, интервал времени (t7-t4) уменьшается, а величина общего тока сети 1ф и интервала времени (tz-t3) (длительность импульса Uj) увеличивается (фиг.5).В результате будет сформирован сигнал U7 на защитное отключение сети.

Таким образом, осуществляется функционирование зашиты как при токах КЗ меньших тока нагрузки, так и при фазовом регулировании напряжения, что и обеспечивает достижение поставленной цели,

Формула изобретения

Устройство для зашиты от короткого замыкания однофазной линии пе

о т л и ч а

6

ГС Щ

е е с я тем,

что, с целью повышения надежности Функционирования путем увеличения чувствительности и селективности при изменении угла включения фазового регулирования нагрузки линии, дополнительно введены третий пороговый блок, элемент ИСКШОЧАЩЕЕ ИЛИ, элемент НЕ, ключ, диод, конденсатор и резистор, при этом второй выход датчика тока через диод подключен к объединенным друг с другом второму входу первого порогового блока, пер5 вому полюсу конденсатора и первому полюсу ключа, второй выход датчика напряжения подключен к первому входу третьего порогового блока, выход которого через элемент НЕ подключен к

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от короткого замыкания однофазной линии переменного тока с преобладающей активной составляющей сопротивления, например, кабелей. Цель изобретения - повышение надежности функционирования устройства путем увеличения чувствительности и селективности при изменении угла фазового регулирования. С этой целью в устройство введен третий пороговый блок, логические элементы, а также управляемый ими RC - контур. В результате взаимодействия этих блоков и элементов о факте коротко замыкания судят по соотношению сигнала, пропорционального амплитуде тока сети, и сигнала, пропорционального интервалу времени между полуволнами одинаковой полярности тока и напряжения, т.е. их фазе. 5 ил.

ременного тока с преобладающей актив- 2о управляющему входу ключа, второй поной составляющей сопротивления, содержащее датчики тока и напряжения, предназначенные для подключения к защищаемой линии, первый и второй пороговые блоки, элемент И, выход 25 которого подключен к управляющему входу блока отключения, вьгход второго порогового блока подключен к первому входу элемента И, а первый выход датчика тока объединен с первы- 30 ми входами первого и второго пороговых блоков и первым выходом датчика напряжения и подключен к нулевой шилюс ключа объединен с первым полюсом резистора и подключен к второму входу второго порогового блока, второй полюс резистора объединен с вторым полюсом конденсатора и вторым входом третьего порогового блока и подключен к нулевой шине, выход первого порогового блока подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединен с выходом второго порогового блока.

управляющему входу ключа, второй полюс ключа объединен с первым полюсом резистора и подключен к второму входу второго порогового блока, второй полюс резистора объединен с вторым полюсом конденсатора и вторым входом третьего порогового блока и подключен к нулевой шине, выход первого порогового блока подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединен с выходом второго порогового блока.

Фаг.1

Фиг 2

uf,ir

Фиг Л

uf, /,

Its HaS

Фиг З

Фиг S