Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02H3/08 

СП

ю

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса. Цель достигается путем обеспечения более высокой степени симметрии работы трансформаторов тока за счет исключения влияния динамического сопротивления входных цепей силовых ключевых элементов в разные полупериоды и от образца к образцу, что приводит к существенному снижению величины токовой погрешности трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами с прямоугольной петлей гистерезиса в рабочей зоне первичных токов. 2 ил.

оь

tN9

обеспечения более высокой степени симметрии работы трасформаторов тока за счет исключения влияния динамического сопротивления входных цепей силовых ключевых элементов в разные полупериоды и от образца к образцу, что

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты.

Цель изобретения - повьппение чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий, при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса. ,

На фиг.I представлена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг.2 - схема силового ключевого элемента; на фиг.З - схема включения излучателей оптронных тиристоров силовых ключевых элементов.

Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока содержит трансформаторы тока по числу фаз сети, к началам вторичных обмоток которых подключены первые выводы измерительных резисторов 2, вто- рые выводы которых объединены. Концы вторичных обмоток трансформаторов 1 тока подключены к входам силового выпрямителя 3, к выходам которого через разделительные диода 4, каждый из ко- торых включен согласно с соответствующей группой силового вьтрямителя 3, подсоединены накопительные конденсаторы 5. Первая обкладка одного накопительного конденсатора 5 подключе- на к катоду тиристора 6, анод которого через обмотку 7 электромеханического исполнительного органа соединен с первой обкладкой второго накопительного конденсатора 5. Вторые обкладки конденсаторов 5 соединены между собой и подключены к общей точке схемы - объединенным вторым выводам измерительных резисторов 2, первые выводы которых, подключенные к началу вторичных обмоток трансформаторов 1 тока, подключены также к трем входам органа 8 контроля тока, четвертый вход которого подключен к общей точприводит к существенному снижению величины токовой погрешности трансформаторов тока с тороидальными мапшто- проводами с прямоугольной петлей гистерезиса в рабочей зоне первичных токов. 3 ил.

0

5

О Q С

0

5

не схемы, пятый вход органа 8 контроля тока подсоединен к катоду тиристора 6, управляющий электрод которого подключен к первому выходу органа 8 контроля тока, второй выход которого соединен с первой обкладкой второго накопительного конденсатора 5. К концам вторичных обмоток трансформаторов 1 тока подключены силовые ключевые элементы 9 по числу фаз сети, выходы которых включены между соответствующими входами силового выпрямителя- 3 и общей точкой схемы. Силовые ключевые элементы 9 выполнены в виде тиристорных оптронов, содержащих излучатели 10, соединенные последовательно, и фотоприемники 11, включенные попарно встречно-параллельно.

Устройство также содержит блок 12 управления, при этом излучатели 10 подключены между точкой соединения анодной группы силового выпрямителя 3 и анода стабилитрона 13 и коллектором дополнительного транзистора 14. Стабилитрон 13 и дополнительный транзистор 14 образуют пороговый орган блока 12 управления силовыми ключевыми элементами 9. Дополнительный транзистор 14, к коллектору которого подсоединен первый вывод излучателей, подключен базой к катоду стабилитрона 13, а эмиттером - к коллектору транзисторного ключа 15 блока 12 управления. Последовательно со.единен- ные стабилитрон 13 и база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 14 зашунтированы цепочкой из двух последовательно и со-гласно включенных второго диода 16 и первого диода 17, общая точка второго диода 16 и первого диода 17 подключена к общей точке схемы, а анод первого диода 17 - к аноду, стабилитрона 13 и второму выводу излучателей 10 тиристорных оптронов. Катод второго диода 16 подключен к коллектору транзисторного кйюча 15. Транзистор 18, управляющий транзисторным ключом 15, подключен эмиттером к аноду второго диода 16, к которому также подключена общая точка схемы, коллектором через третий резистор 19- к базе траиэисторного ключа 15, базой через второй резистор 20 - к точке соединения катодной грушпл силового тлпрямителя 3 и эмиттера транзисторного ключа 15, а через первый резистор 21 - к точке соединения анодиой .группы силового выпрямителя 3 и первого диода 17.

Третий диод 22 подключен анодом к

точке соединения Э1«1Ттера улравляюце- 15 го элемента 9. Напряжение на измери- го транзистора 18, второго диода 16 тельном резисторе 2, пропорциональное

величине первичного тока фазы, поступает на вход органа 8 контроля тока.

и первого диода 17, а катодом - к точке соединения второго вывода первого резистора 21, первого вьшода второго резистора 20 и базы управляю- 2и грузка, междуфаэное .или однофазное цего транзистора 18. Четвертый резне- короткое заьвлсание, обрыв фазы) подакоторый в аварийной ситуации (перетор 23 подключен первым выводом к точке соединения базы транзисторйого ключа 15 с третьим резистором 19, а вторым выводом - к точке соединения второго вывода второго резистора 20 с эйиттером транзисторного ключа 15. Первый вывод второго резистора 20 соединен с базой управляющего транзистора 18. При этом сопротивления третьего резистора 19 и второго резистора 20 равны неясду собой, а сопротивление первого резистора 21 равно половине величины сопротивления второго резистора 20.

Устройство работает следующим образом .

Так как схема симметрична, то рассмотрим ее работу в один полупериод для одной из фаз. В начале каждого . полупериода вторичного тока происходит подзаряд через силовой выпрямитель 3 и один из разделительных диодов 4 соответствующего накопительного

ет по заданной программе команду на включенне тиристора 6, и оба накотш- тельных конденсатора 5, включенные

25 последовательно, разряжаются на обмотку 7 электромеханического нспол- нительного органа.

Контроль напряжения на калдцом из двух накопительных конденсаторов 5

30 осуществляется с помов(ью стабилитро- . на 23. Вследствне того, что дополнительный транзистор 14 включен по схеме с общей базой, вольтамперные характеристики излучателей 10 не влияют на порог срабатывания блока 12 управления.

В однофазном и трехфазном режимах контроль напряжений на конденсаторах в кажд полупериод первичного тока

д0 выполняется раздельно.

В положительный полупериод стабилитрон 13 подключается к накопительному конденсатору 5 через соответствующий разделительный диод 4, первый

35

конденсатора 5. При этом силовой клю- де диод 17 блока 12 управления, база - чевой элемент 9 закрыт. Как только эмиттерный переход транзистора 14 и

напряжение на накопительном конденсаторе 5 превысит уровень напряжения стабилизации стабилитрона 13, включается дополнительный транзистор 14, включенный по схеме с общей базой, и возбуждаются все излучатели 10 оптронных тиристоров силовых ключевых элементов 9, что приводит к ВКЛЮЧ€ННЮ

одного из пары закрытых оптронных тиристоров, т.е. к включению силового ключевого элемента 9.

Включаясь, силовой ключевой элемент 9 закорачивает вторичную обмот1520620

ку соответствующего трансформатора 1 тока на измерительный резистор 2. При изменении полярности вторичного тока силовой ключевой элемент 9 выключается и описанный процесс повторяется для другого накопительного конденсатора 5, заряженного до напряжения противоположной полярности, и другого из пары закрытых оптронных тиристоров.

Ток протекает по измерительному резистору 2 независимо от коммутационного состояния силового ключевогрузка, междуфаэное .или однофазное короткое заьвлсание, обрыв фазы) пода

который в аварийной ситуации (переет по заданной программе команду на включенне тиристора 6, и оба накотш- тельных конденсатора 5, включенные

25 последовательно, разряжаются на обмотку 7 электромеханического нспол- нительного органа.

Контроль напряжения на калдцом из двух накопительных конденсаторов 5

30 осуществляется с помов(ью стабилитро- на 23. Вследствне того, что дополнительный транзистор 14 включен по схеме с общей базой, вольтамперные характеристики излучателей 10 не влияю на порог срабатывания блока 12 управления.

В однофазном и трехфазном режимах контроль напряжений на конденсаторах в кажд полупериод первичного тока

д0 выполняется раздельно.

В положительный полупериод стабилитрон 13 подключается к накопительному конденсатору 5 через соответствующий разделительный диод 4, первый

35

открытый транзисторный ключ 15,

Насыщенное состояние транзистора 15 обеспечивает управляющий транзис- тор 18, отпираемый током, протекакхцим через второй резистор 20 блока 12 управления, второй диод 16 при этом заперт.

В отрицательный полупериод первичного тока стабилитрон 13 контролирует уровень напряжения на другом накопительном конденсаторе 5, подключаясь X нему через база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 14,

1152

открытый второй диод 16 и соответствующий разделительный диод 4. Первый диод 17 при этом закрыт. Транзисторный ключ 15 тоже закрыт, поскольку за крывается управляюпщй транзистор 18 током смещения, протекающим через третий открытый диод 22 и первый резистор 21 смещения.

Сопротивления третьего резистора 19 и второго резистора 20 равны между собой и в два раза превышают сопротивление первого резистора 21. Такое соотношение должно выполняться для обеспечения правильного функцйо- нирования схемы в двухфазном режиме работы. В этом режиме работы из-за сдвига фаз на 180° подзаряд обоих накопительных конденсаторов 5 происходит одновременно. Контроль напря жения на накопительных конденсаторах 5 в этом режиме обеспечивается с помощью транзисторного ключа 15 блока 12 управления, настроенного на приоритетный контроль напряжения на кон денсаторе, заряжаемом отрицательной полуволной тока. Поскольку коэффициент пульсаций напряжения на накопительных конденсаторах 5 достаточно мал, принятое соотношение сопротив . лений резисторов второго 20 и первого 21 обеспечивает такой приоритет за счет запирания управляющего транзистора 18, что приводит к запиранию транзисторного ключа 15.

При срабатьшании блока 12 управления включаются оба силовых ключе- вых элемента 9 (в обеих фазах), так как все излучатели включены последовательно. Симметрия включения обес- печивается равенством (по абсолютной величине) мгновенных значений токов в двухфазном режиме.

Поэтому как только .включается соответствующий оптронный тиристор си- лового ключевого элемента 9 фазы, где ток имеет отрицательную полярность управляющий транзистор 18 открывается, вызывая отпирание транзисторного ключа 15, а стабилитрон 13 переключается на контроль напряжения на второ накопительном конденсаторе 5, подзаряжаемом положительной полуволной тока.

В предлагаемом устройстве при ис

пользовании тороидальных трансформато ров тока с прямоугольной петлей гистерезиса обеспечивается симметрия нагрузки в оба полупериода. Указанная

п j 0 5 о

.п

дс

50

5

8

симметрия нагрузки достигается за , счет исключения влияния динамических сопротивлений управляющих переходов сштовых ключевых элемеитов, которое иаблюдается при использовании сими- сторов. Динамическое сопротивление управляющего перехода симистора также изменяется от образца к образцу вследствие технологического разброса параметров. Форму.ла изобретения

Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети к иачалам вторичных обмоток которых подключены три входа оргаиа контроля тока и первые выводы измерительных резисторов, вторые вы-, воды которых объединены и подключены к четвертому входу органа контроля тока, первый выход которого подключен к управляющему электроду тиристора, катод которого подключен к пятому входу оргаиа контроля тока и первой обкладке накопительного коидеи- сатора, вторая обкладка которого подключена к общей точке измерительных резисторов, анод тиристора через обмотку электромеханического измерительного органа соединен с вторым В.ЫХОДОМ органа контроля тока и первой обкладкой второго накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к объединеинШ вторым выводам измерительных резисторов, к концам вторичных обмоток трансформаторов тока.подключены входы силового выпрямителя, силовые ключевые элементы по числу Фаз сети, выходы которых включены между соответствующими входами силового выпрямителя и общей точкой измерительных резисторов, блок управления, выполненный в виде трех диодов, транзисторного ключа, управляющего транзистора, четырех резисторов и порогового оргаиа на стабилитроне, при этом первый и второй диоды соединены между собой последовательно, анод первого диода подключен к первому выводу первого резистора, катод второго диода - к коллектору транзисториого ключа, а точка соединения первого и второго диодов подключена к аноду третьего диода катод которого подключен к точке соединения второго вывода -первого резистора, первого вывода Второго ре-,

зистора и базы управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей точке измерительных резисторов, коллектор через третий резистор подключен к первому выводу четвертого резистора и к базе транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с вторыми, выводами второго и четвертого резисторов, причем сопротивления второго и третьего резисторов равны между собой, а сопротивление первого резистора равно половине величины сопротивления второго резистора, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса, в устройство дополнительно введены два разделительных диода.

fuz,z

.

0

5

0

причем через соответствующий разделительный диод, включенный согласно с соответствующей группой силового выпрямителя, каждый накопительный конденсатор подключен к выходу силового выпрямителя, силовые ключевые элементы выполнены в виде тиристорных оптронов, излучатели которых соединены последовательно, фотоприемники попарно встречно-параллельно, в пороговый орган блока управления -дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к катодной группе силового выпрямителя, а коллектор дополнительного транзистора соединен с первым выводом излучателей тиристорных оптронов, база - с катодом стабилитрона, анод которого, анод первого диода и второй вывод излучателей тиристорных оптронов объединены и подключены к анодной группе силового вьтрямителя.

да