Устройство для защиты потребителей переменного тока от перегрузок и коротких замыканий Советский патент 1990 года по МПК H02H7/85 H02H7/08 H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты однофазных и трехфазных потребителей электроэнергии, в частности электродвигателей, от перегрузок и коротких замыканий.

Цель изобретения - повышение надежности путем расширения диапазона установки времени задержки срабатывания, независимой от уровня срабатывания защиты, и расширение области при-- менения.

На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - зависимость времени задержки срабатывания защиты от увеличения тока в цепи питания потребителя переменного тока.

Устройство включает первый 1, второй 2 трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены в контролируемые цепи питания, первый 3, второй 4 нагрузочные резисторы, подсоединенные параллельно вторичным обмоткам первого 1 ,второго 2 транвформато- ров тока, выпрямитель 5, начала вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2 тока соединены с входами выпрямителя 5, плюсовой выход выпрямителя 5 через параллельно включенные сглаживающий конденсатор 6, первый 7, второй 8 переменные резисторы соединен с концами вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2 тока и минусовой клеммой питания, операционный усилитель 9, первый пороговый орган 10, в качестве которого использован компаратор с открытым коллектором, тиристор 11, стабилитрон 12, выходное реле 13, первый 14, второй 15, третий 16, четпертый 17, пятый 18, шестой 19 резисторы, катод тиристора 11, анод стабилитрона 12, минусовые выводы питания операционного усилителя 9 и первого порогового органа 10 соединены с минусовой клеммой питания, плюсовые выводы питания

(Л

ел

00 Ј О

СО

31

операционного усилителя 9 и первого порогового органа 10, первые выводы пятого 18, шестого 19 резисторов и первый вывод обмотки выходного реле 13 соединены с плюсовой клеммой питания, второй вывод обмотки выходного реле 13 соединен с анодом тиристора 11, катод стабилитрона 12 соединен с вторым выводом шестого резисто ра 19 и первым выводом первого резистора 14, инвертирующий вход операционного усилителя 9 соединен с первым выводом третьего резистора 16 и через конденсатор 20 с выходом опера ционного усилителя 9 и первым выводом четвертого резистора 17, неинвертирующий вход операционного усилителя 9 соединен с первым выводом второго резистора 15, выход первого порогового органа 10 соединен с вторым выводом пятого резистора 18 и управляющим электродом тиристора 11, третий переменный резистор 21, второй пороговый срган 22, выполненный на компараторе с открытым коллектором, седьмой резистор 23, первый вывод которого соединен с минусовой клеммой питания, а второй вывод соединен с неинвертирующим входом второго порогового органа 22 и первым выводом третьего переменного резистора 21, инвертирующий вход второго пороговог органа 22 соединен с подвижным контактом первого переменного резистора 7, выход второго порогового органа соединен с вторым выводом второго резистора 15, первый вывод второго резистора 15 соединен с вторым выводом первого резистора 14, вторые выводы четвертого резистора 17 и третьего переменного резистора 21 соединены с катодом стабилитрона 12, подвижный контакт третьего переменного резистора 21 соединен с вторым выводом третьего резистора 16, неинвертирующий вход первого порогового органа 10 соединен с подвижным контактом второго переменного резистора 8, а инвертирующий вход - с выходом операционного усилителя 9, плюсовый и минусовый выводы питания второго порогового органа 22 соединены соответственно с плюсовой и минусовой клеммами питания.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения на клеммы питания устройства защиты (фиг. 1)

0

5

6

Q 5

0

5

0

5

0

5

134

на стабилитроне J2 появляется стабильное напряжение, часть которого с делителя напряжения, образованного третьим переменным резистором 21 и седьмым резистором 23, подается в качестве опорного напряжения на неинвертирующий вход второго компаратора 22. Одновременно часть стабильного . напряжения, снимаемая с подвижного контакта третьего переменного резистора 21, подается через третий резистор 16 на инвертирующий вход операционного усилителя 9.

Напряжение на инвертирующем входе второго компаратора 22 в исходном состоянии, когда напряжение питания на потребитель переменного тока не подано, отсутствует, поэтому второй компаратор 22 находится в состоянии, соотвутствующем максимальному напряжению на его выходе, равному напряжению на стабилитроне 12. Это же напряжение подается и на неинвертирующий вход операционного усилителя 9. Разность напряжений на входах операционного усилителя 9, когда напряжение на его неинвертирующем входе больше напряжения на его инвертирующем входе, обеспечивает на выходе операционного усилителя 9 последовательно, на инвертирующем входе первого компаратора 10 напряжение, равное напряжению на стабилитроне 12. При этом, так как напряжение питания на потребитель переменного тока не подано и на неинвертирующем входе первого компаратора 10 напряжение отсутствует, первый компаратор находится в состоянии, соответствующем минимальному напряжению на его выходе, что определяет закрытое состояние тиристора 11.

При подаче на потребитель переменного тока напряжения питающей сети на нагрузочных резисторах 3 и 4 создаются падения напряжений, пропорциональные токам первичных обмоток трансформаторов 1 и 2 тока. Выпрямленное с помощью выпрямителя 5 напряжение заряжает сглаживающий конденсатор 6 практически до амплитудного (за счет малого потребления) значения напряжений на нагрузочных резисторах 3 и 4. Часть этого напряжения поступает с подвижного контакта первого переменного резистора 7 на инвертирующий вход второго компаратора 22.

При возникновении однофазной, двух- фазной или трехфазной аварийной пере51

грузкч, при которой напряжение на инвертирующем входе второго компаратора 22 достигнет уровня опорного напряжения на его неинвертирующем входе, второй компаратор 22 переходит в состояние, соответствующее минимальному напряжению на его выходе, что вызывает снижение напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя 9 до уровня, определяемого коэффициентом деления делителя напряжения, образованного первым 14 и вторым 15 резисторами, причем этот уровень напряжения становится ниже уровня напряжения, снимаемого с подвижного контакта третьего переменного резистора 21. Б результате этого напряжение на выходе операционного усилителя 9 начинает медленно за счет глубокой отрицательной обратной связи, образованной времязадающим конденсатором 20 и третьим резистором 16, снижаться по линейному закону. Скорость снижения напряжения на выходе операционного усилителя 9 определяется параметрами времязадаю- щего конденсатора 20, третьего резистора 16 и разностью напряжений, снимаемых с подвижного контакта тре- тьего переменного резистора 21, а также с делителя напряжения, образованного первым 14 и вторым 15 резисторами. В тот момент времени, когда напряжение на выходе операционного усилителя 9 и, следовательно, напряжение на инвертирующем входе первого компаратора 10 снизится до уровня напряжения на неинвертирующем входе первого компаратора 10, первый ком- паратор 10 переходит в состояние, соответствующее максимальному напряжению на его выходе, при этом через пятый резистор 18 потечет ток в цепь управляющего электрода тиристора 11, который открывается и включает выходное реле 13, что соответствует срабатыванию устройства для защиты. Уровень напряжения срабатывания первого компаратора 10 определяется напряжением на его неинвертирующем входе, которое снимается с подвижно- го контакта второго переменного ре- зистора 8 и пропорционально току перегрузки защищаемого потребителя пе- ременного тока. Чем больше ток перегрузки, тем выше уровень напряжения на неинвертирующем.входе первого компаратора 10 и тем быстрее напряжение

136

на выходе операционного усилителя 9 при своем сн жении достигнет этого уровня, т.е. ем меньше время задержки срабатывания устройства защиты.

При возникновении тока перегрузки, при котором уровень напряжения на неинвертирующем входе первого компаратора 10 становится равным или превышает исходный (до своего снижения) уровень напряжения на выходе . операционного усилителя 9, устройство для защиты срабатывает без выдержки времени, поэтому подвижный контакт второго переменного резистора 8 устанавливается в положение,, при котором срабатывание устройства для защиты без выдержки времени происходит при токах перегрузки, превышающих ток включения защищаемой нагрузки.

Точка С (фиг. 2) на оси тока защищаемой нагрузки соответствует току перегрузки, вызывающему срабатывание устройства защиты без выдержки времени. Положение точки С на оси тока защищаемой нагрузки определяется положением подвижного контакта второго переменного резистора 8 и может оперативно устанавливаться в зависимости от максимально допустимого значения тока защищаемой нагрузки или питающей ее сети переменного тока.

Точка В характеризует уровень срабатывания устройства защиты и соответствует минимальному току перегрузки, при котором происходит срабатывание защиты. Положение точки В на оси тока защищаемой нагрузки определяется положением подвижного контакта первого переменного резистора 7.

Точка А характеризует время задержки срабатывания устройства защиты при минимальном токе перегрузки. Положение точки Л на оси времени задержки срабатывания зависит от крутизны участка характеристики, соответствующего срабатыванию защиты с выдержкой времени. Крутизна этого участка определяется скоростью снижения напряжения на выходе операционного усилителя 9, которая зависит от положения подвижного контакта третьего переменного резистора 21.

Использование изобретения позволяет создать устройство для защиты с широким диапазоном установки времени задержки срабатывания, которая не з.а- висит от установленного уровня срабатывания и не влияет на него. Это поз-.

воляет использовать одно и то же устройство для защиты потребителей пере- MeifHoro тока, имеющих различные нагрузочные характеристики, т.е. расширить область применения.

Ффрмула изобретения

,Устройство для защиты потребителей переменного тока от перегрузок и ко- робких замыканий, содержащее первый, втррой трансформаторы тока, первичные обмотки которых имеют клеммы для включения в контролируемые цепи питания, первый, второй нагрузочные ре- зисторы, подсоединенные параллельно вторичным обмоткам указанных трансформаторов тока, выпрямитель, начала вторичных обмоток трансформаторов соединены с входами выпрямителя, плюсовой выход выпрямителя через па- ра|шельно включенные сглаживающий конденсатор, первый и второй переменные резисторы соединены с концами вторичных обмоток трансформаторов то ка и минусовой клеммой питания, операционный усилитель, первый пороговый орган на компараторе с открытым коллектором, тиристор, стабилитрон, выходное реле, первый - шестой резисто- рЫ, минусовые выводы питания опера- ццонного усилителя и первого порого- sqro органа соединены с минусовой клеммой питания, плюсовые выводы пи- тйния операционного усилителя и пер- вого порогового органа, первые выводы пятого и шестого резисторов и первый вывод обмотки выходного реле соединены с плюсовой клеммой питания, второй вь)щод обмотки выходного реле соеди- нфн с анодом тиристора, катод стабилитрона соединен с вторым выводом шестого резистора и первым выводом первого резистора, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с первым выводом третьего резистора и через конденсатор с выходом операци

,-

5 0 5 0 5

0

5

онного усилителя и первым выводом четвертого резистора, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с первым выводом второго резистора, выход первого порогового органа соединен с вторым выводом пятого резистора и управляющим электродом тиристора, катод тиристора и анод стабилитрона соединены с минусовой клеммой питания, третий переменный резистор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем расширения диапазона установки времени задержки срабатывания, независимой от уровня срабатывания защиты, и расширения области применения, в него дополнительно введены второй пороговый орган на компараторе с открытым коллектором и седьмой резистор, первый вывод которого соединен с минусовой клеммой питания, а второй вывод соединен с неинвертирующим входом второго порогового органа и с первым выводом третьего переменного резистора, инвертирующий вход второго порогового органа соединен с подвижным контактом первого переменного резистора, выход второго порогового органа соединен с вторым выводом второго резистора, первый вывод второго резистора соединен с вторым выводом первого резистора, вторые выводы четвертого резистора и третьего переменного резистора соединены с катодом стабилитрона, подвижный контакт третьего переменного резистора соединен с вторым выводом третьего резистора, неинвертирующий вход первого порогового органа соединен с подвижным контактом второго переменного резистора, а инвертирующий вход соединен с выходом операционного усилителя, плюсовый и минусовый выводы питания второго порогового органа соединены соответственно с плюсовой и минусовой клеммами питания.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в релейной защите. Цель изобретения - повышение надежности путем расширения диапазона установки времени задержки срабатывания, не зависимой от уровня срабатывания защиты, и расширение области применения - достигается дополнительным введением в состав устройства защиты второго порогового устройства, седьмого резистора. Это позволяет унифицировать устройство защиты для большого типономинала потребителей независимо от их параметров. 2 ил.

/(нагрузке.

t за дер

А -

И.Шулла

ном y/fon.g/f/

Фиг.г

Составитель К.Шилан Техред М.Дидык

Фиг.1

Корректор Л.Бескид