Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током Советский патент 1990 года по МПК H02H3/08 H02H5/04 

СП

Јъ

Изобретение относится к релейной защите электроустановок. Цель изобретения - повышение точности функционирования и быстродействия защиты путем моделирования совместного действия процессов адиабатического нагрева электроустановки током нагрузки и ее свободного охлаждения - достигается тем, что значение моделируемой устройством температуры хранятся в регистре памяти. Нагрев электроустановки моделируется накоплением за равные промежутки времени в регистре памяти суммы слагаемых, числовые значения которых пропорциональны квадрату значений входного тока. Охлаждению электроустановки соответствует многократное уменьшение за равные промежутки времени внутри каждого цикла преобразования аналого-цифрового преобразователя содержимого регистра памяти на величины, отношение которых между собой постоянно. В зависимости от режима работы электроустановки автоматически выбирается одно из двух заданных значений постоянной времени ее охлаждения. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к ус-тройствам релейной защиты, которые контролируют ток нагрузки защищаемой электроустановки, моделируют процессы ее нагрева и охлаждения и воздействуют на отключение с выдержкой времени, зависящей от интенсивности этих процессов, в случае, когда перегрев превышает допустимый.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит преобразователь 1 входного тока в напряжение, подключенные к его выходу нуль-орган 2 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 3, цифровой квадратор 4, входы которого подключены к информационным выходам АЦП 3, мультиплексор 5, сумматор 6, регистр 7 памяти, сдви- гатель 8, цифровой компаратор 9, эа- датчик 10 уставки, исполнительный орган 11, причем выходы сдвигателя 8 и цифрового квадратора 4 через мультиплексор 5 подключены к входам первого слагаемого сумматора 6, выходы

регистра 7 памяти подключены к входам второго слагаемого сумматора 6 и к входам сдвигателя 8, выходы суммато мационным вхора 6 подключены к инфо дам регистра 7 памяти и к первым входам цифрового компаратора 9, вторые входы которого подключены к за- датчику 10 уставки, а выход цифрового компаратора 9 - к входу исполнитель- лого органа 11, выход которого является выходом устройства в целом, а также задатчик 12 постоянной времени охлаждения, коммутатор 13„ счетный таймер 14 и формирователь 15 сигнала начальной установки, причем выход нуль-органа 2 подключен к управляющему входу коммутаторгг 13„ а выходы задатчика 12 постоянной времени охлаждения через коммутатор 13 под- ключены к соответствующим входам счетного таймера 14, первый выход которого подключен к входу 7.1 Запись регистра 7 памяти, второй выход - к тактовому входу 3„2 АЦП 3, третий выход - к входу 3.1 запуска АЦП 3, а выход 3.3 Конец преобразования АЦП 3 подключен к управляющему входу мультиплексора 5, выход формирователя 15 сигнала начальной установки подключен к входу 14.1 запуска счетного таймера 14 и к входу 7.2 установки нулей регистра 7 памяти.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания устройства формирователь 15 сигнала начальной установки вырабатывает импульс, поступающий на вход 14.1 запуска счетного таймера 14 и на вход 7.2 уста- новки нулей регистра 7 памяти. При этом происходит очистка содержимого регистра 7 памяти и запускается счетный таймер 14, например типа ХР 2240. Так как вход сброса счетного тайме- ра 14 соединен с общей шиной схемы, он, начиная с момента запуска, непрерывно работает с автоклебательном режиме, и его задающий генератор генерирует колебания с периодом

(1)

Регулировка параметров ре-зисто- ра R и конденсатора С эадатчика 12 постоянной времени охлаждения позволяет выполнить условие

,(2)

где Г- постоянная времени охлаждения защищаемого объекта;

а - коэффициент пропорциональности.

На выходах счетного таймера 14 формируются последовательности импульсов с периодами следования от 2Т до 2 Т (,3,...,1), используемые для синхронизации АЦП 3 и регистра 7 патяти. Значение числа 1 определяется конструкцией счетного таймера 14.

В устройстве моделируется изменение температуры защищаемой электроустановки как результат совместного действия двух процессов: ее адиабатического нагрева током нагрузки I и свободного охлаждения под действием окружающей среды. Адиабатический нагрев моделируется накоплением суммы в регистре 7 памяти, возрастающей после окончания каждого цикла преобразования входного сигнала АЦП 3, реализованного,например, на базе микросхемы типа 572 ПВ1. Преобразователь 1 преобразует ток нагрузки I защищаемой электроустановки в однопо лярное сглаженное напряжение U, пропорциональное току I:

,

О)

где b - коэффициент пропорциональности.

Это напряжение поступает на информационный вход АЦП 3, Запуск АЦП 3 осуществляется подачей на его управляющий вход 3„1 выходных импульсов счетного таймера 14 с периодом, равным времени полного цикла преобразования информации устройством. На вхо 3.2 АШ1 3 с выхода счетного таймера 14 подается последовательность тактовых импульсов. На информационных выходах АЦП 3 по окончании каждого 1-го цикла преобразования появляется в виде двоичного кода результат п АЦП напряжения И., а значит, то ка т. :

п,с-1, ,(4)

где с - коэффициент пропорциональности.

При этом на выходах цифрового квадратора 4 в виде цифрового слова формируется число

.

(5)

Сигнал окончания преобразования АЦП 3 с его выхода 3.3 поступает на управляющий вход мультиплексора 5, используемого в качестве логического

51541

переключателя. При этом информационные входы сумматора через мультиплексор рового квадратора 4

6 подключаются 5 к выходам циф- , В сумматоре 6

происходит сложение числа А с числом S;.,, , хранящимся в данный момен в регистре 7 памяти.

Свободное охлаждение электроустановки моделируется многократным уменьшением содержимого регистра 7 памяти g раз за время формирования выходного сигнала А1Щ 3. Таким образом, каждый полный цикл преобразования информации в устройстве складывается из g последовательных циклов уменьшения содержимого регистра 7 памяти и однократного суммирования выходного сигнала цифрового квадратора 4 с содержимым регистра 7 памяти.

От счетного таймера 14 на вход 7.1 регистра 7 памяти поступают управляющие импульсы с частотой, вдвое превышающей тактовую частоту АЦП 3. Внутри х-го цикла работы устройства по окончании каждого, например j-ro, цикла записи на выходах регистра 7 памяти хранится число в виде двоичного кода. Этот код одновременно подается на входы 8 сдвигателя, реализованного, например, на микросхемах типа I55 КП7 и на вторые вход сумматора 6. Сдвигатель 8 осуществляет сдвиг входной информации на m разрядов вправо (,2,1,4), тем самым преобразуя число Я , - к виду

R

R

J

(6)

1-1, j 2m и за счет использова шя инвертирующих выходов составляющих его мультиплексоров формирует обратный код S }., этого числа, причем для сохранения точности разрядность сдвигателя 8 должна быть на m больше разрядности регистра 7 памяти„ С выходов сдвигателя 8 информация поступает через мультиплексор 5 на первые входы сумматора 6. Последний осуществляет сложение поступающих на его входы чисел в обратном коде с циклическим переносом из старшего разряда в младший. На выходах сумматора 6 образуется двоичная сумма

SHi s i Uj+lBSi-i.j-si-i,i|m),(7)

Si-1fj (1016

которая с приходом очередного управляющего импульса записи записывается в регистр 7 памяти. Таким образом, в регистре 7 памяти образуется последовательность чисел, за равные промежутки времени уменьшающихся в

I

раз, что дает ступенчатую

(I2

аппроксимацию экспоненциально убывающей функции изменения температуры электроустановки во времени.

Так как после включения устройства регистр 7 памяти обнуляется, по окончании первого цикла работы устройства п сумматоре 6 получаем число

I

.

0

5

После второго и третьего циклов с учетом формулы (6) получаем соответственно

SL. .

2 i Ч

.,- Ј

ч1S3 A3+A At- 2м

:11-J

9

Z

ЈУ.

По

; ,., окончании 1-го цикла работы

0

5

0

5

0

5

устройства в сумматоре 6 формируется число

S,-XArI I iЈL (8)

CI (Ы1 0) /Уменьшаемое правей части выражения (8) представляет собой температуру адиабатического нагрева электроустановки. Действительно,с учетом (4) и (5)

ХАГ-2. -L ., (9) С (И Т С,} где Т - время цикла преобразования

АЦП 3.

При увеличении тактовой частоты сумма, входящая в правую часть выражения (9), приближается к интегралу, т.е. г

lira Z. Sl7dt, (10) 01 о

где t - время работы АЦП 3 за i циклов преобразования.

Вычитаемое правой части выражения (8) представляет собой температуру, на которую электроустановка охлаждается под действием окружающей среды за i циклов работы устройства.

Полученное в соответствии с выражением (8) в сумматоре 6 число поступает на первые входы цифрового Компаратора 9 и сравнивается с его уставкой К, поданной с выходов задатчика 10 уставки на вторые входы цифрового

-715

Компаратора 90 Задатчик 10 уставки Может быть выполнен в виде набора пег ремычек или тумблеров, с помощью которых отдельные разряды его выхода подключаются к соответствующему логическому уровню напряжения О или 1 При выполнении условия

V/к(и)

{цифровой компаратор 9 выдает управ- {ляющий сигнал на исполнительный орган 11, действующий на отключение защищаемого объекта. После отключения электроустановки срабатывает нуль-орган 2 и выдает на управляющий вход коммутатора 13 сигнал, под действием которого через коммутатор 13 к входам времязадающей цепи счетного таймера 14 подключаются резистор и конденсатор с параметрами, соответствующими постоянной времени охлаждения отключенной электроустановки без принудительной вентиляции. На выходах цифрового квадратора 4 получается число, равное нулю, и устройство вплоть до последующего включения электроустановки моделирует только ее свободное охлаждение. После включения электроустановки нуль-орган 2 снимает управляющий сигнал с коммутатора 13, и к входам времязадающей цепи счетного таймера 14 через коммутатор 13 подключается резистор и конде,нсатор за- датчика постоянной времени охлаждения, соответствующие рабочему режиму электроустановки с принудительной вентиляцией. При работе электроустановки в режиме частых пусков и остановок накопление суммы в регистре 7 памяти после пуска начинается не с нуля, а со значения температуры электроустановки в момент ее очередного включения.

Предлагаемое устройство обладает большей по сравнению с известным точностью действия за счет раздельного моделирования адиабатического нагрева и свободного охлаждения защищаемой электроустановки с различными в зависимости от режима работы значениями постоянной времени, а также за счет введения синхронизации работы АЦП 3 и регистра 7 памяти.

По сравнению с известным предлагаемое устройство имеет меньшее время срабатывания на величину задержки при записи информации из сумматора 6 в регистр 7 памяти. Повышение точнос1701

0

5

0

5

0

5

0

5

ти и быстродействия защиты позволяет снизить ущерб от аварий и неполного использования перегрузочной способности защищаемой электроустановки.

Формула изоб ретения Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током, содержащее преобразователь тока в напряжение, аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр памяти, цифровой компаратор, задатчик уставки, исполнительный орган, формирователь сигнала начальной установки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в устройство дополнительно введены цифровой квадратор, мультиплексор, сдвигатель, нуль-орган, задатчик постоянной времени охлаждения, коммутатор и счетный таймер, при этой выход преобразователя тока в напряжение подключен к входу нуль-органа и к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к входам цифрового квадратора, выходы цифрового квадратора и сдвигатепя через мультиплексор подключены к входам первого слагаемого сумматора, выходы регистра памяти подключены к входам второго слагаемого сумматора и к входам сдвига- теля, выходы сумматора подключены к информационным входам регистра памяти и к первым входам цифрового компаратора, вторые входы которого подключены к выходам задатчика уставки, а выход цифрового компаратора - к входу исполнительного органа, выход нуль- органа подключен к управляющему входу коммутатора, а выходы задатчика постоянного времени охлаждения - через коммутатор подключены к соответствующим входам счетного таймера, первый выход которого подключен к управляющему входу записи регистра памяти, второй выход - к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, третий выход - к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания преобразования аналого-цифрового преобразователя подключен к управляющему входу мультиплексора, выход формирователя сигнала начальной установки подключен к входу запуска счетного таймера, и входу установки нулей регистра памяти.