Устройство для токовой защиты от повреждения в сети переменного тока Советский патент 1991 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите электроустановок.

Целью изобретения является повыше- ние надежности работы.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит трансформаторы 1 тока, включенные в каждую фазу защища- емой сети. Начала вторичных обмоток трансформатора 1 тока через измерительные резисторы 2 включены в звезду, а концы через вход выпрямителя 3 и блокирующие диоды А подсоединены к последовательно включенным накопительным конденсаторам 5. Параллельно выходу выпрямителя 3 подключена цепь, содержащая тиристор 6 и катушку 7 электромеханического исполнительного элемента. С каждого накопитель- ного конденсатора 5 снимается питание положительной и отрицательной полярности относительно среднего вывода для блока 8 контроля тока. Выходы выпрямителя 3 зашунтированы относительно средней точ- ки измерительных резисторов 2 в обратном направлении шунтирующими диодами 9,

Плюсовый выход выпрямителя 3 подключен к выходу управляемого генератора 10, к входу которого через стабилитрон 11 подключен выход полупроводникового переключателя 12.

Управляемый генератор 10 включает два транзистора 13 и 14 различной проводимости, коллектор транзистора 13 непосред- ственно соединен с базой транзистора 14, а база транзистора 13 через диод 15, эашун- тированный конденсатором 16, подключена к коллектору транзистора 14. Переходы база - эмиттер транзисторов 13 и 14 зашун- тированы соответственно резисторами 17 и 18. а к эмиттерам упомянутых транзисторов 13 и 14 подключена цепь, состоящая из конденсатора 19 и последовательно с ним включенного диода 20, зашунтированного

резистором 21. Эмиттер транзистора 13 подключен через диод 22 к выходу управляемого генератора 10.

Полупроводниковый переключатель 12 включает два транзистора 23 и 24 различной проводимости, эмиттер транзистора 24 соединен с общим зажимом полупроводникового переключателя 12, а эмиттер транзистора 23 - с вторым входом полупроводникового переключателя 12, при этом первый его вход подключен через рези стор 25 к базе транзистора 23, эмиттер транзистора 23 через диод 26 подключен к коллектору транзистора 24, который, в свою очередь, подключен к выходу полупроводникового переключателя 12. Переход эмиттер - база транзистора 23 зашунтирован в обратном направлении диодом 27, а переход эмиттер - база транзистора 24 - резистором 28. База транзистора 23 через резистор 29 подключена к общему зажиму полупроводникового переключателя 12, а коллектор транзистора 23 через резистор 30 подключен к базе транзистора 24.

Устройство работает следующим образом.

Так как схема относительно всех фаз симметрична, то рассмотрим ее работу для одной из фаз.

За каждый полупериод вторичного тока происходит подзаряд через выпрямитель 3 и блокирующие диоды 4 соответствующего накопительного конденсатора 5. При этом положительной полуволной заряжается левый накопительный конденсатор 5, а отрицательной полуволной - правый конденсатор 5.

По мере нарастания мгновенного значения тока положительной полуволны от выпрямителя 3 заряжается конденсатор 19 через диоды 22 и 20. Одновременно с этим повышается напряжение на базе транзистора 13 и на стабилитроне 11 и, когда напря- Лсение превысит уровень стабилизации

стабилитрона 11, через переход эмиттер - база транзистора 13 потечет ток по цепи: плюсовый выход выпрямителя 3, диод 22, эмиттер - база транзистора 13, стабилитрон 11, диод 26 и общая точка измерительных резисторов 2. Это приведет к лавинообразному открыванию транзисторов 13 и 14, в результате конденсатор 19 окажется закороченным на цепь, состоящую из транзисторных переходов и резистора 21, при этом конденсатор 19 разряжается, по мере разряда ток через транзисторные переходы транзисторов 13 и 14 снижается до нуля, и транзисторы 13 и 14 закроются. Далее начнет повторно заряжаться конденсатор 19. По мере его заряда повышается напряжение на базе транзистора 13 и ча стабилитроне 11, когда это напряжение превысит уровень стабилизации стабилитрона 11, снова лавинообразно откроются транзисторы 13 и 14. Далее процесс генерации импульсов повторяется до тех пор, пока мгновенное значение тока полуволны станет меньше тока разряда накопительного конденсатора 5, после этого процесс генерации прекращается, а транзисторы 13 и 14 закрываются.

В следующий полупериод по мере нарастания мгновенного значения тока отрицательной полуволны от выпрямителя 3 аналогичным образом заряжается конденсатор 19, при этом повышается напряжение на базе транзистора 13 и на стабилитроне 11, и, когда напряжение превысит уровень стабилизации стабилитрона 11, через переход эмиттер - база транзистора 13 потечет ток по цепи, плюсовый выход выпрямителя 3, диод 22, эмиттер - база транзистора 13, стабилитрон 11, открытый переход эмиттер - коллектор транзистора 24 и минусовый выход выпрямителя 3. Это приводит к лавинообразному открыванию транзисторов 13 и 14. Далее процесс генерации происходит аналогично описанному процессу для положительной полуволны тока.

Таким образом, в положительный полупериод задающий стабилитрон 11 контролирует уровень напряжения на левом накопительном конденсаторе 5, при этом вход управляемого генератора 10 подключается через стабилитрон 11 и диод 26 к среднему выводу накопительных конденсаторов 5.

Транзисторы 23 и 24 при этом закрыты, так как к базе транзистора 23 прикладывается запирающий потенциал через резистор 25. В отрицательный полупериод первичного тока задающий стабилитрон 11 контролирует уровень напряжения на правом накопительном конденсаторе 5, при этом вход управляемого генератора 10 подключается через стабилитрон 11 и открытый переход эмиттер - коллектор

транзистора 24 к минусовому выходу выпрямителя 3. Транзисторы 23 и 24 при этом открыты, так как к переходу база - эмиттер транзистора 23 прикладывается открывающий потенциал.

0При большем токе трансформатора 1

конденсатор 19 заряжается до заданного уровня быстрей, и поэтому частота следования импульсов управляемого генератора 10 станет выше прежней, и наоборот, при

5 меньшем токе трансформатора 1 конденсатор 19 заряжается до заданного уровня большее время, поэтому частота следования импульсов станет меньше прежней. В процессе генерации управляемого ге0 нератора 10 на время открытого состояния транзистора 14 шунтируется вторичная обмотка трансформатора 1 тока, при этом в положительный полупериод тока образуется следующая короткозамкнутая цепь: ко5 нец вторичной обмотки трансформатора 1 тока, диод выпрямителя 3, плюсовый выход выпрямителя 3, эмиттер - коллектор транзистора 14, минусовый выход выпрямителя 3, правый шунтирующий диод 9, измеритель0 ный резистор 2 и начало вторичной обмотки трансформатора 1 тока. В отрицательный полупериод образуется аналогичная короткозамкнутая цепь через левый шунтирующий диод 9.

5 Таким образом, в процессе генерации управляемого генератора 10 выходные электроды транзистора 14 шунтируют с соответствующей частотой выход выпрямителя 3, тем самым обеспечивая поддержание

0 на заданном уровне напряжения на выходе выпрямителя 3 и на накопительных конденсаторах 5.

В однофазном и трехфазном режимах контроль напряжений на накопи5 тельных конденсаторах 5 в каждом полупериоде первичного тока выполняется раздельно.

В двухфазном режиме из-за сдвига фаз на 180° подзаряд обоих конденсаторов 5

0 происходит одновременно. Для контроля напряжения на накопительных конденсаторах 5 в этом режиме используется работа полупроводникового переключателя 12, настроенного на контроль напряжения на кон5 денсаторе, заряжаемом положительной полуволной тока.

Для обеспечения правильного функционирования схемы в двухфазном режиме работы необходимо, чтобы сопротивление резистора 25 было в два раза меньше сопротивления резистора 29. При этом приоритет обеспечивается за счет запирания в этом режиме транзисторов 23 и 24.

Ток протекает по измерительному резистору 2 независимо от коммутационного состояния транзистора 14. Напряжение на измерительном резисторе 2, пропорциональное величине первичного тока фазы, прикладывается к входу блока 8 контроля тока, который в аварийной ситуации (перегрузка, междуфазное или однофазное короткое замыкание, обрыв фазы) подает по заданной программе команду на включение тиристора 6 и оба накопительных конденсатора 5, включенные последовательно, разряжаются на катушку 7 электромеханического исполнительного элемента.

Формула изобретения

Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети, к началам вторичных обмоток которых подключены первый, второй и третий входы блока контроля тока и первые выводы измерительных резисторов, вторые выводы кото- рых объединены и подключены к четвертому входу блока контроля тока, выход которого подключен к управляющему электроду тиристора, включенного в цепь питания обмотки электромеханического исполнительного элемента, второй вывод которого и катод тиристора включены между пятым и шестым входами блока контроля тока и подключены к первым обкладкам двух накопительных конденсаторов, включенных последовательно, общая точка соединения которых подключена к четвертому входу блока контроля тока, к концам вторичных обмоток трансформаторов тока подключен вход выпрямителя, стабилитрон, полупроводниковый переключатель, выполненный в виде двух транзисторов разного типа проводимости, четырех резисторов и двух диодов, при этом база первого транзистора соединена с первыми выводами первого и второго резисторов, эмиттер - с общей точкой соединения накопительных конденсаторов, коллектор через последовательно соединенные третий и четвертый резисторы - с эмиттером второго транзистора, база которого подключена к общей точке

соединения третьего и четвертого транзисторов, анод первого диода соединен с анодом стабилитрона, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, дополнительно введены два блокирующих диода, два шунтирующих диода и управляемый генератор, при этом выходы выпрямителя относительно общей точки вторых выводов измерительных резисторов

закорочены в обратном направлении шунтирующими диодами, управляемый генератор выполнен в виде третьего и четвертого транзисторов разного типа проводимости, двух конденсаторов, пятого, шестого и седьмого резисторов и третьего, четвертого и пятого диодов, при этом плюсовой вывод выпрямителя соединен с вторым выводом первого резистора полупроводникового переключателя, через первый блокирующий

диод, включенный в прямом направлении,- с шестым входом блока контроля тока и через третий диод управляемого генератора, включенный в прямом направлении, - с первым выводом пятого резистора, с эмиттером

третьего транзистора и с первой обкладкой первого конденсатора, вторая обкладка которого соединена с анодом четвертого диода и с первым выводом шестого резистора, катод и второй вывод которых объединены

и подключены к эмиттеру второго транзистора полупроводникового переключателя, к первому выводу седьмого резистора и к минусовому выходу выпрямителя, база третьего транзистора соединена с катодом

стабилитрона, с вторым выводом пятого резистора, с анодом четвертого диода и первой обкладкой второго конденсатора, катод и вторая обкладка последних объединены и подключены к аноду третьего диода и к коллектору четвертого транзистора, база которого соединена с коллектором третьего транзистора и с вторым выводом седьмого резистора, а эмиттер через второй блокирующий диод, включенный в обратном направлении, - с пятым входом блока контроля тока, при этом второй вывод второго резистора полупроводникового переключателя соединен с эмиттером второго транзистора, коллектор которого подключен к аноду пер

вого диода, катод которого соединен с эмиттером первого транзистора и с катодом второго диода, анод которого подключен к базе первого транзистора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты электроустановок. Цель изобретения - повышение надежности работы. Поставленная цель достигается тем, что за каждый полупериод вторичного тока ТТ1 происходит подзаряд соответствующего накопительного конденсатора 5. Когда мгновенное значение тока превышает уровень стабилизации стабилитрона 11, начинает генерировать управляемый генератор 10, при этом транзистор 14 своими выходными электродами закорачивает выход выпрямителя 3 с соответствующей частотой включения и тем самым поддерживает напряжение на накопительном конденсаторе 5 на заданном уровне. Напряжение на измерительных резисторах 2 прикладывается к входу блока контроля тока 8, который в аварийной ситуации подает команду на включение тиристора 6 и оба накопительных конденсатора 5 разряжаются на катушку электромеханиче+ Ј