Устройство для максимальной токовой защиты электроустановки Советский патент 1991 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты и автоматики энергосистем, и предназначено для защиты электропотребителя, работающего в длительном и повторно- кратковременном режимах, от перегрузок и коротких замыканий.

Целью изобретения является расширение области применения путем обеспечения защиты электроустановок, работающих в повторно-кратковременном режиме.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для максимальной токовой защиты электропотребителя; на фиг. 2, 3, 4 - примеры конкретной реализации электронных ключей и исполнительного органа

Устройство содержит преобразователь 1 переменного тока в постоянное напряжение, первый пусковой орган 2, преобразователь 3 напряжения в частоту следования импульсов, цифроаналоговый преобразователь 4, второй счетчик 5 импульсов, первый

элемент НЕ 6, элемент ИЛИ 7, первый счетчик 8 импульсов, элемент 9 сравнения, исполнительный орган 10, источник 11 постоянного напряжения, узел 12 формирования экспоненциальноубывающего напряжения, первый ключ 13, второй ключ 14, второй пусковой орган 15, второй элемент НЕ 16.

Устройство работает следующим образом.

Преобразователь 1 входного переменного тока в постоянное напряжение формирует напряжение, которое через узел формирования экспоненциально убывающего напряжения поступает на входы преобразователь 3 напряжения в частоту следования импульсов и первого пускового органа 2. При входном токе, не превышающем номинальный для защищаемого электропотребителя, это напряжение меньше опорного напряжения U0n 1, поэтому на выходе первого пускового органа 2 напряже(Л

С

О

ю ел

4Ь. СО

ю

ние равно 0, что дает наличие на выходах первого элемента НЕ 6 и логического элемента ИЛИ 7 напряжение высокого уровня, устанавливающего счетчики 5 и 8 импульсов в нулевое состояние. Исполнительный орган 10 выдает сигнал, разрешающий работу. При возникновении перегрузки напряжение на входе первого пускового органа 2 превышает опорное, поэтому на его выходе появляется уровень логической единицы, на выходе первого элемента НЕЕ 6 образуется низкий уровень, разрешающий работу первого счетчика 8 импульсов. Так как второй счетчик 5 до этого находился в нулевом состоянии, на выходе цифроаналогового преобразователя А напряжение равно нулю, ч на выходе элемента 9 сравнения - низкий уровень напряжения, поэтому на выходе элемента ИЛИ 7 - напряжение логического нуля, которое разрешает работу второго счетчика 5 импульсов, который начинает счет импульсов, приходящих с преобразователя 3 напряжения в частоту. Так как на вход управления первого ключа 13 поступает напряжение с выхода преобразователя 1 переменного тока в постоянное напряжение, он устанавливается в такое состояние, при котором вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 4 запи- тывается от выхода узла 12 формирования экспотенциально убывающего напряжения. В силу того, что скорость счета второго счетчика 5 пропорциональна току перегрузки, величина опорного напряжения на входе цифроаналогового преобразователя 4 также прямо пропорциональная этому току, го скорость изменения напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя прямо пропорциональна квадрату входного тока устройства. В момент, когда напряжение на входе элемента 9 сравнения превысит опорное напряжение UCp.2, на выходе формируется уровень логической единицы, который подается на вход второго ключа 14. Так как на первом входе управления этого ключа имеется напряженнее выхода преобразователя 1 переменного тока в постоянное напряжение, этот ключ устанавливается в состояние, при котором уровень логической единицы с входа ключа 14 поступает на вход Сложение первого счетчика 8, который отсчитывает первый импульс. Одновременно напряжение логической единицы с выхода элемента 9 сравнения поступает на вход элемента ИЛИ 7, формируя на его выходе высокий уровень напряжения, который обнуляет второй счетчик 5 импульсов. При этом на выходе цифрсаналогового преобразователя 4 напряжение снижается до нуля, на выходе элемента 9 сравнения и на выходе логического элемента ИЛИ 7 образуется низкий уровень напряжения, который разрешает работу второго счетчика 5 импульсов, после чего весь процесс повторяется до

5 заполнения первого счетчика 8 импульсов. Затем он выдает команду на срабатывание исполнительного органа 10.

При повторно-кратковременном режиме на выходе преобразователя 1 перемен0 ного тока в постоянное напряжение напряжение периодически появляется и пропадает, на выходе узла 12 формирования экспоненциально убывающего напряжения величина напряжения определяется

5 скоростью разряда конденсатора 17 через резистор 18, при этом параметры цепи резистор 18 - конденсатор 17 выбираются таким образом, чтобы график снижения напряжения на выходе узла 12 формирова0 ния экспоненциально убывающего напряжения и график снижения температуры защищаемого электропотребителя после отключения совпадали во времени. Так как второй счетчик 5 теперь заполняется с экс5 поненциально убывающей скоростью, а первый ключ 13 при пропадании напряжения на выходе преобразователя 1 переменного тока в постоянное напряжение устанавливается в положение, при котором

0 на вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 4 поступает напряжение с выхода источника 11 постоянного напряжения, элемент 9 сравнения формирует серию импульсов с экспоненциально

5 убывающей частотой. Ключ 14 при исчезновении напряжения на выходе преобразователя 1 переменного тока в постоянное напряжение устанавливается в состояние, при котором импульсы с выхода элемента 9

0 сравнения поступают на вход Вычитание второго счетчика, вызывая уменьшение записанного в него числа. Величина выходного напряжения источника 11 постоянного напряжения выбирается таким образом,

5 чтобы моменты обнуления первого счетчика 8 при снижении напряжения на входе пус- к ового органа 2 ниже опорного напряжения Uon.1 и при последовательном уменьшении записанной в нем информации в результате

0 вычитания совпадали во времени.

Если повторное включение защищаемого электрооборудования произошло до момента обнуления первого счетчика 8, то прибавление следующего импульса проис5 ходит к уже записанному в счетчик числу.

При коротком замыкании в цепи электропотребителя напряжение на входе второго пускового органа 15 превышает опорное напряжение Uon.3, на его выходе формирует- ся высокий уровень, который поступает на

входы предварительной записи первого счетчика 8 импульсов. С выхода второго элемента НЕ 16 на вход первого счетчика 8 подается низкий уровень напряжения, а наличие напряжения на обоих входах управления второго ключа 14 приводит к образованию высоких уровней на входах Сложение и Вычитание первого счетчика 8 импульсов, в результате чего происходит мгновенная параллельная запись в этот счетчик числа, заполняющего все его разряды, что приводит к немедленному срабатыванию исполнительного органа 10.

Для нормальной работы устройства входы ключей 13 и 14. подключенные к выходу преобразователя 1 переменного тока в постоянное напряжение, должны иметь защиту от превышения напряжения. Благодаря наличию интегрирующей цепи резистор 18- конденсатор 17 напряжение на выходе узла 12 формирования экспоненциально убывающего напряжения не превысит при коротком замыкании опорного напряжения Uon.i. Для повышения быстродействия защиты резистор 18 должен иметь низкое сопротивление.

Первый ключ 13 представляет собой электронное реле (фиг. 1).

Второй ключ 14 представляет собой интегральную схему К155ИДЭ.

При использовании в качестве первого счетчика 8 микросхемы К155ИЕ7 схема подключения микросхемы К155ИДЗ представлена на фиг. 2.

Для нормальной работы счетчика K155WE7 в режиме Сложение или Вычитание на соответствующий вход необходимо подавать короткие отрицательные импульсы, причем на втором входе при этом будет поддерживаться напряжение высокого уровня. В момент параллельной записи информации в счетчик К155ИЕ7 на обоих входах Сложение и Вычитание будет поддерживаться высокий уровень. Всем этим условиям удовлетворяет микросхема К155ИДЗ. В том промежутке времени, в течение Которого защищаемый электропотребитель отключен от питающей сети или его токопотребление находится в допустимых пределах, на входе А1 дешифратора К155ИДЗ напряжение изменяется в пределах 0-0,4 В, что соответствует уровню логического нуля. На входах АО и А2 также низкие логические уровни. При этом на входах Сложение и Вычитание счетчика 8 - высокие уровни. Счетчик обнулен, счет отсутствует. При возникновении токовой перегрузки напряжение на входе А1 достигнет высокого логического уровня. Счетчик 5 начинает счет импульсов в тот момент, когда

на выходе элемента 9 сравнения формируется короткий положительный импульс. На вход Сложение счетчика 8 поступает отрицательный импульс, который записывается

в счетчик, и т.д. до заполнения счетчиков. Если до этого токопотребление защищаемого устройства снизилось до допустимого уровня, на входе А1 дешифратора К155ИДЗ образуется.напряжение логического нуля.

0 При этом импульсы, поступающие на вход АО в инверсной форме, подаются на вход Вычитание счетчика 8. При возникновении короткого замыкания в защищаемой цепи высокий уровень напряжения образуется

5 на входе А2 дешиф- ратора. В этом случае на обоих задействованных выходах дешифратора высокие уровни, что является одним из условий режима параллельной записи счетчиков К155ИЕ8. В качестве счетчика 8

0 может быть использована другая микросхема, при этом соответственно меняются требования, предъявляемые к второму ключу 14.

Один из примеров реализации исполни5 тельного органа 10 представлен на фиг. 4. Работа осуществляется следующим образом. После кратковременного нажатия кнопки Пуск питающее напряжение подается на защищаемый электроприемник,

0 приводя его в действие, а также на устройство защиты. Поскольку счетчик в этот момент не заполнен, на выходе R15 дешифратора исполнительного органа 10 высокий уровень. При этом срабатывает ре5 ле К и своим замыкающим контактом обе- спечивает питание защищаемого электропотребителя. После заполнения счетчика 8 в результате перегрузки или короткого замыкания на выходе 15 дешифратора обра0 зуется уровень логического нуля, отключающий реле Кт и обеспечивающий защищаемый электроприемник вместе с устройством защиты. Для отключения нагрузки в нормальном режиме необходимо кратковре5 менное снятие питающего напряжения. При защите электропотребителя больших мощностей реле К используется в качестве промежуточного, управляющего своим нормально разомкнутым контактом работой

0 мощного контактора.

Узел формирования экспоненциально убывающего напряжения представляет собой широко известное интегрирующее звено. Пример реализации узла 12 форми5 рования экспоненциально убывающего напряжения, состоящего из диода 19, конденсатор 17, резисторов 18 и 20, детально представлен в блок-схеме (фиг. 1) и обеспечивает нормальное функционирование устройства, состоящее в том, что резистор

18 узла 12 формирования экспоненциально убывающего напряжения должен иметь низкое сопротивление, а пусковой орган 2 преобразователя 3 напряжения в частоту и первый ключ 13 - высокое входное сопро- тивление. Способ реализации первого ключа 13, представленный на фиг, 1, исключает возможность влияния этого ключа на скорость разряда конденсатора 17 узла 12, поскольку при снижении токопотребленмя защищаемого электроприемника до допустимой величины и ниже реле (фиг, 2) размыкает свой контакт.

Узел формирования экспоненциально убывающего напряжения может быть по- строен на другом принципе, например, на основе цифроаналогового преобразователя, что обеспечивает более высокую точность срабатывания и стабильность устройству. Кроме того, в этом случае отпа- дает необходимость обеспечения высокого входного сопротивления пускового органа 2, преобразователя 3 напряжения в частоту и первого ключа 13. Первый ключ 13 проще реализовать с помощью электромагнитного реле, второй ключ 14 выполняется на логи- ческих элементах.

Применение данного устройства позволяет расширить область использования устройства путем обеспечения мгновенной отсечки при возникновении короткого замыкания и защиты от перегрузки электропотребителей, работающих в повторно- кратковременном режиме. Кроме того, в устройстве повышается надежность путем обеспечения облегченного режима работы блоков схемы при коротком замыкании.

Устройство может быть использовано в широком диапазоне мощностей защищав- мых электропотребителей. Настройка производится изменением опорных напряжений и регулированием выходного напряжения источника 11 постоянного напряжения.

Формула из обретения

Устройство для максимальной токовой защиты электроустановки, содержащее преобразователь переменного тока в постоянное напряжение, первый пусковой орган, первый вход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту следования импульсов, второй вход присоединен к первому источнику опорного

напряжения,выход первого пускового органа соединен с входом элемента НЕ, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и к установочному входу первого счетчика импульсов, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом элемента сравнения, один из входов которого подключен к второму источнику опорного напряжения, другой вход - к выходу цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого поразрядно подключены к разрядным выходам второго счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту следования импульсов, а установочный вход подключен к выходу элемента ИЛИ, выход первого счетчика импульсов соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения защиты электроустановок, работающих в повторно-кратковременном режиме, в него дополнительно введены источник постоянного напряжения, блок формирования экспоненциально убывающего напряжения, два ключа, второй пусковой орган с третьим источником опорного напряжения, второй элемент НЕ, первый счетчик импульсов выполнен реверсивным с предустановкой, при этом вход блока формирования экспоненциально убывающего напряжения, входы управления ключей и первый вход второго пускового органа подключены к выходу преобразователя переменного тока в постоянное напряжение, выход блока формирования экспоненциально убывающего напряжения подключен к преобразователю напряжения в частоту следования импульсов и первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, выход элемента сравнения подключен к первому входу второго ключа, второй вход которого, входы предварительной записи первого счетчика импульсов и вход второго элемента НЕ соединены с выходом второго пускового органа, первый и второй выходы второго ключа подключены; соответственно к входам Сложение и Вычитание первого счетчика импульсов, a S- вход первого счетчика соединен с выходом второго элемента НЕ, вход опорного напряжения цифроаналогоеого преобразователя подключен к выходу первого ключа.

Г4

Vont

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты и автоматики энергосистем, и предназначено для защиты электропотребителя, работающего в длительном и повторно- кратковременном режиме, от перегрузок и короткого замыкания. Цель изобретения - расширение области применения устройства путем обеспечения защиты электроустановок, работающих в повторно-кратковременном режиме как от перегрузки, так и от коротких замыканий. Цель достигается тем, что дополнительно введены источник постоянного напряжения, узел формирования экспоненциально убывающего напряжения, два ключа, второй пусковой орган, второй элемент НЕ, а первый счетчик импульсов выполнен реверсивным с предустановкой. 4 ил.

I6x.

11

3t-

V0Xj

/5

fPuz.l

i /sxy уг

К источнику i постоянного -«--|- напряжена // .

К пр905разсн а - HtMtrnepe - неннена тела . 6псе/поенное пряхвние i

1 WЈ

№

L±

П

Vcpt

Выход

TVM Л

К цифроанало- oЈf a&o0a/r e лк t

Фиг./

tf&(0&y м в / /гю#&е cvemtsv/ra f.

К&оду л Сложемл Cvemwra &.

Фиг.З