Устройство быстродействующего автоматического включения резерва Советский патент 1992 года по МПК H02J9/06 

жиме и при коротком замыкании в точке К1; на фиг.8 временные диаграммы сигналов устройства быстродействующего АВР в условиях успешного самозапуска электродвигателей.

Устройство быстродействующего АВР содержит датчики 1 и 2 тока (фиг.1), установленные на.вводе питания секций 3 лА шин соответственно. Питание данных секций шин осуществляется через вводные выключатели 5 и 6. Между этими секциями параллельно включены секционный выключатель 7 и тиристорный коммутатор 8. К секциям 3 и 4 шин подключены датчики 9 и 10 напряжения, а также асинхронные двигательные нагрузки 11 и 12. Выход датчика 9 напряжения соединен с входами элемента ПАМЯТЬ 13 и органа 14 контроля снижения напряжения секции 3 шин. Аналогично выход датчика 10 напряжения соедине с вхЬдами элемента ПАМЯТЬ 15 и органа 16 контроля снижения напряжения секции 4 шин. Выходы элементов ПАМЯТЬ 13 и 15 соответственно соединены с вторыми входами органов 17 и 18 контроля направления мощности, при этом первые входы последних соединены с выходами датчиков 1 и 2 тока соответственно. Выход органа 14 контроля сни;(Свнмя напряжения соединен с входом первого порогового элемента 19, первым входом органа 20 контроля режима системы и первым входом органа 21 разности напряжений. Выход органа-17 контроля направления мощности соединен с вторым входом органа 20 контроля режима системы секции 3 шин. Аналогично выход органа 16 контроля снижения напряжения соединен с входом второго порогового элемента 22, первым входом органа 23 контроля режима системы и вторым входом органа 21 разности напряжений. Выход органа 18 контроля направления мощности соединен с вторым входом органа 23 контроля режима систеЙы. Выход органа 21 разности напряжений соединен с входом третьего порогового элемента 24. Выходы первого порогового элемента 19, органа 20 контроля режима системы и третьего порогового элемента 24 соединены соответственно с первым, вторым, третьим входами первого трехвходового логического элемента И 25. Выходы второго порогового элемента 22. органа 23 контроля режима системы и третьего порогового элемента 24 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго трехвходового логического элемента И 26. Выход первого логического элемента И 25 соединен С входом органа 27 выдержки времени, выход .которого соединен с первым входом первого логического

элемента ИЛИ 28 и с цепью отключения вводного вЬ|ключателя 5. Выход второго логического элемента И 26 соединен С входом органа 29 выдержки времени, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента ИЛИ 28 и с цепью отключения вводного выключателя 6. Выход первого логического элемента ИЛИ 28 соединен с первым входом третьего логического элемента И 30, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ 31, а выход - с цепями включения секционного выключателя 7 и тиристорного коммутатора 8. При этом первый и

второй входы второго логического элемента ИЛИ 31 соединены с блок-контактами вводных выключателей 5 и 6 соответственно.

Орган 14 контроляснижения напряжения (фиг.2) содержит пропорциональный

блок 32 ипервый квадратор 33, выходы которых объединены, и образуют вход органа 14 контроля снижения напряжения. Выход пропорционального блока 32 соединен с входом первого дифференциатора 34, выход которого .соединен с входами второго квадратора 35. Выход последнего соединен с первым входом сумматора 36, второй вход которого соединён с выходом первого крадратора 33, а выход - с входом блока 37

извлечения квадратйого корня. Выход последнего является выходом органа 14 контроля снижения напряжения.

Орган 20 контроля режима системы (фиг.З)

содержит второй дифференциатор 38, вход которого одновременно является первым входом органа 20 контроля режима системы, а выход соединён с входом четвертого порогового элемента 39, первым входом

четвертого логического элемента И 40 и через первый логический элемент НЕ 41с перВЫ1Я входом пятого логического элемента И 42. Второй вход четвертого логического элемента И 40 является вторым входом органа

20 контроля режима системы и через второй

логический элемент НЕ 43 связан с вторым

входом пятого логического элемента И 42.

При этом выходы четвертого 40 и пятого 42

логических элементов И-соединенысоответственно с первым и вторым входами третьего логического элемента ИЛИ 44. Вь1ход последнего соединен с вторым входом шестого логического элемента И 45, выход которого одновременно является выходом органа

20 контроля режима системь, а первый вход, соединен с выходом третьего логического

элемента НЕ 46.Вход третьего логического элемента НЕ 46 соединен с выходом одновибратора 47, вход которого соединен с &ы- ходом четвертого порогового элемента 39.

. Конструкции органа 16 контроля снижения напряжения секции 4 шин полностыо соответствует конструкции органа 14 контроля снижения напряжения. Конструкция органа 23 контроля, режима системы секции 4 шин полностью соответствует конструкции органа 20 контроля режима системы.

Блоки устройства могут быть получены на обнове существующей элементной базы: квадраторы - на базе перемножителя с параллельным соединением его входов; пропорциональный блок - на основе операционного усилителя постоянного тока с резисторами на входе и в цепи обратной связи, дифференциатор - на основе операционного усилителя постоянного тока с резистором в цепи обратной связи и Конденсатором на входе; блок извлечения квадратного корня - на базе операционного усилителя постоянного тока с включением в цепь обратной связи перемножителя; пороговые элементы - на основе компаратора; органы выдержки времени - на базе интегрального таймера.

Устройство работает следующим образом.

Вначале рассмотрим работу первого ору гана 14 контроля снижения напряжения (фиг.Т и 2) совместно-С первым пороговым элементом 19. В нормальном режиме работы в видные выключатели 5 и 6 замкнуты, секционный выключатель 7 и тиристорный коммутато р 8 откл ючен ы. Си гнал U i(t) с датчика 9 напряжения поступает на вход органа 14 контроля снижения напряжения, где разветвляется на вход пропорционального блока 32 и входы первого квадратора 33 (фиг.4а, 7а и 8а при t to, где 48 - огибающая амплитуды сигнала Ui(t); 49 - зависимость изменения во времени сигнала Ui(t) в нормальном режиме). С выхода.пропорционального блока 32 сигнал К Ui(t) поступает на вход дифферен циатора 34 ( - коэффициент усиления пропорционального блОка). и на выходе последнего формируется сигнал К Ui(t)pj который по амплитуде равен сигналу Ul(t) и опережает его по фазе на 90° (фиг.4б при t to, где 50 - огибающая амплитуды сигнала К Ui(t) - зависимость изменения во време ни сигнала К Ui(t}p в нормальном .режиме). Поступая на входы второго квадратора 35, сигнал К Ui(t) в кем возводится в квадрат, и на выходе квадра тора формируется сигнал k Ui(t)pf, поступающий на первый вход сумматора 36. В первом квадраторе 33 возводится в квадрат сигнал Ui(t); поступающий на его вхддЫ, При этом на выходе квадратора формируется сигнал .иi(t), поступающий на второй вход сумматора 36 (фиг,4в, 4г при t to, где 52 огибающая амплитуды сигнала Ui(t); 53 зависимость изменения во времени сигнала иi(t); 54-огибающая сигнала К Ui(t) 55

-зависимость изменения во времени сигнала К Ui(t)p в нормальном режиме). На вы ходе сумматора 36 формируется сигнал Vi2, равный повеличине квадрату амплитуды сигнала Ui(t}. Этот сигнал поступает на вход блока 37 извлечения квадратного корня, на выходе которого формируется сигнал Vi. Зависимость изменения во времени сигнала Vi - есть зависимость изменения во времени огибающей сигнала Ui(t). Сигнал Vi поступЗет в первый пороговый элемент 19, где сравнивается с пороговым сигналом Vni. В нормальном реж15ме Vi Vni. Пороговый элемент 19 срабатывает при Vi t Vni, поэтому в нормальном режиме на его выходе сигнбл Vi2 отсутствует (фиг. 4д, 5а, 6а, 76,86 при t to. где 5б - зависимость изменения во времени сигнала Vi в нормальном режиме; 57 - уровень порогового сигнала Vni).

В аварийном режиме при исчезнрвении питания, либо при резкой посадке питающего напряжения уровень напряжения на секции 3 шин .с)ижается не скачком, а по экспоненциальному закону из-за подпитывающего эффекта двигательной нагрузки 11. При асинхронной двигательной нагрузке скорость изменения амплитуды напряжения значительно больше скорости изменения его частоты. Поэтому на интервале времени работы устройства частоту напряжения с достаточной степенью точности можно считать неизменной (фиг.4а, 7а при t to. где 58

-огибающая амплитуды сигнала Ui(t); 59 зависимость изменения во времени сигнала Ui(t) в аварийном режиме). При этом снижаются и уровнисигналов К Ui(t). Ui(t), К .Ui(t)p,K Ui(t)pf (фиг.4б, 4в, 4г при t to, где

60- огибающая амплитуды сигнала К Ui(t)p;

61- зависимость во -времени сигнала КUi(t)p; 62 - огибающая амплитуды сигнала Ui (t); 63/- зависимость изменения во времени сигнала Ui(t); 64 - огибающая амплитуды сигнала К Ui(t)pf; 65 - зависимость изменения во времени сигнала К Ui(t)p|r в аварийном режиме). Следовательно, сигнал Vi также убывает по экспоненциальному закону. В момент времени ti сигнал Vi снижается до уровня порогового сигнала Vnt в пороговом элементе 19 и на выходе последнего Появляется сигнал Vi2 (фиг.4д, 4е, 50, 76, 7д при t to, где 66 - зависимость изменения во времени сигнала Vi2 в аварийном режиме).

Работа органа 16 контроля снижения

напряжения и временные диаграммы его

работы аналогичны работе органа 14 конт.роля снижения напряжения и временным

диаграммам его работы. При этом аналогом сигнала иi(t) яв/|яется сигнал U2(t), аналогами сигналов К Ui(t) и К Ui(t)p - сигналы К U2(t) и К U2(t)p соответственно; аналогами сигналов К Ui(t)pf и Ui(t) - сигналы К U5(t)pf и 5

) соответственно, а аналогами сигналов Vi и Vi-сигналы V2 и,V2 соответственно.

Далее рассмотрим работу органа 20 контроля режима системы секции шин 3 (фиг.1 и 3). Сигнал Vi от органа 14 контроля 10 снижения напряжения подается на гчервый вход органа 20 контроля режима системы, на второй вход которого поступает сигнал Vs с Органа 17 контроля направления мощности. В нормальном режиме изме- 15 нение сигнала Vi отсутствует и отсутствует сигнал Vs, так как направление мощности от источника к потребителю. При неизменном сигнале Vi на второго дифференциатора 38 сигнал Vi равен нулю. 20 Поэтому, на выходе четвертого логического элемента И 40 сигнал Ve отсутствует. При этом на выходах первого 41 и второго 43 логических элементов НЕ имеют место сигналы V4 и Ve. Следовательно, на выходе пя- 25 того логического элемента И 42 п,рисутствует сигнал V7(фиг.5a, б, г, д, е при t to, где 68 - зависимость изменения во времени сигнала 69 - уровень порогового сигнала Vn3 четвертого порогового эле- 3D мента 39: 70 - зависимость изменения во времени сигнала Vs; 72 - зависимость изменения во времени сигнала V в нормальном режиме). При этом на выходе третьего логического элемента ИЛИ 44 появляется сигнйл 35 Vg (фиг.бж при t to, где 73 - зависимость изменения во времени сигнала Vg в нормальном режиме). На выходе четвёртого порогового элемента 39 сигнал Va отсутствует, так как данный пороговый элемент срабаты- 40 вает при отрицательных значениях сигнала Vi когда iVi I 1 Vn3 I. На выходе одновибратора 47 сигнал. Vio также отсутствует, а на выходе третьего логического элемента НЕ 46 сигнал Vio имеет место. При 45 одновременном наличии сигналов Vio и Vg на выходе шестого логического элемента И 45 имеет место сигнал Vii (фиг.5в, з при t.

-to, где 74 зависимость изменения во вре мени сигнала Vio; 75 - зависимостьИЗмене- 50 нйя во времени сигнала Vii в нормальном режиме).

При аварийном режиме, при коротком замыкании в точке К1, ток через датчик 1 тока изменяет свое направление на проти- 55 воположное в связи с подпиткой точки К1 , , асинхронными двигателями 11 (фиг.1, где 76 -направление подпитывающеготока двигателей 11 при коротком замыкании в T04j(e К1); Одновременно по экспоненциальному

закону снижается и сигнал Vi. Дифференциатор 38 выполнен инвертирующим, поэтому на его выходе появляется положительный сигнал Vi . На выходе Органа 17 направления мощности появляется сигнал Vs (фиг.5а, б, в, г при t to, где 77 - зависимость иэменения во времени сигнала Vi; 78 - зависимость изменения во времени сигнала Vs в аварийном режиме). При этом сигналы V4 и Ve отсуствуют, и на выходе пятого логического элемента И 42 сигнал V также отсугствуег. Однако hia выходе четвертого логического элемента И 40 сигнал Ve имеет место {фиг.5д, е при t to. где 79 - зависимость изменения во времени сигнала Vs; 80 - зависимость изменения во времени сигнала VT в аварийном режиме). Следовательно, присутствует сигнал Vg на выходе третьего логического элемента ИЛИ 44 (фиг.5ж, при t to, где 81 - зависимостьизменения во времени сигнала Vg в аварийном режиме). Сигнал Vs на выходе четвертого порогового элемента 39 отсутствует, так как сигнал Vi пцложительный. Поэтому отсутствует сигнал Vio на выходе одновибратора 47. а на выходе третьего логического элемента НЕ 46 сигнал Vip имеет место (фиг.5в при t to, где 82 зависимость изменения во времени сигнала Vio в аварийном режиме). Следовательно, при коротком замыкании в точке К1 на выходе шестого логического элемента И 45 имеет место сигнал Vn (фиг.5з при t to, где 83 - зависимости изменения во времени сигнала Vii в аварийном режиме).

При коротком замыкании в точке К2 на секции 3 шин работа блоков 38, 39, 41,46 и 47 и временные диаграммы сигналов Vi, Vi Va, Vio,УЮ аналогичны режиму короткого замыкания в точке К1. Однако ток в точке К2 складывается из тока от системы электроснабжения и тока подпитки асинхронных двигателей (фиг.1, где 84 - направление тока от системы электроснабжения; 85 - направление тока подпитки асинхронных двигателей при коротком замыкании в точке К2). При этом ток через датчик 1 тока направлен от системы к секции 3 шин, поэтому на выходе органа 17 направления мощности сигнал Vs в этом режиме отсутствует. На выходе второго логического элемента НЕ 43 имеет место сигнал Ve, однако сигнал V4 на выходе fiepBorb логического элемента НЕ 41 отсутствует как и при коротком замыкании в точке К1. Поэтому отсутствует и сигнал V на выходе пятого лбгйческого элемента И 47. Кроме того, из-за отсутствия сигнала Vs , не будет сигнала Ve на выходе четвертого логического элемента И 40. Следовательно, будут отсутствовать сигналы Vg на выходе третьего логического элем«нтч ИЛИ 44 и Vn

на выходе шестого логического элемента И 45. ,-, ; V Рассмотрим работу органа 20 контроля . режима системы в режиме самозапуска электродвигателей 11 при кратковремен- 5 ных снижениях напряжения. Этот процесс состоит из двух этапов-снижения напряжения и последующего его нарастания. На . первом этапе при значительном снижении, либо исчезновении напряжения в сети на- 10 пряжение на секции 3 шин уменьшается по экспоненциальному закону, так и при коротком замыкании в точке К1. На этом этапе режим работы органа 20 контроля системы и его временные диаграммы анадр 15 гичны режиму работы и временным диаграммам при коротком замыкании в точке К1 (фиг.ба-з при to t t3, где 86 - зависимость изменения во времени сигнала Vi; 87 - зависимость изменения во времени сйгна- 20 яа 88 - зависимость изменения во времени сигнала Vio; 89 - зависимость изменения во времени сигнала Vs; 90 - зависимость изменения во времени сигнала Va; 91 - зависимость изменения во времени 25 сигнала 92 - зависимость изменения во времени сигнала Vg; 93 - зависимость Шменения во времени сигнала Vii в режиме сзмозапуска). При восстановлении в момент времени t3 напряжения в сети на секций 3 30 шин оно нарастает не скачком, а по экспоненциальному закону. При этом по экспоненциальному закону нарастает и сигнал Vi (фиг.ба при t тз). Это ведет к изменению знака сигнала Vf на противоположный 35 (фиг.бб при t t3). Сигнал Vs при t 1з также отсутствует, так как на втором этапе самозапуска происходит потребление энергии из сети (фиг.бг при t to). Следовательно, на выходе четвертого логического 40 элемента И 40 при отсутствии сигнала Vs и отрицательном сигнале Vi (что сортветствует логическому нулю) сигнал Vs отсутствует (фиг.бд при t ts). Однако имеют место сигналы /4 и Ve на выходах первого 41 и 45 второго 43 логических элементов НЕ соответственно. Поэтому будут иметь место сигналы V на выходе пятого логического элемента И 42 и Vg на выходе третьего логического элемента ИЛИ 44 (фиг.бе, ж при t 50 to). При этом появление сигнала Vn на выходе шестого логического элемента И 45 зависит от появления сигнала Vio. При возможности успешного самозапуска уровень сигнала Vi в отрицательной области в мо- 55 мент времени ts превышает по модулю пороговый сигнал в четвертом пороговом элементе 39, На выходе последнего в этот момент времени появляется сигнал V3, который исчезает в момент времени tn при I Vi л

I Vn3 I. При значениях сигнала Vi близких к значению порогового сигнала Vn3, интервал времени t3, tn очень мал и недостаточен для согласованной работы с другими блоками устройс{гва. Поэтому в одновибраторе 47 импульс сигнала Va расширяется до необходимой длительности ts, tn по заднейу фронту, образуя сигнал Vio. В третьем логиче ском элементе Н Е 46 формируется сигнал Vio, противоположный сигналу Vio (фиг.бв при t t3), который на интервале времени t3, tn равен нулю. Поэтому и сигнал Vii на выходе шестого логического элемента 45 на этом же интервале времени отсутствует(фиг.бз при t. ts).

В случае, если скорость нарастания напряжения при самозапуске меньше допустимой, возможнь перегрев и выход из строя силового оборудования. Величина порогового сигнала выбирается из этих соображений. При неуспешном самозапуске в отрицательной области сигнал I Vi I I Vnsl , поэтому на выходе четвертого порогового элемента 39 при t ts сигнал Vs отсутствует, также отсутствует и сигналVio. Сигнал Vio имеет место и на выходе шестого логического элемента И 45 при t ts присутстеует сигнал Vii.

Работа органа 23 контроля режима системы аналогична работе органа 20 контроля режима системы. При этом аналогами сигналов Vi и Vs являются сигналы V2 и Vis соответственно, а аналогом сигнала Vti сигнал V21. Временные диаграммы органа 23 контроля режима системы полностью соответствуют временным диаграммам органа 20 контроля режима системы. При этом аналогами сигналов Vi Vs и VnS являются соответственно сигналы Va, Vis и Vn з, аналогами сигналов V4 и Ve - сигналы Vi4 и Vie соответственно, аналогами сигналов VT и Ve - сигналы Vi7 и Vi8 qpOTBeTCTseHHO, аналогами сигналов Vio и Vio - сигналы иЛ/ао соответственно, аналогом сигнала Vg- сигнал Vig.

Рассмотрим совместную работу отдельных блоков устройства в вышеописанных, режимах. Для секции 3 шин в нормальном режиме работы на выходе органа 14 контроля снижения напряжения сигнал Vi имеет постоянную величину и превышает значение порогового сигнала Vnl (фиг. 7 б пpиit .to). Поэтому на выходе первого порогового элемента 19 сигнал Vi2 отсутствует(фиг.7д при t to). Аналогично для секции 4 шин сигнал V2 на выходе органа 16 контроля снижения напряжения будет также неизменным и по величине больше порогового значения Vn2, и на выходе второго порогового элемента 22 сигнал V22taKже будет отсутствовать. Величины сигналов Vi

и V2 вычитаются в органе 21 разности Напряжений, при этом их разность близка к нулю. Поэтому в третьем пороговом элементе 24 сигнал V23 I Vi - V2 I меньше порогового сигнала Vn23 и на выходе этого элемента сигнал V24 будет отсутствовать (фиг.Тв, г при t to, где 94 - уровень порогового сигнала Уп2з; 95 - зависимость изменения во времени сигнала V23 в нормальном режиме). На выходе органов 20 и 23 контроля режима системы в нормальном режиме имеют место сигналы Vii и V2i соответст-: венно. Таким образом, в нормальном режиме на входах первого логического элемента И 25 из сигналов Vi2, Vn, V24 присутствует сигнал Vn, а на входах второго логического элемента И 26 из сигналов V2i,V22, V24 присутствует только сигнал V21. Поэтому сигналы V25 и V26 отсутствуют. При этом не будет и сигналов VYI, VY2. VY, VQI, VQ2, VQ, VABP, поэтому тиристорный коммутатор 8 и секционный выключатель не сработают.

При коротком замыкании в точке К1 сиггнал Vi на выходе органа 14 контроля снижения напряжения устойчиво снижается и в момент времени ti становится меньше порогового сигнала Vni (фиг.7б при t to). В этот момент времени на выходе первого порогового элемента 19 появляется 1игнал Via (фиг.Тд при t to). На выходе органа 20 контроля режима системы в данном режиме присутствует сигнал Vii (фиг.Те при t tc. При сохранении уровня сигнала U2(t) сигнал V2 выходе органа 16 контроля снижения напряжения будет неизменен, поэтому разность сигналов , равная сигналу V23, при снижении сигнала Vi будет экспоненциально возрастать, и в момент времени t2 уровень сигнала V23 на выходе органа 21 разности напряжений превысит уровень порогового сигнала Уп23. В этот момент времени на выходе третьего порогового элемента 24 появится сигнал V24 (фиг.7в, г при t to, где 96 - зависимость изменения во времени сигнала V23; 97 - зависимость изменения во времени сигнала V24 в аварийном режиме). Следовательно, в момент Ёремени t2 на всех трех входах первого логического элемента И 25 будут иметь место сигналы соответственно Vi2, Vn. V24, и на выходе этой схемы появится сигнал V25 {фиг.7ж при t to. где 98 - зависимость изменения во времени сигнала V25 в аварийном режиме). Сигнал VYI на выходе органа 27 выдержки времени появится через выдержку времени At. равную I tv -12 I и обеспечивающую возможность самозапуска электродвигателей. Этот сигнал поступит в цепи управления вводным выключателем 5. отключая его. а также на первый вход первого логического элемента

ИЛИ 28 (фиг.7з при t to. где 99 - зависимость изменения во времени сигнала V25 в аварийном режиме). На выходе последнего появится сигнал VY, поступающий на первый вход третьего логического элемента И 30. При это с отключением выключателя В с его блок-контактов поступит сигнал VQI на первый вход второго логического элемента ИЛИ 31, на выходе которого, будет сигнал

О VQ, поступающий на второй вход третьего логического элемента И 30. На выходе последнего появится сигнал VABP, поступающий на входы цепей управления секционного выключателя 7 и тиристорного

5 коммутатора 8. Тиристорный коммутатор 8 включится сразу на время, необходимое для включения секционного выключателя 7. после включения которого тиристорный коммутатор 8 отключится.

0 Если при исчезновении напряжения на секции 3 шин снизится и напряжение на секции 4 шин. то включение АВР неэффективно. В этом случае при снижении сигнала У будет снижатся и сигнал V2. Их разность

5 по модулю, равная величине сигнала У23, будет недостаточна для срабатывания третьего порогового элемента 24. и сигнал V24 на его выходе будет отсутствовать. При этом не будет и сигналов V25, VYI, VY. VQI,

0 VQ. VABP и АВР не сработает.

При коротком замыкании в точке К2 включение АВР недопустимо. В данном режиме сигнал Vir на выходе органа 20 контроля режима системы отсутствует. Поэтому

5 не будет сигналов V25. VYI, VY. Вводной выключатель 5:будет отключен устройствами, релейной защиты секции 3 шин. При этом появятся сигналы VQI и VQ. однако, из-за отсутствия сигнала VY на выходе третьего

0 логического элемента И 30 сигнал VABP не появится, АбР не сработает.

При кратковременных снижениях напряжения амплитуда сигнала Ui(t) на секции 3 шин сначала экспоненциально убывает, а

5 затем экспоненциально возрастает: на пер вом этапе - из-за подпитывающего эффекта асинхронных двигателей 11. а на втором этапе - из-за самозапуска (фиг.8а причМо, где 100 - огибающая амплитуды сигнала

0 Ui(t); 101 - зависимость изменения во рремени сигнала Ui(t) при самозапуске). При этом сигнал Vi также сначала экспоненциально убывает, а затем экспоненциально возрстает. Сигнёл У23, наоборот, с начала

5 экспоненциально возрастает, а затем экспоненциа ьно убывает (фиг.8б, в при t to. где 102 - зависимость изменения во времени сигнала V23 в режиме самозапуска). Сигнал Vi на выходе органа 14 контроля снижения напряжения в момент времени ti

снижается ниже уровня порогового сигнала Vni, а при последующем увеличении сигнала Vi последний превышает уровень порогового сигнала Vni в момент времени t5, поэтому сигнал Vi2 на выходе первого порогового элемента 19 имеет место в интервале времени ti, ts. Аналогично сигнал V23 превышает пороговый сигнал Vn23 в момнет времени t2 и снижается ниже этого порогового сигнала в момент времени t. При этом на выходе третьего порогового элемента 24 Vj имеет место в интервале времени t2, tj. Сигнал Vii в случае возможности успешнот го самозапуска исчезает в гуюмант времени t3 (фиг.бг, д, е при t to, где 103 - зависиместь изменения во времени сигнала V24; 104 - зависимость изменения во времени сигнала Vi2:105 - зависимость изменения во времени сигнала Уцпри самозапуске). Следовательно, на выходе первого логического 3/feMeHTa И 25 сигнал V25 появляется на интервале времени t2. тз, когда одновременно имеют место сигналы Vi2, Vii, V24 (фиг.бж при t tq. где 1,06 - зависимость изменения во времени- сигнала V25 при самозапуске), при этом чем дольше снижение напряжения Ui(t),TeM шире интервал време: ни t2, 13. Если ширина этогЬ интервала меньше выдержки времени органа 27 выдержки времени, то последний не успевает сработать, и АВР не выключается. В противном случае, при времени снижения напряжения больше заданного, на выходе органа 27 выдержки времени появляется сигнал VYI. и АВР срабатывает, как и в случае короткого замыкания в точке К1. ,

Если самозапуск определяется как неуспешный, то сигнал Vii на интервале времени t3,14 не исчезает, и ширина импульса V25 определяется интервалом времени t2, t. При сохранении уровня сигнала UaW этот интервал времени будет достаточен для срабатывания органа 27 выдержки времени и включения АВР, что облегчает условия самозапуска двигателей 11 секции 3 шин.

Временные диаграммы работы блоков секции 4 шин во всех рассмотреннь1х выше режимах полностью соответствуют в|эёмен-, ным диаграммам блоков секции 3 шин. При этом аналогом короткого замыкания в точке, К1 является короткое замыкание перед вводным выключателем 6, а аналогом короткого замыкания в точке К2 - короткое замыкание на секции 4 шин. Аналогами сигналов Vi и Vni являются сигналы V2 и Vn2 соответственно; аналогами сигналов Vi2 и Vii соответственно сигналы V22 и V2i. аналогрм сигнала Vi - сигнал V2 и наоборот, аналогом сигнала V25- сигнал V26, аналогами сигналов VYI и VQI - соответственно сигналы Vv2. и Vo2.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает большей надежностью за счет большей избирательности срабатывания и быстродействия и более -Эффективно защищает электропотребители в переходных режимах,

Процесс работы органа 14 контроля снижения напряжений 14 и второго дифференциатора 38 органа 20 контроля режима системы математически описывается следующим образом. В нормальном режиме сигнал Ui(t} изменяется по синусоидальному закону м имеет неизменную амплитуду Um:

(1)

Ui(t) Um О)sin cot

где (О - угловая частота сигнала напряжения Ui(t),

u .(2)

где f-частота сигнала иi{t).

Поступая на вход органа 14 контроля снижения напряжения и на вход его пропорционального блока 32, сигнал изменяется по амплитуде в К раз, а затем дифференцируется в первом дифференциаторе 34. При этом сигнал К Ui(t) на выходе первого-дифференциатора

KUi(t) cosu)t.(3)

Коэффициент К выбирается TaKViM, чтобы

К 0) К(4)

Тогда имеем

KUi(t) p Um -cos ft)t.(5)

Этот сигнал возводится в квадрат во втором квадраторе 35, на выходе которого сигнал

KUl(t)pf СО I(6)

На выходе первого квадратора 33 сигнал Uijft) равен:

) ft)t(7)

Сигналы К Ui(t)pf и Ui(t) имеют синусоидальную форму с частотой в 2 раза большей, чем частота сигнала Ui(t). При этом (фиг.4Е,г)

UI WMSKC К UlMplwaKC Um , I Ul(t)(t)prMHH 0J (8)

По фазе эти сигналы сдвинуты между собой на 180. Они складываются в сумматоре 36, и их сумма равна

V и sln cot + Um coV ft)t

ij, (sln ft)t + cbs cot) iJi. (9) Ha выходе блока 37 извлечения квадратного корня сигнал

Vi .(10)

В аварийном режиме амплитуда сигнала Uitt) изменяется по экспоненциальному

закону и сигнал Ui(t} описывается выражением.

-i .

Ui(t) e-Uisinot.(11)

где Т - постоянная времени затухания сигнала Ui(t) по амплитуде.

При этом на выходе первого дифференциатора 34 сигнал равен;

„4

-f

KUlHp- - Um ет sin ft)t + Ka)Um e cos u)t .(12)

.,

Для цепей с асинхронными двигателями Затухание амплитуды напряжения происходит значительно быстрее уменьшения его частоты, поэтому йа рассматриваемом интервале времени частоту напряжения с достаточной степенью точности можно считать постоянной,тогда

К U) const 1,0,(13)

KUl(t) р - Urn Си ч-Mm в cos (5Л .(14)

Выразим постоянную времени через активное и реактивное .сопротивления цепи:

-т ti5)

Тогда

, («

В система) электроснабжения R « X. Поэтому в выражении (14) первым слагаемым можно пренебречь без существенных погрешностей. Тогда

KUi(t)p Uti е cos т.(17)

При возведении этого сигнала в квадрат на в йходе второго квадратора 35 получаем сигнал,

, . . ,.

,е .

KUi(t)pp U е cos ftrt. (18)

На выходе первого квадратора 33 сигнал

. U(t) l|,e sln2urt.

(19)

При сложении этих сигналов в сумматоре 36 суммарный сигнал

.

tt

V Urn е cos ол + iJm е sln urt

-1 4-if

. U e cbs ott + sln ж) Ij, e . (20)

Ha выходе блока 37 извлечения квадатного корня сигнал

-#

(21)

Jme

Таким образом, сигнал Vi характеризует изменение во времени огибающей амплитуды сигнала Ui(t).

Во втбром дифференциаторе 38 органа 20 контроля режима системы определяется производная сигнала Vi. В нормальном режиме производная сигнала Vi с учетом инвертирования выходного сигнала равна:

.(22

В аварийном режиме, а также на этапе 10 снижения напряжения при самозапуке производная равна:

...;. i- t.

Vl - Urn е Urn е 0. (23)

(f-y , . I

15 На втором этапе самозапуска электродвигателей при нарастании напряжения от некоторого уровня Do сигнал Vi изменяется по закономерности

20 - ( Urn - Uo) е i(24)

и производная его.г

Um - (и„ -Uo) : О ((i -Uo) 0. {25) I

vb

Следовательно, при переходе От процесса снижения напряжения к его нараста|; ию производная сигнала Vi изменяет свой знак на противоположный. При этом На величину сигнала решающим образом влияет

постоянная времени Т нарастания напряжения Ui(t).

Процесс работыоргана 16 контроля снижения напряжен14я и дифференциатора органа 23 контроля режима системы математически описывается так же, как органа 14 контроля снижения напряжения 14 и. дифференциатора органа 20 контроля режима системы.

Формулаизобретения

У(ртройство быстродействующего автО матического включения резерва, содержа щее две секции шин, свяэанных чероц с6к,цион н ый вы кл ючател ь, к каждой из кот рых подключен вводной выключатель, асшхронная двигательная нагрузка, датчи) тока и напряжения, органы контроля снижв ния напряжения и контроля направления мощности, орган выдержки времени, о Т л И чающееся тем, что, с целью повышения

надежности электроснабжения асинхронных двигателей путем повышения быстродействия и избирательности срабатывания, дополнительно введены на кдждой секции шин орган контроля режима системы, элемент ПАМЯТЬ, првый и второй пороговые элементы, первый и второй трехвходовые логические эле№е -ггы И соответственно каждой секции шин, а также орган разности напряжений,третий пороговый элемент, два логических элемента ИЛИ, третий логический элемент И, тиристорный коммутатор, включенный параллельно секционному выключателЮг при этом на каждой .секции шин выход датчика напряжения соединен с входом органа Контроля снижения напря жения и череэ элемент ПАМЯТЬ с вторым входом органа контроля направления мощ ности, первый вход которого соединен с вы ходом датчика тока, а выход - с вторым входом органа контроля режима системы, первый вход которого соединен с входом органа контроля снижения напряжения; который соединен с первым входом органа разности напряжений и ч е р ё з п е рвы и и в т о рой пороговые элементы - с первыми входами первого и второго логических элементов И, выход органа контроля режима системы соединен с вторыми входами первого и второго логических элементов И, третий вход которого соединен с выходом третьего порогового элемента, а выход - с входом Органа выд гржки времени, выход которого соединен с входом первого логического элемента ИЛИ с цепью отключения собтветстг вующего вводного выключателя, выход; первого элемента ИЛИ соединен с первым входом третьего логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ, а выход - с цепями включения тиристорного коммутатора и секционного выключателя, входы второго элемента ИЛИ соединены с блокконтактами соответствующих вводных вьгключателей, выход органа разности напряжений соединен с входом третьего порогового элемента, причем орган контроля снижения напряжения каждой секций шин содержит первый, дифференциатор, про порциональный блок, первый и второй квадраторы, сумматор и блок извлечения квадратного корня, при этом входы пропорционального блока и первого квадратора объединены и образуют вход органа снижекия напряжения, выход пропорционального блокачерез первый дифференциатор соединен с входом второго квадратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй - с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом органа кoнtpoля снижения напряжения, причем каждый орган контроля режима системы содержит второй дифференциатор, четвертый пороговый элемент, одновибратор, первый, второй и третий логические элементы НЕ, четвертый, пятый и шестой логические элементы И, третий логический элемент ИЛИ, при этом вход второго дифференциатора является первым

входом органа контроля режима системы, выход соединён с входом четвертого порогового элемента, первым входом четвертого логического элемента И и через первый логический элемент НЕ с первым входом пятого логического элемента И, второй вход четвертого логического элемента И является вторым входом органа контроля режима системы и через второй логический элемент. НЕ соединен с вторым входом пятого логического элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего логического элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого логического элемента И, а выход - с вторым входом шестого

логического элемента И, выход которого является выходом органа контроля режимасистемы, а первый вход через третий логический элемент НЕ соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с

выходом четвертого порогового элемента.

Изобретение относится к элe^cтpoтexни- ке, а именно к автоматическому включению резерва при наличии подпитки защищаемых шин асинхронными двигателями. Цель .изобретения - повышение надежностиэлектроснабжения асинхронных двигателей путем повышения быстродействия И из- , бирательности срабатывания. Устройство содержит две секции шин, соединенных секционным выключателем, на каждой секции шин - орган контроля снижения напряжения, орган контроля режима системы, орган выдержки времени, датчики тока и напряжения, орган контроля направления мощности, элемент ПАМЯТЬ, трехвходовой логический элемент И, а также орган разности напряжений, два логических элемента ИЛИ, третий логический элемент И. параллельно секционному выключателю включен тирцсторный коммутатор. Устройство срабатывает при внешних коротких замыканиях (к.з.) и неуспешном самозапуске, не срабатывает при к.з. на шинах и успешном самозапуске. Возможность успешности са- позапуска определяется до начала процесса. 8 ил., •^^Изобретение относится к электротехни- ке. а именно к устройствам автоматического включения резерва (АВР) при наличии подпитки защищаемых шин асинхронными двигателями.Целью изобретения я1вляется повышение надежности электроснабжения асинхронных электродвигателей путем повышения быстродействия и избирательности срабатывания.На фиг.1 представлена структурная схема устройства .быстродействующего автоматического включения резерва; на фиг.2 -;- структурная схема органа контроля сниже^ния напряжения; на фиг.З -структурная схема органа контроля режима системы; на фиг.4- временные диаграммы сигналов органа контроля снижения напряжения для нормального и аварийного режимов; на фиг.5 - временные диаграммы сигналов органа контроля режима системы в нормальном режиме и при коротком замыкании в точке К1; на фиг.6 - временные диаграммы сигналов органа контроля режима системы в условиях успешного самозапуска электродвигателей; на фиг.7 - временные диаграммысигналовустройства быстродействующего АВР в нормальном ре-VIО soЬ. О»ю

l

--

„--Г - J

т.;

Фиг. 2

20

У

J

4J

Ч i 3

Фаз. 5

4

Vn$

«,. t, iy is n -t

:-3

Фир. 6

23 tj

Фиг. 7

V.. J

to ,Ь Н ..S.j

Фиг. 8