Высоковольтное герконовое реле Советский патент 1992 года по МПК H01H51/28 

у

Ј

Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к электромагнитным реле на герконах, имеющих высоковольтную изоляцию между управляющей и управляемой цепями. Устройство позволяет реализовать максимальную токовую защиту высоковольтной установки переменного тока без использования трансформатора тока. Достижение указанного эффекта стало возможным благодаря особой конструкции корпуса реле, позволяющей устанавливать его непосредственно на шине защищаемой установки, а также использованию в нем специального электронного преобразователя. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к электромагнитным реле с герконами и высоковольтной изоляцией между ними и источником управляющегр поля (геркотроны), и может найти примейнэ- ние в системах управления и защиты электрических сетей высокого напряжения. :

Известно высоковольтное герконовре реле, содержащее диэлектрический корпус цилиндрической формы с двумя полостями со стороны торцов корпуса, в одной из которых размещен продольно оси геркон, а а другой - обмотка управления.

Недостатком этого устройства я вляется ограниченная область применения из-за невозможности использования в сильноточных цепях энергетических установок с токами порядка сотен-тысяч ампер, а также в цепях переменного тока из-за вибрации геркона и невозможности включения его в стандартные схемы релейной защиты.

Наиболее близким к предлагаемому является высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус в форме стакана, геркон, опущенный на дно корпуса, круглую диэлектрическую пластину с кольцевым выступом в центральной части и источник управляющей МДС в виде катушки, одетой на диэлектрический корпус. Геркон в устройстве размещен своей продольной осью вдоль оси корпуса, а диэлектрическая пластина навинчена на внешнюю поверхность диэлектрического корпуса в верхней его части, причем кольцевая полость пластины обращена в сторону внешних выводов геркона, а обмотка управления вместе с нижней частью диэлектрического корпуса с герконом охвачена ферромагнитным экраном.

Это реле также обладает указанными недостатками.

Целью изобретения является рабшире- ние области применения за счет использою ел ел

вания реле в сильноточных цепях переменного тока.

Высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, диэлектрическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг центрального отверстия, геркон и источник МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной для размещения геркона, указанная полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отверстие диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпуса у ее дна, снабжено электронным преобразователем, конец диэлектрического корпуса, заканчивающийся глухой торцовой стенкой, с внеш ней стороны выполнен конусообразным с выступом, резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника МДС использована токоведущая шина с центральным отверстием, диэлектрическая пластина снабжена делениями и установлена на выступе диэлектрического корпуса так, что кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанная токоведущая шина расположена на выступе диэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразователя.

Электронный преобразователь может быть выполнен в виде Транзистора, конденсатора и двух резисторов, емкость конденсатора выбирается из условия

- arcsln

1ЈP

FMKhsin«

arcsln

F отп

IM К h sin a

7Tft)RM

где Fcp, Forn - соответственно магнитодвижущая сила срабатывания и отпускания геркона,

1м - амплитудное значение тока в шине, приводящее к срабатыванию геркона;

Kh - коэффициент удаленности геркона от шины;

а- угол между продольными осями геркона и шины;

ft) - угловая частота тока в шине;

Rn - сопротивление нагрузки реле, а сопротивление базового резистора из условия

arcsln

Fc0

R6SIM К h sin a

+ arcsln

F отп

M К h sin (Z

-1пКпбУС

где Кп - коэффициент пульсации напряжения, допустимый для нагрузки реле.

Высоковольтный диэлектрический корпус реле имеет специальную конструкцию, позволяющую устанавливать его на токове- дущей шине и использовать последнюю в

0 качестве источника управляющей МДС, кроме того, реле снабжено электронным преобразователем, исключающим проникновение колебаний тока, вызванных вибрацией геркона в переменном поле, в нагрузку реле.

5 На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез, со схемой электронного преобразователя; на фиг. 2 - схема подключения нагрузки к реле; на фиг. 3 - осциллограммы токов в шине, на входе и выходе

0 электронного преобразователя.

Высоковольтное герконовое реле содержит диэлектрический корпус 1, дно кото- рого с внешней стороны выполнено конусообразным с выступом, диэлектриче5 скую пластину 2 с центральным отверстием и кольцевым выступом геркон 3, расположенный на дне корпуса 1 так, что его продольная ось перпендикулярна оси корпуса, и включенный на вход электронного преоб0 разователя4.

В качестве источника управляющей МДС выбрана токоведущая шина 5 высоковольтной установки/снабженная отверстием под выступ диэлектрического корпуса 1,

5 расположенном вдоль ее продольной оси. Электронный преобразователь 4 содержит транзистор 6, конденсатор 7, резистор 8 смещения базовой цепи и базовый резистор 9. Выводы реле, присоединенные к выходу

0 электронного преобразователя 4, выполнены высоковольтным кабелем (например, типа РМПВН) и последовательно с нагрузкой (фиг. 2} подключены к низковольтному источнику питания постоянного тика.

5 Реле работает следующим образом.

При возникновении в защищаемой установке режима короткого замыкания ток в шине 5 значительно возрастает, а создаваемая им МДС, изменяясь по синусоидально0 МУ закону, приводит к поочередному срабатыванию и отпусканию геркона 3 (фиг. 3), причем вследствие высокого быстродействия геркона он успевает-реагировать на каждую полуволну тока и частота его вклю5 чений вдвое превышает частоту тока в шине 5. При первом замыкании геркона 3 на базу транзистора 6 подается положительный потенциал, он открывается и в нагрузке начинает протекать ток. Одновременно с открытием транзистора 6 при замыкании

, контактов геркона 3 происходит заряд конденсатора. Размыкание контактов геркона (при снижении значения МДС тока в шине 5 до величины МДС отпускания геркона) не приводит к мгновенному закрытию транзистора б, ибо конденсатор 7, разряжаясь через резистор 9, обеспечивает поддержание положительного потенциала на базе до следующего замыкания контактов геркона 3, во время которого происходит подзаряд конденсатора и т.д. Таким образом, колебания тока, вызванные вибрацией геркона не передаются в нагрузку реле, в качестве которой, например, может быть использована обмотка промежуточного реле, включенного в цепь управления силового выключателя установки.

Чувствительность реле пропорциональна синусу угла а между продольными осями геркона и шины и обратно пропорциональна расстоянию h между этими осями. Учитывая, что у геркона, работающего в поле шины, МДС срабатывания FCp и отпускания Ротп адекватны величинам тока срабатывания и отпускания в шине, можно записать

Fcp.

rep

I ОТП -

К h sin a

F отп

К h sin а

(1) W

где Icp, lorn - ток в шине, приводящий соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона реле;

Kh- коэффициент, зависящий от расстояния между продольными осями геркона и шины.; Таким образом, путем поворота диэлектрического корпуса реле вокруг своей оси, оно может настраиваться на различные токи срабатывания, причем деления, нанесенные на периферии диэлектрической пластины 2, обеспечивают точность установки реле, настроенного на заданный ток, на шине..- Расчет параметров элементов электронного преобразователя 4 осуществляется следующим образом.

Геркон 3. возбуждаясь переменной синусоидальной МДС, при включении в цепь постоянного тока генерирует прямоугольные импульсы с длительностью Ти и паузой tn (фиг. 3). Конденсатор 7 для обеспечения работы схемы преобразователя 4 должен успеть зарядиться за время нахождения контактов геркона в замкнутом состоянии, т.е. полное время его заряда должно удовлетворять условию tfRHC U

откуда определяется его емкость 7ЩГ(3)

С

При разряде емкости во время паузы необходимо, чтобы затухание свободной составляющей переходного напряжения на базовом сопротивлении транзистора 6 не превышало заданного коэффициента пульсации на нагрузке Кп (который при исполь- зовании в качестве нагрузки промежуточного реле может характеризоваться его коэффициентом возврата)

Кп

и.

U

где U1- напряжение на нагрузке по истечении времени;.

У - номинальное напряжение нагрузки. Указанное требование можно переписать в виде

(-жсг)

где ReC - постоянная времени разряда конденсатора С на базовый резистор Re, откуда определяется сопротивление базового резистора

-In KnlT

2Q Из осциллограммы (фиг. 3) видно, что длительность генерируемых герконом импульсов определяется выражением

ft)

(5)

в котором фазы тока wti и wt2 соответственно равны

йщ arcsln

Icp

(6)

40

л

и t2 arcsln + 2 ( Ј - arcsln i-p-)

i ОТП

,tf-arcsin - ,(7)

где Icp, lorn - величина тока управления, при- водящая соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона;

1м - амплитудное значение тока управ- ления.

С учетом (1) и (2) имеют .

50

arcsln- arcsin,ср

м К h sin a F отп

1м К h sin а

(В) (9)

55

Подставляя (В) и (9) в (5), получают окончательное выражение для определения дли- телькости генерируемых герконом импульсов

3t - arcsln

cp

tn

iMKhslna

- arcsln

отп

1м К h sin a

(40)

Длительность паузы tn связана с длительностью импульса (фиг. 3) следующим образом:

tn-T-tii,

где Т - период генерируемых герконом импульсов, который при синусоидальном сигнале управления всегда равен л, или с учетом (10)

arcsln

1м К h sin a

4- arcsln

F отп

(O

Таким образом, выражения (З) и (4) с учетом выражений (10) и (11), принимают вид

Fcp1м К h sin С

arcsln

отп

1м К h а

(ИЯНн

arcsln

Рдр

R6 S

lMKhslna

4- arcsln

FOTH

lMKhslnCt

-.{13)

-tnKnCDC

Предположим в реле применен геркон типа КЭМ-2 (FCp «13 А, Р0тп 12 А), в качестве его нагрузки использована обмотка промежуточного реле типа РПУ-0-УХЛЧ- 110В (RH 7300 Ом, Кп - 0.9). угол между продольными осями геркона и шины составляет а 90°, уровень изоляции, реле от шины равен 10 кВ (при расстоянии между герконом и шиной, обеспечивающем этот уровень, Kh - 0,1), а ток KOpotKoro замыкания в шине равен 300 А. Тогда, согласно (12) и (13) получают

я - arcsln

13

У5ГЗОО-О.

-arcslnЛ.

Я ЗОО 0.1 sin 96°

з,м -3.14-7300

-3.5-10 7Ф«ОЛ5 «(Ф:

ГС 1.т 13-

Re у ЗОО-о.. slnSO0

-arcsJo

12

V5 300-6.1 1в 90

. -In0.9--3t43. -51660 Ом .6«Ом.

Предлагаемое устройство практически реализовано и внедрено в системах максимальной токовой защиты электроустановок 6-10 кВ. Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкое применение, чем известные.

Формула изобретения 1. Высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, дизлек- трическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг

центрального отберстия, геркон и источник МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной для размещения геркона, указан5 ная полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отвер10 стие диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпуса у ее дна, отличающееся тем. что, с целью расширения области применения за счет использования реле в сильноточных

15 цепях переменного тока, оно снабжено электронным преобразователем, конец диэлектрического корпуса, заканчивающийся глухой торцовой стенкой, с внешней стороны выполнен конусообразным с выступом,

20 упомянутая резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника МДС использована токоведущая шина с центральным отверстием, диэлектрическая пластина снабжена Делениями и установлена на вы25 ступе диэлектрического корпуса так, что кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанная токоведущая шина расположена на выступе

30 диэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, упомянутый геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольная ось перпендикулярна про35 дольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразователя.

45 базовой цепи образуют выход реле, а коллектор транзистора и общая точка соединения положительного вывода конденсатора и одного из выводов базового резистора - вход реле, причем емкость упомянутого кон50 денсатора выбирается из условия

LCЈiFMKhslna

- arcsfn

Ротп

lMKhslnCC

ytti)R

где Fcp, Forn - соответственно магнитодвижущая сила срабатывания и отпускания упомянутого геркона;

1М,- амплитудное значение тока в шине, приводящего к срабатыванию геркона;

Kh - коэффициент удаленности геркона от шины;

а- угол между продольными осями геркона и шины;

О) - угловая частота тока в шине;

RH - сопротивление нагрузки реле.

Ґ

а сопротивление упомянутого базового резистора - из условия. .

arcsln

F«

1М К h sin и

f arcsln

РОТП

lMKh3lnЈC

R6 -InKnWC

где Кл - коэффициент пульсации напряжения, допустимый для нагрузки реле.

}6-ШкВ

Ш,2

Риг.З