Устройство для токовой защиты электрической сети Советский патент 1992 года по МПК H02H3/08 

сл

с

Сущность изобретения: защита от сверхтоков осуществляется по двум каналам, один из которых-мгновенного действия, выбор уставок срабатывания защиты от затянувшегося пуска электродвигателя осуществляется автоматически с выбором уставок срабатывания защиты от сверхтоков; осуществляется предварительный контроль изоляции двух уровней и раздельная сигнализация об уровнях сопротивления изоляции сети; защита от длительных перегрузок имеет стабильные токовременные характеристики; исполнительный орган защиты имеет резервный канал питания. 1 з.п, ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в релейной защите электроустановок от аварийных режимов.

Известно устройство для токовой защиты от аварийных режимов электрической сети, которое содержит датчики тока, подключенные к выпрямителю, делители напряжения из резисторов, измерительный орган, интегрирующее звено, исполнительный орган с элементом ПАМЯТЬ.

Недостатком указанного устройства является низкое быстродействие, обусловлен- ное наличием однополупериодного выпрямителя и интегрирующего звена, связывающего выпрямитель с измерительным органом.

Известно устройство, которое содержит датчики тока, к выходу которых подключен выпрямитель, между выходными выводами

которого и источника питания подключены параллельно включенные два регулируемых делителя напряжения, первый и второй измерительные органы, соединенные последовательно с первым и вторым реагирующими органами соответственно и исполнительный орган.

Устройство осуществляет максимальную токовую защиту с последующим блокированием коммутационного аппарата и многоступенчатую защиту электроустановок от перегрузки с обратной токовремен- ной характеристикой и широким диапазоном регулирования (0,3-1,0) н. В то же время устройство имеет отдельные недостатки, основные из которых заключаются в следующем. Регулирование каналов максимальной токовой защиты и защиты от перегрузки осуществляется раздельно. При этом незначительное отклонение уставки защиты

VJ

СЛ 00

а

00

от длительной перегрузки приводит к большим погрешностям защиты от многократных перегрузок. Максимальная токовая защита осуществляется только по одному каналу, что не позволяет получить требуемое высокое быстродействие. Устройство имеет раздельные выходы каналов защиты, при помощи которых осуществляется управление коммутационными аппаратами и сигнализацией, что усложняет в целом монтаж электрической схемы,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем контроля изоляции сети и повышения быстродействия.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство токовой защиты электрической сети содержит датчики тока 1, выпрямитель 2, первый 3 и второй 4 регулируемые делители напряжения, выполненные на резисторах, первый измерительный орган 5, соединенный с первым делителем напряжения элементом выдержки времени 6, безынерционным элементом 7 и элементом ИЛИ 8. Датчик тока 1 через выпрямитель 2 нагружен номинальной нагрузкой 9. Выход измерительного органа 5 подключен к реагирующему органу 10, который через элемент ИЛИ 11 управляет исполнительным органом 12. Вход второго измерительного органа 13 соединен с делителями напряжения 3 и 4 посредством элементов выдержки времени 14 и 15 и элемента ИЛИ 16, а выход его подключен ко второму реагирующему органу 17, в свою очередь подключенному ко входу элемента ИЛИ 11.

Вход третьего измерительного органа 18 посредством фильтра присоединения 19 подключен к защищаемой сети. Выход измерительного органа 18 подключен к реагирующему органу 20 и входу элемента ИЛИ 11. Между землей 21 и фильтром присоединения 19 включен источник измерительного тока 22.

Исполнительный орган 12 эапитзн посредством встречно-последовательно соединенных диодов 23, 24 от выпрямителя 2 и от источника питания 25.

Кроме того, между входом третьего измерительного органа 18 и входом элемента выдержки времени 15 включен генератор переменного тока 26, периодически шунтирующий указанные входы.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии перед подачей напряжения на сеть устройство осуществляет контроль изоляции защищаемого участка сети, При этом между сетью и землей 21

через фильтр присоединения 19 Прикладывается измерительное постоянное напряжение от источника 22. Измерительный ток, как видно из схемы, протекает от источника

22 через землю 21, землю 27. сопротивление сети 28, сеть, фильтр присоединения 19, вход измерительного органа 18, источник измерительного тока 22. Вход измерительного органа 18 периодически

0 шунтируется генератором переменного тока 26, в результате чего часть измерительного тока ответвляется мимо измерительного органа 18 через генератор 26. Таким образом, измерительный орган 18, имея один

5 фиксированный порог измерения, фактически контролирует два уровня сопротивления изоляции - предупредительный и аварийный. В случае, когда сопротивление изоляции сети 28 ниже аварийного значе0 ния, величина измерительного тока достаточна для переключения реагирующего органа 20 независимо от работы генератора 26. При этом реагирующий орган 20 через элемент ИЛИ 11 включает исполнитель5 ный орган 12 и фиксированную сигнализацию, заблокировав при этом включение коммутационного аппарата.

При величине сопротивления изоляции сети выше аварийного, однако ниже предуп0 редительного значения, при котором необходимо информировать эксплуатационный персонал о его снижении, измерительный ток при дешунтированном входе измерительного органа 18 включит реагирующий

5 орган 20 и его сигнализацию, однако после шунтирования генератором указанного входа, часть измерительного тока ответвляется в генератор и его недостаточно для включения реагирующего органа 20. Последний

0 восстанавливается и блокирование исполнительного органа прекращается. Затем процесс повторяется с периодичностью частоты колебаний генератора переменного тока 26. Сигнализация при этом работает в

5 прерывистом режиме, предупреждая персонал о снижении сопротивления изоляции сети и необходимости проведения профилактических работ.

Если сопротивление изоляции сети вы0 ше предупредительного значения, измерительного тока недостаточно для срабатывания реагирующего органа 20, а соответственно и исполнительного органа 12, который позволяет включить основной

5 коммутационный аппарат.

После включения последнего подается напряжение на сеть, цепь измерительного органа 18 отключается от сети и устройство осуществляет непрерывный контроль и защиту сети от перегрузки и сверхтоков. Контроль осуществляется путем измерения фазных токов при помощи датчиков тока 1, которые выдают напряжение пропорцио- нальное измеренному току на выпрямитель 2. Выпрямленное напряжение подается на регулируемые делители напряжения 3 и 4 и через элементы 6, 7, 14, 15 на измерительные органы 5 и 13.

Первый измерительный орган 5 осуществляет контроль сверхтоков в сети, возникающих при коротких замыканиях, и связан с первым регулируемым делителем напряжения 3 двумя элементами, элементом выдержки времени 6 и безынерционным элементом 7. Порог срабатывания первого токового канала определяется путем выбора величины напряжения с первого регулируемого делителя напряжения и подачи на измерительный орган 5 через элемент выдержки времени 6 из условия непревышения его при номинальных условиях работы сети (пуск наиболее мощного электродвигателя при полностью загруженных остальных потребителях сети). В случае возникновения короткого замыкания в сети аварийный ток, а соответственно и напряжение на делителе 3 превысит пороговое значение, в результате чего, после определенной выдержки времени, заданной элементом выдержки времени 6, реагирующий орган 10 ыыдает сигнал на исполнительный орган 12 -л включает элемент ПАМЯТЬ, а также фиксированную сигнализацию о возникновении аварийной ситуации в сети. Из приведенной схемы видно, что безынерционный элемент 7, связывающий первый де- литель напряжения 3- с первым измерительным органом 5, передает пониженное напряжение (в 1,7-2 раза). Предусмотрено это для случаев, когда величина аварийного тока значительно превышает пусковой ток электродвигателя, а соответственно и порог срабатывания защиты (более чем в 1,7 раз). Сигнал при этом с делителя напряжения 3 поступает на измерительный орган 5 через безынерционный элемент 7,в результате чего устройство срабатывает мгновенно, без задержки по времени,

Первый делитель напряжения 3 связан также элементом выдержки времени 14 со вторым измерительным органом 13 и реагирующим органом 17. Этот измерительный канал предназначен для контроля времени пуска электродвигателей. Известно, что при пуске электродвигателя ток в защищаемой сети превышает в 6-7 раз номинальное значение в течение определенного времени (1- 2 с). Параметры элемента выдержки времени 14 выбираются такими, чтобы сигнал, пропорциональный пусковому току в

течение 2-3 с не поступал на измерительный орган 18. При правильном пуске электродвигателя через 1-2 с он входит в номинальный режим, сигнал на входе эле- 5 мента выдержки времени 14 снижается и его недостаточно для переключения реаги- рующегооргана 17. При затянувшемся запуске электродвигателя пусковой ток не снижается и через 2-3 с реагирующий орган

0 включит сигнализацию и исполнительный орган 12. который отключит силовой коммутационный аппарат. Принятое решение позволит при помощи одной регулировки, путем изменения плеч первого делителя на5 пряжения, автоматически регулировать порог срабатывания устройства по трем элементам: 6, 7, 14, т.е. уставка срабатывания защиты от затянувшегося пуска электродвигателя выбирается автоматически с

0 уставкой защиты от сверхтоков.

Второй делитель напряжения 4 связан со вторым интегрирующим органом 18. Этот токовый канал предназначен для контроля длительной перегрузки защищаемой сети

5 на 10-20% и более. Порог срабатывания устройства при длительных перегрузках устанавливается регулируемым делителем напряжения 4 путем выбора и подачи входного сигнала ни элемент выдержка времени 15,

0 превышающего сигнал номинального режима нагрузки на 10-20%. Элемент выдержки времени 15 осуществляет задержку входного сигнала на время 3-5 мин. В случае длительной перегрузки защищаемой сети

5 (более 3-5 мин) входной сигнал переключает реагирующий орган 17, который, в свою очередь, включает световую сигнализацию и исполнительный орган 12.

Учитывая необходимость создания вы0 держки времени элементом 15 до 5 мин и более, выполнить указанное требования на пассивных элементах, с учетом стабильности параметров, практически невозможно без принятия дополнительных мероприя5 тий. В то же время оказывается, что включение на входе элемента 15 генератора переменного тока 26 периодически шунтирующего его вход, позволяет многократно поаысить постоянную времени интегрирую0 щего звена, и тем самым, обеспечить выполнение предъявляемых требований при помощи пассивных элементов интегрирующего звена. Обеспечивается это тем, что входной сигнал при длительной перегрузке

5 сети является непрерывным, однако на вход указанного звена поступают его отдельные импульсы, амплитуда которых равна амплитуде входного сигнала, а остальная часть входного сигнала шунтируется генератором 26. Указанный генератор переменного тока

(преимущественно генератор прямоугольных колебаний), выполняет две функции: BS одном случае стабилизирует работу и увеличивает постоянную времени элемента 15, а в другом - создает возможность контролировать два уровня сигнала одним измерительным органом устройства предварительного контроля изоляции сети.

Все реагирующие органы (10, 17, 20) воздействуют через элемент ИЛИ-11 на исполнительный орган 12, который, в свою очередь управляет силовым коммутационным аппаратом, питающим защищаемую сеть. Исполнительный орган 12 запитан посредством встречно-параллельно соединен- ных диодов 23 и 24 от выпрямителя 2 и от источника питания 25. Это решение предусматривает резервирование питания, повышая тем самым надежность работы устройства особенно в наиболее тяжелом аварийном режиме короткого замыкания сети.

Таким образом, устройство позволяет осуществить защиту сети от основных возможных аварийных режимов - коротких за- мыканий, затянувшегося запуска электродвигателя длительных перегрузок сети на 10% и более, блокирование подачи напряжения на сеть с поврежденной изоляцией.

Формула изобретения

реагирующий органы, источник измерительного тока, три элемента выдержки времени, безынерционное звено, три элемента ИЛИ, генератор переменного тока, при этом первый элемент выдержки времени и безынерционный элемент входами подключены к первому и второму выводам второго делителя напряжения соответственно, вход второго элемента задержки времени и объединенные вход третьего и первый вывод генератора переменного тока подключены к второму выводу второго делителя напряжения и к первому выводу первого делителя напряжения соответственно, второй вывод генератора переменного напряжения и вход третьего измерительного органа предназначены для подключения к фильтру присоединения, выходы первого элемента выдержки времени и безынерционного элемента подключены к входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого измерительного органа, выходы второго и третьего элементов выдержки времени подключены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого

подключен к входу второго измерительного органа, выходы трех реагирующих органов подключены к входам третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом исполнительного органа, подключенного к

источнику питания, с общей шиной которого соединены третий вывод генератора переменного напряжения и вывод источника измерительного тока, второй вывод которвго соединен с землей.

/

о

Ј ™Ё1

;-

er

a

т

--НИ

u

PN«

Н

У

1

to «N

CM .

9

LDOD