Устройство для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз Советский патент 1992 года по МПК H02H7/09 

Изобретение относится электротехнике, в частности к релейной защите трехфазных электроустановок - асинхронных и синхронных электродвигателей, вентильных преобразователей и т п

Известно устройство для защиты трехфазной электроустановки от изменения чередования и обрыва фаз, содержащее три преобразователя синусоидальных сигналов напряжения сети в прямоугольные импульсы, три триггера, три одновибратора, три логических элемента НЕ, восемь логических элементов И-НЕ, дешифратор двоичного кода, блок контроля инверсии фаз и исполнительный орган

Недостатком указанного устройства является его неспособность обнаружить неис- правность при обрыве провода на отходящей от устройства линии к электроустановке - потребителю электроэнергии, Кроме того, оно сложно по своему схемному воплощению

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах, содержащее контактор, силовые контакты которого предназначены для включения в цепь нагрузки, источник оперативнсго тока, включенный параллельно обмотке контактора, подключенной к клеммам для соединения с сетью через цепь из последовательно включенных кнопок управления Стоп и Пуск, замыкающий блок-контакт контактора, включенный параллельно кнопке Пуск через два встречно-параллельно включенных фототиристора оптроноа, три трансформатора тока, три измерительных преобразователя, выполненные в пиде мостовых выпрямителей, входы которых подключены к началам и концам вторичных обмоток трансформаторов тока, три элекфонных ключа из составных транзисторо 5, входы которых соединены с выходами соответствующих

ч ел

00

XI ел

00

измерительных преобразователей, а эмит- терно-коллекторные цепи выходных транзисторов соединены в общую последовательность однонаправленную цепочку, подсоединенную одним зажимом к плюсовому выводу источника оперативного тока, а другим - к аноду светоизлучающего диода второго тиристорного оптрона, свето- излучающий диод первого тиристорного оптрона подсоединен катодом к минусовому зажиму источника оперативного тока, а анодом - к катоду светоизлучающего диода второго тиристорного оптрона.

Однако указанное устройство не реагирует на изменение чередования фаз в сети. Кроме того, в устройстве вторичные обмотки трансформаторов тока не соединены непосредственно между собой и не заземлены. Раздельное включение вторичных обмоток трансформаторов тока ведет к повышению опасности поражения электрическим током человека при обслуживании устройства и выходу из строя электронных ключей при переходе напряжения из силовой цепи во вторичную цепь при нарушении изоляции. Заземлять вторичные обмотки трансформаторов тока нельзя, так как это ведет к отказу в работе устройства.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаз.

Сущность изобретения заключается в том, что совокупность его признаков позволяет преобразовать вторичные синусом- дальные фазные токи в сигналы прямоугольной формы длительностью в полпериода, полярность которых совпадает с полярностью соответствующего тока, и при нарушениях в линии обнаружить несов- падение во времени сигналов токов контролируемых фаз и сигнала напряжения, питающего обмотку электромагнитного контактора, с помощью транзисторных м ти- ристорных оптронов, которые совместно выполняют функцию трехвходового логического элемента И и придают устройству фа- зочувствительность.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства для защи- ты трехфазной электроустановки от обрыва фаз; на фиг.2 - линейные диаграммы фазных и линейного напряжений, фазных токов и сигналов при нормальной работе электроустановки {DA, Uc - напряжения фаз А и С; IA, Ic - ток в фазах А и С; д , с - угол сдвига по фазе между током и напряжением, ; i26, i29 - токи через диоды транзисторных оптронов; 24, ias - ток через

светодиоды тиристорных оптронов 8 и 9; UAC - линейное напряжение между фазами А и С; 8, ig - ток через фототиристоры 8 и 9; IAC - ток через катушку 3 электромагнитного контактора; а-угол управления фототиристорами 8, 9); на фиг.З - линейные диаграммы напряжения UCA, тока нагрузки и сигналов при обрыве фазы В, в которой нет измерительного трансформатора тока.

Устройство для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз содержит электромагнитный контактор, силовые контакты 1 которого включены в фазные провода трехфазной электроустановки 2, а его обмотка 3 подключена к клеммам для соединения с сетью через цепь из последовательно включенных кнопок 4 и 5 управления Стоп и Пуск, источник 6 оперативного тока, включенный параллельно обмотке 3 контактора, замыкающий блок-контакт 7 контактора, включенный параллельно кнопке 5 П-,.ск через два встречно-параллельно включенных фотогиристора оптронов 8 и 9, два трансформатора 10 и 11 тока, четыре фазных измерительных преобразователя, выполненные каждый в виде цепочки из последовательно соединенных диода 12 (15, 18, 21), резистора 13 (16, 19, 22) и стабилитрона 14 (17, 20, 23), включенного встречно с диодом 12 (15, 18, 21), два электронных ключа 24 и 25, выполненные в виде двух последовательно-согласно включенных оптоэлею ронных транзисторов 26 и 27 (28 и 29), каждый сзеюдиод которых шунтирован стабилитронами 14, 17, 20 и 23 соответствующего измерительно о преобразователя.

К вторичной ойротке каждого из трансформаторов 10 и 11 тока подключены по два встречно-параллельно включенных измерительных преобразователя. При этом к началам вторичных обмоток трансформаторов 10 и 11 тока подключены диоды 12, 18 и 15, 21, а к концам вторичных обмоток, соединенных между собой и подключенных к клемме заземления, подсоединены стабилитроны 14, 17 и 20, 23 и светодиоды транзисторных оптронов 26, 27 и 28, 29. Катоды авошдиодов тиристорных оп тронов 8 и 9 подключены к минусовому зажиму источника 6 оперативного тока. Анод фототиристора первого тиристорного оптрона 8 подключен к второму зажиму блок-контакта 7 контактора и катоду фототиристора второго тиристорного оптрона 9. Светодиоды оптронов 26 и 27 первого электронного ключа 24 подключены катодами к клемме для соединения с общим проводом, а светодиоды оптронов 28 и 29 второго электронного ключа 25 подсоединены анодами к клемме для Соединения с общим проводом Коллекторы

фототранзисторов 27 и 29 электронных ключей 24 и 25 подключены к положительному зажиму источника 6 оперативного тока. Эмиттеры фототранзисторов 26 и 28 первого 24 и второго 25 электронных ключей под- ключены соответственно к анодам светодиодов первого 8 и второго 9 тири- сторных оптронов. Вывод кнопки 4 Стоп соединен с клеммой для подключения к опережающей фазе, а вывод обмотки 3 кон- тактора - с клеммой для подключения к отстающей фазе сети, в которые включены трансформаторы 10 и 11 тока.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии кнопки 5 Пуск срабатывает электромагнитный контактор, который своими силовыми контактами 1 включает электроустановку 2 в трехфазную сеть. По фазным проводам протекают токи нагрузки, сдвинутые по фазе относительно соответствующего фазного напряжения на угол р, который зависит от характера нагрузки и в процессе работы электроустановки может изменяться в определенных пределах. На- пример, при изменении нагрузки на валу серийного асинхронного двигателя угол р изменяется от величины при холостом ходе двигателя до ( -30° при номинальной нагрузке. При этом во вторич- ных обмотках трансформаторов 10 и 11 гока возбуждаются ЭДС, пропорциональные токам нагрузки, которые подаются на входы измерительных преобразователей. Измерительные преобразователи выпрямляюттоки по однополупериодным схемам. Так, в положительный полупериод ток проходит по последовательно соединенным диоду 12 (15), резистору 13 (16) и светоизлучающему диоду транзисторного оптрона 26 (27). В отри- цательный полупериод ток проходит в обратном направлении по соответствующим цепям: диоду 18 (21). резистору 19 (22) и светоизлучающему диоду транзисторного оптрона 28 (29). Таким образом, в каждый полупериод измерительные преобразователи формируют световые импульсы в оптро- нах 26-29, входящих в состав электронных ключей 24 и 25. Длительность световых импульсов составляет около полупериода (tu Т/2 или AU 180°) питающего напряжения. Амплитуда напряжения на светоиз- лучающих диодах транзисторных оптронов 26-29 ограничивается стабилитронами 14, 17, 20 и 23. Таким образом, для каждой фазы, где установлены трансформаторы 10 и 11 тока, получаются сигналы прямоугольной формы, полярность которых совпадает с полярностью тока в фазе в соответствующий полупериод. Сигналы одинаковой полярности выделяются диодами 12, 15 и 18, 21 и преобразуются светодиодами 26-29 в световые потоки. В результате воздействия световых потоков происходит поочередное отпирание фототранзисторов оптронов 26 и 27 или 28 и 29, входящих в состав электронных ключей 24 и 25. Так как в каждый полупериод питающего напряжения в течение одной шестой периода (Т/6 или 60°) происходит совпадение в двух фазах сигналов одинаковой полярности, то на этот промежуток времени открывается один из параллельно включенных электронных ключей 24 и 25. Через открытые фототранзисторы 26 и 27 или 28 и 29 и последовательно с ними включенные светодиоды тиристорных оптронов 8 и 9 проходит ток от источника 6 оперативного тока.

При нормальной работе электроустановки 2 соблюдается заданная последовательность чередования фаз и при этом выполняются условия включения фототиристоров оптронов 8 и 9, т е. в период наличия положительного потенциала на аноде тиристора его светодиодом подается сигнал управления. Тиристоры оптронов 8 и 9 включаются и через них и последовательно включенную обмочу 3 электромагнитного контактора протекает ток, который удерживает контактор во включенном положении.

При возможном изменении чередования фаз подача напряжения на электроустановку может быть произведена путем нажатия кнопки 5 Пуск. Однако при этом тиристорные оптроны 8 и 9 закрыты, так как питающее фототиристоры напряжение и управляющие ими сигналы, поступающие от электронных ключей 24 и 25, рассинхрони- зированы вследствие подключения входного зажима кнопки Стоп к отстающей фазе (см. таблицу состояния элементов устройства при различном порядке чередования фаз). Поэтому при отпускании кнопки 5 Пуск цепь питания обмотки 3 электромагнитного контактора оказывается разомкнутой и электроустановка 2 отключается от сети.

При обрыве провода в одной из фаз, в которой установлен трансформатор тока, исчезает ток в цепях соответствующих измерительных преобразователей и поэтому светодиоды соответствующих транзисторных оптронов 26-29 не работают. В результате оба электронных ключа 24 и 25 закрываются, что вызывает запирание фототиристоров оптронов 8 и 9. Цепь питания обмотки 3 электромагнитного контактора разрывается и электроустановка 2 отключается от сети.

При обрыве провода в фазе, где нет трансформатора тока, в оставшихся в работе фазах протекает одинаковый по величине ток. При этом в одном и трансформаторов тока ток во вторичной обмотке меняет фазу на 180° по сравнению с другим трансформатором тока, что приводит к запиранию электронных ключей 24 и 25 и тиристоров оптронов 8 и 9, Цепь питания обмотки 3 электромагнитного контактора разрывается и электроустановка 2 отключается от сети. Формула изобретения Устройство для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз, содержащее контактор, силовые контакты которого предназначены для включения в цепь нагрузки, источник оперативного тока, включенный параллельно обмотке контактора, подключенного к клеммам для соединения с сетью через цепь из последовательно включенных кнопок управления Стоп и Пуск, замыкающий блок-контакт контактора, включенный параллельно кнопке Пуск через два встречно-параллельно включенных фототиристора оптронов, два трансформатора тока, измерительные преобразователи, входы которых подключены к началам и концам вторичных обмоток трансформаторов тока, два электронных ключа, входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных преобразователей, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаз, каждый фазный измерительный преобразователь выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных диода, резистора и стабилитрона, включенного встречно с диодом, а электронные ключи выполнены в виде двух последовательно-согласно включенных оп- тоэлектронных транзисторов, каждый светодиодкоторогошунтирован

стабилитроном измерительного преобразователя, к вторичной обмотке каждого трансформатора тока подключены две встречно-параллельные указанные цепи,

при этом к началам вторичных обмоток трансформаторов тока подключены диоды, а к концам вторичных обмоток, соединенных между собой и подключенных к клемме заземления, подсоединены светодиоды

транзисторных оптронов, катоды светодио- дов тиристорных отронов подключены к минусовому зажиму источника оперативного тока, анод фототиристора первого тири- сторного оптрона подключен к второму

зажиму блок-контакта контактора и катоду фототиристора второго тиристорного опт- ронэ, светодиоды оптронов первого электронного ключа подключены катодами к клемме для соединения с общим проводом,

а светодиоды опронов второго электронного ключа подсоединены анодами к клемме для соединения с общим проводом, коллекторы фототранзисторов подключены к поло- житепьному зажиму источника

оперативного тока, а эмиттеры первого и второго электронных ключей подключены соответственно к анодам еветодиодов первого и второго тиристорного оптрона, при этом вывод кнопки Стоп соединен с клеммой для подключения к опережающей фазе, а вывод обмотки контактора - с клеммой для подключения к отстающей фазе сети, в которые включены трансформаторы тока.

u ) ta

4

3SB

Назначение, фиксация обрыва фаз трехфазной установки и изменение фаз на обратное Сущность преобразование синусоидапьных фазных токов в сигналы прямоугольной формы длительностью в полпериода, полярность которых совпадает с полярностью соответствующего тока При нарушении в линии появляется несовпадение во времени сигналов токов контролируемых фаз и сигнала напряжения, что расширяет функциональные возможности за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаз. 3 ил , 1 табл

M

«I-Ј-

jto «it

ISO

Wat

ipot.i

MO vt