Устройство для защиты электропотребителей от аномального режима Советский патент 1992 года по МПК H02H7/09 H01H51/28 

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим отключение электропотребителей от сети при нарушении ее нормальных параметров, в частности при исчезновении одной из фаз, что предотвращает сгорание электропотребителей, и может широко применяться во всех отраслях народного хозяйства, особенно тан, где выход электродвигателя из строя может привести к значительным материальным убыткам (глубинные насосы в скважинах, холодильные установки, калориферы, теплицы, непрерывные и поточные технологические линии) в тех случаях, когда замена вышедших из строя электродвигателей влечет за собой гораздо большие потери по времени,

чем восстановление исчезнувшей фазы электросети.

Известно много устройств такого назначения. Принципиально они подразделяются на устройства, в которых имеется узел, которым измеряют и сравнивают напряжение фаз,и устройства, и в которых имеется узел, которым измеряют и сравнивают токи в фазах.

Измерение напряжения по фазам является косвенным методом фиксации обрыва фазы, так как в работающем электродвигателе на оборванной фазе индуктируется напряжение, отличающееся от номинального в небольших пределах (5-15%). В этих же пределах может изменяться и напряжение

%| ел

00

ч ел о

сети в зависимости от нагрузки линии без обрыва фазы, поэтому при использовании подобных устройств наблюдаются ложные отключения. Так, например, в сельской местности, где электросети имеют низкое качество, измерительные узлы по напряжению в защитных устройствах просто неприемлемы.

Наиболее надежным и достоверным является изменение тока в фазе, При обрыве фазы ток в ней изменяется от номинального значения до нулевого, что гораздо метроло- гичнее фиксировать, чем улавливать небольшие колебания напряжения, на которые накладываются колебания напряжения сети как для защитных устройств первого вида.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам с измерительным узлом по току.

Известно герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, заполненный эпоксидным компаундом, обмотку возбуждения на диэлектрическом каркасе, геркон и магнит, расположенные соосно в корпусе.

Известно импульсное электромагнитное реле на герконе, содержащее катушку управления, расположенную на ферромагнитном сердечнике, магнитопровод и геркон.

Известно герконовое реле, содержащее симметричный геркон, размещенный внутри катушки и корпус с торцовым фланцем и перегородкой.

Недостатками указанных устройств являются отсутствие как минимум трех обмоток для возможности их использования в измерительных устройствах трехфазной сети, пониженная чувствительность из-за незамкнутости магнитной цепи геркона v удлинения измерительной электроцепи, наличие гильз на каркасах катушек, что увеличивает площадь сечения внутреннего канала самой обмотки, снижая магнитную индукцию квадратично величине внутреннего диаметра обмотки. Кроме того, расеея- ние магнитного поля в местах разомкнутости магнитопровода создает магнитные помехи в аппаратуре, что не всегда допускается или влияет на работу геркона от внешнего магнитного поля.

Известно реле на герконах, содержащее по крайней мере две обмотки управления, герконы, расположенные внутри обмотки управления, и герконы. расположенные вне обмотки управления, а также магнитопроводы.

Недостатком этого устройства является его сложность, так как в нем должно быть как минимум 6 герконов.

Известно устройство для защиты трехфазных электродвигателей от работы на двух фазах, содержащее реле постоянного тока с тиристором, в цепи управления которого включены диод и резистор, контакт реле включен в цепь управления

электродвигателем, а электроды тиристора подключены к фазам трехфазной сети, и дополнительно снабженное герконовым реле и резисторами.

Недостатками данного устройства являются срабатывание устройства только от предохранителей, к которым подключены герконы, если фаза оборвется в другом месте, устройство не срабатывав г и электродвигатель выйдет из строя (сгорит), большое

количество герконовых датчиков (4 ед.) и, кроме того, для четкости срабатывания требуется настройка каждого датчика резистором.

Наиболее близким к предлагаемому по

технической сущности является устройство для максимальной токовой защиты трехфазной нагрузки, включающее в себя два непосредственно измерительных узла, элементы управления, указанные непосредственно измерительные узлы состоят из трехфазных измерительных трансформаторов, предназначенных для воздействия через систему выпрямления и орган управления на тиристорный регулятор напряжения.

Недостатками известного устройства являются наличие двух непосредственно измерительных узлов (датчиков), применение в качестве датчиков трехфазных измерительных трансформаторов, что достаточно громоздко У- массивно, участие в процессе измерения сигнала промежуточных элементов управления двух трансформэтороз-дат- чиков, двух блоков выпрямления и

исполнительного органа, что снижает результирующую чувствительность системы в геометрической прогрессии от количества участвующих в измерении элементов.

Так, если принять условно чувствительность одного элемента 0,9 ед., то общая

чувствительность схемы составляет

0,93х2 0,53 ед., т.е. в 0,9/0,53 - 1,7 раз

менее, чем в устройстве с одним элементом.

Цель изобретения - расширение диапазона защиты электродвигателя.

Расширение диапазона защиты позволяет устанавливать ее на любой электродвигатель охваченного ряда, например 0,1-16,5 кВт, что исключает затраты на привлечение

к монтажу и пуску высококвалифицированных специалистов.

Расширение диапазона защиты устройства позволит защищать электродвигатель на любом режиме его работы - при полной нагрузке и на холостом ходу.

Поставленная цель в устройстве для защиты электропотребителей от аномальных режимов достигается тем, что измерительный узел устройства выполнен в виде корпуса с расположенным в нем герконом с тремя обмотками, каждая из которых предназначена для подключения к каждой фазе непосредственно, все обмотки расположены соосно на герконе, а корпус выполнен в виде магнитопровода броневого типа.

На фиг.1 представлена конструкция основной части измерительного узла устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие принцип действия датчика измерительного узла; на фиг.З - принципиальная схема измерительного узла; на фиг.4 - полная принципиальная схема управления и защиты электродвигателя.

Основная часть измерительного узла - датчик (фиг.1) состоит из трех одинаковых электрических обмоток 1. изолированных между собой, намотанных непосредственно без гильз по наружному диаметру геркона 2, выполненных из электрообмоточного проводи рассчитанного на номинальный ток наиболее мощного электродвигателя охваченного ряда (например, 0,1-16,5 кВт).

Снаружи расположен корпус 3, представляющий собой магнитопровод броневого типа.

Принцип действия датчика следующий (фиг.З). Каждая из электрических катушек 1 включена последовательно в цепь питания электропотребителя посредством параллельно-встречного попарного соединения диодов 4 в каждой фазе так, что каждая катушка 1 включена последовательно соответствующему диоду 4.

При нормальном состоянии фаз электросети и работающем электропотребителе электрический ток создает в катушках 1 магнитные потоки Фд,Фв,Фс(фиг.2а). Результирующий магнитный поток Фрез является постоянным с коэффициентом пульсации трехфазного выпрямленного полупериод- ного напряжения. Созданный магнитный поток по принципу соленоида замыкается через корпус 3, являющийся магнитопрово- дом для замыкания магнитного потока и расширения диапазона срабатывания. Гер- коновые пластины при 750 А/м напряженности магнитного поля, что равноценно 15 ампервиткам на герконе, притягиваются друг к другу, т.е. герконовый контакт 5 замыкается, что обеспечивает посредством электросхемы на фиг.З нормальную работу электропотребителя.

При исчезновении одной из трех фаз ток в соответствующей электрической катушке прекращается, исчезает и магнитный поток, Тогда магнитный поток соленоида принимает вид, отображенный на фиг,26. В момент перехода амплитудного значения магнитно0 го потока через ноль, геркон размыкаетсвой контакт 5 и посредством электросхемы на фиг.З обесточивает электропотребитель (сигнал на обесточивание). Время срабатывания геркона составляет 0,3 мс, чего доста5 точно для надежной выдачи сигнала.

Однако при наростании магнитного потока контакты геркона замыкаются через мс. За это время электромеханическое реле, необходимое для усиления сигнала уп0 равления, не успевает сработать. Поэтому сигнал с геркона поступает на тиристорную схему б, которая срабатывает и отключает электропотребитель. Чувствительность устройства зависит только от чувствительности

5 датчика,.так как остальные элементы всей схемы являются только функциональными. Полная электрическая схема устройства работает следующим образом (сЪиг.4).

Нажитив кнопки 7 Г. „ подают пита0 ние на катушку 3 пускателя электродвигателя 9, замыкаются главные контакты 10, замыкается блок-контакт 11 пускателя; запускается электродвигатель 9. Одновременно на время пуска снимается питание с

5 измерительного узла (фиг.З). Измерительный узел получает питание через понижающий (220/24 В) трансформатор 12 после отпускания кнопки 7.

В нормальном режиме работы, т.е. при

0 отсуствии обрыва фазы, контакт геркона 5 замкнут, реле 13 обесточено, а его контакт 14 замкнут и обеспечивает шунтирование кнопки 7.

В случае обрыва любой фазы размыка5 ется контакт 5 геркона через тиристор б, включается реле 13, размыкается его контакт 14, обесточивается катушка 8 пускателя, его контакты 10 размыкаются и двигатель 9 отключается от сеги.

0 Запуск электродвигателя без ремонта оборванной фазы невозможен, так как контакт 14 реле 13 находится в разомкнутом состоянии и отсутствует блокировка кнопки 7. Размыкающий контакт кнопки 7 исполь5 зуется в схеме для снятия питания с измерительного узла на время пуска электродвигателя 9. Это необходимо для того, чтобы контакт 5 геркона при прохождении тока через катушки 1 замкнулся и обеспечил запирание тиристора 6.

Тиристорная схема 6 получает питание постоянного напряжения от выпрямительного моста 15. Реле 13 совместно с конденсатором 16 выполняет функцию реле времени (1 с), блокируя геркон на период пускового режима.

Отключение электродвигателя 9 в нормальном режиме производится путем нажатия кнопки 17 Стоп.

При необходимости в электросхему легко ввести цепи световой и звуковой сигнализации об обрыве фазы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в исключении материальных затрат на демонтаж вышедшего из строя (сгоревшего) электродвигателя при обрыве фазы, передачу его в ремонт, непосредственно сам ремонт, простой оборудования и последствия этого простоя за время ремонта электродвигателя, получение электродвигателя из ремонта, его монтаж, при этом следует учитывать дефицит медного обмоточного электропровода.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным характеризуется наличием одного датчика вместо двух, существенным улучшением массогабарит

ных характеристик, повышенной чувствительностью измерительного узла (герконо- вые элементы в предлагаемом датчике имеют порог срабатывания на замыкание 15 ампервитков, в то же время как известные реле имеют 60-80 ампервитков, например в РЭС42, РЭС55), а измеряемый сигнал определяется только чувствительностью герко- нового реле, кроме того, исключается необходимость какой-либо регулировки.

Формула изобретения

Устройство для защиты электропотре- бителей от аномального режима, включающее в себя измерительный узел и элементы автоматики, причем указанный измерительный узел состоит из датчика, предназначенного для воздействия на пускатель электропотребителя, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона защиту, датчик выполнен в виде корпуса и расположенного в нем геркона с тремя обмотками, каждая из которых предназначена для подключения к каждой из фаз непосредственно, при этом все обмотки расположены соосно на герконе, а корпус выполнен в виде магнитопровода броневого типа.

Использование: в устройствах с измерительным узлом на токе, обеспечивающим отключение электропотребителей от сети при нарушении ее нормальных параметров, в частности при исчезновении одной из фаз. Сущность изобретения: устройство выполнено из трех электрических катушек 1 безгильзовой намотки, расположенных соосно друг другу и имеющих центральные отверстия, закрытые снаружи корпусом 3 замкнутой формы, который представляет собой магнитопровод броневого типа из высокопроводного магнитного материала, который имеет отверстия, совпадающие с отверстиями в катушках и представляющие сквозной осевой канал, в котором укреплен геркон. 4 ил, со с

zrzrzz zrz r rz s

.

Ф

p#y3 +Asxa/wf & $ань/ :&М9

Јр&б

Ф

фиё.е &Ј .з r&/ :a#t/

Qfn лускол & 9

4 2 ZЈ 2

К fjreternpoS&t - 7 -

Фч. 3

-Й2 S

;

TuptKfoopfta гсхема

п

g y/y aЈ etfvw

$&О О А и Сь

Ј&О

З-АА/. /л