Реле перегрузки Советский патент 1992 года по МПК H02H3/08 H02H7/08 H02H5/04 H01H83/20 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технике релейной защиты электрических сетей, и предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов длительной перегрузки.

При коротких замыканиях, возникающих за пределами защищаемого участка сети, или же при длительных перегрузках, когда ток в линии существенно превосходит номинальное (длительно допустимое) значение, происходит чрезмерный нагрев проводов. Нагрев свыше допустимой температуры, если он продолжается достаточно долго, приводит к потере проводами механической прочности и их рпзрыву, т.е. аварии электрической сети. Для предотвращения таких аварий служат реле перегрузка- токовые реле с зависимой выдержкой времени. При этом наиболее точными в настоящее время признаны реле перегрузки (реле тока с завис имой выдержкой времени), выполненные на основе счетчиков и генераторов импульсов.

Известны реле перегрузки с зависимой выдержкой времени, выполненные на основе счетчиков и генераторов импульсов, содержащие также входной блок (датчик тока), выходной орган, логические элементы, функциональный преобразователь. Их общим недостатком является неточное определение выдержки времени при перегрузках из- за неучета фактических условий охлаждения

ч J Ю 00

ел

00

проводов защищаемой сети, а также отсутствие возможности независимой регулировки всех параметров реле, применительно к особенностям каждой конкретной защищаемой линии (имеются в виду такие параметры, как сопротивление, сечение, материал проводов, условия охлаждения).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа реле перегрузки (3). Оно содержит датчик тока (входной блок), первый сумматор, первый блок переменного коэффициента (масштабный преобразователь), преобразователь напряжения в частоту и соединенные с ним счетчик числа импульсов и дешифратор (выходной блок), Недостатком известного устройства является неточное определение выдержки времени из-за неучета фактических условий охлаждения проводов защищаемой сети и отсутствия независимой регулировки всех параметров, отражающих особенности защищаемой линии и влияющих на указанную выдержку времени.

Время-токовая характеристика прототипа определяется выражением

Т-А/О-В)(1)

где г - время срабатывания (выдержка времени);

А - постоянный коэффициент;

В- длительно допустимое; значение тока для данного типа защищаемого провода, принимаемое постоянной величиной.

Характеристика по указанному выражению не учитывает того обстоятельства, что В (длительно допустимое значение тока) на самом деле не является постоянной величиной, но зависит, в частности, от скорости ветра и температуры окружающей среды, Расчеты показывают, что с изменением В от указанных факторов меняется и величина А. Закон изменения А от В является достаточно сложным и учесть его схемным путем (автоматически) достаточно сложно.

В предложенном устройстве используется времятоковая характеристика, опреде(2)

ляемая выражением

т А/(12-В), где 1д - длительное допустимое значение тока для данных конструктивного выполнения сети и климатических условий.

При изменении В в выражении (2) величина А остается практически постоянной (для электрических сетей), поэтому учет климатических условий в (2) проще, чем в (1).

Целью изобретения является повышение точности работы за счет учета климатических условий и конкретных параметров

защищаемой линии, влияющих на условия нагрева и охлаждения проводов,

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик

5 тока, первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор, дополнительно включены дат10 чики скорости ветра и температуры окружающей среды, источник стабильного напряжения, второй, третий, четвертый сумматор, квадратор, умножитель, делитель, функциональный преобразователь напря15 жения, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой блоки переменного коэффициента, причем выход датчика тока присоединен через квадратор к первому входу первого сумматора, выход которо20 го через первый блок переменного коэффициента присоединен ко входу преобразователя напряжения в частоту, источник стабильного напряжения подключен ко входам второго, третьего и четвертого блоков

25 переменного коэффициента, датчик скорости ветра присоединен к первому входу второго сумматора через последовательно соединенные функциональный преобразователь и пятый блок переменного коэффи30 циента, ко второму входу которого подключен выход второго блока переменного коэффициента, а выход присоединен к первому входу множителя через шестой блок переменного коэффициента, датчик

35 температуры подключен первому входу третьего сумматора, ко второму входу которого присоединены выход третьего и вход седьмого блоков переменного коэффициента, а его выход через восьмой блок пере40 манного коэффициента подключен к первому входу делителя, ко второму входу которого подключен выход четвертого сумматора, к первому и второму входу которого присоединены выходы соответственно чет45 вертого и седьмого блоков переменного коэффициента, а выход делителя подключен ко второму входу умножителя, выход которого присоединен ко второму входу первого сумматора.

50 Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блок-датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения,

55 трех сумматоров, квадратора, умножителя, делителя, функционального преобразователя, семи блоков переменного коэффициента.

Конструктивное выполнение всех бло- ков известно, однако предложенные связи

между ними обеспечивают проявление нового свойства, не имеющегося у известных устройств аналогичного назначения. Это свойство заключается в более точном учете определяющих климатических и конструктивных признаков защищаемой линии, от которых зависит выдержка времени и возможность настраивать реле по каждому из этих признаков независимо от других. Этим обеспечивается достижение главной цели - повышение точности работы.

На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого устройства; на фиг.2 - экспериментально снятые зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости ветра для разных марок проводов.

Реле перегрузки (фиг.1) содержит следующие блоки: 1 - датчик скорости ветра; 2 - функциональный преобразователь напряжения; 3, 5, 6, 9, 13. 14, 15, 20 - блоки переменных коэффициентов; 4, 8, 16, 19 - сумматоры; 7-датчик температуры окружающей среды; 10 - делитель, 11 - умножитель; 12 - источник стабильного напряжения; 17 - датчик тока; 18 - квадратор; 21 - преобразователь напряжения в частоту. Его особенность заключается с том, что в частоту преобразовывается напряжение только одной полярности, например, положительной; 22 - счетчик импульсов; 23 - дешифратор (выходной блок).

Элементы 17,19,20,21,22,23 относятся к прототипу и являются известными. Остальные элементы являются новыми.

. Устройство работает следующим образом.

На выходе функционального преобразователя 2 формируется сигнал , где V - скорость ветра; q - показатель степени. На выходе блока переменного коэффициента 3 формируется напряжение , где Кз - постоянный регулируемый коэффициент. На выходе блока 5 формируется напряжение . На выходе сумматора 4 напряжение равно U Ks+KsV 1, а на выходе блока 6 - (K5+K3Vq). На один выход сумматора 8 поступает напряжение UT toicp, где Ькр - температура окружающей среды, а на второй его вход напряжение . Напряжение на выходе сумматора 8 равно U8 Ki3-toicp. а на выходе блока 9 (Ki3-toicp). На первый вход сумматора 16 поступает напряжение Ki4, а на его второй вход напряжение . На выходе сумматора 16 напряжение равно Ui6 Kis+Ki3 Ki4, а на выходе делителя 10 напряжение равно (Ki3-toicp}/( +К™ К1з).

Напряжение на выходе умножителя 11 соответственно равно Un U6Uio K6{K5j+K3Vq)K9(Ki3-toKP)/(Ki5+Ki3Ki4). Это напряжение поступает на один из входов сумматора 19, на второй вход которого поступает напряжение , где I - ток защищаемой

линии. На выходе сумматора 19 напряжение равно Ui9 Uie-Uii, а на выходе блока 20 напряжение U20 K2oUi9 K2o(Ui8-Uii}. На выходе преобразователя напряжения в частоту 21 частота равна f KfU20 KfK2o(Ui8-Uii),

где Kf - постоянная или

| кгк20 к К5+ иУ;з- р).(з)

М5 т К.13М4

При изменении тока защищаемой сети, температура окружающей сети скорости ветра напряжение на выходе блока 20 изменяется по закону U20 K2o02-Uii) и может быть положительным или отрицательным.

Напряжение Un соответствует квадрату длительно допустимого тока д . Если в защищаемой линии начинается перегрузка, т.е. , то напряжение Lteo становится положительным и преобразователем 21 оно

преобразовывается в частоту импульсов, которые заполняют счетчик 22. Реле срабатывает, когда в счетчике накопителя N импульсов. Это состояние определяется дешифратором 23. который подает в этом случае сигнал на отключение линии.

Выдержка времени (время срабатывания защиты Гс.з) определяется временем накопления в счетчике 22 импульсов, т.е.

с.з :

N

м/г|2 KeCKs+KaU KBCKia-toup), N/UК,5 +Yi3Ki4

(4)

Процесс нагрева проводника проходящим по нему током описывается вы раже ни6М 0 6Ье(). где 0- перегрев проводника, т.е. превыше- ние его температуры над температурой окружающей среды;

во - начальный перегрев при т 0:

&f - установившееся превышение температуры при т оо; Т- постоянная времени нагрева;

г- текущее время.

При т «имеем 8 ву, причем вычисляется по формуле (там же)

„- I l2ro(1+fft) ар

(5)

Ъ-af

где I - ток линии;

г-сопротивление проводчика:

г0-сопротивление проводника притемпературе 0°С;

/ - температурный коэффициент сопротивления;

t - температура проводника;

а- коэффициент теплоотдачи;

F - площадь поверхности проводника.

Полагая, что длительно допустимой температуре т.д соответствует длительно допустимый ток 1Д, получаем

2 (tg - toxp) a F J r0(1+/h)

(6)

Коэффициент теплоотдачи а в диапазоне рабочих температур длительного режима от температуры меняется незначительно и его величину приближенно можно считать от температуры, не зависящей. Экспериментальная зависимость этого коэффициента от ветра для разных прбводов приведена на фиг.2. Она хорошо аппроксимируется выражением

a a+bVq

(7)

Так, например, для провода МФ100 имеем ,5, ,5, ,6 и расчетные точки для этих условий показаны на фиг.2.

Подставив (7) в (6). получим

Ofl-toupKa+bVQF r0(1+/3t)

(8)

Обозначим; /Kg; t- Ki5;/3 Ki4. В этом случае выражение (8) становится тоджественным напряжению Un, откуда следует . Обозначим A N/KfK20, в этом случае вместо (4) получим выражение (2), определяющее характеристику реле. Эта характеристика автоматически учитывает климатические условия охлаждения провода и может настраиваться на определяющие эти условия факторы независимо друг от друга. Такими факторами являются длительно допустимая температура гд, сопротивление проводника го.и v его температурный коэффициент Д площадь поверхности проводника F, параметры а, Ь, и q коэффициента теплоотдачи.

Положительный эффект заключается в увеличении точности работы реле за счет учета климатических условий и условий охлаждения конкретного провода, на каждое из которых реле настраивается независимо от других факторов. Более точная работа по сравнению с прототипом обеспечивает такие преимущества, как более надежную защиту перегрузки и повышение устойчивости электроснабжения потребителей.

Формула изобретения

Реле перегрузки, содержащее датчик тока, первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к

его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы за счет учета климатических условий и конкретных параметров защищаемой линии, влияющих

на условия нагрева и охлаждения проводов, в него дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, источник стабильного напряжения, второй, третий и четвертый

сумматоры, квадратор, умножитель, делитель, функциональный преобразователь напряжения, с второго по восьмой блоки переменного коэффициента, при этом выход датчика тока присоединен через квадратор к первому входу первого сумматора, выход которого через первый блок переменного коэффициента присоединен к входу преобразователя напряжения в частоту, источник стабильного напряжения подключен

к входам второго, третьего и четвертого блоков переменного коэффициента, датчик скорости ветра присоединен к первому входу второго сумматора через последовательно соединенные функциональный преобразователь и пятый блок переменного коэффициента, к второму входу которого подключен выход второго блока переменного коэффициента, а его выход присоединен к первому входу умножителя через шестой

блок переменного коэффициента, датчик температуры подключен к первому входу третьего сумматора, к второму входу которого присоединены выход третьего и вход седьмого блоков переменного коэффициента, а его выход через восьмой блок переменного коэффициента подключен к первому входу делителя, ко второму входу которого подключен выход четвертого сумматора, к первому и второму входам которого присоединены выходы соответственно четвертого и седьмого блоков переменного коэффициента, а выход делителя подключен к второму входу умножителя, выход которого присоединен к второму входу первого

сумматора.

г j

-СЬ

i-Ch

5

-сь

ipn

йнШда м

-сь

Использование: область электротехники, а именно - техника релейной защиты электрических сетей, предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов перегрузки. Сущность изобретения: реле перегрузки содержит датчик тока. первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор. Новым и реле является применение датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения, второго, третьего и четвертого сумматоров, квадратура, умножителя, делителя, функционального преобразователя напряжения и семи блоков переменного коэффициента. При изменении климатических условий автоматически меняется время срабатывания реле, в котором возможна независимая регулировка величины длительно допустимой для запрещаемой линии температуры, сопротивления проводов и их температурного коэффициента, площади единицы длины поверхности проводника, параметров аппроксимирующей зависимости коэффициента теплоотдачи. 2 ил.

cC

;

Фиг,

10