Устройство обнаружения неисправности в трехфазной сети Советский патент 1993 года по МПК H02M7/08 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроустановки от неправильного чередования фаз, обрыва или инверсии фазы.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обнаружения чередования, обрыва и инверсии фаз.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее фазовые измерительные блоки, блок выделения сигналов второй гармоники и три блока сравнения, дополнительно введены три сумматора напряжения, при этом выходы фазовых измерительных блоков подключены соответственно к входам второго, третьего и первого блоков выделения сигнала второй гармоники, выходы которых подключены к входам первого.

второго и третьего сумматоров, выходы которых подключены к входам блоков сравнения, в вторые входы сумматоров подключены к выходам соответственно первого, второго и третьего фазовых измерительных блоков.

В предлагаемом устройстве синусоидальное напряжение каждой фазы сети

Ua ™ Uma SlntOt ;

sin (u t- 120°);

Sin (OK+ 120°)

преобразуется соответственно в синфазное синусоидальное напряжение второй гармоники

Sin2u) t; U2b U2rrt5 Sin(2 OM+1200), Sln(2 UM-1200),

которое суммируется с напряжением основной частоты соседней по направлению обратного чередования фаз сети.

Суммарное напряжение определяется из выражения

sin cot +

+ U2mc sin (2 a) t-120°)

- Ulma Sin 0) t + U2mc (sin 2 G) t

cos 120° - cos 2 GM sin 120°);

U2b Uimb sin (cor. - 120°) +

Lbma sin2uM Uimb (sin ом. cos 120° -

-cosewt sin 120°) + Ubma sin 2 ом ,

UZc UimcSin(uM+ 1200) + f Uzmb sin (2 UM + 120°) Uimc (sin ft)t cos 120° + + cosoMsfn 120°) + Ubmb (sin 2 ом cos 120° + cos 2 a) t sin12QP

.

При равенстве амплитуд первой и второй гармоник суммарные напряжения каждой фазы будут равны

(sin2tot +

+ 1,73 cos 2 ом - 2 sin ом);

(sinftM +

+ 1,7.3 cos ом -2 sin 2 cot);

(sinoM + sin 2 од)- - 1,73 (cos i)i + cos 2 Ml) :

Суммарные сигналы имеют явно выраженные импульсы напряжения с уровнем

+1,97 Um для положительных полупериодов и с уровнем -1,37Um для отрицательных полупериодов.

В качестве сигнала обнаружения неисправности используются только напряжения с уровнем ±1,97Um.

При прямом направлении чередования фаз в суммарных сигналах всех трех фаз будут иметь только положительные импуль0 сы с уровнем +1,97Um, а при обратном чередовании фаз - только отрицательные импульсы напряжения с уровнем -1,971Лп,

При прочих видах неисправности (обрыв или инверсия фазы) будут иметь место

5 различные комбинации появления как положительных, так и отрицательных импульсов напряжения с уровнем 1,97Um.

В таблице приведены комбинации появления положительных и отрицательных им0 пульсов напряжения с уровнем 1,97Um при

различных видах неисправности, где +

обозначены положительные импульсы, а -

- отрицательные импульсы напряжения.

Устройство обнаружения неисправно5 сти содержит связанные с каждой фазой трансформаторы 1,2,3 тока (см.фиг. 1), формующие соответствующий фазовый сигнал, выходы которых соединены с входами соответственно второго, третьего и первого 4,5,6

0 блоков формирования синфазного напряжения второй гармоники частоты сети, выходы, которых соединены с первыми входами соответственно первого, второго и третьего сумматоров 7,8,9 напряжений, вы-.

5 ходы которых соединены с входами соответ- ственно первого, второго и третьего двухполярных пороговых устройств 10,11,12, выходы которых являются выходами устройства, при этом вторые входы пер0 вого, второго и третьего сумматоров 7,8,9 напряжений соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего трансформаторов 1,2,3 тока.

Устройство может быть реализовано

5 без применения сложных активных электронных функциональных узлов. Блоки формирования второй гармоники 4,5,6 могут быть реализованы, например, с помощью трансформаторов, на входе которых вклю0 цен нелинейный элемент, а на выходе LC контур, образованный вторичной обмоткой трансформатора и дополнительной емкостью, настроенный на вторую гармонику частоты сети. Сумматоры 7,8,9 напряжений

5 могут быть реализованы в виде трансформаторов, на одну обмотку которых подается синусоидальный сигнал основной частоты сети, а на вторую обмотку - синусоидальный сигнал второй гармоники. При этом выходной сигнал снимает с третьей обмотки

трансформатора, охватывающей магнитные потоки первой и второй обмоток. Двухпо- лярные пороговые устройства 10.11,12 могут быть выполнены с помощью запертых эталонным напряжением диодов, при этом эталонное напряжение образуется путем выпрямления входного напряжения сети.

Устройство работает следующим образом.

При включении сети по фазовым проводам протекают токи нагрузки, которые формируют на выходах трансформаторов 1,2,3 тока, синусоидальное напряжение частоты сети. Эти напряжения поступают на входы блоков 4,5,6 формирования синфазного напряжения второй гармоники, на выходах которых формируются синусоидальные напряжения второй гармоники частоты сети с уровнем входного сигнала, которые поступают на первые входы сумматоров 7,8,9 напряжения. Одновременно на вторые входы этих сумматоров поступают синусоидальные напряжения с выходов трансформаторов 1,2,3 тока. Таким образом, на входы каждого сумматора 7,8,9 напряжений подается сигнал соответствующей фазы и сигнал второй гармоники соседней по направлению обратного чередования фаз сети, т.е. на первый сумматор 7 напряжения поступает сигнал фазы А и сигнал второй гармоники фазы С, на второй сумматор 8 напряжения поступает сигнал фазы В и сигнал второй гармоники фазы А, а на третий сумматор 9 напряжения поступает сигнал фазы С и сигнал второй гармоники фазы В. На выходах каждого сумматора напряжения формируется результирующий сигнал (см.фиг.2а,б,в для случая прямого чередования фаз), биения двух частот, каждый из которых имеет явно выраженные максимумы (импульсы) напряжений в положительном полупериоде с уровнем 1.97Um и в отрицательном полупериоде с уровнем 1,37Um. Сигналы с выходов сумматоров 7,8,9 напряжений поступают соответственно на входы двухполярных пороговых устройств 10,11,12, .в которых производится выделение напряжений превышающих уровень 1,37Um. Таким образом на выходах пороговых устройств 10,11,12 формируются импульсы напряжения с уровнем равным разности (см.фиг.2аб,в - заштрихованные

участки) между уровнем 1,97Um и пороговым напряжением Unop. При прямом чередовании фаз на первых выходах пороговых устройств формируются положительные импульсы, а при обратном чередовании фаз на

вторых выходах этих пороговых устройств формируются отрицательные импульсы такого же уровня. При других видах неисправностей на выходах пороговых устройств формируются либо положительные импульсы, либо отрицательные, либо и положительные и отрицательные импульсы (см.таблицу).

Использование предлагаемого устройства обнаружения неисправности в трехфазной сети, в отличие от известного устройства-прототипа, расширяет функциональные возможности путем обеспечения обнаружения неисправности при изменении чередования фаз и инверсии фазы и

выдачи сигналов диагностики трехфазной сети.

Формула изобретения Устройство обнаружения неисправности в трехфазной сети, содержащее фазовые измерительные блоки, блоки выделения сигнала второй гармоники и три блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обнаружения чередования, обрыва и инверсии фаз, в устройство дополнительно введены три сумматора напряжения, при этом выходы фазовых измерительных блоков подключены соответственно к входам второго, третьего и

первого блоков выделения сигнала второй гармоники, выходы которых подключены к входам первого, второго и третьего сумматоров, выходы которых подключены к входам блоков сравнения, а вторые входы

сумматоров подключены к выходам срответ- ственно первого, второго и третьего фазных измерительных блоков.

Использование Для защиты электроустановок от неправильного чередования фаз, обрыва или инверсии фазы. Сущность изобретения: при включении сети по фазовым проводам протекают токи нагрузки, которые формируют на выходах трансформаторов 1,2,3 тока синусоидальное напряжение частоты сети. Эти напряжения поступают на входы блоков 4,5,6 формирования синфазного напряжения второй гармоники, на выходах которых формируются синфазные синусоидальные напряжения второй гармоники частоты сети с уровнем входного сигнала, которые поступают на первые входы сумматоров 7,8,9 напряжений. Одновременно на вторые входы этих сумматоров 7,8,9 напряжений поступают синусоидальные напряжения с выходов трансформаторов 2,3 и 1 тока. На выходах каждого сумматора 7,8,9 напряжений формируется результирующий сигнал. Сигналы с выходов сумматора 7,8,9 напряжений поступают соответственно на входы двухполярных пороговых 10,11,12, в которых производится выделение напряжений, превышающих уровень 1,37Um. На выходах пороговых элементов 10,11,12 формируются импульсы напряжения суров- нем, равным разности между уровнем 1,97 Dm и пороговым эталонным напряжением Unop. При прямом направлении чередования фаз на первых выходах пороговых устройств будут сформированы положительные импульсы с уровнем 1,97 Um-Unop. а при обратном направлении чередования фаз на вторых выходах этих пороговых элементов будут сформированы отрицательные импульсы такого же уровня напряжения. При других видах неисправностей на выходах пороговых элементов формируются либо положительные, либо отрицательные, либо положительные и отрицательные импульсы напряжения, 2 ил. ) s™0И 00 от XI XI