Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети Советский патент 1977 года по МПК H02H3/16 

1

Изобретение относится к устройствам для защиты от токов короткого замыкания и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства и особенно в горной промышленности, в которой к защите прэдъявлякугся повышенные требования изза специфических условий эксплуатации.

Известны устройства для защиты от токов короткого замыкания, но в пределах требуемой Правилами устройства электроустановок величины коэффициента чувствительности 1,5-2 имеют узкую зону действия, особенно в тупиковых линиях с большими пусковыми токами короткозамкнутых асинхронных электродвигателей 2 Известны устройства для выполнения высокого коэффициента чувствительности - фильтровые токовые защиты, реагирующие не на полные токи, а на их симметричные составляющие, например на токи обратной последовательности или комбинированные (на токи прямой и обратной последовательности), но они не отключают симметричных треяфазных коротких замыканий l.

В шахтных электрических сетях с ростом мощности короткозамкнутых асинхронных электродвигателей пусковые токи :-ло- гут быть соизмеримы с токами ксооткого замыкания и тогда выполняют отстройку максимально токовой защиты от п ткозых токов, например, myETKpoBaHVieM vo:ie защиты на момент пуска- При KopoiKiix за.1ыка- ниях в периоц пзска защита не действует, Выполняют зашкту автоматической выдержкой времеьп лостсЯйной величины, независимой от TOKaj в которых реле мг1-1овен-ого действия на время пуска шунтируется резисторами, загрубпяющими уставку в 7.5 раза. Б таких устройствах максимально токовая защита состоит из двух защит - грубой при пуске и чувствительной при нормальной работе. Основным недостатком таких защит является снижение чувствительности к токам короткого замыкания в период пуска электродвигателей, что особенно недопустимо в щахтах, опасных по газу и пыли.

В известном устройстве максимально токовой защиты типа УМЗ, содержащем два трансформатора тока, вторичные обмотки которых зашунтированы резисторами, парал лельно которым через регулировочные резисторы и двухпериодные выпрямительные мосты подключены реле, исключаются срабатывания от токов переходного процесса в сети и для расширения зоны действия за щиты ток срабатывания U определяется по фактическому пусковому току О , т.е, и 1,1 Однако зона действия максимально токовой защиты типа УМЗ ограничивается минимальными токами короткого замыкания и,.,для шахтных электрических сетей, выполненных бронированными и экранированными кабелями, согласно Правилам безопасности для угольных и сланцевых шахт допускается снижение коэффициента чувствительности до i,25 должны превышать для отводов с короткозамкнутыми электродвигателями фактические пусковые токи 3 в 1,4 раза, которые выше номинальных токов П в 5-7 раз. Для повышения чувствительности мак симально токовой защиты к токам короткого замыкания увеличивают сечение кабельной линии, что экономически не выгодно. Цель изобретения - повышение чувствительности к токам короткого замыкания и расширения зоны действия заш,иты. Указанная цель достигается тем, что к выходам двухпериодных выпрямительных мостов присоединены аноды попарно включенных тиристоров, зашунтированных встре но направленными им диодами, причем цепи управления тиристоров подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов и форми рователи прямоугольных импульсов на выходы фазосдвигаюших элементов, входы которых включены на соответствующие фазы сети. На фиг. 1 изображена схема устройства для защиты от токов короткого замыкания на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжения и токов в различных режимах работы сети; на фиг. 3 - временная диаграмма на пряжения и токов в различных режимах ра боты сети; на фиг. 4 - временная диагра ма напряжения на выходе фазосдвигаюших элементов; на фиг. 5 - временная диаграм ма напряжения на выходе формирователей прямоугольных импульсов; на фиг. 6 - вре менная диаграмма напряжения на выходе формирователей остроконечных импульсов; на фиг. 7 - временная диаграмма токов че рез исполнительные реле в различных режимах работы сети с отсечкой тока в выб ранный момент времени. В трехфазной сети 1 установлены в каждой фазе трансформаторы тока 2, зашунтированные резисторами 3, параллельно которым через регулировочные резисторы 4 и двухпериодные выпрямительные мосты 5 подключены исполнительные реле 6. К входным узлам двухпериодных мостов присоединены аноды попарно включенных тиристоров7, зашунтированных встречно направленными им диодами 8. Цепи управления тиристоров 7 подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов 9, состоящих из диодов 10 и емкостей 11, и формирователи прямоугольных импульсов 12, состоящие из стабилитронов 13 и резисторов 14, на выходные выводы 15 и 16 фазосдвигающих элементов 17, состоящих из вторичных обмоток 18 со средними выводами 15 трехфазного трансформатора напряжения, между крайними выводами 16 включены регулируемые емкости 19, а первичные обмотки 2О трехфазного напряжения соединены в звезду и присоединены на соответствующие фазы сети1. Режим работы сети 1 характеризуется напряжением U , током Э и углом сдвига фаз, т.е. коэффициентом мощности соЗФ .Номинальные коэффициенты мощности электродвигателей сой Ф равны 0,78- 0,95, которым соответствуют углы сдвига фазы напряжения и тока 22 - 38 эл. град., в пусковом режиме углы сдвига фаз определяются полным сохфотивлением неподвижного электродвигателя и составляют Ф., 60-75 при пусковых коэффициентах мощности, равных 0,4-0,5. Пусковые токи tJn электп о двигателей превышают номинальные определяются 3 5-7 раз и - коэффициент крат, где К Н - -- п пускового тока. Угол сдвига фазы ipмежду напряжением и и током короткого замыкания Пдз определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений сети (в сетях с кабельнымми линиями меньше, а при воздушных линиях больше угла сдвига фазы между напряжением и током в нормальном режиме ф). Ток короткого замыкания определяется капряженнек: U полным сопротивлением до места замыкания в сети. На фиг. 2 изображена векторная диаграмма; на фиг. 3 - временная диаграмма напряжения U , токов и углов сдвига фаз между напряжением и токами в режимах: нормальном - номинальный ток 3„ , номинальный угол сдвига фаз , при пуске - пусковой ток П , угол сдвига фаз при пуске (f , при коротком замыкании - ток короткого замыкания о, ,j , jTon сдвига фаз при коротком замыкании 4i В предложенном устройстве защиты от токов короткого замыкания ток срабатывания защиты 0.р определяется не по извест ной формуле К „(.), где К,, - коэффициент надежности, 1 P-.J который принимают равным i . й1--Х, i, d - пусковой ток наибольшего и ма КС соединенного электродвигателя,и -сумма номинальных токов всех остальных при ников, а по формуле Dcp-Hj ZU, где D - сумма всех номинальных токов а для одного электродвигателя его номина ный токП. Коэффициент надежности К„ принимают такого же порядка, а для отводов с одним электродвигателем можно при нимать выще 2-2,5. Для исключения срабатывания предложен ной защиты от токов короткого замыкания при пуске асинхронных электродвигателей, пусковые токи которых 3 по абсолютной величине превышают номинальные токи О.. в 5-7 раз, но имеют углы с-.двига фаз Ч( по отношению к напряжение U значитель но больше углов сдвига фаз при нормальной работе ф , 7оках срабать;вания ч примерке равных нокшнальньтм сдвигам фаз hKai:HHX W коротких Lriv узлам двухпериоз гьх выпрямительных i.ioci.-.,-, Ji присоединены аноды попапко вклю ченных пфисторов 7, зашунтированных встречно направленными им диодами 8, посредством которых с выбранного момента времени каждого полупериода выполняют от сечку тока через исполнительные реле 6 так, что средневыпрямительный ток при то ке срабатывания, на который настроены реде 6, выше средневыпрямленного тока при пуске электродвигателеи,и реле 6 при пуске не срабатывают. Для выполнения отсечки тока через реле 6 цепи управления каждого тиристора 7 подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов 9, выполненные на диодах Ю и емкостях 11, и формирователи прямоугольных импульсов 12, выполненные на стабилитронах 13 и резисторах 14, на выходны зажимы 15 и 16 фазос двигающих элементов 17, состоящих из вторичных обмоток 18 трехфазного трансформатора напряжения со средттими отводами 15, между крайними отводами 1ь включены регулируемые емкости 19, а nepsniKbis обмотки 20 сое- динены в звезду и присоединены на соответствующие сети .1, Регулируемыми емкостями 19 выбирают требуемый сдвигнапряжения на выходных зажимах 15 и 16 по отношению к напряжению на входк ВХО ных зажимах фазос двигающих элементов 17 (см. фиг. 4) , подключенных на соответствующие фазы сети 1, и подают на входные -:ажимы формирователей прямоугольных импульсов 12, которыми срезают амп.ттитуаы синусоидального напряжения половин вторичных обмоток 18 до величины пробоя стабилитронов 13 (см. фиг. 5). Прямоугольные импульсы подаются на формирователи остроконечных импульсов 9 и формируются в короткие остроконечные импульсы тока (см. фиг. 6), которые подаются в цепи управления тиристоров 7. Каждый тиристор 7 из двух попарно включенных присоединен анодом к двухпериодному выпрямительному мосту 5 так, что в один из полупериодов, когда приходят в его цепи управления открывающие импульсы, его аноц находится под положительным ггстенциалом. Тиристоры 7 с момента врс:1-лени прихо; - тмпульсов открываются и через диоды S, согласно и последовательно включенные с ними, выполняют отсечку тока через реле 6 (см. фиг. 7), а во второй полупериод с такого же момента времени выполняется от сечка тока через вторые попарно включенные тиристоры . Определяю - cperiiiR значения выпря 1ЛС1т :т;;х токов через реде 6 в различных режимах работь; с87и. В ноГ-13льном режиме а . 3iHWtdi -: :i :-c. -п где П- - амплитуда тока при тюрмальг Н ной работе сети: (р - выбранный угол .ч - If - номинальный уго. -..1, тока. При пуске электроцвк лт-:,; 3 где К - коэффицие -. к; о тока к номинально:..,; f| - пусковой vTO.r; г тока. При коротком зч.1::лкз П1и в :j,,, , fjoidt со5 tpj, -СОЕ (Ъ} , е;-;г:Л1атуда тока короткого замыания в сети; РК э сдвига фазы тока ког того замыкания. Уставку срабатывания 0,. репе определяют по номинальному току и коэффициенту надежности К., н Зн «„(соб Ру-сойЧн). (4) Чтобы защита не срабатывала в момент пуска, проверяют уставку срабатывания по пусковому току и„ Кг, и коэффтщиенTV запаса К„ .(со5Фу-соз(р„). (5) Решив совместно управления (2), (4) и (5), получают соб Лз л:1 1Е1 1нСо0Ф„ , Кз-к„-х По формуле (6) определяют угол отсеч ки тока через реле 6, который примерно равен углу сдвига напряжения на выходе фазос двигающих элементов 17 по отношени яа входе. Это выполняктт регулируемыми ем костями 19. Выполненные расчеты для ряда шахтных электродвигателей при различны , COS Ф„ , коэффидиентах К сой , . сой ф к. J,. что угол отсеч показали, порядка 30-85 . ки тока Коэффициент чувствительности предложен ной защиты от токов короткого замыкания определяют, решив управления (3) и (4), дц.а.(со5Фу-со5 к.з.) . ч К Л„{со5фу-со51р„) При применении предложенного устройства значительно повышается чувствительность к токам короткого замыкания и зона действия предложенной защиты. Предложенная защита позволит выбирать сечение линии только по предельно допустимым падению напряжения и плотности токов. Формула изобретения Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети, содержащее в каждой фазе трансформаторы тока, защунтированные резисторами, параллельно которым через регулировочные резисторы и выпрямительные мосты присоединены реле, отличающееся тем, что, с целью повыщения чувствительности и расширения зоны действия защиты, к выходам выпрямительных мостов присоединены аноды попарно включенных тиристоров, зашунтированных встречно направленными им диодами, причем цепи управления тиристоров подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов и формирователи прямо тольных импульсов на выходы фазосдвигакщих элементов, входы которых включены на соответствующие фазы сети. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Гимоян Г. Г., Лейбов Р. М. Релейная защита подземного электрооборудования и сетей, М. , Недра, 1970, с.7879, 155-183. 2. Риман Я. Заищта шах-хных участковых сетей от токой короткого замыкания, М., Недра, 1972, с. 72-93 (прототип).