Устройство для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 

1

Изобретение касается защиты электрических сетей от токов короткого замыкания.

Известно устройство, реализующее способ защиты источников постой и ноге тока от коротких замыканий и перегрузок, содержащее источник питания переменного напряжения, щунт, два преобразователя постоянного напряжения в импульсное определенной скважности, импульсную схему сравнения, выходной орган и связи между ними flj.

Недостатком этого устройства является довольно сложная в реализации схема, содержащая больщое количество наматывающих изделий.

Кроме того, использование устройства только для защиты сетей постоянного тока, а также отсутствие использования информации о скорости измерения величины контролируемого сигнала, т. е. о величине производной тока по времени, не позволяет максимально повысить быстродействие и надежность работы системы.

Известно также устройство, наиболее близкое к описываемому по технической сущности, реализующее способ для защиты

сетей постоянного тока от коротких замыканий, содержащее датчики тока и напряжения, блок сравнения, состоящее из двух дифференцирующих устройств, схемы вычитания и связи между ними, усилитель и пороговый элемент 2.

Недостатком этого устройства является использование для нахождения производной дифференцирующих устройств, обладающих крайне низкой помехоустойчивостью и большим разбросом параметров, что

делает точность сравнения продифференцированных величин проблематичной.

Кроме того, при наличии достаточно мощного источника энергии при увеличении тетка в сети уменьшения напряжения в защищаемой сети может не произойти совсем; либо оно будет настолько незначительно, что практически фиксация его будет проходить с очень низкой точностью. Это может привести к низкой надежности работы системы защиты (в результате низкой точности измерения) или к нарушению этой защиты вообще.

Указанное устройство также предназначено для защиты сетей постоянного тока.

Целью изобретения является повышение надежности, точности и быстродействия работы устройства, а также расширение функциональных возможностей путем использования его для защиты сетей как неременного, так и постоянного тока.

Это достигается тем, что устройство для зашиты электрических сетей от токов короткого замыкания, содержаш.ее датчик тока, включенный в зашиш,аемую сеть, блок сравнения, пороговый элемент, усилитель и блок отключения, снабжено блоком временной задержки, время задержки которого кратно периоду частоты изменения тока в сети, при этом вход блока задержки подключен к выходу датчика тока, а выход блока задержки - к одному из входов сравнения, другой вход которого соединен с выходом датчика тока, выход же блока сравнения соединен через пороговый элемент со входом блока отключения. Кроме того, с целью повышения временной разрешающей способности устройства, что позволяет сблизить сравниваемые величины на временной оси и облегчить тем самым реализацию устройства задержки, в устройство последовательно с блоком задержки введен инвертор полярности.

Введение инвертора полярности дает возможность сравнивать информацию о величине тока в сети в текущий момент времени с величиной тока в сети уже в предшествующий полупериод и служит дальнейшему повышению надежности работы устройства.

В устройство введены также второй пороговый элемент и логический элемент И, что повышает помехоустойчивость.

При необходимости в устройство может быть последовательно с датчиком тока введен усилитель, что повышает чувствительность работы и в конечном счете общую надежность.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство для защиты от токов короткого замыкания содержит датчик 1 тока, включаемый в защищаемую сеть, выход которого через усилитель 2 (при необходимости) соединен с одним из входов блока 3 сравнения и через инвертор 4 и блок 5 задержки - с другим входом блока 3, выход которого соединен со входом порогового элемента 6. Одновременно выход усилителя 2 соединен с входом другого порогового элемента 7. Выходы пороговых элементов 6 н 7 через элемент И 8 соединены с входом блока 9 отключения.

Достижение поставленной цели основывается на том, что определение изменения тока в сети в каждый момент времени осуществляют сравнением текущей величины тока в сети в данный период с текущей величиной тока в сети в предшествующий период. Для этого перед сравнением задерживают информацию о величине тока в каждый предшествующий период на время, равное периоду частоты тока в сети переменного тока (в случае сравнения текущей информации с информацией, существовавщей в предществующий полупериод), инвертируют сигнал, несущий информацию о величине тока в сети, и задерживают его уже только на время, равное полупериоду частоты изменения тока в сети, информацию же, пропорциональную величине тока в сети в текущий период (полупериод), подают на сравнение непосредственно, а результат сравнения используют в качестве информации о величине производной тока в сети по времени. Таким образом получают информацию об изменении величины тока в сети в каждый данный промежуток времени и сравнивают

5 ее с уставкой. Одновременно определяется величина тока в защищаемой сети, которая сравнивается с допустимой. В случае одновременного превышения обеими определяемыми величинами (тока и производной тока) заданных значений отключают сеть.

В случае защиты сети постоянного тока инвентирование полярности сигнала перед сравнением не производят, а величина времени задержки может быть любой.

Устройство защиты от токов короткого

5 замыкания работает следующим образом. При протекании тока через защищаемую сеть сигнал с датчика 1 тока через усилитель 2 подается на вход блока 3 сравнения. Одновременно выходной сигнал с усилителя

2через инвертор 4 подается на вход.блока 5 задержки, задерживающий входной сигнал на один полупериод. Сигнал с выхода блока 5 задержки поступает на другой вход блока 3 сравнения. Таким образом, при защите сетей переменного тока на вход блока

3сравнения приходят сигналы, несущие информацию о величине тока текущего полупериода и информацию о величине тока предыдущего полупериода обратной полярности, которые в каждый момент времени равны между собой.

0 Если в защищаемой сети возникает режим короткого замыкания, то сигнал с датчика тока 1, поступающий на вход блока сравнения 3 непосредственно (или через усилитель 2) и пропорциональный току в сети, становится больше величины сигнала, поступающего на второй вход блока сравнения 3 (через инвертор 4 и блок 5 задержки) и пропорциональный току в сети в предшествующий полупериод, в течение которого еще отсутствовал режим короткого замыкания. При этом на выходе блока 3 сравнения появляется сигнал, пропорциональный величине производной, и в случае превышения заданной величины вызывает срабатывание порогового элемента 6, сигнал с выхода которого поступает на вход элемента И 8.

Сигнал, пропорциональный току в сети, с усилителя 2 поступает также на пороговый элемент 7. В случае превыщения тока в сети выше заданного порога на выходе порогового элемента 7 появляется выходной сигнал, который также поступает на второй вход элемента И 8.

Таким образом, при коротком замыкании в сети на входы элемента И 8 поступают два сигнала: превышения тока выше допустимого и производной тока, превышающий заданное допустимое значение. При этом выходной сигнал элемента И 8 поступает на вход блока отключения 9, который и отключает защищаемую сеть.

В случае защиты электрических сетей постоянного тока от режима короткого замыкания и в случае задержки сигнала на время, равное периоду частоты изменения тока в сети, инвертор исключается. Работа устройства в этом случае аналогична описанной выше, только при защите сетей постоянного тока должен быть взят усилитель постоянного тока. При этом на выходе блока 3 сравнения также появляется сигнал вначале режима короткого замыкания.

Достигаемый научно-технический эффект от изобретения обусловлеи следующим. Использование усилителя и сравнивающего устройства повыщает чувствительность и точность сравнения, а получение и сравнение информации в любой момент, в том числе и в начале каждого полупериода повышает быстродействие.

Использование только одного датчика тока (и усилителя в случае необходимости), для получения информации о величинах тока в сети и его производной по времени повышает экономичность и надежность устройства.

Универсальность устройства заключается в возможности его использования для зашиты сетей как переменного, так и постоянного тока. При этом обеспечивается и экономический эффект, связанный с выпуском однотипной продукции, имеющей минимальное количество натоточных изделий.

Кроме того, возрастает степень защиты, повышается пожаро- и электробезопасность.

Формула изобретения

. Устройство для защиты электрических сетей от токов короткого замыкания, содержащее датчик тока, включенный в защищаемую сеть, блок сравнения, пороговый элемент, усилитель и блок отключения, отличаю щееся тем, что, с целью повышения надежности, точности и быстродействия работы устройства, а также расширения функциональных возможностей путем использования его для защиты сетей как переменного, так и постоянного тока, оно снабжено блоком временной задержки, время задержки которого кратно периоду частоты изменения тока сети, при этом вход блока задержки подключен к выходу датчика тока, выход - к одному из входов блока сравнения, другой вход которого соединен с выходом датчика тока, а выход блока сравнения соединен через пороговый элемент со входом блока отключения.

0 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с. целью повышения временной разрешаюшей способности устройства, последовательно с блоком задержки введен инвертор полярности сигнала.

J 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено элементом И и вторым пороговым блоком, при этом один вход элемента И подключен к выходу первого порогового блока, другой его вход через втоO рой пороговый блок подключен к датчику тока, а выход элемента И подключен ко входу блока отключения.

4. Устройство по пп. 1, 2, 3, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, последовательно с датчиком тока включен усилитель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 353307, кл. Н,02 3/08, 15.04.70

2. Авторское свидетельство СССР

№ 384171, кл. Н 02 3/08, Н 02 Н 7/26, 04.03.76.