Устройство для токовой защиты от повреждения в сети переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к устройствам защиты, в частности к полупроводниковым расцепителям низковольтных aBTOMaTHiecKHX выключателей.

Известны бесконтактные устройства защиты, выполненные на основе трансформаторов тока. Например, известно устройство, содержащее трансформаторы тока, выпрямитель, измерительный резистор, накопительный конденсатор, тиристор, коммутирующий катушку исполнительного электромеханического органа,и орган контроля тока 1 и 2.Трансформатс тока в один, полупериод работает как дэ чик тока, в друз ой - подзаряжает накопительный конденсатор.-Вследсжвие резко асимметричной нагрузки тра нсформатор тока насыщается при токах, близких к номинальному. В связи с этим передаточная характеристика датчика тока имеет нелинейный характер в рабочем диапазоне токов, что является недостатком. Кроме того, данное устройство не позволяет относительно просто выполнить защиту от однофазных замыканий с малыми токами замыкания.

Известно также устройство защиты трехфазных потребителей1знергии, в котором питание исполиительного органа также осуществляется от емкостного накопителя энергии, данное усхройстао отличается повышенной слоявостью..

Наиболее Зтшзким по технической СУ1ЮОСТЯ и достигаемому результату к кэобретеваю является устройство, в котором в цепь втсч; ичной обмотки основных трансформаторов тока включены последовательно первичная обмотка промежуточного трансформатора тока и измерительный резистор, с которого снимается сигнал, пропор1ШО«4льный фазному току. Промежуточный трансформатор нагружен на блок органа-коитроля тока и исполнит ель нОго электромеханического органа 3.

Так как промежуточный трансформатор тока используется для передачи мощности, необходимой для питания устройства защити, то его габариты оказываются соизмеримыми с габаритами основных трансформаторов тока. В связи с зтим такое техническое решение затруднительно использовать для малогабаритных устройств . Цель изобретения - уменьшить габариты устройства и повысить надежность функционирования. Это достигается тем, что в устройство, содержащее трансформаторы тока по числу фаз, во вторичные обмотки которых включены последовательно измерительные резисторы, при соединенные ко входу органа контроля тока, выход которого соединен с управляющим.входом тиристора, включенного в цепь питания обмотки электромеханического исполнительног органа, блок питания, „состоящий из силового выпрямителя, входы которог подключены последовательно ко втори ным обмоткам упомянутых трансформаторов тока, а выход - к емкостному накопителю энергии, введены симисто по числу фаз, выпрямитель управлеНИН и два стабилитрона, при этом па раллельно цепи, состоящей из вторичной обмотки упомянутых трансформаторов тока с последовательно вклю ченным измерительным резистором, по ключены симисторы, управляющие элек троды которых соединены с зажимами переменного тока выпрямителя управления, к зажимам постоянного тока которого подключены соединенные пос ледовательно согласно стабилитроны, а емкостный накопитель энергии состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, причем общая точка конденсаторов соединена с общей точкой соединения стабилитронов и с общей точкой соединения измерительных резисторов. Именно такое схемное решение поз воляет существенно уменьшить габариты устройства за счет того, что симисторы одновременно .выполняют функцию ключевых стабилизаторов напряжения на накопительных конденсаторах, а также за счет исключения промежуточных трансформаторов тока (в сравнении с прототипом) и тем самым повысить надежность функционирования. , . Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже. Устройство содержит трансформаторы тока 1, включенные в каждую фазу защищаемой сети. Начала вторич ных обмоток трансформаторов тока 1 через измерительные резисторы 2 вкл чены в звезду, концы через силовой выпрямитель 3 подсоединены к накопит4льнь1м конденсаторам 4. Параллельно выходу выпрямителя 3 подключ це.пь тиристор 5 - катушка б электро механического исполнительного органа. С каждого накопительного крнден ciaTopa снимается питание положитель ной и отрицательной, полярности относительно общей точки для органа 7 контроля тока. Симисторы 8 подклюены катодами к входным зажимам вырямителя 3, управляющими электродаи - к входным зажимам маломощного ыпрямителя 9 управления, анодами общей точке. Выходные зажимы выпряителя 9 подключены к общей точке ерез стабилитроны 10. Устройство работает следующим образом. Так как схема симметрична, то рассмотрим ее работу в один полупериод для одной из фаз. В начале каждого полупериода вторичного тока происходит подзаряд через выпрямитель 3 соответствующего накопительного конденсатора 4 . При этом симистор 8 закрыт. Как только напряжение на конденсаторе 4 превысит напряжение стабилизации соответствующего стабилитрона 10, начинает протекать через выпрямитель 9 ток управляющего электрода симистора 8, который, включаясь, закорачивает вторичную обмотку трансформатора тока на измерительный резис|Тор 2. При изменении полярности втоЬичного тока симистор 8 выключается, и вышеописанный процесс повторяется для другого накопительного конденсатора, заряженного до напряжения противоположной полярности. Выключение симистора может также происходить и при насыщении трансформаторов тока/ характерно для больших значений первичного тока. Ток по измерительному резистору 2 протекаем независимо от коммутационного состояния симистора 8. Напряжение на измерительном резисторе 2, пропорциональное первичному току фазы, поступает на вход органа 7 контроля тока, который в аварийной ситуации, (перегрузке, междуфазном или однофазном коротком замыкании, обрыве фазы) подает по заданной программе команду на. включение тиристора 5, и оба конденсатора 4, включенные последовательно, разряжаются на к.атушку б электромеханического исполнительного органа. Подсоединение симисторов катодами ко входным зажимам выпрямителя 3 позволяет относительно просто с помощью одного общего для каждого полупериода опорного элемента (стабили1рона 10)- осуществить раздельное управление симисторами, что необходимо, для .обеспечения симметричного режима работы трансформаторов тока. Таким образом, введение и соответствующее подсоединение симисторов, стабилизирующих напряжение на накопительных конденсаторах путем закорачивания вторичных обмоток трансформаторов тока на измерительные резисторы, позволяет.исключить промежуточные трансформаторы тока и в связи с этим уменьшить габариты устройства. Так как симисторы эффективно защищают вторичные цепи трансформаторов тока от действия сверхтоков, то предлагаемое устройство может работать в сетях с большими токами коротких.замыканий. Уменьшение напряжения на каждом накопительном конденсаторе 4 при со хранении неизменной суммарной запас мой энергии позволяет значительно увеличить мощность, потребляемую от емкостного накопителя энергии органом 7 контроля тока, что существенно облегчает конструирование устройства. Кроме того, вследствие симметричной работы трансформаторов тока удается существенно расширить зону первичных токов, внутри которой трансформаторы тока работают в ненасыщенном режиме. Последнее об стоятельство позволяет расширить зонулинейности передаточной характ ристики трансформаторов тока и реагировать на однофазные короткие замыкания путем выявления токов нулевой последовательиостн во вторичных цепях трансформаторов тока. Заявляемое устройство предназнач для применения в качестве полупрово никового расцепителя в новой перспективной серии малогабаритных низ козвольтных автоматических выключате лей. Его применение в сравнении с гголупроводниковыми расцепйтелями выключателей А3700 позволит снизить трудоемкость изготовления (за счет исключения калибровки устройствам по первичному току), ввести новые виды 3aiii.HT от однофазных замыканий и обрыва фазы, применить современну более надежную элементную базу, Формула изобретения Устройство для токовой защиты от повреждения в сети переменного тока, содержащее трансформат оры тока по числу фаз, во вторичные обмоткк которых включены последовательно измерительные резисторы, присоединенные ко входу органа контроля тока, выход ко.торого соединен с управляющим входом тиристора,включенного.в цепь питания обмотки электромеханического исполнительного органа, блок питания, состоящий из силового выпрямителя, входы которого подключены последовательно ко вторичным обмоткам упомянутых трансформаторов тока, а выход подключен к емкостному накопителю энергии, отличающееся тет, что, с целью уменьшения габаритов и псэвышения надежности функционирования, в него введены симисторы по числу фаз, выпрямитель управления и два стабилитрона, при этом параллельно цепи,, состоящей из вторичной обмотки упомянутых трансформаторов тока с последовательно включенным измерительным резистором, подк.пючены симисторы, управляющие электродаа которых соединены с зажимами переменного тока . выпрямителя управления, к зажимам постоянного тока которогоподключены соединенные последовательно согласно стабилитроны, а емкостный накопитель энергии состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, причем общая точка конденсаторов соединена с общей точкой соединения стабилитронов и с общей точкой соединения измерительных резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 163252, кл. Н 02 Н 3/08, 1963. 2.Акцептованная заявка Японии № 43-109930, кл. 58 D 21, 1968. 3.США Electrical Engineering № 11, 1961.