Устройство для защиты электрической сети с электродвигателями от тока короткого замыкания Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 H02H1/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ ОТ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защите электрических сетей от токов короткого замыкания, Известно устройство защиты электрических .сетей от токов короткого замыкания, содержащее датчик тока, пороговый элемент для сравнения величины тока в защищаемой сети с установкой и блок отключения 1. При пусковом режиме действие. защиты блокируется. Однако канал блокировки защиты Содержит датчик величины высших гармонических соста ляющих тока небаланса, что вызывает трудности при технической реализации этого устройства и кроме того, вызывает ложную работу устройства из-за действия помех. Известно также устройство защиты электри ческих сетей от токов короткого замыкания, содержащее датчик тока в сети, пороговый элемент и блок отключения. Это устройство имеет канал блокировки действия защиты на время пуска двигателя, при этом датчиком пускового режима является датчик выделения апериодической составляющей контролируемого тока 2. Недостатком этого устройства также является низкая помехоустойчивость и надежность из-за сложности различения помех от полезного сигнала. Это ведет к ложным срабатываниям защиты, нарушению бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией, излишнему расходованию моторесурса. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства защиты за счет исключения ложных срабатываний при появлении в, защищаемой сети пусковых токов двигателей. Указанная дель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем датчик тока, пороговый элемент, выход которого соединен со входом магнитного пускателя через ключ, управляющий вход которого связан с выходом элемента формирования блокирующего сигнала канала блокировки защиты, выполненного в виде последовательно связанных датчика пускового режима электродвигателя, элемента сравнения и элемента формирования блокирующего сигнала, датчик пускового режима

электродвигателя установлен в непосредственно близости от входа двигателя к соединен с ним и с Выводом силового контакта магнитного пускателя. При этом датчик пускового режима электродвигателя может быть выполнен в виде датчика тока, включенного последовательно между выводом магнитного пускателя и входом электродвигателя, а также в виде выпрямителя, включенного параллельно выводам силового контакта магнитного пускателя, в этом случае элемент сравнения может быть выполнен в виде накопителя-доэатора энергии. Причем при выполнении элемента формирования блокирующего сигнала в виде триггера, выход элемента формирования блокирующего сигнала может быть соединен с управляющим входом ключа непосредственно или при выполнении элемента формирования блокирующего сигнала в виде, генератора пилот-сигнала, выход указанного элемента формирования может быть подключен через вывод силового контакта магнитного пускателя и дополнительно введенный селектор пилот-сигнала, подключенный к выходу упомянутого датчика тока. На фиг. 1 представлена схема устройства, при использовании в качестве датчика пускового режима, датчика тока, установленного непосредственно на входе электродвигателя; на фиг. 2 - схема устройства при использовании в качестве датчика пускового режима выпрямителя, подключенного параллельно силовому контакту магнитного пускателя; на фиг. 3 - схема устройства при использовании сети в качестве канала связи.

Устройство состоит из датчика пускового режима электродвигателя 1, выпрямителя 2 (при необходимости), элемента сравнения 3, элемента формирования блокирующего сигнала (генератор пилот-сигнала) 4, согласующего блока 5 (при необходимости), датчика 6 тока селектора пилот-сигнала 7, порогового элемента 8,. ключа 9, блок 10 отключения, выполненный в виде магнитного пускателя и линии за,п,ержки 11 (при необходимости).

Выход датчика пускового режима электродвигателя 1, расположенного непосредственна на входе двигателя через выпрямитель 2 соединен со входом элемента сравнения 3, выход которого соединен с входом элемента формирования блокирующего сигнала (геиера тора пилот-сигнала). 4. Выход генератора пилот-сигнала 4 через согласующий блок 5 соединен с защищаемой электрической сетью. Выход датчика тока (или производной тока) 6 череэ селектор пилот-сигнала 7 соединен со входом порогового элемента 8 и параллельно с управляющими входом ключа 9. Выход порогового элемента 8 через кшлч 9

соединен со входом блока 10 отключения (магнитного пускателя).

В целях повыщения надежности блокировки блока 10 отключения, сигнал, несущий информацию о наличии в сети блокирующего сигнала (пилот-сигнала) подают на управляемый вход ключа 9 с опережением по отнощению К сигналу, несущему информащпо о превышении величиной тока в сети (или скоростью изменения этого тока) установки уровня. Это достигается путем подачи указанной информации о превыщении на ключ 9 через линию задержки 11.

Работа происходит следующим образом.

При подключении (пуске) к сети двигателя, например, при замыкании выключателя на выходе датчика 1, появляется сигнал, про. порциональный величине (либо производной) тока в сети. Этот сигнал, в случае необходимости, выпрямляют с помощью выпрямителя 2 и подают на элемент сравнения 3.

В момент превыщения сигналом на выходе выпрямителя 2 заданного уровня срабатывания элемента сравнения 3, на вход генератора пилот-сигнала 4 подается запускающий сигнал, вызывающий генерирование пилот-сигнала,который через согласующий блок 5 подают в защищаемую электрическую сеть.

Таким образом, в электрической сети наряду с пусковым током появляется сигнал метка, который несет информацию о том , что имеющее место превыщение порога срабать1вания уставки уровня (или производной) 8, на которую поступает информация о величине (иди производной) тока в сети с датчика 6 тока (или производной) 6 через селектор пилот-сигнала 7, является не результатом Короткого замыкания в сети, а результатом подключения (пуска) двигателя, например, асинхронного. Этот вьщеленный из электрической сети с помощью датчика 6 пилот-сигнал, через блок 7 селекции подается на управляемый вход ключа 9 и вьпывает размыкание этого ключа.

Таким образом, доступ информации о превьпиёнии величиной тока (или производной тока) в сети априорно заданного уровня (или производной) прерывается, и блок 10 отключения не срабатывает.

Если же превыщение тока в сети происходит в результате короткого замыкаНия, а не подключения (пуска двигателей). То ключ 9 останетс1Я замкнутым, и сигнал, несущий информацию о том, что ток (либо производная тока) в сети превысила допустимый уровень, I посту пит через ключ 9 на вход блока 10 от-, ключения, что вызовет отключение сети.

Блокирующий сигнал может быть подан на управляемый вход ключа 9 и через специально организованный канал связи.

Таким образом, расположенный непосредственно на входе двигателя датчик 1 не реагирует на собственно ток короткого замыкания, имеюидай место в любой другой точке защищаемой сети.

Однако, кроме пускового тока двигателя, указанный датчик мог бы реагировать на ток короткого замыкания только в двух случаях:

когда короткое замыкание имеет место непосредственно внутри двигателя;

когда в силу наличия короткого замыкания в других точках контролируемой сети двигатель переходит в генераторный режим, что сопровождается кратковременным выбросом тока значительной величины.

Но оба зти случая легко познаются и с помощью логических схем исключаются из действия системы блокировки датчика 6. Действительно, короткое замыкание внутри двигателя, имевшее место до его включения в сеть, может определяться известными способами (то есть с помощью предстартового контроля тестовыми сигналами), хотя это и необязательно.

В случае, если короткое замыкание в двигателе произошло в момент или после пуска (либо имело место ранее), то этот факт легко определяется по перекосу (асимметрии) напряжений (токов) на фазах (обмотках) двига,теля.

Наличие сигналов об имеющих место указанных ситуациях с помощью логических схем (на рисунке не показаны) препятствует блокировке защиты анализирующим устройством, изложенным в заявке.

Для случая же опознавания перехода двигателя в генераторный режим (из-за имеющего место короткого замыкания в сети), что сопровождается кратковременным (по сравнению с пусковыми токами и токами короткого замыкания) броском тока, используют либо реле обратной мощности, либо фильтрующие (интегрирующие) каскады на выходе вьшрямителя. И в том, и в Другом случае, блокировка защиты запуском пилот-сигнала, не осуществляется, основной датчик защиты 6 выполняет возложенные на него задачи.

Таким образом, блокировка защиты датчика 6 осуществляется только в момент запуска двигателя на время присутствия пускового тока, а во всех случаях эта блокировка не осуществляется.

При использовании информации о состоянии СИЛОВОГО контакта магнитного пускателя дат|чшс тока (или производной) 6 последовательно

486276

через пороговый элемент 8 и ключ 9 соединен f с управляющим входом блока 10 отключения. Входы вьшрямителя 12, используемого в ка. честве датчика пускового режима соединены 5 с различными выводами силового контакта магнитного пускателя 10 (блок отключения), а выходы вьшрямителя 12 через фильтр 13 и элемент сравнения, выполненный в виде накопителя-дозатора электроэнергии 3 соединен 10 с входом усилителя 14 непосредственно, выход которого подключен к генератору пнлот-сигнала 4. Выход генератора пилот-сигнала 4 связан с у|фавляющим входом ключа 9.

В случае использования в качестве канала 15 связи для подачи пилот-сигнала защищаемой электрической сети между датчиком тока (или производной) 6 и порогового элемента 8 . вводится селектор пилот-сигнала 7 (см. рис. 3), один вход которого подключен к выходу 20 датчика тока (или производной) 6, а первый выход - ко входу элемента 8, второй же выход селектора сигнала 7 подключен к управляющему входу ключа 9. Вь1ход же генератора пилот-сигнала 4 в этом случае подклю25 чен к защищаемой электрической сети.

Работа происходит следующим образом. После установки датчика 6 тока и блока 10 отключения в предназначенные точки защищаемой сети через выпрямитель 12 заряжается 30 накопитель-дозатор 3 электроэнергии. Сигнал, который при этом проходит через накопитель дозатор электроэнергии в первый момент, несет информацию только о том, что устройство подключен к фидеру.

35 После замыкания силового контакта магнитного пускателя потеищ1ал на входах выпрямителя станет равным нулю. Накопитель-дозатор электроэнергии начнет разряжаться по цепи разряда (например, через резистор и вход 40 усилителя 14). С выхода усилителя 14 сигнал поступит на генератор пилот сигнала 4, которьш вьщает его (через сеть либо непосредственно) на управляющий вход ключа 9, вызывая его размыкание.

5 Таким образом, на время присутствия пилот-сигнала блок 10 отключения будет отсоединен от датчика 6 тока (или производной). В случае же отсутствия пилот-сигнала через пороговый элемент 8 и ключ 9 на вход 0 блока 10 отключения поступит сигнал, который приведет к срабатыванию защиты.

Научно-технический эффект предложенного решения сост;оит в повышении помехоустой. чивости и надежности защиты, заключающейся в исключении Ложных срабатываний защиты при пусках двигателей, что в свою очередь

,ведет к обеспечению бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей, сохранению моторесурса расцепителей и уменьшению нзлу чаемых помех. Кроме того, упрощается настройка защит. Формула изобретений 1.Устройство для защиты электрической сети с электродвигателями от тока короткого замыкания, содержащее датчик тока, пороговый элемент, выход которого соединен со входом магнитного пускателя через ключ, управляющий вход которого связан с выходом элемента формирования блокирующего сигнал канала блокировки защиты, выполненного в виде последовательно связанных датчика пускового режима электродвигателя, элемента сравнения и элемента формирования блокирую щего сигнала, отличающееся тем что, с целью повыщения надежности работы, датчик пускового режима электродвигателя установлен в непосредственной близости от входа двигателя и соединен с ним и с выводом силового контакта магнитного пускателя 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, 4HJ датчик пускового режим электродвигателя выполнен в виде датчика тока, включенного последовательно между выводом магнитного пускателя и входом электродвигателя. 8 3.Устройство по п. 1, л и ч а ю щ ее с я тем, что датчик пускового режима электродвигателя выполнен в виде вьшрямителя, включенного параллельно выводам ;илового контакта магнитного пускателя, а элемент сравнения выполнен в виде накопителядозатора энергии. 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент формирования блокируфщего сигнала выполнен в виде триггера и его выход непосредственно соединен с управляющим входом ключа. 5.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что элемент формирования блокирующего сигнала выполнен в виде генератора пилот-сигнала и его выход соединен с управляющим входом ключа через вывод СИЛОВОГО контакта магнитного пускателя и дополнительно введенный селектор пилот-сигнала, подключенный к выходу упомянутого датчика тока. , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Атабеков Г. И. Дифференциальное реле с тормозным действием от высщих гармонических составляющих тока небаланса, журнал Электрические станции, № Ш, 1938. 2.Применение электронной техники в системах управления электротяговых устройств, Труды ВНИИЖТ, ВЫП.336. с. 79-182.

«

э