Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты электрического оборудования от сверхтоков и перегрузок (как симметричных, так и несимметричных) и тепловых повреждений, вызванных ими. Известны аналогичные устройства зашиты. Выполненные с использованием как электроме ханических, так и полупроводниковых элемен тов, а. также элементов аналоговой техники 1. Эти устройства имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение. Так, индукционные реле потребляют больш мощность от датчиков тока, имеют ступенчату регулировку тока срабатывания, невысокую точность и надежность. . Известно устройство токовой защиты с выдержкой времени, содержащее датчики тока, фильтры основной частоты, блоки пуска и возврата, элемент времени, выполненный на RC-цепи, исполнительный орган 12. Недостатками этого устройства являются невозможность перестройки характеристики ср батывания, .относительно больщая потребляемая мощность (за счет работы датчиков в режиме насыщения). Известно также устройство, содержащее Датчики тока, источник стабильного напряжения интегрирующий конденсатор с транзисторами в цепях заряда и разряда, пороговый элемент и выходной (3. К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность изменения характеристики срабатывания, отсутствие плавной регулировки времени срабатывания и возврата. В настоящее время известны устройства, выполненные с использованием операщюнных усилителей (ОУ) постоянного тока интегрального исполнения, которые свободны от многих перечисленных недостатков. В качестве прототипа выбрано устройство, содержащее входной преобразователь, вход которого связан с выходами трансформаторов тока защищаемого объекта, фильтр симметричных составляющих, вход которого подключен к выходу преобразователя ток-напряжение, выпрямитель, вход которого через частотный фильтр подклю3чен. к выходу фильтра симметричных составляющих, функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу выпрямителя, интегратор, вход которого подключен к выходу функционального преобразователя; детектор уровня, вход которого подключен к выходу интегратора, триггер, вход которого подключен к выходу детектора уровня, контрольный элемент, управляющий работой интегратора, вход которого подсоединен квыходу Выпрямителя, а выход - ко входу интегратора 4., К недостаткам этого устройства моясно отнести следующие: не обеспечивается минимальная, выдержка времени при больших крат ностях тока защищаемого объекта; не предусмотрена простая регулировка времени срабатывания и возврата устройства; время возвра та устройства в исходное состояние постоянно т.е. не зависит от величины тока, протекающего через защищаемый объект после ликвид ции тока перегрузки или сверхтока. Цель изобретения - устранение отмеченных недостатков, а именно повыщение надежности функционирования и увеличения быстродейУказанная цель достигается тем, что в извеСтное устройство для зашиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока, 1-эдключенные к защищаемому объекту, выхо ды которых соединены со входами соответствующих преобразователей то к-напряжение, выходы которых подключены ко входам совмещенного фильтра, выход последнего через последовательно соединенные формирователь модуля и функциональный преобразователь среДйнён с первым входом интегратора, выхо которого через детектор уровня подключен ко входу выходного блока, введен блок отсечки, вход которого подключен к выходу формирователя модуля, а выход - ко входу выходного блока, причем функциональный преобразователь вьщолнен с д6г1олнительным выходом, подключенным к дополнительному входу интегратора. . На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - характеристик срабатывания. Устройство содержит преобразователи 1,2,3 ток-напряжение,совмещенный фильтр (фильтр симметричных составляющих, в обратную свя которого включена частотно-избирательная цепочка) 4, (возможно также последовательн соединение фильтра симметричных составляющих и частотного фильтра), формирователь 5 модуля, функциональный преобразователь 6, интегратор 7, детектор 8 уровня, блок 9 отсечки, выходной блок 10. Напряжение, пропоршональное симметричным составляющим тока защищаемого объекта, поступает на вход i формирователя 5 модуля, выпрямляется и сглаживается. Полученное напряжение отрицательной полярности с выхода 5 поступает на вход блока 9 отсечки, где суммируется с уставкой по току Uy , а также на вход функционального преобразователя 6, где суммируется с уставкой по току -у1 При-отсутствии сверхтоков или перегрузок напря-, жение на выходе 5 меньше по величине, чем напряжение уставок Uy или U у,.Величина напряжения на выходе блока отсечки 9 определяется падением напряжения на стабилитроне 11 в прямом направлении. Напряжение на выходе операодонного усилителя блока 6 в этом режиме имеет отрицательный знак. При этом диод 12 будет закрыт и напряжение на дополнительном выходе А блока 6 равно нулю, а диод 13 будет открыт и напряжение на основном выходе В равно: выхВ-(,5 уПгде Ug напряжение на выходе формирователя 5 модуля, пропорциональное току защищаемого объекта. , Под действием, этого отрицательного напряжения интегрирующий конденсатор 14 зарядится до величины напряжения равной (где - напряжение стабилизации стабилитрона 15 в обратной связи интегратора) с постоянной времени элементов 16, 14 (). При этом напряжение на выходе детектора уровня будет определяться падением напряжения На стабилитроне 17 в прямом направлении и на выходе выходного блока 10 будет присутствовать напряжение, определяемое падением напряжения на стабилитроне 18 в прямом направлении. При возрастании тока защищаемого объекта, напряжение, пропорциональное этому току, превысит уставку Uy, . При этом знак напряжения на выход блока 6 изменится на противоположный, диод 13 закроется и . напряжение на выходе В блока 6 станет равно нулю, диод 12 откроется и напряжение на выходе А блока 6 будет определяться напряжением (-Ug ) коэффициентом передачи функционального преобразователя в этом режиме, который зависит от величины Up- (Изменяя характеристику функционального преобразователя, тем самым можем изменять вид характеристики срабатывания устройства в целом, см. фиг. 2). Под действием этого напряжения, поступающего А интегратора, интегрирующий конна вход денсатор 14 перезаряжается от - (где идд-напряжение стабилизации стабили гроиа 19 в цепи обратной связи интегратор;)) С постоянной времени элементов 20, 14 .( Когда выходное напряжение интегратора превысит уставку и у. детектора 8 уровня, на выходе последнего появляется напряжение, определяемое параметрами стабилитрона 17 в цепи обратной связи детектора 8 уровня. Это напряжение поступает на вход блока 10, который при этом срабатывает и формирует сигнал на отключение защищаемого объекта. При сверхтоке напряжение с выхода формировател 5 Модуля, пропорциональное этому току, пре вышает уставку и д блока отсечки 9, в ре.зультате чего на его выходе появляется положительное напряжение, определяемое парамет.рами стабилитрона И. Это напряжение поступа ет на вход блока 10, который срабатывает и формирует сигнал на отключение без выдержки времени. При уменьшений тока защищаемого объекта, а, следовательно, и напряжения на быходе блока 5, которое ему пропорционально, знак напряжения на выходе операционного, усилителя блока 6 станет вновь отрицательным и напряжение на выходе А будет равно нулю, а напряжение на выходе В определяется выражением (). Под действием этого отрицательного напряжения на входе В интегратора, величина которого зависит от величины тока, протекающего по защищаемому объекту после исчезновения сверхтока или тока перегрузки, интегрирующий конденсатор перезаряжается от- U q До постоянной времени элементов 16, 14 (Р-,С ) При этом время возврата устройства зависит не только от выбранной постоянной времени, но и от величины протекающего тока в режиме после ликвидации сверхтока или перегрузки. Регулируя с помощью сопротивления резисторов 21 и 22 величину напряжения, подаваемую на входы А или В интегр тора, тем самым регулируемым, в определенно диапазоне, выдержки времени срабатывания и возврата устройства соответственно. Формирование отключающего сигнала с минимальной выдержкой времени при больших и с зависимой от величины тока при малых кратностях тока защищаемого объекта, возмож ность точного согласования характеристики срабатывания устройства с перегрузочной характеристикой за1цищаемого объекта, учет влияния величины тока, протекающего по защищаемому объекту поспе ликвидации перегру ки или сверхтока, на время отставания объекта, позволяет полностью использовать перегрузочные способности оборудования за счет более точного контроля режима его работы. При испытании время срабатывания устройства при больщрй кратности тока защищаемого объекта равно 2. На фиг. 2 показань расчетная (соответствующая тепловой характеристике защищаемого объекта кривая 1) и опытная характеристики времени срабатывания устройства при перегрузках, их рассмотрения которых видно, что возможность регулирования характеристики срабатывания устройства позволяет более точно согласовать ее с тепловой характеристикой защищаемого объекта. При этом время срабатывания устройства при перегрузке получается максимально возможным по условию нагрева защищаемого оборудования. Выполнение учета величины тока, протекающего по защищаемому оборудованию после ликвидации перегрузки или сверхтока, на время возврата устройства в исходное состояние позволяет увеличить точность слежения за тепловым регкимом этого оборудования. Все это позволяет повысить надежность работы защищаемого оборудования при более эффективном его использовании. Формула изобретения Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока, подключенные к защищаемому объекту, выходы, которых соединены со входами соответствующих преобразователей ток-напряжение, выходы которых гюдключены ко входам совмещенного фильтра, выход последнего через последовательно соединенные формирователь модуля и функциональный преобразователь соединен с первым входом интегратора, выход которого Через детектор уровня подклк)чен ко входу выходного блока, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности функционирования и увеличения быстродействия, в него введен блок отсечки, вход которого подключен к выходу формирователя модуля, а выход - ко входу выходного блока, причем функциональный преобразователь выполнен с дополнительным выходом, подключенным к дополнительному входу интегратора; Источники информации, принятые во Рнимание при экспертизе 1.Федосеев А. М. Релейная защита электрн; ческих систем. М., Энергия, 1976, с. 111 - : 2.Грейвулис Я. П. и др. - Полупроводниовые реле тока и напряжения. М., Энергия, 1970, с. 69. 3.Авторское свидетельство СССР № 519808, кл. Н 02 Н 3/08, 1974. 4.Патент США N 3942074, кл. 317-36, 1976.