Устройство для защиты электроустановки от перегрузки Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 H02H3/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ Изобретение относится к релейной защите и предназначено для использования в схемах .отключения энергосистем при токах короткого замыкания, ограниченнь1х электрической дугой. Известны устройства, используемые в схемах . отключающих энергосистемы при коротких замыканиях В них. Эти устройства состоят из блока управления, в котором происходит сравнение выходного сигнала датчика входного тока с пороговым или опорным напряжением элемента сравнения, и двухкаскадного усили теля медленно изменяющегося сигнала, на выходе которого появляется сигнал при превыше,иии выходным сигналом датчика входного тока порогового или опорного напряжения 11 и 2. Соответствующая задержка для устранения влияния пульсаций выходного сигнала датчика входного тока обеспечивается конденсатором. Часто в энергосистемах после момента короткого замыкания ток короткого замыкания, ограниченный электрической дугой, значительно уменьшается, что приводит к уменьщению выходного сигнала датчика входного тока в проОТ ПЕРЕГРУЗКИ цессе короткого замыкания. Так как работа указанных устройств основана на сравнении выходного датчика входного тока с пороговым Напряжением, то при уменьщении указанного сигнала возможно повторное включение системы на существующее короткое замыкание, которое приводит к аварии. Поэтому в указанных системах такие устройства применять нельзя. Известно также устройство, содержащее клемму для подключения датчика входного тока, который представлен трансформаторами тока, токозадающий переменный резистор, активный делитель из двух последовательно соединенных резисторов, нелинейный мост, именуемый спещ1альной схемой возврата полупроводникового реле, пороговый элемент и полупроводниковое реле. Пороговый элемент устройства включает в.себя активный делитель, стабилитрон, подключенный между средней точкой активного делителя и входом полупроводникового реле, а также последовательно соединенные между собой резистор и диод, подключённые между нелинейным мостом и входом полупроводникового реле. Полупро37водниковое реле устройства представляет собой двухкаскадный усилитель медленно изменяющихся сигналов на двух .транзисторах р-п-р и п-р-п типов проводимости. Часть сигнала с выхода усилителя подается на его вход с помощью цепи подхвата, основйым элементом которой является параллельная RC-цепь. Для обеспечения работы яопупроводникового реле на переменном токе параллельно ему подключен накопительный конденсатор, в цепи заряда которого включен диод, предотвращающш разряд конденсатора при паузах выходного сигнала датчика входного тока через последний 3. Блок управления указанного устройства, включающий в себя токозадающий переменный резистор, активный делитель из двух последовательно соединенных резисторов, нелинейный мост, именуемый специальной схемой возврата полупроводникового реле, пороговый элемент, содержит больщое Konn iecTBO элементов, что значительно снижает надежность работы устройства. Кроме того, для работы устройства необходим источник отрицательного напряжения смещения, подаваемого на вход полупроводникового реле. Наличие больщого количества цепей значительно увеличивает ток утечки устройства, что повыщает потребляемую мощность и увеличивает габаритные размеры датчиков входного тока, а также повышает их стоимость. КПД устройства невысок. Цель изобретения - повышение надежности работы и повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее включенный межДу клеммой для подключения датчика входного сигнала и общим выводом токозадающий пере менный резистор, параллельно которому включен делитель напряжения на двух резисторах, средняя точка которого соединена с первым выводом стабилитрона, выходной орган выполненный на двух транзисторах, конденсатор, два диода, введен дополнительный нелинейный элемент, выполненный на обращенном диоде, подключенном одновременно через первый резистор параллельно база-эмиттерному переход первого транзистора выходного органа и чере второй резистор ко второму выводу стабилитрона, соединенному с общим выводом через третий резистор, при этом первый вывод стабилитрона подключен также через дополнитель но введенный переменный резистор к коллектору второго транзистора выходного органа, эмиттер которого через первый диод соединен с клеммой для подключения датчика входного сигнала и через конденсатор с общим выводом причем база второго транзистора подключена через резистор к коллектору первого транзисора выходного органа, соединенному через торой диод с выходной клеммой. Указанные отличительные элементы обеспеивают регулируемый коэффициент возврата стройства, и эффект положительной обратной связи при переходе устройства из одного уста новивщегося состояния в другое. При указанной схеме соединения до момента срабатывания устройства и после его возврата существует следующее соотношение где R. сопротивление резистора блока управления, соединенного одним концом с клеммой для подключения датчика входногр сигнала, а другим - к переменному резистору в цепи коллектора транзистора р-п-р типа проводимости; переменное сопротивление в цепи коллектора указанного транзистора;сопротивление закрь1того транзистора, которое имеет большую величину / прямое сопротивление диода. Послесрабатывания устройства соотношение сопротивлений ме5кду указанными элементами пр1шимает вид . 4РК ; - сопротивление того же транзистора в режиме насыщения. Можно считать, что если Rj тогда Величина последнего неравенства определяет соотношение выходных токов датчика входного тока соответственно в моменты срабатывания и возврата переключающего устройства. Эффект положительной обратной связи обеспечивается схемой соединения транзисторов полупроводникового реле и наличием обращенного диода в блоке управления. Конденсатор с момента переключения и до момента возврата обеспечивает работу устройства в паузах выходного тока датчика входного тока. На чертеже представлена принципиальная схема устройства для защиты электроустановки от перегрузки. Устройство содержит клемму 1 для подключения датчика входного сигнала, блок 2 управления, состоящий Из токозадающего переменного резистора 3, параллельно которому подключены два соединенных последовательно между «хэбой резистора 4 и 5, между средней точкой которых и общим выводом 6 устройства подключены последовательно соединенные ж с другом стабилитроны 7 и дополнительный элемент 8, включающий в себя резистор 9, параллельно которому подключена цепь из последовательно соединенных между собой ре зистора 10 и обращенного диода 11, выходно орган 12, состоящий из транзистора 13, в цеп коллектора которого имеется переменный резистор 14, а эмиттер соединен с конденсатором 1.5 и диодом 16, а также транзистора 1 база которого подключена к резистору 18, а коллектор соединен с резистором 19 и диодом 20, подключенным к выходному выводу 21. Устройство работает следующим образом. От клеммы 1 часть вьшрямленного тока датчика входного тока протекает по блоку 2 через резисторы 4 и 5 в общий выход 6 устройства и, кроме того, заряжает конденсатор 15 через диод 16. Величина уставки выпрямленного тока датчика входного тока устанавливается переменным резистором 3. Напряжени на резисторе 5 в установившемся режиме пропорционально величине выпрямленного ток датчика входного тока, так как конденсатор IS не имеет цепей разряда для этого момента При этом напряжение на резисторе 5 меньше напря женин пробоя стабилитрона 7, а токи утечки его почти полностью проходят через резистор 9 и лиш незначительная часть этих токов утечки, определяе мая соотношением сопротивлений резисторов 9 и 10, проходит через обращенный диод 11, создава на нем падение напряжения намного меньше на пряжения открывания транзистора 17, который закрыт. В этот момент обращенный диод 11 работает на начальном участке характеристики tltf w) , который с достаточной степенью точности можно охарактеризовать так, что с изменением 3 напряжение U-eoneiпри U« U где 3 и и соответственно ток и напряжение обращенного диода П, напряжени на входе транзистора 17, необходимое для его открывания. Транзистор 13 также закрыт, так как по его входной цепи протекают только обратные токи коллектора транзистора 17 и диода 20. Отсюда следует, что цепь, состоящая из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, подключенная параллельно резистору 4, имеет очень большое сопротивление за счет закрытого транзистора 13, не оказывает никакого влияния на процессы в устройстве для этого режима. При этом выход 21 не влияет на работу устройств, подключенных к нему. В случае короткого замыкания в системе выпрямленный ток датчика входного тока начинает увеличиваться, заряжая конденсатор 15. Напряжение на резисторе 5 возрастает. До момента пробоя стабилитрона 7 ток утечки последнего увеличивается незначительно и поэтому никаких изменений в работе устрой.ства не происходит. В результате пробоя, стабилитрона 7 протекающий через резистор 9 большой ток значительно увеличивает напряжение на нем, что обеспечивает увеличение тока через обращенный диод 11. После пробоя стабилитрона 7 при некотором токе через него, величина которого задается резистором 10, протекающий ток через обращенный диод 11 становится равным его пиковому току. В результате обращенный диод 11 переходит на третий участок характеристики. Переход с первого на третий участок происходит довольно быстро за счет незначительного отрицательного сопротивления второго участка характеристики. При этом на обращенном диоде 11 напряжение резко возрастает и подается через резистор 18 на вход транзистора 17, который открываегся. В результате открывается транзистор 13 Выпрямленньпл гоком датчика входного сигнала по цепи, включающей клемму 1, диод 16, вход транзистора 13, резистор 19, транзистор 17, общий вывод 6. Вследствие этого сопротивление цепи, состоящей из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, уменьшается, а значит, уменьшается суммарное сопротивление параллельного соединения указанной цепи н резистора 4, что обеспечивает появление и рост дополнительной составляющей тока через стабилитрон 7 и вход транзистора 17, которая суммируясь с приращением выпрямленного тока датчика входного тока быстро вводит транзистор 17 в режим насыщения, что обеспечивает и насыщение транзистора 13. Таким образом, начиная с момента насыщения транзистора 13, напряжение на резисторе 5, обеспечивающее пробой стабилитрона 7 и насыщение транзистора 17, создается током, протекающим по цепи, состоящей из клеммы 1, диода 16, транзистора 13, резистора 14, резистора 5 и общего вывода 6, а в паузах выпрямленного тока датчика входного тока - за счет запасенной энергии конденсатора 15 по участку этой же цепи. В установившемся режиме, когда транзистор 13 насыщен, выпрямленный ток датчика входаого тока, при котором его составляющая еще создает на резисторе 5 напряжение, обеспеивающее пробой стабилитрона 7 и насыщение ранзистора 17, тем меньше тока уставки, задаваемое резистором 3 для момента переклюения устройства, т.е. момента начала открыания транзистора 13, чем меньще сопротивлеие резистора 14 в сравнении с резистором 4. тсюда следует, что варьируя сопротивлением езистора 14, можно, изменять ток уставки озврата устройства, т.е. выбирать необходиый коэффициент возврата указанного устройтва.,

Резистор 19 выбирается исходя из условий 1 I насыщения транзистора 13. В режиме работы I устройства, когда транзисторы 13 и 17 насыщены, выходной вывод 21 шунтирует через диод 20 и транзистор 17 входную цепь нагрузки, подключенную к нему, изменяя режим работ этой нагрузки. Процесс возврата устройства происходит в обратном порядке. При уменьшении выпрямленного тока дзтчика входного сигнала уменьшается базовый ток транзистора 17. Когда выпрямленный ток датчика входного сигнала достигает тока уставки, определяемого резистором 14, обращенный диод 11 выходит вновь на первый участок характеристики Ct - $: и) , на котором падение напряжения на обращенном диоде 11 значительно меньще напряжения для поддержания транзистора 17 в открытом состоянии, и он закрывается. В результате обрывается цепь базы транзистора 13, последний также закрывается. Суммарное сопротивление участка дополнительной цепи управления, состоящего из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, становится намного больше сопротивления резистора 4 и не влияет на работу устройства после момента его возврата. Вследствие этого напряжение на резисторе 5 меньше напряжения пробоя стабилитрона 7, через который протекает, начиная с зтого момента, только незначительный ток утечки, часть которого, протекающая через резистор 10, полностью ответвляется в обращенШ)1Й диод 11. .

Цепь, состоящая из клеммы 1, диода 16, транзистора 13, резистора 14, стабилитрона 7, резисторов 10 и 18, входа транзистора 17

и общего вывода 6, отличительными злементами которой являются диод 16, транзистор 15 и резистор 14, не влияющие на процессы в устройстве до его срабатывания и после возврата и определяющие режим работы указанного устройства после момента срабатывания и до его возврата, можно именовать как дополнительную цепь управления полупроводниковым реЛе через нелинейный элемент блока управления,, отличительные элементы которой обеспечивают эффект положительной обратной связи в моменты срабатывания и возврата устройства. Поэтому время срабатывания и возврата устройства незначительно. Кроме того, эти процессы ускоряются за счет незначительного отрицательного сопротивления обращенного диода 11 на втором участке его характеристики.

Таким образом, использование дополнительной цепи управления полупроводниковым реле через нелинейный элемент блока управления и дополнительного нелинейного элемента блока управления, подключаемого выходом к входу полупроводникового реле, значительно упрощает принципиальную схему устройства, что, тем самым, повышает надежность КПД.

Формула изобретения

Устройство для йащиты электроустановки от перегрузки, содержащее включенный между клеммой для подключения датчика входного сигнала и общим выводом токозадающий переменный резистор, параллельно которому

включен делитель напряжения на двух резисторах, средняя точка которого соединена с первым выводом стабилитрона, выходной орган, выполненный на двух транзисторах, конденсатор, два диода, отличающееся тем, что, с целью цовыщения надежности работы и повышения КПД, введен дополнительный нелинейный элемент, выполненный на обращенном диоде, подключенном одновременно через первый резистор параллельно базаэмиттерному переходу первого транзистора выходного органа и через второй резистор ко второму выводу стабилитрона, соединенному с общим выводом через третий резистор, при этом первый вывод стабилитрона подключен через дополнительно введенный переменный резистор к коллектору второго транзистора выходного органа, эмиттер которого через первый диод соединен с клеммой для подключения датчика входного сигнала и через конденсатор с общим йыводом, причем база второго

транзистора подключена через резистор к коллектору первого транзистора выходного органа, соединенному через второй диод с выходной клеммой.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1.Грейвулие А. П. и др. Полупроводниковые реле тока и напряжения. М., Энергия, 1970,

с. 38, рис. 19.

2.Федосеев А. М. Релейная защита электрических систем. М., Энергия, 1976, с. 119, рис. 2-52.

3.Труды ВНИИэлектроаппарат. Выпуск 2. изковольтное Электроаппаратостроение. М., Энергия, 1970, с. 17-22, рис. 1.

748630