Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02H3/253 H02H5/10 G01R31/02 

1

Изобретение относится к системам автоматического управления, а именно к информационно-измерительным устройствам, осуществляющим непрерывный процесс автоматического контроля 5 и защиты многофазных систем.

Известны устройства и способы защиты многофазных систем переменного то.ка, работающие на принципе сравнения величин Напряжений или токов 10 в фазах.

Устройство для обнаружения обрыва фазы flj, содержащее цепи из последовательно соединенных измерителей тока с различными уставками, под- 5 ключейными параллельно фазам питающей линии, отличающееся тем, что с целью обнаружения обрыва фазы в труднодоступном потребителе, цепи одной стороной подключены ко входу потре- jQ бителя, а другой к соответствующим фазам источника питания. Измерителями тока в устройстве являются чувствительные токовые реле и предохранители, которые попарно и параллель- 25 но включены в каждую из фаз контролируемой системы. Между собой токовые реле и предохранитель соединены последовательно и при помощи проводников включены параллельно про- JQ

воду соответствующей линии фазы на его концах у потребителя и источника.

: Наиболее близким к описываемому является устройство защиты 2,определяющее перегорание одного или нескольких плавких предохранителей, встроенных в фазы контролируемой cиcтe iы., Известное устройство защиты содержит токовые трансформаторы, выпрямительные мосты и блоки, вырабатывающие сигналы функции фазных токов или напряжений.

Основным недостатком известного устройства защиты является необходимость перестройки схемы устройства при изменении включения нагрузки контролируемой трехфазной системы переменного тока. Кроме того, в зависимости от мест включения нагрузок по токовым трансформаторам будут протекать различные токи, что приведет.к перегоранию предохранителей, при этом устройство защиты не срабатывает.

Цель изобретения - повынение надежности и расширение функциональных возможностей устройс ва.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты

трехфазной системы переменного то1ка, содержащее фазные трансформато ры, первичные обмотки которых включены в контролирукяцую систему, выпрямители, логические элементы НЕ, логический элемент И н индикаторный элемент подключенный к исполнительному органу, снабжено трехфаз:11лл фазосдвигающим блоком, с ротором и статором фазовым детектором при этом вторичные обмотки трансформаторов с разным количеством витков, соединены между собой и подключены ко входам обмоток статора трехфазного фазосдвигающего блока,две нэ которых подключены к двух входам фазового детектора, а к двум другим его входам подключены выходы обмото ротора фазосдвигающего блока, выходы фазового детектора соединены с двумя входами индикаторного элемента, на третий вход которого подключён выход логического элемента И . входы которой параллельно через логические элементы И соединены с выходами выпрямителей,включенных в контролируемую систему.

На чертеже изображена схема устройства защиты.

Устройство содержит три фа зовых , трансформатора 1-3, первичные обмотки которых включены

в фазы А, В, С трехфазной системы переменного тока . Вторичные обмотки трансформаторов, отличающиеся друг от. друга количеством витков, соединены своими началами по схеме звезда в точке 4, а концами соединены соответственно с точками 5-7 статора фазосдвигающего блока. 8. ФазосдвигаюЩий блок состоит из статора 9 и ротора 10, которые имеют трехфазные обмотки, соединенные по схеме звезда в точке 4 и 11 соответственно. Ротор с фазными обмотками может разворачиваться на любой угол по отношению к статорным обмоткам. Между началами фазных обмоток статора 9 включены резисторы 12-14, а обмоток ротора 10 включены резистор 15-17 . Начала б и 7 фазных обмоток статора 9 подключены на одни входы фазового детектора 18, на другие входы которого подключены начала фазовых обмоток 19 и 20 ротора 10. Выходы .фазового детектора 18 подключены на два входа индикаторного элемента 21, на другой вход которого подключен выход логического элемента И 22. Ко входам элемента 22 подключены параллельно выходы трех логических элементов НЕ 23-25 .. Ко входу элемента 23 подключен выход выпр51мителя 26, включенного в фазу А контролируемой системы. Ко входу элемента 24 подключен выход выпрямителя 27, включенного в фазу В контролируемой системы. Ко входу элемента 25 подключен вькод вьшрямителя 28, включенного в фазу с контролируемой системы. Ко входам исполнительного органа 29 подключены все выходы индикаторного элемента 21.

Работа устройства завдты. При нормальной работе контролируемой системы переменного тока со вторичных обмоток фазовых трансформаторов 1-3, соединенных между собой по схеме звезда, снимаются напряжения, сдвинутые по фазе на 120 относительно друг друга. Эти напряжния поступают в фазосдвигающий блок 8 на соответствующие фазы 5, б и 7 обмоток статора, соединенных по схеме звезда. При этом с трехфазной роторной обмотки снимаются напряжения смещенные на угол 90 относительно напряжений статора. Указанное смещение достигается путем разворота ротора 10 относительно статора 9 на угол . Трехфазный фазосдвигающий блок 8 является электрической машиной с трехфазным статором 9 и ротором 10. При подаче трехфазного напряжения на статор возникает вращающееся электромагнитное поле, которое, пересекая фазные обмотки ротора, индуктирует в них напряжения, сдвинутые на 120° относительно друг друга. В связи с этим напряжением в соответственных друг другу .фазах статора и ротора будут сдвинуты на угол, равный 90°, т.е. смещен дбудет соответствовать углу поворота ротора относительно статора. Линейное напряжение между фазами статора UgtC67) подается- на один из входов фазового детектора 18, на другой вход которого подается линейное напряжение (g ), снимаемое с соответственных фазных обмоток ротора. Эти линейные напряжения также смещены между собой по фазе на 90. В резултате имеем математическую зависимость:

ЪШ V6,7)ec(l9,20)COs4,

ВС(67)) воС19аоГ линейные напряже ния на входах детектора;Ч - угол сдвига фаз

между входными ,напряжениями де.тектора.

При нормальной работе трехфазной контролируемой системы напряжение на выходе фазового детектора 18 будет отсутствовать, т.к. cos 90 0. Б случае же выхода из строя контролруемой системы из-за короткого замыкания или обрыва фазы блок 8 превращается в обычный трансформатор, у которого входное и выходное напряжения совпадают по фазе, так как вместо вращающегося электромагнитного поля появляется некоторый магнитный поток; изменяющийся в соответствии с изменением переменного

тока. Этот поток наводит ЭДС в роторных обмотках, в которых напряжения не имеют фазовых смещений. В результате этого напряжения между соответствующими входными клеммами статора и ротора будут находиться в фазе. Выходные линейные напряжения фазосдвйгающего блока 8 поступают на входы фазового детектора 18, образуя на его выходе напряжение. Это выходное напряжение через индикаторный элемент 21, служащий для своевременной сигнализации аварийного состояния контролируемой системы, оступает на исполнительный орган 29, служащий для выработки сигнала резервирования или защиты контролируемой системы.

В случае обрыва или короткого замыкания одновременно всех фаз контролируемой системы на выходах выпрямителей 26 сигналы отсутствуют. Это приводит к тому, что логические элементы: НЕ 23-25 выдают выходные сигналы, которые поступают на элемент И 22, с выхода которого сигнаш через индикаторный элемент 21 поступает на вход исполнительного органа 29, в результате чего происходит своевременная защита вышедшей из строя контролируемой системы.

Рассмотрим работу устройства защиты при различных случаях аварийного состояния трехфазной системы переменного тока.

1.Короткое зa iыкaниe или обрыв одной из фаз.

При коротком замыкании одной из фаз, например фазы В, напряжения в двух других фазах А,С системы совпадут по фазе,а напряжения,снимаемые со вторичных обмоток фазных трансформаторов 1 и 3 будут отличаться по величине и находиться в противофазе. В результате появления разностного напряжения будет происходить обтекание фаз токами по закону Кирхгофа,и в каждой из -обмоток статора 9 будет создаваться свой магнитный поток. Эти потоки образуют результирующий магнитный поток статора, который, воздействуя на обмотки ротора 10, будет наводить.в каждый из них разные по величине, но одинаковые по фазе ЭДС. Сдвига по фазе между соответственными обмоточными напряжениями статора и ротора не будет, .поэтому входные нап- ряжения фазового детектора 18 также будут находиться в фазе с напряжениями статора и ротора. В результате на выходе детектора 18 появится

напряжение, равное Ugy iJBtie,7) вогарй так как cos D 1.. Напряжение Uy,, является сигнальным для срабатывания индикаторного элемента 21 и исполнительного органа 29.

2.Короткое замыкание или обрыв двух фаз.

в случае замыкания между собой двух фаз (в. С) контролируемой системы токи в первичных обмотках трансформаторов 3, 2 будут протекать в одном направлении, а в первичной обмотке трансформатора 1 - в обратном направлении. В связи с этим во вторичных обмотках трансформаторов 1-3 появятся разностные напряжения , что приводит к появлению соответствующих разностных токов обтека0ния. Эти токи будут проходить по обмоткам статора 9, создавая неподвижный поток переменной величины. Последующее получение в фазосдвйгающем блоке 8 сигнального напряжения,

5 его прохождение, срабатывания индикаторного элемента 21 и испол- , нительного органа 29 происходят аналогично изложенному выше.

3. Короткое замыкание или обрыв трех фаз.

0

В этом случае происходит обесточивание первичных обмоток трансформаторов 1-3, в результате чего сигналы на фазовый детектор не поступают . В то же время происходит

5 обесточивание выпрямителей 26-28, на выходах которых сигнальные напряжения будут отсутствовать. Это приводит к тому г что соответствующие элементы НЕ 23-25 выдают сигналь

0 ные напряжения на элементы 22, который выдает сигнальное напряжение на индикаторный элемент 21 и вызывает срабатывание исполнительного органа 29.

Использование данного устройства по сравнению с аналогами и прототипом позволяет расширить функциональные возможности устройства защиты, так как измеряемая и передаваемая им информация о корот0ком замыкании или обрыве фаз -в контролируемой системе не зависит от мест включения, числа и вида нагрузок; повысить надежность контроля, так как составные элементы устройства защиты обеспечивают обязательное срабатывание устройства при всех случаях аварийного состояния контролируемой ,системыj обеспечить универссшьность в работе, так как

0 схема устройства защиты не требует своей перестройки; осуществлять защиту и резервирование контролируемой системы, а не только своевременную информацию и сигнализацию о ава5рийном ее СОСТОЯНИИ} осуществлять непрерывный контроль за состоянием контролируемой системы, имеющей различны места включения и виды нагрузок.

«О

Формула изобретения

Устройство для Зсодиты трехфазной системы переменного тока, содер