Устройство для токовой защитыэлЕКТРОуСТАНОВКи Советский патент 1981 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к области защиты электроустановок от перегрузок и коротких замыканий и может применяться для защиты электрообору дования летательных аппаратов (ЛА) и обслуживающих их аэродромных электр установок. Известны многочисленные устройства, предназначенные для защиты потребителя от перегрузок и короткого замыкания П. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее трансформатор тока, подключенные через выпрямитель к сглаживающему конденсатору и нагру зочному резистору, к которому чере зарядную цепь,представляющую собой стабилизатор тока, выполненный на полевом транзисторе, подсоединен накопительный конденсатор, подключенный параллельно входу порогового элемента, выходное реле которого отключает потребитель от сети f2j. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает защиту от перемежающегося короткого замыкания (типа электрической дуги, .которое характеризуется хаотическими и резкими изменениями величины тока от нулевого до. максимального значения. Следует отметить,что такой вид замыканий наиболее характерен для аэродромных электроустановок, так как одна такая установка обслуживает несколько летательньпс аппаратов OlA) . При этом производится многократное подключение к силовым штепсельным разъемам ЛА ответной части разъема электроустановки, что приводит к интенсивному механическому износу последнего. Следствием этого является ухудшение контакта между клеммами обоих разъемов, а зто в конечном счете вызьшает появление искрения, переходящего со временем в перемежающееся короткое замыкание, которое может привести к пожару на борту ЛА.

Кроме того, указанное устройство не обеспечивает быстрого отключения при устойчивом коротком замыкании, поскольку вьщержка времени отключени остается постоянной независимо от величины тока короткого замыкания из-за наличия стабилизатора тока в зарядной цепи.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей защиты путем увеличния видов повреждений, на которые она реагирует.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты электроустановки, содержащем трансформаторы тока, йыпрямитель с нагрузочным резистором, который соединен через зарядную цепь с накопительным конденсатором, параллельно которому подключен пороговый элемент и исполнительный орган, упомянутая зарядная цепь выполнена в виде двух транзисторных ключей, база транзистора первого ключа подсоединена к выпрмителю через соединенные параллельно конденсатор и стабилитрон, база транзистора второго ключа подключена к движку нагрузочного резистора, выполненного в виде потенциометра, при этом коллекторы транзисторов .ключей подключены через резисторы к накопительному конденсатору, а эмиттеры соединены с анодом дополнительного стабилитрона, катод которого подсоединен к плюсовой шине питания устройства,, при этом минусовая шина питания соединена через замыкающий контакт кнопки с точкой соединения минусового выходного зажима и параллельно соединенных конденсатора и стабилитрона выпрямителя.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из трансформаторов 1,2 и 3, выпрямителя 4, кнопки 5, стабилитрона 6, конденсатора 7, нагрузочного резистора 8, выполненного в виде потенциометра, резисторов 9, 10 и 11, первого транзистора 12, дополнительного стабилитрона 13, накопительного конденсатора 14, резистора 15, второго транзистора 16, порогового элемента 17 и сигнальной лампочки 18.

Устройство работает следующим образом.

Когда ток в трехфазной сети не превышает допустимого значения, переменное напряжение на вторичных обмотках трансформаторов тока, и, следовательно, постоянное напряжение на выходе выпрямителя 4 также не превышают заданного значения. Напряжение, подаваемое на базу второго транзисторного ключа 16 с помощью потенциометра 8, устанавливается несколько меньшим напряжения пробоя дополнительного стабилитрона 13. Необходимо учитывать еще и напряжение база-эмиттер транзисторного ключа 16,но так как оно намного меньш напряжения на дополнительном стабилироне 13, то им можно пренебречь.Напряжение пробоя стабилитрона 6 выбирается таким, чтобы в сумме с напржением пробоя дополнительного стабилитрона 13 оно в 2-3 раза превьшало напряжение на выходе выпрямителя 4 в нормальном режиме работы. В этом случае конденсатор 7 заряжен до величины напряжения на выходе выпрямителя 4, оба транзисторных ключа 12 и 16 закрыты, накопительный конденсато 14 разряжен, пороговый элемент закрыт Резистор 9 вместе с резистором 8 образует-цепь заряд-разряд конденсатора -7, резистор 10 служит для разряда накопительного конденсатора 14 в случае, если в сети трехфазного тока имеет место бросок тока (например, при пуске авиационного двигателя).

В случае перегрузки, когда ток в трехфазной сети превышает на 15-20% допустимый, переменное напряжение на вторичных обмотках трансформаторов тока 1,2 и 3 и постоянное напряжение на выходе выпрямителя 4 превьшает заранее заданное значение. Напряжение, поступающее на базу второго транзистора 16, становится больше напряжения пробоя дополнительно го стабилитрона 13. Второй транзистор 16 открывается, и начинается процесс заряда накопительного конденсатора 14. Время, за которое он заряжается до величины срабатьгоания порогового .элемента 17, зависит в основном от величины сопротивления резистора 15 (для предлагаемого устройства оноравно 3 с). Если за это время перегрузка не снимется то срабатьшает пороговый элемент 17 контакты его реле разрывают цепь пи тания силового контактора в трёхфазной цепи (не показан) . Одновреме но загорается сигнальная лампочка 1 В случае перемежающегося коротко го замыкания (типа электрической дуги) ток в трехфазной сети имеет вид отдельных хаотичных и резко изменяющихся по величине, длительност и частоте следования импульсов. Так же вид имеет и напряжение навыходе выпрямителя 4. Этот вид замыкания наиболее вероятен и опасен, поэтому для обеспечения быстрейшего срабатыв ния устройства импульсное напряжение на базу транзистора 12 подается дополнительно через стабилитрон 6, сопротивление резистора I1 выбираетс минимальным (около 1 кОм), т.е. таКИМ, чтобы только предотвратить ложн заряд накопительного конденсатора 14 до большого напряжения от одиночного броска тока в трехфазной сети, возникающего, например, при пуске авиационного двигателя.При таком замыкании работает практически только первый транзистор 12, так как заряд накопительного конденсатора 14 через второй транзистор 16 в силу большой величины сопротивления резистора 15 (около 75 кОм) незначителен. После заряда накопительного конденсатора 14 до величины срабаты. вания порогового элемента 17 -реле последнего разрывает цепь питания силового Контактора в трехфазной сети. Одновременно загорается сигнал ная лампочка 18. В режиме установившегося коротко го замыкания ток в цепи резко увели чивается до величины, в 4-6 раз пре вышающей допустимую. В этом случае напряжение на выходе вьшрямителя 4 достигает величины пробоя стабилитр нов 6 и 13 и открываются оба транзистора 12 и 16. Но поскольку величина сопротивления резистора 11 .выбрана намного меньше величины сопротивления резистора 15, то и заряд накопительного конденсатора 1 до величины срабатьшания порогового элемента 17 происходит за очень малое время по цепи первого транзисто ра 12. Пороговый элемент 17 срабатьгеает и его реле разрьшает цепь питания силового контактора в трехфазной сети. Одновременно загорается сигнальная лампочка 18, Замыканием кнопки 5 можно проверить исправность защиты. При этом минус питания подается на входы транзисторов ключей, они открьшаются заряжается накопительный конденсатор 14 и срабатывают пороговый элемент и исполнительный орган. . Такое схемное решение устррйства позволяет осуществлять эффективную защиту летательного аппарата и энергоустановки как при перегрузках и установившихся коротких замыканиях, так и при перемежающихся коротких замыканиях. Формула изобретения 1.Устройство для .токовой защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, выпрямитель с нагрузочным резистором,который соединен через зарядную цепь с накопительным конденсатором, параллельно которому подключен пороговый элемент и исполнительный орган, о, т л ичающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональньпс возможностей, упомянутая зарядная цепь выполнена в виде двух транзисторных ключей,база транзистора первого ключа подсоединена к выпрямителю через соединенные параллельно конденсатор и стабилитрон, база транзистора второго ключа подключена к движку нагрузочного ре зистора, выполненного в виде потенциометра, коллекторы транзисторов .ключей подключены через резисторы к накопительному конденсатору, а эмиттеры соединены с анодом дополнительного стабилитрона, катод которого подсоединен к плюсовой шине питания. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью контроля исправности, минусовая шина питания соединена через замыкающие контакты кнопки с точкой соединения шнycoвoгo вьгеодного зажима выпрямителя и параллельно соединенных конденсатора и стабилитрона. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Чернобровов Н. В. Релейная защиты.тМ.. Энергия , 1971, рис.11-54, с. 11-55. 2.Авторское свидетельство СССР № 543084, кл. Н 02 Н 7/08, 1975.