Датчик переменного тока Советский патент 1981 года по МПК H02H3/08 G05B23/02 

(5) ДАТЧИК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

t

Изобретение относится к измерению токов и может быть использовано в устройствах релейной защиты электроустановок переменного тока.

В известных датчиках используется геркон,размещенный в поле, образованном измеряемым током, и различные элементы электрической цепи (емкость, резисторы и индуктивность), которые преобразуют время замкнутого и разомкнутого состояния контактов в величину тока или напряжения определенной величины р «

Наиболее близок к предлагаемому датчик переменного тока, содержащий геркон, предназначенный для установки вблизи токоведущей, шины, стабилизированный источник питания, подключенный к геркону, и интегрирующий блок 2 3.

Увеличение тока в шине ведет к увеличению длительности замкнутого состояния контактов геркона и, со Ответственно, к росту амплитуды выходного сигнала. Таким образом, время замкнутого состояния контактов геркона t в течение одного полупериода является функцией кратности тока в шине i к току срабатывания (за мыканйя) геркона .„, т.е. t

Ср 3

f(i/icp).

Исследовакие этой функции реальных герконов показывает, что при .токах, превьшающих ток срабатывания в 310« раза, кривая t, f(i/icp) имеет точку перегиба, после которой пр/иращение времени замкнутого состояния контактов незначительно и соизмеримо с разбросом времени замкнутого состоя15ния у партии и того же типа герконов. Отсюда следует, что точность измерения токов уменьшается в диапазоне больших токов (при i/icp З-), следовательно, использование этого датМчика в элементах защиты приведет к трудностям настройки на выбранную установку, особенно при отстройке от токов пуска (самопуска), которые со3измеримы с.токами коротких замыканий а это может служить причиной отказов или ложной работы защиты. Чтобы исключить ложные срабатываний релейной защиты, в существующих устройствах ведется отстройка от бро ков тока намагничивания или пусковых токов мощных электродвигателей, но это приводит к снижению таких важных показателей, как чувствительность и быстродействие, более того, часть ко ротких замыканий не может быть своевременно распознана. Типичная картина изменения полног тока при внезапном коротком замыкани (см. фиг. 1) и пускового тока описывается уравнениями i(t)K. DV, -sin(u)ttHk ) in(t)KH3v -cos.(w)t 4 vp ) , где К ,K - крастность токов короткого замыкания и пуска по отношению к установив шемуся (периодическому) значению пускового тока (Эу); Ц, U) - начальные углы токов короткого замыкания и пускового;Т;, - постоянные времени сети и электродвигателя; t - текущее время; . CS) - угловая частота сети. Если обозначить через уровень срабатьшания (замыкание) геркона, то в моменты времени t , t/, tj , t (фиг. 1) текущее значение тока (урав нения 1 и 2) становится равным току срабатывания геркона. Известно, что параметры Ку-, Кр, Чц, , C, Cf носят случайный характер, поэтому и время t. , t., t , ti случайно, поэтому уравнения (1) и (2) решены с помощью цифровой выWчислительной машины методом статичес ких испытаний (методом Монте-Карло) с пределами измерений K,,tr, взятых из анализа реальных сетей промышленных предприятий. Время замкнутого состояния геркона в первую полуволну изменения тока определяется 13-1 t (фиг. 1) а во вторую t32. t4 (фиг. 1). 94 Суммарное время замкнутого состояния геркона при коротком замыкании и при пуске электродвигателей составляет:1.За один полупериод t (0,39 - 16,39) мс - для коротких замыканий; - (0.67 - 10,9) мс -для пуска электродвигателей-: 2.За два полупериода ЭК (15.06 - 31,6) мс - для короткого замыкания; (2,83 - 19,) мс - для пуска электродвигателей. Эти расчеты показывают, что невозможно распознать появление короткого замыкания на фоне нормального пускового режима электродвигателей по суммарному времени замкнутого состояния геркона (преобразование времени замкнутого состояния геркона в интегрирующем блоке в непрерывный сигнал в известных датчиках тока), т.к. зоны, времени замкнутого состояния геркона при этих режимах перекрываются, т.е. максимальное время замкнутого состояния геркона при пуске больше, чем минимальное время замкнутого состояния при коротком замыкании. Это принципиальный вывод для всех датчиков тока, которые используются в устройствах релейной защиты, дающих измерение фактических токов, т.е. всегда будет ложная работа защиты, либо снижение чувствительности ее и быстродействия. Цель изобретения - повышение достоверности измерений и повышение надежности защиты токов короткого замыканияi Указанная цель достигается тем, что в известный датчик переменного тока, содержащий геркон, предназначенный для установки вблизи токоведущей шины, стабилизированный источник питания, подключенный к геркону, и интегрирующий блок, введен временной ключ, вход которого подключен к геркону, а выход - к интегрирующему блоку. На фиг. 1 изображен график изменения полного тока короткого замыкания «(t) и время превышения током заданного уровня t,.; на фиг.2 - зоны времени замкнутого сотояния геркона за один и за два полупериода изменений полного тока; на фиг.З зона времени замкнутого состояния геркона за базисное время ttf (на5пример t(f 1 5 мс) ; на фиг. t - функ циснальная схема датчика переменного тока на герконах. Датчик переменного тока (фиг. Л) содержит последовательно соединенный стабилизированный блок.1 питания, геркон 2, расположенный вблизи токеведущей шины, временной ключ 3, пропускающий сигнал от геркона только в течение базисного времени ttf(например, t(f 15 - 20 мс) с момента перв го превышения тока (срабатывание гер кона t, см. фиг. 1), и Ч1нтегрирующи блок , в котором импульсный сигнал от геркона преобразуется в непрерывный выходной сигнал. На основании расчетов на ЦВМ время замкнутого состояния геркона методом Монте-Карло за некоторое базис ное время, не равное кратности 2-х полупериодов переходного процесса (t(J 20 мс, tcf 15 мс) получены следующие результаты: ЗК20 (15,06 - 19,0) мс - для короткого замыкания; Чп2.о (3,33 - 13,В) мс - для пуска электродвигателей; Чк15 (12,28 - 15,0) мс - для короткого замыкания; 4П15 (2.83 - 11,26) мс- для пуска электродвигателей. За базисное время tcf зона времени замкнутого состояния геркона (фиг. 3) при пуске (самозапуске) электродвигателей не перекрывается с зоной замкнутого состояния геркона при коротком замыкании в электрической системе. Наличие разрыва между зонами замкнутого состояния герконов за базисное время tcTпозволяет .быстро различить режим короткого замыкания от пуска электродвигателей и повысить чувствительность защиты (нет надобности отстраиваться от пусковых токов) при несложной конструкции измерительного органа. Формула изобретения Датчик переменного тока содержащий геркон, предназначенный для установки вблизи токоведущей шины, стабилизированный источник питания, подключенный к геркону, и интегрирующий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений и повышения надежности защиты от токов короткого замыкания, в него введен временной ключ, вход которого подключен к геркону, а выход к интегрирующему блоку. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № , кл. Н 02 Н 3/08, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР If 531087, кл. Н 02 Н 3/08, 1975 (прототип) .

- t

8

О

Режим пусца

/

6

2«

29

18

20

Фиг. 2.

PfmuM п.З.

tffMC

24

20

12ie

Фчг. 3