Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока с генератором Советский патент 1982 года по МПК H02H3/08 

1.54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ СВЕРХТОКОВ

И ПЕРЕГРУЗОК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите генераторов от тепловых повреждений, вызванных симметричныкш перегрузками (по току и по напряжению). Известны устройства, осуществляющие аналогичные функции, выполненные на различной элементной базе. Многие из них не обеспечивают необходимую точность слежения за тепловым реххимом генератора, за счет отказа от учета некоторых факторов например, рассматривается только адиабатический процесс нагрева элементов конструкции генератора), часть устройств не соответствует современным требованиям к релейной защите генераторов Так, применяемая в качестве защиты от симметричных перегрузок обмотки статора генератора максимальная токовая защита с независимой вьщержкой времени, которая осуществляется одним токовым реле, включенным на то одной фазы, и реле времени, действующая на сигнал, не позволяет определять допустимое время работы risHeраторд в зависимости от кратности перегрузки, а также не предусматривает возможность действия на разгруз ку и отключение генератора С 1 ТОКА С ГЕНЕРАТОРОМ Цифровое реле Т Х-105 с зависимой характеристикой вре.мени срабатывания имеет ограниченный по времени диапазон работы (10-300 с) и.при перегрузках малой кратности генератор будет отключаться .раньше допустимого времени перегрузки согласно тепловой характеристики генератора. Кроме того, реле не учитывает отдачу тепла в окружающую среду 2 , Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство защиты от сверхтоков и перегрузок, содержащее входные преобразователи ток - напряжение, фильтр симметричных составляющих, формирователь модуля, функциональный преобразователь, интегратор, детектор уровня, выходной блок, блок отсечки f jНедостатки известного устройства заключаются в том, что не учитывается влияние потерь в стали статора на нагрев обмотки статора, влияние отвода тепла от обмотки статора на ее температуру, влияние температуры окружающей среды на допустимую длительность перегрузки. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем увеличения допустимого времени рабо ты генератора с перегрузкой. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены допол нительно преобразователи напряжение напряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, ус тановленным на линейных выводах ген ратора, второй совмещенный фильтр, входы которого подключены к выходам преобразователей напряжение - напря жение, второй фор.мирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго совмещенного фильтра, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, сумматора ,соглг сующий преобразователь температура напряжение,входы которого подключены датчикам температуры на входе в обмотку статора и выходе из нее охла дающей среды, первый выход которого соединен с третьим входом интегратора-сумматора, а второй выход - с вхо дом выходного блока/ и три сигнальных компаратора, вход первого подсое динен к выходу первого формирователя модуля, вход второго - к выходу второго формирователя модуля, а вход третьего - к входу выходного блока, состоящего из блока разгрузки и порогового выходного блока. Положив в основу анализа процесса нагревания обмотки статора теорию нагревания однородного твердого тела на основании закона сохранения энергии можно записать дифференциальное уравнение следующего вида: Qdt G-с-d(H)+-S Л-©clt, (1) где Q - количество теплоты, получае мое обмоткой в единицу времени, Вт; G - масса обмотки, кг с - удельная теплоемкость обмот ки, Дж/кг.град; (S) - превышение температуры обмо ки над температурой окружаю щей среды в бесконечно малом интервале в реме н и, С/ S - площадь обмотки, , - коэффициент теплоотдачи с поверхности, , Учитывая, что количество теплоты получаемое обмоткой статора, пропорциональное потерям в меди (в свою очередь пропорциональным квадрату тока статора) и потерям в стали (про порциональным квадрату индукции или квадрату напряжения), то .I + KjU: . где ток статора о.е./ напряжение статора о.е.; Ку и коэффициенты пропорциональности . Определяя превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды как разность между температурами охлаждающей среды на входе в обмотку и выходе из нее СЭ ВЬПГ PV, запишем уравнение (1) в следующем виде;( -|:(«ь,.л, - тепловая постоянная обмотки статора. Считая T const и интегрируя уравнение (2), получим . АОП. 1Т(Хич),)at -tp . () fH M2Ux-(b,, -А аз-Д. (н) допустимое превышение температуры обмотки статора над температурой окружаквдей среды; ®р превышение температуры охлаждающей среды на входе в обмотку над нормированной температурой охлаждающей среды. На чертеже представлена блок-схема устройства защиты обмотки статора от перегрева. Устройство содержит преобразователи 1-3 напряжение - напряжение, преобразователи 4-6 ток - напряжение и согласующий преобразователь (СП) 7 температура - напряжение, совмещенные фильтры (СФ) 8-9, формирователи 10 и 11 модуля (ФМ) рабочего сигнала, функциональные преобразователи (ФП) 12 и 13, интегратор-сумматор (ИС 14, сигнальные компараторы (К 15-17, выходной блок, в состав которого входят блок 18 разгрузки (BP) и пороговый выходной блок (ПВБ) 19. При неработающей машине сигнал на входе интегратора-сумматора равен О . При включении машины в работу и наборе нагрузки на 1-м и 2-м входах ИС 14 появляются сигналы, пропорциональные выделяемому в обмотке в единицу времени количеству теплоты от потерь в стали и в меди. На выходе ИС 14 происходит возрастание сигнала, пропорциональное росту превышения темературы обмотки над температурой окужающей среды. С течением времени происходит возастание разности ttTpbiX Bx) увелиение теплоотдачи обМ15тки. При этом, так как сигнал (t/gbix- Bx) подается на 3-й вход интегратора с полярностью,противоположной сигналам, подаваемым на 1-й и 2-й выходы интегратора 14, замедляется рост напряжения на выходе ИС 14. Наконец, когда сигнал, пропорциональный разности ( поступающий на 3-й вход ИС 14, станет равный сумме сигналов, поступаю щих на входы 1 и 2 ИС 14, наступит равновесие, при этом сигнал на входе ИС 14 пропорционален установившемуся превышению температуры обмотки |Над температурой окружакадей среды. |Сигнал с выхода ИС 14 поступает на вход БР 18, формируивдего сигнал на развозбуждение, где сравнивается с сигналом установки U Ч2 и сигналом, пропорциональным @ (с второго вы хода согласующего преобразователя 7 температура - напряжение). Сигнал уставки . пропорционален превышению температуры обмотки в номинальном режиме. Одновременно сигнал с выхода ИС 14 поступает на вход ПВБ 19, где.. -сравнивается с сигналом уставки и и сигналом, пропорциональным (Н)о Сигнал уставки 11 пропорционален максимально допустимому превышению температуры обмотки статора над температурой окружающей сред. При возникновении перегрузки обм ки статора током или увеличении потерь в стали, сигнал на выходе ИС 14 увеличивается пропорционально ро ту превышения температуры обмотки статора. При этом возможны два режи ма: длительный режим перегрузки обмотки током небольшой кратности, при котором за счет увеличения разности ССду С)учитывается отвод тепла от обмотки D окружающую среду, при этом сигнал на выходе ИС 14 возрастает по экспоненциальному закону/ кратковременный режим перегрузки об мотки током большей кратности, при котором существенного изменения раз ности ССвЫ)) не происходит и, таким образом, отвод тепла в окружающую среду не учитывается (адиабатический процесс). При этом сигнал на выходе ИС 14 возрастает практиче ки по линейному закону. Сигнал на выходе БР 18, равный Bbn( va. выхт. поступает на устройство развозбужде ния генератора. Этот сигнал пропорционален величине перегрузки. Если возбуждение не снимает перегрузку и сигнал на выходе ИС 14 будет продолжать увеличиваться, то через некоторое время сработает ПВБ 19, условие срабатывания которого вьп114 и сформирует сигнал на отключение генератора. Введение сигнала, пропорционального @Q (Jвwx7 позволяе выполнить коррекцию допустимого пре вышения температуры обмотки статора в зависимости от температуры окружа щей среды. Сигнальные компараторы К 15-17 предназначены для формирования сигнала о превышении контролируемыми величинами их номинальных значений. Предлагаемое устройство позволяет при перегрузках малой кратности более длительное время сохранить генератор в работе при обеспечении его безопасности. Учетом потерь в стали а также влияние температуры окружающей среды на нагрев обмотки статора позволяет более полно контролировать тепловой режим обмотки статора генератора. Применение предлагаемого устройства облегчает работу обслуживаннцего персонала, так как устройство в зависимостиот режима работы и температуры окружающей среды может автоматически корректировать заданные уставки и осуществлять разгрузку генератора пропорционально величине перегрузки , а при необходимости и его отключение. Отмеченные преимущества предла-. гаемого устройства позволяют полностью использовать перегрузочные способности генератора при обеспечении надежности его работы и облегчают действия обслуживающего персонала . Формула изобретения 1. Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока с генераторомj содержащее преобразователи ток - напряжение , входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый совмещенный фильтр, входы которого подключены к выходам преобразователей ток-напряжение, первый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу первого совмещенного фильтра, первый функциональ ный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля, интегратор-сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя , выходной блок, вход которого подключен к выходу интегратора-сумматора, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения допустимого времени работы генератора с перегрузкой,в него введены дополнительно преобразователи напряжение - напряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установленным на линейных выводах генератора, второй совмещенный фильтр, входы которого подключены к выходам преобразователей напряжение - напряжение, второй

формирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго совмещенного фильтра, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, а выход подсоединен к второму входу интегратора-сумматора, согласующий преобразователь температура - напряжение, входы которого подключены к датчикам температуры на входе в обмотку статора и выходе из нее охлаждакацей среды, первый выход которого соединен с третьим входом интегратора-сумматора, а второй выход - с входом выходного блока, и три сигнальных компаратора, вход первого подсоединен к выходу первого формирователя модуля, вход второго - к выходу второго формирователя

модуля, а вход третьего - к входу выходного блока.

2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что выходной блок состоит из блока разгрузки и порогового выходного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. М., Энергия 1976, с.400-401.

2.Relay and Protection Schemes CH-ES31-02E. Brown BoveryR Company, Ltd. Baden (Switzerland).

3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2599511/24--07,

кл. Н 02 Н 7/08, 1979.