RU2355090C1

RU2355090C1 - Method of high-speed overcurrent protection of electrical circuits (versions)

Info

Publication number: RU2355090C1
Application number: RU2007134556/09A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Николаевич Гапоненко (UA); Геннадий Николаевич Гапоненко; Виктор Викторович Омельченко (UA); Виктор Викторович Омельченко; Александр Сергеевич Кобозев (UA); Александр Сергеевич Кобозев
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Электрические Низковольтные Аппараты И Системы"
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2009-05-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: present invention can be used for protecting three-phase electrical circuits. According to the method, instantaneous current values are measured and converted from analogue to digital. The root-mean-square value of the symmetrical current component l_ph in each phase is determined, after which the l_ph value determined by integration is compared with a preset current value I_sd. Under the condition that l_ph≥l_sd, a signal is chosen for generating a fixed delay time t_sd. Further, after equal time intervals Δt, the change in current of the electrical circuit Δi_j is measured in each period of measuring current. The sum of the squares of the instantaneous values of change in currents for all three phases, S(Δi² _j) is determined and the value of the symmetrical component of the change in current Δl_ph, is calculated. This value is added to the current value in the previous period of measuring current l_p. The sum l_ph=l_p+Δl_ph is compared with the preset current value I_sd and under the condition that I_ph≥I_sd, a control signal is generated for launching the "integral" protection channel. In this channel, there is calculation of the value of the integral of the square of instantaneous values of the change in current in each phase Q_ph=ΣΔi² _jΔt, which is compared with the preset value Q_sd and at time t_q, corresponding to Q_ph=Q_sd, a signal is generated for switching off the protection device.

EFFECT: more reliable and faster protection.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам максимальной токовой защиты трехфазных электрических цепей от токов короткого замыкания (КЗ), в частности к способам быстрого определения симметричной составляющей тока КЗ при реализации системы быстродействующей «интегральной» селективной защиты цепей.The invention relates to methods for maximum current protection of three-phase electric circuits against short circuit currents (short circuit), in particular to methods for quickly determining the symmetrical component of short circuit current when implementing a system of high-speed "integral" selective circuit protection.

Известны способы, в которых максимальную токовую защиту цепей от токов КЗ осуществляют с помощью выключателей с электронными расцепителями, в частности выключателями A3700 селективного исполнения [1]. Расцепители указанных выключателей содержат аналоговые электронные узлы для измерения значений тока, протекающего через измерительные трансформаторы тока, при этом указанные электронные узлы определяют действующее значение протекающего тока как среднее значение выпрямленного напряжения, поступающего с выхода измерительных трансформаторов. Так как величина максимальной токовой уставки I_sd задается действующим значением симметричной составляющей тока (без учета апериодической составляющей), для сравнения значения протекающего тока с величиной тока уставки I_sd, измерение протекающего тока производят, как минимум, спустя 40 мс (два периода изменения тока частоты 50 Гц) после возникновения КЗ. В расцепителях селективных выключателей А3700С это условие выполняется за счет того, что для обеспечения селективного отключения они имеют минимальное значение фиксированной задержки времени на отключение - t_sd=100 мс. При этом сигнал на отключение вырабатывается расцепителем при условии, что в момент времени после возникновения аварийного тока, равного 80% фиксированной задержки t_sd, значение пропускаемого тока будет не меньше тока уставки I_sd. В этот момент времени апериодическая составляющая тока исчезает и сравнение протекающего через аппарат тока с величиной максимальной токовой уставкой I_sd является вполне корректным. Однако, т.к. расцепитель реагирует, по существу, на мгновенное значение тока, при возникновении кратковременного броска тока в указанный момент времени (80% от t_sd) произойдет ложное срабатывание защиты.Known methods in which the maximum current protection of the circuits from short-circuit currents is carried out using switches with electronic releases, in particular switches A3700 selective execution [1]. The releases of these switches contain analog electronic nodes for measuring the values of the current flowing through the measuring current transformers, while these electronic nodes determine the effective value of the flowing current as the average value of the rectified voltage coming from the output of the measuring transformers. Since the value of the maximum current setting I _sd is set by the effective value of the symmetric component of the current (excluding the aperiodic component), to compare the value of the flowing current with the value of the current setting I _sd , measurement of the flowing current is carried out at least 40 ms later (two periods of change of the frequency current 50 Hz) after the occurrence of a short circuit. In A3700C selective circuit breakers, this condition is fulfilled due to the fact that to ensure selective tripping, they have a minimum value of a fixed delay time for tripping - t _sd = 100 ms. In this case, the trip signal is generated by the release, provided that at the time after the occurrence of the emergency current equal to 80% of the fixed delay t _sd , the value of the transmitted current will be not less than the setting current I _sd . At this point in time, the aperiodic component of the current disappears and the comparison of the current flowing through the apparatus with the value of the maximum current setting I _sd is quite correct. However, since the trip unit responds essentially to an instantaneous current value, if a short-time inrush occurs at a specified point in time (80% of t _sd ), the protection will falsely trigger.

Указанного недостатка не имеет более близкий по технической сути к заявляемому способу максимальной токовой защиты способ, в котором определение действующего значения тока цепи осуществляют методом интегрирования мгновенных значений тока в каждой из фаз [2]. Для этого производят их аналого-цифровое преобразование, а действующее значение тока I_ф в каждой фазе цепи определяют путем интегрирования мгновенных значений тока i_j в течение установленного временного интервала t_и через равные промежутки времени Δt, при этом определение действующего значения тока I_ф осуществляют непрерывно со сдвигом временного интервала t_и на величину очередного отсчета значения тока i_j. Такое скользящее, с вытеснением более старых мгновенных значений тока вновь поступающими, интегрирование мгновенных значений тока в течение времени, достаточного для затухания апериодической составляющей тока, позволяет устранить негативное влияние на надежность защиты апериодической составляющей тока в переходной период. Метод интегрирования при определении действующего значения тока позволяет также устранить влияние на измерение величины кратковременных бросков тока в одной из фаз (например, при включении емкостной нагрузки).This drawback does not have a method that is closer in technical essence to the claimed method of maximum current protection, in which the effective value of the circuit current is determined by integrating the instantaneous current values in each phase [2]. To do this, they perform analog-to-digital conversion, and the effective value of current I _f in each phase of the circuit is determined by integrating the instantaneous values of current i _j during a set time interval t _and at equal time intervals Δt, while determining the effective value of current I _{f is} carried out continuously with a shift of the time interval t _and by the value of the next reference value of the current i _j . Such a sliding, with the replacement of older instantaneous current values by newly arriving, integration of instantaneous current values for a time sufficient to attenuate the aperiodic component of the current, eliminates the negative impact on the reliability of protection of the aperiodic component of the current in the transition period. The method of integration in determining the effective value of the current also eliminates the influence on the measurement of the value of short-term inrush currents in one of the phases (for example, when a capacitive load is turned on).

Указанный способ обеспечения максимальной токовой защиты пригоден только для случая так называемой «временной» селективной защиты разветвленных цепей. В этом случае критерием селективного отключения выключателей, стоящих на более высоких ступенях защиты и выключателей на нижестоящих ступенях, является фиксированное время задержки срабатывания t_sd. Действительно, если минимальное время задержки срабатывания защиты селективных выключателей нижестоящей ступени защиты (ближе к потребителю) составляет t_sd=0,1 с, то аналогичная задержка срабатывания аппаратов вышестоящих ступеней составляет t_sd=0,2 и t_sd=0,4 с. Для точного определения симметричной составляющей тока цепи путем интегрирования мгновенных значений тока такого значительного промежутка времени интегрирования оказывается вполне достаточно.The specified method of providing maximum current protection is suitable only for the case of the so-called "temporary" selective protection of branched circuits. In this case, the criterion for the selective shutdown of circuit breakers at higher protection levels and circuit breakers at lower stages is a fixed trip delay time t _sd . Indeed, if the minimum delay time for the protection of selective switches of a lower protection level (closer to the consumer) is t _sd = 0.1 s, then the similar delay for the operation of devices of higher stages is t _sd = 0.2 and t _sd = 0.4 s. To accurately determine the symmetric component of the circuit current by integrating the instantaneous current values, such a significant integration time interval is quite sufficient.

Однако предложенный способ определения действующего значения протекающего через аппарат тока не может быть использован для обеспечения быстродействующей максимальной токовой защиты, в частности, при реализации системы быстродействующей «интегральной» селективной защиты разветвленных цепей [3].However, the proposed method for determining the effective value of the current flowing through the apparatus cannot be used to provide high-speed maximum current protection, in particular, when implementing a system of high-speed "integral" selective protection of branched circuits [3].

Отличительной особенностью способа реализации «интегральной» селективной защиты от «временного» способа является наличие в структуре защиты, кроме максимальной токовой уставки I_sd, также и уставки по максимальному интегралу квадрата величины протекающего тока (максимальная «интегральная» уставка Q_sd). При этом «интегральная» защита начинает работать только после того, как максимальная токовая защита определит факт возникновения аварийной ситуации, а именно - когда определят действующее значение симметричной составляющей тока цепи и произведут сравнение его величины со значением токовой уставки I_sd. При этом следует отметить, что «интегральная» защита формирует время отключения предельных токов КЗ из условия равенства значения интеграла пропускаемого тока Q_п величине «интегральной» уставке Q_sd.A distinctive feature of the method of implementing the "integral" selective protection from the "temporary" method is the presence in the protection structure, in addition to the maximum current setting I _sd , also the setting for the maximum integral of the square of the flowing current (maximum "integral" setting Q _sd ). In this case, the "integral" protection starts to work only after the maximum current protection determines the occurrence of an emergency, namely when the effective value of the symmetrical component of the circuit current is determined and its value is compared with the value of the current setting I _sd . It should be noted that the "integral" protection generates off time limit fault currents from the condition that the value of the transmitted current integral value Q _n "integral" setpoint Q _sd.

Значение «интегральной» уставки Q_sd, в общем случае, может определяться следующими условиями.The value of the "integral" setting Q _sd , in the General case, can be determined by the following conditions.

Во-первых, величиной интеграла тока отключения Q_o нижестоящего аппарата - значение «интегральной» уставки Q_sd должно быть больше величины интеграла отключения Q_o с определенным коэффициентом запаса к. Требование по введению такого коэффициента запаса продиктовано необходимостью обеспечения надежности избирательного (селективного) отключения вышестоящего и нижестоящего аппаратов.Firstly, the value of the integral of the tripping current Q _{o of the} downstream apparatus - the value of the “integral” setting Q _sd should be greater than the value of the tripping integral Q _o with a certain safety factor k. The requirement to introduce such a safety factor is dictated by the need to ensure the reliability of the selective (selective) tripping of the higher and downstream devices.

Во-вторых, величиной интеграла квадрата тока, которую обеспечивает защита в зоне перегрузки - Q_L. Действительно, для защиты тех элементов электроустановки, которые защищает данный аппарат, «интегральная» времятоковая характеристика в зоне токов КЗ, не обязательно должна проходить ниже аналогичной зависимости для зоны перегрузок.Secondly, the value of the integral of the square of the current, which provides protection in the overload zone - Q _L. Indeed, to protect those elements of the electrical installation that this device protects, the "integral" time-current characteristic in the short-circuit current zone does not have to go below a similar dependence for the overload zone.

Из последнего требования к величине «интегральной» уставки, а именно Q_sd≥Q_L, следует, что при токах КЗ, близких к уставке I_sd, время срабатывания «интегральной» селективной защиты при токах КЗ может быть больше величины фиксированной выдержки времени t_sd. Действительно, время срабатывания защиты в зоне перегрузки From the last requirement for the value of the "integral" setting, namely Q _sd ≥Q _L , it follows that at short-circuit currents close to the setting I _sd , the response time of the "integral" selective protection at short-circuit currents can be greater than the fixed time delay t _sd . Indeed, the response time of the protection in the overload zone

t_L при токе цепи I_ф≤I_L (I_L - токовая уставка зоны перегрузки) всегда больше времени срабатывания защиты t_sd в зоне токов КЗ, при токе цепи I_ф≥I_sd, как минимум, в два раза больше. А это значит, что при токах КЗ, меньших (1,4÷2,5) I_sd, нет необходимости обеспечивать время срабатывания «интегральной» селективной защиты t_c меньше величины фиксированной задержки срабатывания t_sd. Если учесть также жесткие требования обеспечения точности срабатывания селективной защиты именно в области токов КЗ, близких к величине уставки I_sd, то можно констатировать, что при реализации быстродействующей «интегральной» селективной защиты целесообразно иметь два гармонизированных между собой канала токовой защиты.t _L with a circuit current I _f ≤I _L (I _L is the current setting of the overload zone) is always longer than the protection operation time t _sd in the short-circuit current zone, with a circuit current I _f ≥I _sd at least twice as much. And this means that at short-circuit currents less than (1.4 ÷ 2.5) I _sd , there is no need to provide the response time of the "integral" selective protection t _c less than the value of the fixed response delay t _sd . If you also take into account the stringent requirements to ensure the accuracy of selective protection operation precisely in the area of short-circuit currents close to the value of the setpoint I _sd , it can be stated that when implementing a high-speed "integral" selective protection, it is advisable to have two channels of current protection harmonized among themselves.

Один из каналов, который условно можно обозначить как «точный», должен обеспечивать, прежде всего, высокую точность измерения тока цепи в критической зоне токов КЗ - токов, близких к величине максимальной токовой уставке I_sd. Необходимость высокой точности обусловлено тем, что параметр I_sd и диапазон его отклонений жестко регламентирован в нормативно-технической документации (ГОСТы, ТУ и т.д.). Но к «точному» каналу токовой защиты не предъявляются требования значительного быстродействия, так как с точки зрения формирования оптимальной защитной характеристики системы защиты, это, как было показано выше, нецелесообразно.One of the channels, which can arbitrarily be designated as “accurate,” should provide, first of all, high accuracy of measuring the circuit current in the critical zone of short-circuit currents — currents close to the maximum current setting I _sd . The need for high accuracy is due to the fact that the parameter I _sd and the range of its deviations are strictly regulated in the normative and technical documentation (GOST, TU, etc.). But the requirements for significant speed are not imposed on the “exact” current protection channel, since from the point of view of forming the optimal protective characteristic of the protection system, this, as was shown above, is impractical.

Второй канал, который условно можно обозначить «быстрым», прежде всего, должен обеспечивать максимальное быстродействие в самих тяжелых условиях КЗ. Такими тяжелыми условиями является короткое замыкание непосредственно за отводящими зажимами аппарата.The second channel, which can arbitrarily be called “fast”, first of all, should provide maximum performance in the very difficult conditions of the short circuit. Such difficult conditions are a short circuit immediately behind the outlet clamps of the device.

При этом наибольшим значение тока КЗ в фазе будет именно при трехфазном КЗ. Поэтому значение тока при трехфазном КЗ и интеграла его отключения защитой являются теми параметрами, с учетом которых выбираются параметры отдельных элементов цепи (кабелей, шиносборок и др.).At the same time, the short-circuit current in the phase will be the highest with a three-phase short-circuit. Therefore, the value of the current with a three-phase short circuit and the integral of its shutdown by protection are those parameters, taking into account which the parameters of individual circuit elements (cables, busbars, etc.) are selected.

Следует также отметить, что трехфазные КЗ на зажимах аппарата не только создают наиболее тяжелые условия, но и возникают значительно чаще.It should also be noted that three-phase faults at the terminals of the apparatus not only create the most difficult conditions, but also arise much more often.

При двухфазном КЗ непосредственно за отводящими зажимами аппарата значение тока КЗ будет примерно на 15% меньше, чем при трехфазном, а термическое воздействие на элементы цепи в этом случае будет меньше почти на 30%.With a two-phase short circuit immediately behind the outlet terminals of the apparatus, the short-circuit current will be approximately 15% lower than with a three-phase short circuit, and the thermal effect on the circuit elements in this case will be almost 30% less.

При однофазном КЗ на нулевой провод действующее значение тока будет еще значительно меньше, чем при трехфазном. Это обусловлено тем, что, во-первых, сечение нулевого провода, как правило, примерно в 2-3 раза меньше фазного, а во-вторых, значение сопротивления нулевой последовательности кабельной линии х₀ значительно больше величины сопротивления прямой последовательности x_пр в (3,5÷4,6) раза. Существуют и другие факторы снижения величины тока однофазного КЗ, поэтому защиту от таких КЗ целесообразно строить на основе контроля тока нулевой последовательности.With a single-phase short circuit to the neutral wire, the effective current value will be even less than with a three-phase one. This is due to the fact that, firstly, the cross section of the neutral wire, as a rule, is approximately 2-3 times smaller than the phase, and secondly, the resistance value of the zero sequence of the cable line x _{0 is} significantly greater than the resistance of the direct sequence x _CR in (3 , 5 ÷ 4.6) times. There are other factors for reducing the current value of a single-phase short circuit, so it is advisable to build protection against such short circuits based on monitoring the zero-sequence current.

Таким образом, основной проблемой реализации быстродействующей токовой защиты является поиск такого способа определения симметричной составляющей тока КЗ цепи, который бы позволял быстро и достаточно точно определять указанную симметричную составляющую, прежде всего при трехфазном КЗ. А это возможно только в том случае, если будет решена задача «отстройки» от такого случайного фактора, как момент времени возникновения тока КЗ, существенно влияющего на характер изменения мгновенных значений тока в фазе, а значит, на точность и скорость измерения действующего значения симметричной составляющей тока.Thus, the main problem of implementing high-speed overcurrent protection is the search for such a method for determining the symmetrical component of the short circuit current, which would allow you to quickly and accurately determine the specified symmetric component, especially with a three-phase short circuit. And this is possible only if the problem of “detuning” from such a random factor as the instant of occurrence of the short-circuit current, which significantly affects the nature of the change in the instantaneous current values in the phase, and therefore the accuracy and speed of measuring the effective value of the symmetric component, is solved current.

Указанный момент времени принято выражать значением фазы изменения напряжения источника, соответствующей моменту возникновения КЗ (фазы включения на КЗ - ψ).The specified point in time is usually expressed by the value of the phase of the change in the voltage of the source, corresponding to the time of occurrence of the short circuit (phase of switching on the short circuit - ψ).

В основу изобретения поставлена задача разработки такого способа максимальной токовой защиты электрических цепей, с помощью которого, за счет более всестороннего анализа мгновенных значений тока i_j во всех фазах цепи, можно надежно «отстроиться» от влияния случайного фактора - момента возникновения тока возмущения цепи (фазы ψ) и тем самым обеспечить максимальное быстродействие защиты, прежде всего, в наиболее тяжелых режимах работы цепи - при трехфазных КЗ непосредственно за отводящими зажимами аппаратов защиты.The basis of the invention is the task of developing such a method for maximum current protection of electrical circuits, by which, due to a more comprehensive analysis of the instantaneous current values i _j in all phases of the circuit, it is possible to reliably "tune out" from the influence of a random factor - the moment of occurrence of the circuit disturbance current (phase ψ) and thereby ensure maximum protection performance, first of all, in the most severe circuit operating conditions - with three-phase short-circuit directly behind the outlet clamps of the protection devices.

Такая задача решается в способе быстродействующей максимальной токовой защиты электрических цепей по первому варианту, в соответствии с которым осуществляют измерение мгновенных значений тока i_j и их аналого-цифровое преобразование, определяют действующее значение симметричной составляющей тока I_ф в каждой фазе цепи путем интегрирования мгновенных значений тока i_j в течение установленного временного интервала t_и через равные промежутки времени Δt, при этом определение действующего значения тока I_ф осуществляют непрерывно со сдвигом временного интервала t_и на величину очередного отсчета значения тока i_j, после чего определенное методом интегрирования значение тока в фазе I_ф сравнивают со значением токовой уставки I_sd и при условии I_ф≥I_sd вырабатывают управляющий сигнал на формирование фиксированной выдержки времени t_sd,, за счет того, что дополнительно через равные промежутки времени Δt осуществляют измерение приращения тока цепи Δi_j в течение каждого текущего периода изменения тока как разность мгновенных значений тока в каждой фазе в течение последнего из заданного интервала времени t_и периода изменения тока i_jт и аналогичных значений тока в предыдущий период изменения тока - тока предыстории i_jp (Δi_j=i_jт-i_jp), определяют сумму квадратов мгновенных значений приращения токов всех трех фаз S(Δi² _j) и вычисляют значения симметричной составляющей тока приращения ΔI_ф по выражению ΔI_ф=√S(Δi² _j)/3{1-2e^-t/T·cos(ωt)+e^-2t/T}, в котором Т - электромагнитная постоянная времени цепи с током КЗ, полученное значение ΔI_ф прибавляют к значению тока предыстории I_р, а их сумму I_ф=I_р+ΔI_ф сравнивают с величиной токовой уставки I_sd и при условии I_ф≥I_sd формируют управляющий сигнал на запуск «интегрального» модуля защиты, в котором производят расчет величины интеграла квадрата мгновенных значений приращения тока в каждой фазе Q_ф=ΣΔi² _jΔt, которую сравнивают с заданным значением интегральной уставки Q_sd и в момент времени t_q, соответствующий равенству их значений - Q_ф=Q_sd, вырабатывают сигнал на отключение аппарата защиты.This problem is solved in the method of high-speed maximum current protection of electrical circuits according to the first embodiment, in accordance with which the instantaneous current values i _j are measured and their analog-to-digital conversion, the effective value of the symmetrical component of the current I _f in each phase of the circuit is determined by integrating the instantaneous current values i _j within the set time interval t _and at equal time intervals Δt, wherein determining the current value of the current i _p is carried out continuously with shift t time interval _and the magnitude of the next reference value of the current i _j, whereupon a certain current value by integration in a phase I _p is compared with the setpoint value current I _sd and provided ≥I _sd _f I generate a control signal for the formation of a fixed exposure time t _sd, due to the fact that it further through the equal time intervals Δt carry circuit current increment Δi _j measurement for each current modification period as the current difference between the instantaneous values of the current in each phase during the last set of t th time interval _and the current change period i and _JT of similar current values during the previous period of current change - _jp i history current (Δi = i _j _JT -i _jp), determine sum of squares of instantaneous currents increment values of all three phases S (Δi ² _j ) and calculate the values of the symmetric component of the increment current ΔI _f by the expression ΔI _f = √S (Δi ² _j ) / 3 {1-2e ^{-t / T} · cos (ωt) + e ^{-2t / T} }, in which T is electromagnetic the time constant of the circuit with a short-circuit current, the obtained value ΔI _{f is} added to the value of the history current I _p , and their sum I _f = I _p + ΔI _{f is} compared with the value of the current setting I _{s d} and under the condition I _f ≥I _sd , a control signal is generated to start the “integral” protection module, in which the integral of the square of the instantaneous values of the current increment in each phase is calculated Q _f = ΣΔi ² _j Δt, which is compared with the given value of the integral setpoint Q _sd and at time t _q , corresponding to the equality of their values - Q _f = Q _sd , they generate a signal to turn off the protection device.

Именно за счет того, что дополнительно через равные промежутки времени Δt осуществляют измерение приращения тока цепи Δi_j в течение каждого текущего периода изменения тока как разность мгновенных значений тока в каждой фазе в течение последнего из заданного интервала времени t_и периода изменения тока - i_jт и аналогичных значений тока в предыдущий период изменения тока - тока предыстории Namely due to the fact that, at regular intervals of time Δt, the current increment of the circuit Δi _{j is} measured during each current period of the current change as the difference between the instantaneous current values in each phase during the last of the specified time interval t _and the current change period - i _jt and similar current values in the previous period of the current - the history of current change

i_jp(Δi_j=i_jт-i_jp), определяют сумму квадратов мгновенных значений приращения токов всех трех фаз S(Δi² _j) и вычисляют значения симметричной составляющей тока приращения ΔI_фс по выражению ΔI_ф=√S(Δi² _j)/3{1-2e^-t/T·cos(ωt)+e^-2t/T}, в котором Т - электромагнитная постоянная времени цепи с током КЗ, полученное значение ΔI_ф прибавляют к значению тока предыстории I_р, а их сумму I_ф=I_р+ΔI_ф сравнивают с величиной токовой уставки I_sd и при условии I_ф≥I_sd формируют управляющий сигнал на запуск «интегрального» модуля защиты, в котором производят расчет величины интеграла квадрата мгновенных значений приращения тока в каждой фазе Q_ф=ΣΔi² _jΔt, которую сравнивают с заданным значением интегральной уставки Q_sd и в момент времени t_q, соответствующий равенству их значений - Q_ф=Q_sd, вырабатывают сигнал на отключение аппарата защиты, надежно обеспечивается «отстройка» от влияния случайного фактора - момента возникновения тока возмущения цепи и тем самым достигается максимальное быстродействие «быстрого» канала защиты в наиболее тяжелых режимах работы цепи, прежде всего, при трехфазных КЗ непосредственно за отводящими зажимами аппаратов защиты.i _jp (Δi _j = i _jt -i _jp ), the sum of the squares of the instantaneous values of the current increment of all three phases S (Δi ² _j ) is determined and the values of the symmetric component of the increment current ΔI _fs are calculated by the expression ΔI _f = √S (Δi ² _j ) / 3 {1-2e ^{-t / T} · cos (ωt) + e ^{-2t / T} }, in which T is the electromagnetic time constant of the circuit with a short-circuit current, the obtained value ΔI _{f is} added to the value of the history current I _p , and their sum I _p = I _p + ΔI _f is compared with the setpoint value current I _sd and provided I _f ≥I _sd form a control signal to start the "integral" security module, wherein the calculation of the produce yn egrala square instantaneous current increment values in each phase Q _f = ΣΔi ² _j Δt, which is compared with a predetermined value of the integral setpoint Q _sd and at time t _q, corresponding to the equation of their values - Q _f = Q _sd, generate a signal to disable the protection apparatus , “detuning” is reliably ensured from the influence of a random factor - the moment of occurrence of the disturbance current of the circuit, thereby maximizing the speed of the “fast” protection channel in the most severe circuit operating modes, especially in case of three-phase short-circuit behind the outlet clamps of the protection devices.

Отметим, что для «точного» канала токовой защиты сохраняются характерные для наиболее близкого аналога как достаточная точность его срабатывания при токах КЗ, близких к I_sd, так и «отстройка» от кратковременных пиков емкостного тока в одной из фаз.It should be noted that for the “accurate” current protection channel, both the sufficient accuracy of its operation at short-circuit currents close to I _sd and the “detuning” from short-term capacitive current peaks in one of the phases are preserved, which are characteristic of the closest analogue.

Действительно, как показал аналитический анализ, для быстрой «отстройки» от случайного фактора - фазы ψ при определении симметричной составляющей тока КЗ в переходном режиме может быть использована так называемая «силовая» характеристика электрической цепи. Эта характеристика обозначается как силовая потому, что она характеризует электродинамические силы, которые приходится преодолевать аппарату при включении его на ток КЗ. Указанные силы пропорциональны квадрату мгновенного значения тока i²j, поэтому силовой характеристикой цепи является зависимость во времени суммы квадратов токов для всех фаз цепи S{i_j ²(t))}.Indeed, as shown by analytical analysis, for the fast "detuning" from a random factor - phase ψ, the so-called "power" characteristic of the electric circuit can be used in determining the symmetrical component of the short-circuit current in transition mode. This characteristic is designated as power because it characterizes the electrodynamic forces that the apparatus has to overcome when it is turned on for a short-circuit current. The indicated forces are proportional to the square of the instantaneous value of current i ² j; therefore, the power characteristic of the circuit is the time dependence of the sum of squares of currents for all phases of the circuit S {i _j ² (t))}.

Важной особенностью силовой характеристики трехфазной цепи S{i_j ²(t)} является то, что ее характер абсолютно не зависит от фазы включения на ток КЗ (фазы ψ). Так, если зависимости изменения мгновенных значений тока во времени для каждой отдельной фазы существенно зависят от случайного параметра - фазы ψ, то зависимость суммы квадратов мгновенных значений тока всех 3 фаз во времени S{i_j ²(t)}, как показал анализ, абсолютно не зависит от момента возникновения КЗ.An important feature of the power characteristic of the three-phase circuit S {i _j ² (t)} is that its character is absolutely independent of the phase of switching on the short-circuit current (phase ψ). So, if the dependences of the change in the instantaneous current values in time for each individual phase substantially depend on a random parameter - phase ψ, then the dependence of the sum of squares of the instantaneous current values of all 3 phases in time S {i _j ² (t)}, as the analysis showed, is absolutely does not depend on the moment of occurrence

Если опустить промежуточные выкладки, то окончательное выражение для «силовой» характеристики электрической трехфазной цепи S{i_j ²(t)} имеет следующий вид.If we omit the intermediate calculations, then the final expression for the "power" characteristics of the electric three-phase circuit S {i _j ² (t)} has the following form.

,

где Т - электромагнитная постоянная времени цепи (Т=arctgφ).where T is the electromagnetic time constant of the circuit (T = arctgφ).

Как следует из выражения (1), несмотря на то, как бы хаотично не изменялись мгновенные значения токов в фазах, в зависимости от момента возникновения КЗ (от фазы ψ), сумма квадратов указанных значений токов в любой момент времени после возникновения КЗ всегда остается неизменной при любом значении ψ. Значение силовой функции определяется только симметричной составляющей тока I_ф., а также зависит от электромагнитной постоянной времени цепи Т (или коэффициента мощности цепи cosφ).As follows from expression (1), despite the fact that the instantaneous values of currents in phases are randomly changed, depending on the moment of SC occurrence (on phase ψ), the sum of the squares of the indicated values of currents at any time after the occurrence of SC is always unchanged for any value of ψ. The value of the power function is determined only by the symmetric component of the current I _f. , and also depends on the electromagnetic time constant of the circuit T (or the power factor of the circuit cosφ).

Отсюда следует, что если определена сумма квадратов мгновенных значений тока КЗ в фазах, то для цепи с известным значением cosφ можно быстро и точно определить значение симметричной составляющей тока (I_ф).It follows that if the sum of the squares of the instantaneous short-circuit current values in phases is determined, then for a circuit with a known value of cosφ, it is possible to quickly and accurately determine the value of the symmetric component of the current (I _f ).

Так как при расчете тока в фазе I_ф по формуле (2) определяют средневзвешенное значение тока всех трех фаз, то негативное влияние кратковременных пиков тока в одной из фаз (например, при емкостной нагрузке) при определении тока I_ф, также существенно нивелируется.Since when calculating the current in phase I _f according to formula (2), the weighted average current value of all three phases is determined, the negative influence of short-term current peaks in one of the phases (for example, with a capacitive load) when determining the current I _f is also substantially leveled.

Таким образом, значения «силовой» характеристики цепи S{i_j ²(t)} является очень удобным параметром для быстрого анализа величины симметричной составляющей тока возмущения в трехфазной цепи, т.к. этот параметр не зависит от случайного фактора (ψ), мало зависит от кратковременных пиков тока в одной из фаз. А это значит, что используя значение силовой характеристики цепи, всегда возможно, даже в самый начальный момент возникновения КЗ, определить значение симметричной составляющей трехфазного тока КЗ.Thus, the values of the "power" characteristic of the circuit S {i _j ² (t)} is a very convenient parameter for a quick analysis of the magnitude of the symmetrical component of the disturbance current in a three-phase circuit, because this parameter does not depend on a random factor (ψ), it does not depend much on short-term current peaks in one of the phases. And this means that using the value of the power characteristic of the circuit, it is always possible, even at the very initial moment of short-circuit occurrence, to determine the value of the symmetrical component of the three-phase short-circuit current.

Следует отметить, что для реализации максимального быстродействия «быстрого» канала при предлагаемом способе токовой защиты в наиболее тяжелом режиме ее работы (трехфазное КЗ за зажимами аппарата), при расчете электрических цепей, кроме обязательного определения значения тока КЗ в месте установки аппарата защиты, целесообразно определять и значение cosφ цепи, закороченной в месте установки аппарата (предельного тока для защищаемой цепи).It should be noted that in order to realize the maximum speed of the “fast” channel with the proposed method of current protection in the most difficult mode of its operation (three-phase fault behind the terminals of the apparatus), when calculating electrical circuits, in addition to the mandatory determination of the value of the fault current at the installation site of the protection apparatus, it is advisable to determine and cosφ value of the circuit shorted at the installation site of the device (current limit for the protected circuit).

Выражение (1) для S{i_j ²(t)} получено при условии, что ток КЗ - трехфазный и симметричный. Однако в реальных цепях могут возникать и несимметричные КЗ, поэтому целесообразно рассмотреть, как же несимметрия токов в фазах повлияет на быстродействие защиты.Expression (1) for S {i _j ² (t)} is obtained provided that the short-circuit current is three-phase and symmetric. However, asymmetrical short-circuiting can occur in real circuits, so it is advisable to consider how the asymmetry of currents in phases will affect the speed of protection.

Предельным случаем несимметрии трехфазной цепи является двухфазное КЗ, поэтому достаточно сравнить работу «быстрого» канала токовой защиты для 3-х и 2-х фазного КЗ.The limiting case of asymmetry of a three-phase circuit is a two-phase short circuit; therefore, it suffices to compare the operation of the "fast" channel of current protection for a three-phase and two-phase short-circuit.

Как показывает анализ, несмотря на то, что при 2-х фазном КЗ значение симметричной составляющей тока на 15% меньше, чем при 3-х фазном, максимально возможное значение функции S{i_j ²(t)} для указанных режимов будет одинаковым (S_max2=S_max3). В то же время, в диапазоне времени от момента возникновения КЗ до момента достижения функцией S{i_j ²(t)} своего максимального значения S_max - времени t_max, значение функции S{i_j ²(t)} для 2-х фазного КЗ оказывается несколько меньше. В связи с этим при 2-х фазных КЗ и не симметричных 3-х фазных КЗ момент определения «быстрым» каналом аварийной ситуации (когда рассчитанный по зависимости S{i_j ²(t)} ток I_ф станет равным I_sd) будет происходить с некоторым запаздыванием. Однако такое запаздывание при достаточно больших токах КЗ (в сравнении с током уставки I_sd) не превышает 1 мс, а во всех остальных случаях это запаздывание не превышает 2-3 мс, что не может существенно сказаться на защитной характеристике, формируемой «интегральным» каналом расцепителя аппарата. Действительно, во-первых, следует учесть, что такая незначительная задержка срабатывания защиты происходит при меньшем значении полного, с учетом апериодической составляющей, тока цепи (при максимальном значении апериодической составляющей и полного тока 2-х фазного КЗ указанной задержки срабатывания нет). Во-вторых, следует также учитывать, что характерное время срабатывания интегрального канала при 2-х фазных КЗ, когда токи в фазах на 15% меньше предельно возможного значения, составляет 25 мс и более, погрешность в измерении интеграла тока отключения получается не более 10%.As the analysis shows, despite the fact that with a 2-phase short-circuit the value of the symmetrical component of the current is 15% less than with a 3-phase short circuit, the maximum possible value of the function S {i _j ² (t)} for the indicated modes will be the same ( S _max2 = S _max3 ). At the same time, in the time range from the moment of short-circuit occurrence to the moment the function S {i _j ² (t)} reaches its maximum value S _max - time t _max , the value of the function S {i _j ² (t)} for 2 phase short circuit is somewhat less. In this regard, with 2-phase short-circuit and non-symmetrical 3-phase short-circuit, the moment of determining the emergency channel by the “fast” channel (when the current I _f becomes equal to I _sd calculated by the dependence S {i _j ² (t)}) will occur with some delay. However, such a delay at sufficiently high short-circuit currents (in comparison with the setting current I _sd ) does not exceed 1 ms, and in all other cases this delay does not exceed 2-3 ms, which cannot significantly affect the protective characteristic formed by the "integral" channel device release. Indeed, firstly, it should be noted that such an insignificant delay in the operation of the protection occurs at a lower value of the total current, taking into account the aperiodic component, of the circuit current (at the maximum value of the aperiodic component and the total current of the 2-phase short circuit, there is no such operation delay). Secondly, it should also be taken into account that the characteristic response time of the integrated channel at 2-phase short circuit, when the currents in the phases are 15% less than the maximum possible value, is 25 ms or more, the error in measuring the integral of the trip current is no more than 10% .

При необходимости, даже эта небольшая погрешность расчета интеграла может быть устранена, если в алгоритм работы «интегрального» канала токовой защиты заложить учет предыдущих значений интегралов. Имеется в виду, что отсчет величины интеграла тока возмущения необходимо будет производить не с момента фиксации равенства тока цепи I_ф величине токовой уставки I_sd, а с момента возникновения тока возмущения. В этом случае небольшое снижение быстродействия токового канала при двухфазном КЗ никак не скажется на конечном результате работы токовой защиты - быстродействии срабатывания «интегрального» канала. Это значит, что в этом случае время срабатывания «интегрального» канала и всей системы «интегральной» селективной защиты при 2-х и 3-х фазном КЗ будет одинаковым.If necessary, even this small error in the calculation of the integral can be eliminated if the algorithm of the "integral" channel of the current protection is taken into account taking into account the previous values of the integrals. It is understood that the value of the perturbation current integral will need to be counted not from the moment the current equality of the circuit I _{f is} fixed to the current setpoint I _sd , but from the moment the perturbation current occurs. In this case, a slight decrease in the speed of the current channel with a two-phase short circuit will not affect the final result of the current protection - the response time of the "integral" channel. This means that in this case the response time of the “integral” channel and the entire system of “integral” selective protection will be the same for 2 and 3 phase faults.

Что касается определенного снижения чувствительности «быстрого» канала при двухфазном КЗ, то эта проблема решается автоматически и параллельно с решением вопроса гармонизации работы «точного» и «быстрого» каналов. Под указанной гармонизацией понимается такой алгоритм совместной работы каналов, при котором при небольших токах КЗ (близких к уставке I_sd) защитную характеристику токовой защиты формирует «точный» канал токовой защиты, обеспечивая высокую точность, а при больших токах КЗ защитную характеристику защиты формирует «быстрый» канал, обеспечивая при этом максимальное быстродействие защиты.As for a certain decrease in the sensitivity of the “fast” channel with a two-phase short circuit, this problem is solved automatically and in parallel with the solution of the issue of harmonizing the work of the “exact” and “fast” channels. The specified harmonization refers to such an algorithm of joint operation of channels, in which, at small short-circuit currents (close to the I _sd setting), the "exact" channel of the current protection forms the protective characteristic of the current protection, providing high accuracy, and at high short-circuit currents the "fast" protective characteristic forms »Channel, while ensuring maximum protection performance.

Для обеспечения такой гармонизации работы каналов «быстрый» канал не должен работать в определенном диапазоне небольших значений токов КЗ.To ensure such harmonization of the channels, the “fast” channel should not work in a certain range of small short-circuit currents.

В зависимости от конкретных условий и требований к «интегральной» селективной работе выключателей разных ступеней защиты, гармонизация работы каналов осуществляется по-разному.Depending on the specific conditions and requirements for the "integral" selective operation of circuit breakers of different protection levels, the harmonization of the channels is carried out in different ways.

Если нет дополнительных требований, то защитная «интегральная» времятоковая характеристика, формируемая «быстрым» каналом в зоне токов КЗ, не должна, как уже указывалось ранее, проходить ниже аналогичной зависимости для зоны перегрузок. В этом случае значение интегральной уставки Q_sd в зоне токов КЗ выбирают из условия: к×Q_o≤Q_sd≥Q_L, где Q_o - интеграл отключения нижестоящего аппарата с учетом коэффициента запаса к, a Q_L - интеграл отключения зоны перегрузки.If there are no additional requirements, then the protective "integral" time-current characteristic formed by the "fast" channel in the zone of short-circuit currents should not, as already mentioned, pass below a similar dependence for the overload zone. In this case, the value of the integral set point Q _sd in the zone of short-circuit currents is selected from the condition: k × Q _o ≤Q _sd ≥Q _L , where Q _o is the shutdown integral of the downstream apparatus taking into account the safety factor k, and Q _L is the shutdown integral of the overload zone.

Для этого случая гармонизация каналов обеспечивается автоматически. Действительно, в этом случае защитная времятоковая интегральная характеристика «быстрого» канала защиты пересекает аналогичную время токовую характеристику точного канала (t_sd=const) при токах свыше 1,4 I_sd. Этим и обеспечивается гармонизация работы «точного» канала с «быстрым» и исключаются случаи не срабатывания «быстрого» канала в зоне его работы при двухфазных или несимметричных КЗ.For this case, channel harmonization is provided automatically. Indeed, in this case, the protective time-current integral characteristic of the “fast” protection channel crosses the analogous time current characteristic of the exact channel (t _sd = const) at currents above 1.4 I _sd . This ensures the harmonization of the work of the “exact” channel with the “fast” one and excludes cases of non-operation of the “fast” channel in the zone of its operation with two-phase or asymmetrical short-circuit.

Если существуют дополнительные требования к быстродействию селективной защиты, то для реализации таких требований условия выбора «интегральных» уставок могут быть другими. В качестве таких дополнительных требований могут быть следующие.If there are additional requirements for the speed of selective protection, then for the implementation of such requirements the conditions for choosing “integral” settings may be different. These additional requirements may include the following.

1. Во-первых, это требование обеспечения более эффективной времятоковой интегральной характеристики вышестоящего аппарата. Учитывая, что, интегральная уставка вышестоящего аппарата находится в прямой зависимости от интеграла отключения тока КЗ нижестоящего выключателя, времятоковая характеристика последнего должна быть как можно ниже (с меньшими временами), причем даже ниже аналогичной его характеристики зоны перегрузки.1. Firstly, this is the requirement to provide a more effective time-current integral characteristic of a superior apparatus. Considering that the integral setting of the higher-level device is directly dependent on the short-circuit current integral of the short-circuit breaker, the current-time characteristic of the latter must be as low as possible (with shorter times), even lower than its characteristic overload zone.

2. Во-вторых, это требование обеспечения более эффективной работы данного аппарата в режиме резервирования, а именно, в случае отказа нижестоящего аппарата. Ведь чем быстрее срабатывает вышестоящий выключатель при отказе нижестоящего, тем меньше будут термические нагрузки от протекания тока КЗ или воздействия дуги в режиме резервирования. Именно этот режим резервирования чаще всего и является критическим для пожаробезопасности электроустановок.2. Secondly, this is a requirement to ensure more efficient operation of this unit in the backup mode, namely, in case of failure of a subordinate unit. After all, the faster the upstream circuit breaker trips when the downstream failure occurs, the lower the thermal loads from the short-circuit current flow or the influence of the arc in the backup mode. It is this backup mode that is most often critical for the fire safety of electrical installations.

В рассмотренных случаях времятоковая характеристика защиты в зоне токов КЗ может быть ниже соответствующей времятоковой характеристики зоны перегрузки. Это является избыточным для защиты отводящих кабелей данного аппарата от протекающего тока КЗ, но может существенно снизить термические нагрузки на кабели, защищаемые вышестоящими аппаратами в штатном режиме, и термические нагрузки на кабели, защищаемые нижестоящими аппаратами в режиме их резервирования. Вполне очевидно, что выбор того или иного алгоритма работы «точного» и «быстрого» каналов токовой защиты зависит от конкретных условий работы аппарата защиты в разветвленной электрической сети.In the considered cases, the time-current characteristic of protection in the short-circuit current zone can be lower than the corresponding time-current characteristic of the overload zone. This is redundant to protect the outlet cables of this unit from a short-circuit current flowing, but can significantly reduce the thermal loads on the cables protected by higher-level devices in normal mode and the thermal loads on cables protected by lower-level devices in the redundancy mode. It is quite obvious that the choice of one or another algorithm of the “exact” and “fast” current protection channels depends on the specific operating conditions of the protection device in an extensive electrical network.

Для случая выбора интегральной уставки в зоне токов КЗ меньшей, чем аналогичная уставка в зоне перегрузки - к·Q_o≤Q_sd≤Q_пер, для обеспечения гармонизации «точного» и «быстрого» каналов токовой защиты необходимо дополнительное условие. Это условие гармонизации формулируется как ограничение срабатывания «быстрого» канала при токах КЗ, меньших (1,2÷1,6)I_sd. Кроме этого, для повышения быстродействия защиты в зоне токов КЗ, равных (1,2÷1,6)I_sd, используется способ, при котором запуск «интегрального» модуля производят не только «быстрым», но и «точным» каналом. Это целесообразно в том случае, если фиксированная выдержка времени на отключение t_sd больше 0,1 с, что характерно для аппаратов, расположенных на верхних ступенях защиты (ближе к источнику тока).For the case of choosing the integral setting in the short-circuit current zone less than the similar setting in the overload zone - to · Q _o ≤Q _sd ≤Q _per , an additional condition is necessary to ensure harmonization of the “accurate” and “fast” current protection channels. This harmonization condition is formulated as a limitation of the operation of the “fast” channel at short-circuit currents less than (1.2 ÷ 1.6) I _sd . In addition, to increase the speed of protection in the zone of short-circuit currents equal to (1.2 ÷ 1.6) I _sd , a method is used in which the “integral” module is launched not only by a “fast”, but also by an “accurate” channel. This is advisable if the fixed shutdown time t _{sd is} greater than 0.1 s, which is typical for devices located at the upper protection stages (closer to the current source).

Из вышеизложенного следует, что в любом случае для обеспечения гармонизации «точного» и «быстрого» каналов чувствительность «быстрого» канала к небольшим значениям токам КЗ может и должна быть ограничена.From the above it follows that in any case, to ensure harmonization of the “exact” and “fast” channels, the sensitivity of the “fast” channel to small short-circuit currents can and should be limited.

Разделение всей области времятоковой защитной характеристики на зоны ее формирования «точным» и «быстрым» каналами объективно отражает особенности изменения, в зависимости от величины тока КЗ, времени срабатывания «точного» канала и времени срабатывания всей токовой защиты. Достаточно очевидно, что с увеличением тока КЗ время срабатывания «точного» канала токовой защиты будет уменьшаться, при этом указанное снижение находится в прямой зависимости от величины тока цепи. В то же время, для формирования «интегральной» защитной характеристики время срабатывания токовой защиты должно снижаться (с увеличением тока) пропорционально квадрату величины тока цепи. Именно поэтому при больших токах КЗ (когда быстродействие защиты должно быть максимальным) быстродействия «точного» канала недостаточно для формирования оптимальной защитной характеристики. При небольших же токах КЗ быстродействия «точного» канала вполне достаточно для обеспечения требуемой защитной «интегральной» характеристики.Dividing the entire area of the time-current protective characteristic into zones of its formation by “accurate” and “fast” channels objectively reflects the features of the change, depending on the value of the short-circuit current, the response time of the “exact” channel and the response time of the entire current protection. It is quite obvious that with an increase in short-circuit current, the response time of the "exact" channel of the current protection will decrease, while this decrease is directly dependent on the magnitude of the circuit current. At the same time, for the formation of an “integral” protective characteristic, the response time of the current protection must decrease (with increasing current) in proportion to the square of the circuit current. That is why at high short-circuit currents (when the protection speed should be maximum), the speed of the “exact” channel is not enough to form the optimal protective characteristic. At small short-circuit currents, the speed of the “exact” channel is quite sufficient to provide the required protective “integral” characteristic.

Таким образом, использование двух токовых каналов, в которых используется разные способы определения симметричной составляющей тока КЗ и соответственно отвечающих разным требованиям по точности и быстродействию, позволяет реализовать основные задачи быстродействующей токовой защиты. А именно, обеспечить максимальное быстродействие токовой защиты в наиболее тяжелом режиме - при предельных для данной цепи токах КЗ и обеспечить необходимую точность срабатывания токовой защиты в зоне регламентируемого клиентского параметра - тока уставки максимальной токовой защиты - I_sd. При этом «быстрый» канал запускает «интегральный» модуль защиты, а «точный» канал запускает модуль формирования фиксированной задержки срабатывания.Thus, the use of two current channels, which use different methods for determining the symmetrical component of the short-circuit current and correspondingly meet different requirements for accuracy and speed, allows us to realize the main tasks of high-speed current protection. Namely, to ensure the maximum speed of current protection in the most difficult mode - at the short-circuit currents limiting for this circuit and to provide the necessary accuracy of the current protection in the zone of the regulated client parameter - the maximum current protection setting current - I _sd . In this case, the “fast” channel launches the “integral” protection module, and the “exact” channel launches the module for generating a fixed response delay.

Кроме того, для повышения быстродействия защиты при небольших токах КЗ дополнительно может быть применен способ защиты, при котором «точный» канал запускает как модуль фиксированной задержки срабатывания, так и «интегральный» модуль защиты.In addition, to improve protection performance at low short-circuit currents, a protection method can be additionally applied, in which the “exact” channel launches both a fixed delay module and an “integral” protection module.

Способ определения действующего значения симметричной составляющей тока КЗ из выражения для силовой функции цепи (2) позволяет практически мгновенно зафиксировать возникновение аварийной ситуации и быстро выработать соответствующий управляющий сигнал. Однако выражение (2) достаточно сложно и требует дополнительного ресурса микропроцессора для проведения вычислительных операций.The method for determining the effective value of the symmetrical component of the short-circuit current from the expression for the power function of the circuit (2) allows you to almost instantly detect the occurrence of an emergency and quickly generate the corresponding control signal. However, expression (2) is quite complicated and requires an additional microprocessor resource for computing operations.

В то же время имеется возможность, при незначительном снижении быстродействия «быстрого» канала, существенно упростить расчет симметричной составляющей тока КЗ на основании значения силовой характеристики цепи.At the same time, it is possible, with a slight decrease in the speed of the “fast” channel, to significantly simplify the calculation of the symmetrical component of the short-circuit current based on the value of the power characteristic of the circuit.

Из анализа зависимости S{i_j ²(t)} следует (причем как для 3-х фазной, так и и 2-х фазной короткозамкнутых цепей), что в момент времени t_max, когда значения силовых функций S{i_j ²(t)} достигают своего максимального значения S_max, выражение для определения значения I_ф может быть существенно упрощено. Обусловлено это тем, что как показывает аналитический анализ, в момент времени t_max выражение в фигурной скобке уравнения (2) становится равным квадрату величины коэффициента ударности цепи:From the analysis of the dependence S {i _j ² (t)} it follows (both for 3-phase and 2-phase short-circuited circuits) that at time t _max , when the values of the power functions S {i _j ² ( t)} reach their maximum value S _max , the expression for determining the value of I _f can be significantly simplified. This is due to the fact that, as shown by analytical analysis, at time t _{max, the} expression in the brace of equation (2) becomes equal to the square of the value of the chain stress coefficient:

,

где К_у=I_у/I_м (I_у - ударный ток цепи, I_м - амплитудное значение симметричной составляющей тока).where K _y = I _y / I _m (I _y is the shock current of the circuit, I _m is the amplitude value of the symmetric component of the current).

В этом случае выражение для расчета тока I_ф получается очень простым и имеет вид:In this case, the expression for calculating the current I _f is very simple and has the form:

Зависимости коэффициента ударности от величины cosφ приводятся в целом ряде технических и нормативных источников, из которых, например, следует, что для cosφ=0,3 коэффициент ударности К_у равен 1,4, поэтому выражение для I_ф в данном случае будет иметь очень простой вид:The dependences of the stress coefficient on the value of cosφ are given in a number of technical and regulatory sources, from which, for example, it follows that for cosφ = 0.3, the stress coefficient K _у is 1.4, so the expression for I _f in this case will be very simple view:

При t=t_max значения силовой функции для 3-х фазного и двухфазного КЗ, как указывалось выше, оказываются одинаковыми (при фазе ψ, соответствующей возникновению ударного тока в 2-х фазной цепи). Поэтому при разумном компромиссе - увеличении времени анализа «быстрым» каналом токовой защиты аварийной ситуации с 1,5-3 мс до 5-9 мс можно не только существенно упростить выражение для расчета тока I_ф, но и обеспечить одинаковое быстродействие «точного» канала токовой защиты для случаев 3-х и 2-х фазных КЗ.At t = t _{max, the} values of the power function for the 3-phase and two-phase short-circuit, as mentioned above, turn out to be the same (with a phase ψ corresponding to the occurrence of a shock current in a 2-phase circuit). Therefore, with a reasonable compromise — increasing the analysis time by the “fast” channel of the current protection of the emergency from 1.5-3 ms to 5–9 ms, it is possible not only to significantly simplify the expression for calculating the current I _f , but also to ensure the same speed of the “exact” current channel protection for cases of 3 and 2 phase faults.

С учетом рассмотренной выше особенности определения действующего значения симметричной составляющей тока I_ф на основании величины максимального значения силовой функции S_max можно упростить алгоритм расчета величины симметричной составляющей тока I_ф, а значит и снизить необходимый ресурс микропроцессора, с помощью которого реализуют способ токовой защиты, а также снизить его стоимость.Given the above features of determining the effective value of the symmetric component of the current I _f on the basis of the maximum value of the power function S _max, we can simplify the algorithm for calculating the value of the symmetric component of the current I _f , and therefore reduce the required microprocessor resource by which the current protection method is implemented, and also lower its cost.

Согласно второму втором варианту способа быстродействующей максимальной токовой защиты электрических цепей, в соответствии с которым осуществляют измерение мгновенных значений тока i_j и их аналого-цифровое преобразование, определяют действующее значение симметричной составляющей тока I_ф в каждой фазе цепи путем интегрирования мгновенных значений тока i_j в течение установленного временного интервала t_и через равные промежутки времени Δt, при этом определение действующего значения тока I_ф осуществляют непрерывно со сдвигом временного интервала t_и на величину очередного отсчета значения тока i_j, после чего определенное методом интегрирования значение тока в фазе I_ф сравнивают со значением токовой уставки I_sd и при условии I_ф≥I_sd вырабатывают управляющий сигнал на формирование фиксированной выдержки времени t_sd, дополнительно через равные промежутки времени Δt осуществляют измерение приращения тока цепи Δi_j в течение каждого текущего периода изменения тока как разность мгновенных значений тока в каждой фазе в течение последнего из заданного интервала времени t_и периода изменения тока i_jт и аналогичных значений тока в предыдущий период изменения тока - тока предыстории i_jp(Δi_j=i_jт-i_jp), определяют сумму квадратов мгновенных значений приращения токов всех трех фаз S(Δi² _j) и вычисляют значение симметричной составляющей тока приращения ΔI_ф по выражению ΔI_ф=√S_max(Δi² _j})/3Ку, где Ку - коэффициент ударности тока цепи, который определяется значением cosφ цепи, полученное значение ΔI_ф прибавляют к значению тока предыстории I_р, а их сумму I_ф=I_р+ΔI_ф сравнивают с величиной токовой уставки I_sd и при условии I_ф≥I_sd формируют управляющий сигнал на запуск «интегрального» модуля защиты, в котором производят расчет величины интеграла квадрата мгновенных значений приращения тока в каждой фазе Q_ф=ΣΔi² _jΔt, которое сравнивают с заданным значением интегральной уставки Q_sd и в момент времени t_q, соответствующий равенству их значений - Q_ф=Q_sd, вырабатывают сигнал на отключение аппарата защиты.According to the second second variant of the method of high-speed maximum current protection of electric circuits, in accordance with which the instantaneous values of current i _j are measured and their analog-to-digital conversion, the effective value of the symmetrical component of current I _f in each phase of the circuit is determined by integrating the instantaneous values of current i _j into within a specified timeslot t _and at equal time intervals Δt, wherein determining the current value of the current I _p is carried out continuously with shift temporarily of interval t _and the next value of reference current values i _j, whereupon a certain current value by integration in a phase I _p is compared with the setpoint value current I _sd and provided ≥I _sd _f I generate a control signal for the formation of a fixed exposure time t _sd, additionally, at equal time intervals Δt, the current increment of the circuit Δi _{j is} measured during each current period of the current change as the difference between the instantaneous current values in each phase during the last of a given time interval t _and ne of the current change i _jt and similar current values in the previous period of the current change - the current history i _jp (Δi _j = i _jt -i _jp ), determine the sum of the squares of the instantaneous values of the current increment of the currents of all three phases S (Δi ² _j ) and calculate the value of the symmetric increment current component ΔI _f in the expression ΔI _f = √ S _max (Δi ² _j }) / 3Ku, where Ku is the stress coefficient of the circuit current, which is determined by the value of cosφ of the circuit, the obtained value ΔI _{f is} added to the value of the history current I _p , and their the sum of I _p = I _p + ΔI _f is compared with the setpoint value current I _sd and provided ≥I _sd I _f f rmiruyut control signal to start the "integral" security module, in which the calculation value of the integral square of instantaneous current increment values in each phase Q _f = ΣΔi ² _j Δt, which is compared with a predetermined value of the integral setpoint Q _sd and at time t _q, the appropriate the equality of their values - Q _f = Q _sd , generate a signal to turn off the protection device.

Именно за счет того, что дополнительно через равные промежутки времени Δt осуществляют измерение приращения тока цепи Δi_j в течение каждого текущего периода изменения тока как разность мгновенных значений тока в каждой фазе в течение последнего из заданного интервала времени t_и периода изменения тока i_jт и аналогичных значений тока в предыдущий период изменения тока-тока предыстории i_jp(Δi_j=i_jт-i_jp), определяют сумму квадратов мгновенных значений приращения токов всех трех фаз S(Δi² _j) и вычисляют значение симметричной составляющей тока приращения ΔI_ф по выражению ΔI_ф=√S_max(Δi² _j})/3Ку, где Ку - коэффициент ударности тока цепи, который определяется значением cosφ цепи, полученное значение ΔI_ф прибавляют к значению тока предыстории I_р, а их сумму I_ф=I_р+ΔI_ф сравнивают с величиной токовой уставки I_sd и при условии I_ф≥I_sd формируют управляющий сигнал на запуск «интегрального» модуля защиты, в котором производят расчет величины интеграла квадрата мгновенных значений приращения тока в каждой фазе Q_ф=ΣΔi² _jΔt, которое сравнивают с заданным значением интегральной уставки Q_sd и в момент времени t_q, соответствующий равенству их значений - Q_ф=Q_sd, вырабатывают сигнал на отключение аппарата защиты и решается задача «отстройки» от влияния случайного фактора - момента возникновения тока возмущения цепи и тем самым достигается быстродействие защиты в наиболее тяжелых режимах работы цепи, прежде всего, при трехфазных КЗ непосредственно за отводящими зажимами аппаратов защиты. Кроме того, за счет упрощения расчета величины симметричной составляющей тока с помощью коэффициента ударности Ку снижается необходимый ресурс микропроцессора, с помощью которого реализуется предлагаемый способ токовой защиты, а также снижается стоимость микропроцессора.Namely due to the fact that, at regular intervals of time Δt, the current increment of the circuit Δi _{j is} measured during each current period of the current change as the difference between the instantaneous current values in each phase during the last of the specified time interval t _{and the} period of current change i _jt and similar current values during the previous period change history-current current i _jp (Δi _j = i _JT -i _jp), determine sum of squares of instantaneous currents increment values of all three phases S (Δi ² _j) and the value calculated symmetrical current component n irascheniya ΔI ΔI _f by the expression _f = √S _max (Δi ² _j}) / 3Ku where Ky - percussiveness circuit current ratio, which is determined by the circuit cosφ obtained value ΔI _f is added to the value of the history of current I _p, and their sum I _f = I _p + ΔI _{f is} compared with the current setting I _sd and, provided I _f ≥I _sd , a control signal is generated to start the "integral" protection module, in which the integral of the square of the instantaneous values of the current increment in each phase is calculated Q _f = ΣΔi ² _j Δt, which is compared with a given value of the integral set point Q _sd and at the moment t t t _q , corresponding to the equality of their values - Q _f = Q _sd , they generate a signal to turn off the protection apparatus and solve the problem of "detuning" from the influence of a random factor - the moment of occurrence of the disturbance current of the circuit and thereby achieve protection performance in the most severe circuit operating conditions First of all, in case of three-phase short-circuit directly behind the outlet clamps of the protection devices. In addition, by simplifying the calculation of the magnitude of the symmetrical component of the current using the impact coefficient Ku, the required microprocessor resource is reduced, with the help of which the proposed method of current protection is implemented, and the cost of the microprocessor is also reduced.

Таким образом, благодаря тому, что в предлагаемом способе токовой защиты для вычисления симметричной составляющей тока КЗ цепи используют не мгновенные значения тока каждой фазы в отдельности, как в ближайшем аналоге, а сумму квадратов указанных мгновенных значений тока всех фаз (мгновенные значения силовой характеристики цепи), обеспечивается максимальное быстродействие вычислений симметричной составляющей тока и, как следствие, обеспечивается существенно большее быстродействие предлагаемого способа токовой защиты. А использование для вычислений симметричной составляющей тока максимального значения силовой функции цепи, которое возникает в первый полупериод возникновения аварийного тока, позволяет существенно упростить указанные вычисления тока, а значит снизить требуемый ресурс микропроцессора, с помощью которого производят вычисления и, как следствие, снизить затраты на реализацию предлагаемого способа токовой защиты.Thus, due to the fact that the proposed current protection method for calculating the symmetrical component of the short circuit current does not use the instantaneous current values of each phase separately, as in the closest analogue, but the sum of the squares of the indicated instantaneous current values of all phases (instantaneous values of the power characteristic of the circuit) provides maximum performance calculations of the symmetrical component of the current and, as a result, provides significantly greater performance of the proposed method of current protection. And the use for computing the symmetric component of the current the maximum value of the power function of the circuit, which occurs during the first half-time of the emergency current, can significantly simplify these calculations of the current, and therefore reduce the required resource of the microprocessor, with which the calculations are made and, as a result, reduce implementation costs the proposed method of current protection.

Как и в первом варианте, для повышения быстродействия при небольших токах КЗ дополнительно может быть применен способ защиты, при котором «точный» канал запускает как модуль фиксированной задержки срабатывания, так и «интегральный» модуль.As in the first embodiment, to improve performance at low short-circuit currents, a protection method can be additionally applied, in which the “exact” channel launches both a fixed delay module and an “integral” module.

Сущность заявляемых способов поясняется чертежами.The essence of the proposed methods is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведен алгоритм работы микропроцессорного расцепителя селективного выключателя при реализации первого варианта предлагаемого способа токовой защиты для случая раздельного запуска «временного» и «интегральных» модулей расцепителя с помощью соответственно «точного» и «быстрого» каналов токовой защиты.Figure 1 shows the algorithm of operation of the microprocessor release of the selective switch when implementing the first version of the proposed method of current protection for the case of separate start-up "temporary" and "integral" modules of the release using respectively the "exact" and "fast" channels of current protection.

На фиг.2 приведены защитные времятоковые характеристики - зависимости времени срабатывания «интегральной» селективной защиты t_c от тока КЗ цепи I_ф, с указанием зон, формируемых «точным» и «быстрым» каналами предлагаемой токовой защиты для случая выбора значения уставки Q_sd из условия κxQ_o≤Q_sd≥Q_L.Figure 2 shows the protective time-current characteristics - the dependence of the response time of the "integral" selective protection t _c from the short circuit current I _f , indicating the zones formed by the "exact" and "fast" channels of the proposed current protection for the case of choosing the set value Q _sd from conditions κxQ _o ≤Q _sd ≥Q _L.

На фиг.3 приведен алгоритм работы микропроцессорного расцепителя селективного выключателя при реализации первого варианта предлагаемого способа токовой защиты и совместного запуска «интегрального» модуля расцепителя «точным» и «быстрым» каналами токовой защиты.Figure 3 shows the algorithm of operation of the microprocessor release of the selective switch during the implementation of the first version of the proposed method of current protection and the joint launch of the "integrated" release module with "accurate" and "fast" current protection channels.

На фиг.4 показаны времятоковые характеристики защиты для случая выбора значения уставки Q_sd из условия κ^xQ_o≤Q_sd≤Q_L.Figure 4 shows the time-current characteristics of the protection for the case of selecting the setpoint value Q _sd from the condition κ ^x Q _o ≤Q _sd ≤Q _L.

На фиг.5 приведен алгоритм работы микропроцессорного расцепителя селективного выключателя при реализации второго варианта предлагаемого способа токовой и раздельного запуска «временного» и «интегральных» модулей расцепителя с помощью соответственно «точного» и «быстрого» каналов токовой защиты.Figure 5 shows the algorithm of operation of the microprocessor release of the selective switch during the implementation of the second variant of the proposed method of the current and separate start of the "temporary" and "integral" modules of the release using the "exact" and "fast" channels of current protection, respectively.

На фиг.6 приведен алгоритм работы микропроцессорного расцепителя селективного выключателя при реализации второго варианта предлагаемого способа токовой защиты для случая определения величины тока I_ф по максимальному значению силовой характеристики S_max и совместного запуска «интегрального» модуля расцепителя «точным» и «быстрым» каналами токовой защиты.Figure 6 shows the algorithm of operation of the microprocessor release of the selective switch when implementing the second variant of the proposed method of current protection for the case of determining the current value I _f by the maximum value of the power characteristic S _max and the joint launch of the "integrated" release module by the "exact" and "fast" current channels protection.

Алгоритм работы микропроцессорного расцепителя при реализации заявляемого первого варианта способа быстродействующей максимальной токовой защиты следующий.The algorithm of operation of the microprocessor release when implementing the inventive first variant of the method of high-speed maximum current protection is as follows.

Мгновенные значения токов в каждой из фаз от измерительных трансформаторов (фиг.1) после их аналого-цифрового преобразования заносят в память микропроцессора 1. Указанное занесение в память производят непрерывно с вытеснением старых значений новыми. При этом в памяти всегда сохраняются мгновенные значения токов в фазах i_jл, i_jc, i_jп за период времени, соответствующий двум периодам изменения тока (при 50 Гц - 40 мс). Весь массив данных из памяти 1 подают на вход «точного» канала в модуль 2, в котором методом интегрирования мгновенных значений токов определяют действующее значения токов в фазах (I_ф). Найденные значения токов в фазах I_ф передают в модуль сравнения 3, где действующие значения токов I_ф каждой из фаз сравнивают с величиной максимальной токовой уставки I_sd. В случае, если в одной из фаз значение тока I_ф окажется больше величины I_sd, модуль 3 вырабатывает управляющий сигнал на модуль 4 формирования фиксированной выдержки t_sd на отключение аппарата.The instantaneous values of the currents in each phase from the measuring transformers (Fig. 1), after their analog-to-digital conversion, are recorded in the memory of the microprocessor 1. The indicated storage is carried out continuously with the replacement of old values with new ones. In this case, the instantaneous values of currents in phases i _jl , i _jc , i _jp are always stored in the memory for a period of time corresponding to two periods of current change (at 50 Hz - 40 ms). The entire array of data from memory 1 is fed to the input of the "exact" channel in module 2, in which the current values in phases (I _f ) are determined by integrating instantaneous current values. The found values of the currents in the phases I _f are passed to comparison module 3, where the effective values of the currents I _{f of} each phase are compared with the maximum current setting I _sd . If in one of the phases the current value I _f is greater than the value of I _sd , module 3 generates a control signal to module 4 of the formation of a fixed shutter speed t _sd to turn off the device.

Одновременно и параллельно выполнению операции расчета действующего значения тока (2), весь массив данных мгновенных значений токов i_j(л,с,п) подают и на вход «быстрого» канала в модуль 5, в котором определяют мгновенные значения токов возмущения цепи (токов приращения) в каждой фазе Δi_j(л,с,п). Значения токов приращения Δi_j - это разность значений тока второго из двух, находящихся в памяти, промежутка времени i_j2T, равного периоду изменения тока Т, и соответствующего значения тока первого периода i_j1T. В памяти 1 всегда находится четное 40 (в зависимости от коэффициента дискретности аналого-цифрового преобразования К_д) число мгновенных значений тока в фазах. Если принять коэффициент К_д, равным 1, то 40-е значение тока в памяти i₄₀ является новым, от которого начинается отсчет тока возмущения при его возникновении, а 20-е значение тока i₂₀, является начальным током предыстории (в момент времени Т тому назад).At the same time and in parallel with the operation of calculating the effective current value (2), the entire data array of instantaneous current values i _{j (l, s, p) is also} fed to the input of the “fast” channel in module 5, in which the instantaneous values of the circuit disturbance currents (currents ₎ are determined increments) in each phase Δi _{j (l, s, p)} . The values of the increment currents Δi _j is the difference between the current values of the second of two in memory, time interval i _j2T , equal to the period of change of current T, and the corresponding current value of the first period i _j1T . In memory 1 there is always an even 40 (depending on the discrete coefficient of the analog-to-digital conversion K _d ) the number of instantaneous current values in phases. If we take the coefficient K _d equal to 1, then the 40th value of the current in the memory i ₄₀ is new, from which the disturbance current begins to count when it occurs, and the 20th value of the current i ₂₀ is the initial current of the history (at time T ago).

Таким образом, в модуле 6 производят непрерывный мониторинг мгновенных значений тока возмущения цепи в фазе в течение одного периода Т. Эти значения мгновенных токов в модуле 6 возводят в квадрат и суммируют, тем самым производят непрерывный мониторинг силовой функции цепи S{i_j ²(t)} и на основании ее значений в модуле 7 непрерывно определяют действующее значение симметричной составляющей тока возмущения ΔI_ф.Thus, in module 6, the instantaneous values of the perturbation current of the circuit in phase are continuously monitored for one period T. These values of the instantaneous currents in module 6 are squared and summed, thereby continuously monitoring the power function of the circuit S {i _j ² (t )} and based on its values in module 7, the effective value of the symmetric component of the disturbance current ΔI _{f is} continuously determined.

В модуле 8 определяют значение действующего тока предыстории I_р путем интегрирования мгновенных значений токов в фазах за 1-й период.In module 8, the value of the effective background current I _r is determined by integrating the instantaneous values of the currents in phases for the 1st period.

В модуле 9 определяют значение симметричной составляющей полного тока в фазах I_ф путем суммирования симметричных составляющих тока предыстории I_р и тока возмущения цепи ΔI_ф.In module 9, the value of the symmetric component of the total current in the phases I _f is determined by summing the symmetrical components of the background current I _p and the current perturbation circuit ΔI _f .

В модуле 10 производят сравнение токов в фазах I_ф с величиной уставки I_у. При этом указанное сравнение производят с учетом коэффициента гармонизации работы «быстрого» канала с «точным» каналом. Указанный коэффициент зависит от значения величины cosφ цепи с предельным для нее током КЗ, где нижние значения коэффициента К=1,2 относятся к значению cosφ=0,7, а верхние значения К=1,6 соответственно к значению cosφ=0,3. Если неравенство (1,2÷1,6) I_ф≥I_у выполнено, то в модуле 10 вырабатывается управляющий сигнал в модуль 11 как на начало отсчета величины интеграла квадрата тока возмущения («Да»), так и на прекращение такого отсчета («Нет»). При КЗ за нижестоящим аппаратом и штатном отключении им тока КЗ с модуля 10 вначале поступает команда («Да»), а затем команда («Нет»), При отказе нижестоящего аппарата или при КЗ до нижестоящего аппарата из модуля 10 поступает только одна команда («Да»).In module 10, the currents in the phases I _{f are} compared with the set value I _y . Moreover, this comparison is made taking into account the harmonization coefficient of the “fast” channel with the “exact” channel. The specified coefficient depends on the value of cosφ of the circuit with the short-circuit current limiting for it, where the lower values of the coefficient K = 1.2 refer to the value cosφ = 0.7, and the upper values K = 1.6, respectively, to the value cosφ = 0.3. If the inequality (1.2 ÷ 1.6) I _f ≥I _{y is} satisfied, then in module 10 a control signal is generated in module 11 both at the beginning of counting of the integral of the square of the disturbance current ("Yes") and at the end of such a count ( "No"). In the case of a short circuit for a downstream device and its regular disconnection of short circuit current from module 10, the command (“Yes”) and then the command (“No”) are first received. In case of failure of the downstream device or during a short circuit to the downstream device, only one command comes from module 10 ( "Yes").

В модуле 11 при поступлении на него управляющего сигнала («Да») с модуля 10 производят расчет текущего значения интеграла квадрата тока возмущения во всех полюсах Q_j(л,с,п). Значение интеграла пропускаемого тока в каждой фазе Q_j(л,с,п) определяют как разность интеграла квадрата мгновенных значений полного тока в фазе Σi_j ²Δt и произведение квадрата тока предыстории на время (I² _pt). Последнее выражение (I² _pt) является интегралом тока предыстории, т.к. значение тока I_р в данном случае является величиной постоянной (I_p=const), равной величине тока предыстории в момент времени, соответствующий моменту возникновения тока возмущения Δi_j(л,с,п). При этом начало интегрирования квадратов мгновенных значений тока Δi_j(л,с,п) производят не с момента поступления на него сигнала из модуля 10, а несколько раньше - с момента возникновения тока возмущения Δi_j(л,с,п). Тем самым учитываются все значения интеграла тока возмущения, а также исключается влияние некоторого снижения времени определения аварийной ситуации при не симметричных и двухфазных КЗ.In module 11, upon receipt of a control signal (“Yes”) from module 10, the current value of the integral of the square of the perturbation current at all poles Q _{j (l, s, n) is} calculated. The value of the integral of the transmitted current in each phase Q _{j (l, s, p)} is determined as the difference between the integral of the square of the instantaneous values of the total current in the phase Σi _j ² Δt and the product of the square of the background current by the time (I ² _p t). The last expression (I ² _p t) is an integral of the historical background current, since the current value I _p in this case is a constant value (I _p = const), equal to the value of the history current at the time moment corresponding to the moment of the disturbance current Δi _{j (l, s, p)} . At the same time, the integration of the squares of the instantaneous current values Δi _{j (l, s, p) is} started not from the moment the signal from module 10 arrives at it, but somewhat earlier - from the moment the disturbance current Δi _{j (l, s, p)} occurs. Thus, all values of the perturbation integral are taken into account, and the influence of a certain decrease in the time for determining the emergency situation with non-symmetrical and two-phase faults is also eliminated.

При поступлении на модуль 11 запрещающего управляющего сигнала («Нет») расчет интегралов квадратов тока возмущения в фазах прекращают, а его значение сохраняют в оперативной памяти «быстрого» канала до момента времени, равного t_sd, после чего указанное значение интеграла исключают из памяти «быстрого» канала, хотя его значение может быть сохранено в памяти микропроцессора до возникновения очередной подобной аварийной ситуации. Указанная информация может быть использована для оценки возникших термических нагрузок на цепь нижестоящего выключателя, который отключил ток КЗ.When the inhibitory control signal (“No”) is received to module 11, the calculation of the square integrals of the perturbation current stops in the phases, and its value is stored in the RAM of the “fast” channel until a time equal to t _sd , after which the indicated value of the integral is deleted from the memory “ “fast” channel, although its value can be stored in the microprocessor memory until the next similar emergency occurs. The specified information can be used to assess the thermal loads that have arisen on the circuit of a downstream circuit breaker that has turned off the short-circuit current.

В модуле 12 производят сравнение текущего значения интеграла Q_j с величиной интегральной уставки Q_sd. В момент времени, соответствующий равенству текущего значения интеграла Q_j величине уставки Q_sd, в модуле 12, вырабатывается управляющий сигнал на формирование импульса напряжения для подачи его на исполнительный элемент расцепителя аппарата (для последующего отключения последнего).In module 12, the current value of the integral Q _{j is} compared with the value of the integral set point Q _sd . At a point in time corresponding to the equality of the current value of the integral Q _j to the set value Q _sd , in module 12, a control signal is generated to generate a voltage pulse for supplying it to the actuator of the device release (for the subsequent disconnection of the latter).

В логическом модуле «или»-«или» 13 вырабатывают импульс напряжения на отключение при минимальном из времен поступления управляющего сигнала на этот модуль из «точного» канала (время t_sd) или из «быстрого» канала (время t_c). Тем самым обеспечивают оптимальную защитную времятоковую характеристику для цепей, защищаемых данным выключателем, формируемую «точным» и «быстрым» каналами защиты (фиг.2).In the logic module “or” - “or” 13 a voltage pulse is generated to turn off at the minimum of the times the control signal arrives at this module from the “exact” channel (time t _sd ) or from the “fast” channel (time t _c ). This ensures the optimal protective time-current characteristic for circuits protected by this switch, formed by the "accurate" and "fast" protection channels (Fig.2).

При реализации способа, при котором повышается быстродействие защиты при небольших токах, близких к уставке I_sd за счет того, что «точный» канал запускает «интегральный» модуль, алгоритм работы микропроцессорного расцепителя следующий (фиг.3).When implementing a method in which the protection speed is increased at low currents close to the setting I _sd due to the fact that the "exact" channel launches the "integral" module, the algorithm of operation of the microprocessor release is as follows (Fig. 3).

Мгновенные значения токов в каждой из фаз от измерительных трансформаторов заносят в память микропроцессора 1.The instantaneous currents in each phase from the measuring transformers are recorded in the memory of the microprocessor 1.

Весь массив данных из памяти 1 подают на вход «точного» канала в модуль 2, в котором определяют действующие значения токов в фазах (I_ф). В модуле сравнения 3 значения токов I_ф каждой из фаз сравнивают с величиной максимальной токовой уставки I_sd. В случае, если в одной из фаз значение тока I_ф окажется больше величины I_sd, модуль 3 вырабатывает управляющий сигнал на модуль 4 формирования фиксированной выдержки t_sd на отключение аппарата. Дополнительно модуль 3 вырабатывает управляющий сигнал и на запуск «интегрального» модуля - этот сигнал поступает на модуль 11.The entire array of data from memory 1 is fed to the input of the “exact” channel in module 2, in which the effective values of the currents in phases (I _f ) are determined. In the comparison module 3, the values of the currents I _{f of} each phase are compared with the value of the maximum current setting I _sd . If in one of the phases the value of current I _f is greater than the value of I _sd , module 3 generates a control signal to module 4 of the formation of a fixed shutter speed t _sd to turn off the device. Additionally, module 3 generates a control signal and to launch the "integral" module - this signal is supplied to module 11.

Весь массив данных мгновенных значений токов i_j(л,с,п) подают также на вход «быстрого» канала в модуль 5, в котором определяют мгновенные значения токов приращения (токов возмущения цепи) в каждой фазе Δi_j(л,с,п).The entire data array of instantaneous values of currents i _{j (l, s, p) is} also fed to the input of the “fast” channel in module 5, which determines the instantaneous values of increment currents (disturbance currents of the circuit) in each phase Δi _{j (l, s, p )}

В модуле 6 указанные значения мгновенных токов возводят в квадрат и суммируют, в результате чего осуществляют непрерывный мониторинг силовой функции цепи S{i_j ²(t)} и на основании ее значения в модуле 7 непрерывно определяют действующее значение симметричной составляющей тока возмущения ΔI_ф.In module 6, the indicated values of the instantaneous currents are squared and summed, as a result of which the power function of the circuit S {i _j ² (t)} is continuously monitored and, based on its value in module 7, the effective value of the symmetrical component of the disturbance current ΔI _{f is} continuously determined.

В модуле 10 производят сравнение токов в фазах I_ф (с учетом коэффициента гармонизации К_г) с величиной уставки I_sd. Если неравенство (1,2÷1,6)I_ф≥I_sd выполняется, то модуль 10 вырабатывает управляющий сигнал, который подают в модуль 11 для начала отсчета величины интеграла квадрата тока возмущения («Да»), а также на прекращение такого отсчета («Нет»).In module 10, the currents in the phases I _{f are} compared (taking into account the harmonization coefficient K _g ) with the set value I _sd . If the inequality (1.2 ÷ 1.6) I _f ≥I _sd is fulfilled, then module 10 generates a control signal, which is fed to module 11 to start counting the integral of the square of the disturbance current ("Yes"), and also to stop this count ("No").

В модуле 11 при поступлении на него управляющего сигнала («Да») из модуля 10 производят расчет текущего значения интеграла квадрата тока возмущения во всех фазах Q_j(л,с,п). При этом начало интегрирования квадратов мгновенных значений тока Δi_j(л,с,п) производят не с момента достижения силовой функцией S{i_j ²(t)} своего максимального значения S_max, а с момента возникновения тока возмущения Δi_j(л,с,п).In module 11, upon receipt of a control signal (“Yes”) from module 10, the current value of the integral of the square of the disturbance current in all phases Q _{j (l, s, n) is} calculated. At the same time, the integration of the squares of the instantaneous current values Δi _{j (l, s, n)} begins not from the moment the force function S {i _j ² (t)} reaches its maximum value S _max , but from the moment the disturbance current Δi _{j (l, s, p)} .

При поступлении на модуль 11 запрещающего управляющего сигнала («Нет») расчет интегралов квадратов тока возмущения в фазах прекращают и его значение сохраняют в оперативной памяти «быстрого» канала до момента времени, равного t_sd, после чего указанное значение интеграла исключают из памяти «быстрого» канала.When the inhibitory control signal (“No”) is received to module 11, the calculation of the square integrals of the perturbation current in the phases is stopped and its value is stored in the RAM of the “fast” channel until a time equal to t _sd , after which the indicated value of the integral is deleted from the “fast” memory "Channel.

В модуле 12 производят сравнение текущего значения интеграла Q_j с величиной интегральной уставки Q_sd. В момент времени, соответствующий равенству текущего значения интеграла Q величине уставки Q_sd, модуль 12 вырабатывает управляющий сигнал на формирование импульса напряжения для подачи его на исполнительный элемент расцепителя аппарата (для последующего отключения последнего).In module 12, the current value of the integral Q _{j is} compared with the value of the integral set point Q _sd . At a point in time corresponding to the equality of the current value of the integral Q to the value of the setpoint Q _sd , module 12 generates a control signal to generate a voltage pulse for supplying it to the actuator of the device release (for subsequent disconnection of the latter).

Логический модуль 13 («или»-«или») вырабатывает импульс напряжения на отключение при минимальном из времен поступления управляющего сигнала на этот модуль из «точного» канала (время t_sd) или из «быстрого» канала (время t_c).Logic module 13 (“or” - “or”) generates a voltage pulse to turn off at the minimum of the times the control signal arrives at this module from the “exact” channel (time t _sd ) or from the “fast” channel (time t _c ).

За счет того, что «точный» канал запускает «интегральный» модуль, времятоковая характеристика защиты имеет вид, показанный сплошной линией на фиг.4 (п.2). Для сравнения, пунктиром на этой же фиг.4 показана времятоковая характеристика защиты при запуске «интегрального» модуля только «быстрым» каналом защиты (п.1).Due to the fact that the “exact” channel launches the “integral” module, the time-current protection characteristic has the form shown by the solid line in Fig. 4 (item 2). For comparison, the dashed line in the same figure 4 shows the time-current characteristic of protection when starting the "integral" module only "fast" channel of protection (item 1).

Алгоритм работы микропроцессорного расцепителя при реализации второго варианта заявляемого способа быстродействующей максимальной токовой защиты следующий (фиг.5).The algorithm of operation of the microprocessor release when implementing the second variant of the proposed method of high-speed maximum current protection is as follows (figure 5).

Весь массив данных из памяти 1 подают на вход «точного» канала в модуль 2, в котором определяют действующие значения токов в фазах I_ф. В модуле сравнения 3 действующие значения токов I_ф каждой из фаз сравнивают с величиной максимальной токовой уставки I_sd. В случае, если в одной из фаз значение тока I_ф окажется больше величины I_sd модуль 3 вырабатывает управляющий сигнал на модуль 4 формирования фиксированной выдержки t_sd на отключение аппарата.The entire array of data from memory 1 is fed to the input of the “exact” channel in module 2, in which the current values in the phases I _{f are} determined. In the comparison module 3, the current values of the currents I _{f of} each phase are compared with the value of the maximum current setting I _sd . If in one of the phases the current value I _f is greater than the value I _sd, module 3 generates a control signal to module 4 of the formation of a fixed shutter speed t _sd to turn off the device.

Массив данных мгновенных значений токов i_{j(л, с, п)} подают также на вход «быстрого» канала в модуль 5, в котором определяют мгновенные значения токов приращения (токов возмущения цепи) в каждой фазе Δi_j(л,с,п).The data array of instantaneous values of currents i _{j (l, s, p) is} also fed to the input of the “fast” channel in module 5, which determines the instantaneous values of increment currents (disturbance currents of the circuit) in each phase Δi _{j (l, s, p)} .

В модуле 6 указанные значения мгновенных токов возводят в квадрат и суммируют, в результате чего производится непрерывный мониторинг силовой функции цепи S{i_j ²(t)}.In module 6, the indicated values of the instantaneous currents are squared and summed, as a result of which continuous monitoring of the power function of the circuit S {i _j ² (t)} is performed.

В модуле 7 определяют максимальное значение силовой функции цепи S_max.In module 7, determine the maximum value of the power function of the circuit S _max .

В модуле 8 исходя из максимального значения силовой характеристики S_max вычисляют значение симметричной составляющей тока КЗ.In module 8, based on the maximum value of the power characteristic S _max calculate the value of the symmetrical component of the short circuit current.

В модуле 9 определяют значение действующего тока предыстории I_р путем интегрирования мгновенных значений токов в фазах за 1-й период.In module 9, the value of the effective background current I _r is determined by integrating the instantaneous values of the currents in phases for the 1st period.

В модуле 10 определяют значение симметричной составляющей полного тока в фазах I_ф путем суммирования симметричных составляющих тока предыстории I_р и тока возмущения цепи ΔI_ф.In module 10, the value of the symmetric component of the total current in the phases I _f is determined by summing the symmetrical components of the background current I _r and the disturbance current of the circuit ΔI _f .

В модуле 11 производят сравнение токов в фазах I_ф (с учетом коэффициента гармонизации К_г) с величиной уставки I_sd. Если неравенство (1,2÷1,6)I_ф≥I_sd выполняется, то модуль 10 вырабатывает управляющий сигнал в модуль 11 как для начала отсчета величины интеграла квадрата тока возмущения («Да»), так и для прекращения такого отсчета («Нет»).In module 11, the currents in the phases I _{f are} compared (taking into account the harmonization coefficient K _g ) with the set value I _sd . If the inequality (1.2 ÷ 1.6) I _f ≥I _sd is fulfilled, then module 10 generates a control signal to module 11 both to start counting the integral of the square of the perturbation current ("Yes") and to stop such a count ("No").

В модуле 12 при поступлении на него управляющего сигнала («Да») из модуля 11 производят расчет текущего значения интеграла квадрата тока возмущения во всех фазах Q_j(л,с,п). При этом начало интегрирования квадратов мгновенных значений тока Δi_j(л,с,п) производят не с момента достижения значением силовой функции S{i_j ²(t)} своего максимального значения S_max, а с момента возникновения тока возмущения Δi_j(л,с,п).In module 12, upon receipt of a control signal (“Yes”) from module 11, the current value of the integral of the square of the disturbance current in all phases Q _{j (l, s, n) is} calculated. At the same time, the integration of the squares of the instantaneous current values Δi _{j (l, s, p) is} started not from the moment the value of the power function S {i _j ² (t)} reaches its maximum value S _max , but from the moment the disturbance current Δi _{j (l , s, p)} .

При поступлении на модуль 12 запрещающего управляющего сигнала («Нет») расчет интегралов квадратов тока возмущения в фазах прекращают и его значение сохраняют в оперативной памяти «быстрого» канала до момента времени, равного t_sd, после чего указанное значение интеграла исключают из памяти «быстрого» канала.Upon receipt of the inhibitory control signal (“No”) to module 12, the calculation of the square integrals of the perturbation currents in the phases is stopped and its value is stored in the RAM of the “fast” channel until a time equal to t _sd , after which the indicated value of the integral is deleted from the “fast” memory "Channel.

В модуле 13 производят сравнение текущего значения интеграла Q_j с величиной интегральной уставки Q_sd. В момент времени, соответствующий равенству текущего значения интеграла Q_j величине уставки Q_sd модуль 13 вырабатывает управляющий сигнал на формирование импульса напряжения для подачи его на исполнительный элемент расцепителя аппарата (для последующего отключения последнего).In module 13, a comparison is made of the current value of the integral Q _j with the value of the integral set point Q _sd . At a point in time corresponding to the equality of the current value of the integral Q _j to the set value Q _{sd, the} module 13 generates a control signal for generating a voltage pulse for supplying it to the actuator of the device release (for the subsequent disconnection of the latter).

В логическом модуле «или»-«или» 14 вырабатывают управляющий сигнал на формирование импульса напряжения на отключение с минимальным из двух значений времени - времени срабатывания «точного» канала (время t_sd) или времени срабатывания «быстрого» канала (время t_c).In the logic module "or" - "or" 14 generate a control signal for the formation of a voltage pulse to turn off with the minimum of two values of time - the response time of the "exact" channel (time t _sd ) or the response time of the "fast" channel (time t _c ) .

Алгоритм работы микропроцессорного расцепителя при реализации способа, при котором повышается быстродействие защиты при небольших токах, близких к уставке I_sd, за счет того, что «точный» канал запускает «интегральный» модуль, следующий (фиг.6).The algorithm of operation of the microprocessor release during the implementation of the method, which increases the speed of protection at low currents close to the setting I _sd , due to the fact that the "exact" channel launches the "integral" module, the following (Fig.6).

Весь массив данных мгновенных значений токов i_j(л,с,п) подают на вход «быстрого» канала в модуль 5, в котором определяют мгновенные значения токов приращения (токов возмущения цепи) в каждой фазе Δi_j(л,с,п).The entire data array of instantaneous values of currents i _{j (l, s, p) is} fed to the input of the “fast” channel in module 5, which determines the instantaneous values of increment currents (disturbance currents of the circuit) in each phase Δi _{j (l, s, p)} .

В модуле 6 указанные значения мгновенных токов возводят в квадрат и суммируют, в результате чего осуществляется непрерывный мониторинг силовой функции цепи S{i_j ²(t)}.In module 6, the indicated values of the instantaneous currents are squared and summed, as a result of which continuous monitoring of the power function of the circuit S {i _j ² (t)} is carried out.

В модуле 8 исходя из максимального значения силовой характеристики S_max определяют симметричную составляющую тока КЗ.In module 8, based on the maximum value of the power characteristic S _max determine the symmetrical component of the short circuit current.

В модуле 11 производят сравнение токов в фазах I_ф (с учетом коэффициента гармонизации К_г) с величиной уставки I_sd. Если неравенство (1,2÷1,6)I_ф≥I_sd выполнено, то в модуле 10 вырабатывается управляющий сигнал в модуль 11 как для начала отсчета величины интеграла квадрата тока возмущения («Да»), так и на прекращение такого отсчета («Нет»).In module 11, the currents in the phases I _{f are} compared (taking into account the harmonization coefficient K _g ) with the set value I _sd . If the inequality (1.2 ÷ 1.6) I _f ≥I _{sd is} fulfilled, then in module 10 a control signal is generated in module 11 both to start the count of the integral of the square of the disturbance current ("Yes") and to stop this count ( "No").

В модуле 12 при поступлении на него управляющего сигнала («Да») из модуля 11 «быстрого» канала или аналогичного сигнала из модуля 3 «точного» токового канала производят расчет текущего значения интеграла квадрата тока возмущения во всех фазах Q_j(л,с,п). При этом начало интегрирования квадратов мгновенных значений тока Δi_j(л,с,п) производят не с момента достижения значением силовой функции S{i_j ²(t)} своего максимального значения S_max, а с момента возникновения тока возмущения Δi_j(л,с,п).In module 12, upon receipt of a control signal (“Yes”) from module 11 of the “fast” channel or a similar signal from module 3 of the “exact” current channel, the current value of the integral of the square of the perturbation current in all phases Q _{j (l, s, n)} . At the same time, the integration of the squares of the instantaneous current values Δi _{j (l, s, p) is} started not from the moment the value of the power function S {i _j ² (t)} reaches its maximum value S _max , but from the moment the disturbance current Δi _{j (l , s, p)} .

В модуле 13 производят сравнение текущего значения интеграла Q_j с величиной интегральной уставки Q_sd. В момент времени, соответствующий равенству текущего значения интеграла Q_j величине уставки Q_sd, модуль 13 вырабатывает управляющий сигнал на формирование импульса напряжения для подачи его на исполнительный элемент расцепителя аппарата (для последующего отключения последнего).In module 13, a comparison is made of the current value of the integral Q _j with the value of the integral set point Q _sd . At a point in time corresponding to the equality of the current value of the integral Q _j to the set value Q _sd , the module 13 generates a control signal to generate a voltage pulse to supply it to the actuator of the device release (for the latter to trip later).

Логический модуль 14 («или»-«или») вырабатывает управляющий сигнал на формирование импульса напряжения на отключение с минимальным из двух значений времени - времени срабатывания «точного» канала (время t_sd) или времени срабатывания «быстрого» канала (время t_c).Logic module 14 (“or” - “or”) generates a control signal to generate a voltage pulse to turn off with the minimum of two time values - the response time of the “exact” channel (time t _sd ) or the response time of the “fast” channel (time t _c )

Таким образом, оба варианта заявляемого способа быстродействующей максимальной токовой защиты электрических цепей позволяют за счет более всестороннего анализа мгновенных значений тока i_j во всех фазах цепи надежно «отстроиться» от влияния случайного фактора - момента возникновения тока возмущения цепи (фазы включения ψ) и тем самым обеспечить максимальное быстродействие защиты, прежде всего, в наиболее тяжелых режимах работы защиты - при трехфазных КЗ непосредственно за отводящими зажимами аппаратов защиты.Thus, both versions of the proposed method of high-speed maximum current protection of electric circuits allow, due to a more comprehensive analysis of the instantaneous values of current i _j in all phases of the circuit, to reliably "tune out" from the influence of a random factor - the moment of occurrence of the disturbance current of the circuit (switching phase ψ) and thereby to provide maximum protection performance, first of all, in the most severe protection operation modes - with three-phase short-circuit directly behind the outlet clamps of the protection devices.

Источники информацииInformation sources

1. Технические условия ТУ 16-522.147.80 на выключатели автоматические типа А3790.1. Specifications TU 16-522.147.80 for circuit breakers type A3790.

2. Патент Украины №73195, заявленный 30.01.2003 г., опубликованный 15.06.2005 г., бюл. №6 (аналог - патент РФ №2259622, опубл. 27.08.2005, бюл. №24).2. Patent of Ukraine No. 73195, filed January 30, 2003, published June 15, 2005, bull. No. 6 (analogue - RF patent No. 2259622, publ. 08/27/2005, bull. No. 24).

3. Патент Украины №74452, заявленный 22.01.2004 г., опубликованный 15.12.2005 г., бюл. №12 (аналог - патент РФ №2259623, опубл. 27.08.2005, бюл. №24).3. Patent of Ukraine No. 74452, filed January 22, 2004, published December 15, 2005, bull. No. 12 (analogue - RF patent No. 2259623, published on 08.27.2005, bull. No. 24).

Claims

1. The method of high-speed maximum current protection of electric circuits, in accordance with which the instantaneous values of current i _j are measured and their analog-to-digital conversion, determine the effective value of the symmetrical component of current I _f in each phase of the circuit by integrating the instantaneous values of current i _j during the set timeslot t _and at equal time intervals Δt, wherein determining the current value of the current I _p is carried out continuously with shift time interval t _and the amount Ocher Nogo reference current value i _j, then the value of the specified current values by integration of a phase I _p is compared with the current setpoint value I _sd and provided ≥I _sd _f I generate a control signal for the formation of a fixed exposure time t _sd, characterized in that it additionally at equal time intervals Δt, the current increment of the circuit Δi _{j is} measured during each current period of the current change as the difference between the instantaneous current values in each phase during the last of a given time interval t _and the iodine of the current change i _jt and similar current values in the previous period of the current change - the current history i _jp (Δi _j = i _jt -i _jp ), the sum of the squares of the instantaneous values of the current increment of all three phases S (Δi ² _j ) is determined and the value of the symmetric increment current component ΔI _f in the expression ΔI _f = √S (Δi ² _j ) / 3 {1-2e ^{-t / T} · cos (ωt) + e ^{-2t / T} }, in which T is the electromagnetic time constant of the circuit with current SC, the obtained value of ΔI _{f is} added to the value of the current history I _p , and their sum I _f = I _p + ΔI _{f is} compared with the value of the current setting I _sd and under the condition I _f ≥I _sd form comfort control signal to start the "integral" protection module, in which the integral of the square of the instantaneous values of the current increment in each phase is calculated Q _f = ΣΔi ² _j Δt, which is compared with the given value of the integral set point Q _sd and at time t _q , corresponding to the equality of their values - Q _f = Q _sd , generate a signal to turn off the protection device.

2. The method according to claim 1, characterized in that after comparing the current value in phase I _f determined by the integration method with the value of the current setting I _sd and subject to I _f ≥I _sd , a control signal is additionally generated to trigger the “integral” protection channel .

3. The method of high-speed maximum current protection of electric circuits, in accordance with which the instantaneous values of current i _j are measured and their analog-to-digital conversion, determine the effective value of the symmetrical component of current I _f in each phase of the circuit by integrating the instantaneous values of current i _j during the set timeslot t _and at equal time intervals Δt, wherein determining the current value of the current I _p is carried out continuously with shift time interval t _and the amount Ocher Nogo reference current value i _j, then the value of the specified current values by integration of a phase I _p is compared with the current setpoint value I _sd and provided ≥I _sd _f I generate a control signal for the formation of a fixed exposure time t _sd, characterized in that it additionally at equal time intervals Δt, the current increment of the circuit Δi _{j is} measured during each current period of the current change as the difference between the instantaneous current values in each phase during the last of a given time interval t _and the iodine of the current change - i _jt and similar values of the current history of i _jp - current in the previous period of the change of current - current of the history i _jp (Δi _j = i _jt -i _jp ), determine the sum of squares of the instantaneous values of the current increment of the currents of all three phases S (Δi ² _j ) and calculate the value of the symmetric component of the increment current ΔI _f according to the expression ΔI _f = √S _max (Δi ² _j ) / 3K _y , where K _y is the stress coefficient of the current in the circuit, which is determined by the value cosφ, the obtained value ΔI _{f is} added to the value history of the current I _p, and their sum I _f = I _p + ΔI _f is compared with the setpoint value current I _sd and n I _f and provided ≥I _sd form a control signal to start the "integral" protection channel, wherein the calculation is performed of the integral value of the square of instantaneous current values in each increment of phase Q _f = ΣΔi ² _j Δt, which is compared with a predetermined setpoint value of the integral Q _sd, and at time t _q , corresponding to the equality of their values - Q _f = Q _sd , they generate a signal to turn off the protection device.

4. The method according to claim 3, characterized in that after comparing the current value in phase I _f determined by the integration method with the value of the current setting I _sd and subject to I _f ≥I _sd , a control signal is additionally generated to trigger the “integral” protection channel .