RU2024141C1

RU2024141C1 - Current protection device for high voltage installation

Info

Publication number: RU2024141C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Игоревич Гуревич
Original assignee: Владимир Игоревич Гуревич
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: reliable protection of ac and DC electrical installations is provided owing to introduction of reed relays and couplings between elements and units of circuit. EFFECT: enhanced reliability of protection. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, конкретно - к устройствам релейной защиты, и может быть использовано для токовой защиты высоковольтных трансформаторов, преобразователей, для дуговой защиты комплексных распредустройств высокого напряжения. The invention relates to electrical engineering, specifically to relay protection devices, and can be used for current protection of high voltage transformers, converters, for arc protection of complex high voltage switchgears.

Известно устройство для токовой защиты электроустановки, содержащее трансформаторы тока, установленные на входе и на выходе защищаемой электроустановки, и реле тока, включенное на разность токов вторичных обмоток трансформаторов тока [1]. A device is known for current protection of an electrical installation, comprising current transformers installed at the input and output of the protected electrical installation, and a current relay connected to the current difference of the secondary windings of the current transformers [1].

Недостатком этого устройства является необходимость использования трансформаторов тока, имеющих, особенно на высоких напряжениях, значительную массу и габариты, большую стоимость. The disadvantage of this device is the need to use current transformers, which, especially at high voltages, have a significant mass and dimensions, high cost.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для токовой защиты электроустановки, содержащее два датчика тока, выполненные на герконах и установленные в зоне влияния магнитного поля тока электроустановки, исполнительный блок, содержащий два конденсатора, два резистора, три диода, стабилитрон, полупроводниковый усилительный элемент, выполненный в виде тиристора, выходное электромагнитное реле. Оба датчика тока включены параллельно на входе исполнительного блока, а тиристор включен последовательно с обмоткой электромагнитного реле [2]. The closest in technical essence is a device for current protection of an electrical installation, containing two current sensors mounted on reed switches and installed in the zone of influence of the magnetic field of the current of the electrical installation, an executive unit containing two capacitors, two resistors, three diodes, a zener diode, a semiconductor amplifier element made in the form of a thyristor, output electromagnetic relay. Both current sensors are connected in parallel at the input of the executive unit, and the thyristor is connected in series with the coil of the electromagnetic relay [2].

Недостатками этого устройства являются невозможность использования его для дифференциальной защиты электроустановки из-за одинакового влияния обоих датчиков на герконах на состояние исполнительного блока. The disadvantages of this device are the inability to use it for the differential protection of the electrical installation due to the equal influence of both sensors on the reed switches on the state of the Executive unit.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для токовой защиты высоковольтной электроустановки. Устройство для токовой защиты высоковольтной электроустановки содержит датчики 1 и 2 тока, расположенные на токоведущих шинах на входе защищаемой электроустановки и на шине на выходе защищаемой электроустановки. Каждый датчик состоит из диэлектрического стакана 3 и 4, расположенного на соответствующей шине с возможностью поворота вокруг своей оси, и геркона 5 и 6 соответственно. Свободная полость стаканов может быть заполнена эпоксидным компаундом, а выводы герконов могут быть выполнены в виде высоковольтного провода. The drawing shows a circuit diagram of a device for current protection of a high voltage electrical installation. A device for current protection of a high-voltage electrical installation contains current sensors 1 and 2 located on current-carrying buses at the input of the protected electrical installation and on the bus at the output of the protected electrical installation. Each sensor consists of a dielectric cup 3 and 4 located on the corresponding bus with the possibility of rotation around its axis, and a reed switch 5 and 6, respectively. The free cavity of the glasses can be filled with an epoxy compound, and the conclusions of the reed switches can be made in the form of a high-voltage wire.

Устройство содержит также исполнительный блок 7 и источник 8 питания постоянного тока. Исполнительный блок 7 содержит резисторы 9-11, конденсатор 12, стабилитрон 13, транзистор 14, реле 15 на герконе и выходное реле 16. The device also contains an Executive unit 7 and a source of 8 DC power. The Executive unit 7 contains resistors 9-11, a capacitor 12, a zener diode 13, a transistor 14, a relay 15 on the reed switch and an output relay 16.

Источник 8 питания может быть выполнен, в частности, в виде делителя напряжения на резисторах 17 и 18, диода 19 и конденсатора 20. The power source 8 can be made, in particular, in the form of a voltage divider on resistors 17 and 18, a diode 19 and a capacitor 20.

Выходное реле 16 может быть выполнено, например, в виде симистора 21, включенного последовательно с нагрузкой 22 и снабженного резистором 23 в цепи управляющего электрода. The output relay 16 can be performed, for example, in the form of a triac 21 connected in series with the load 22 and equipped with a resistor 23 in the control electrode circuit.

Работает устройство следующим образом. При протекании по шинам нормальных токов герконы 5 и 6 разомкнуты, транзистор 14 заперт, геркон реле 15 разомкнут, симистор 21 заперт и нагрузка 22 обесточена,
При возникновении аварийного режима за пределами защищаемой электроустановки большой ток протекает и по шине 1 на входе электроустановки, а на шине 2 - на выходе электроустановки.The device operates as follows. When normal currents flow through the busbars, the reed switches 5 and 6 are open, the transistor 14 is locked, the reed switch 15 is open, the triac 21 is closed and the load 22 is de-energized,
When an emergency occurs outside the protected electrical installation, a large current flows through bus 1 at the input of the electrical installation, and on bus 2 - at the output of the electrical installation.

Срабатывают герконы 5 и 6. Однако отпирания транзистора 14 не происходит вследствие шунтирующего действия геркона 7 на базовую цепь транзистора. Обмотка реле 15 по-прежнему обеспечена, геркон этого реле разомкнут, симистор 21 заперт и нагрузка 22 обесточена. The reed switches 5 and 6 are triggered. However, the unlocking of the transistor 14 does not occur due to the shunting action of the reed switch 7 on the transistor's base circuit. The coil of the relay 15 is still provided, the reed switch of this relay is open, the triac 21 is locked and the load 22 is de-energized.

При возникновении аварийного режима в защищаемой электроустановке через ее входные шины 1 будет протекать большой ток, а через выходные 2 - малый. В результате этого геркон 5 замыкается (в магнитном поле постоянного тока) или начинает вибрировать с удвоенной частотой сети (в магнитном поле переменного тока), а геркон 6 остается разомкнутым. Через резистор 9 начинает протекать ток заряда конденсатора 12, напряжение на нем начинает возрастать. In the event of an emergency in the protected electrical installation, a large current will flow through its input buses 1, and a small current through the output 2. As a result of this, the reed switch 5 closes (in a DC magnetic field) or begins to vibrate at twice the mains frequency (in an alternating current magnetic field), and the reed switch 6 remains open. Through the resistor 9, the charge current of the capacitor 12 begins to flow, the voltage on it begins to increase.

При достижении на конденсаторе 12 напряжения 5-10 В сопротивление стабилитрона 13 резко уменьшается и транзистор 14 открывается. Через обмотку реле 15 начинает протекать ток, его геркон замыкается, отпирая симистор 21 и тем самым включая нагрузку 22 (например, привод выключателя). Вибрация геркона 5 в поле переменного тока не вызывает пульсации напряжения на базе транзистора 14 вследствие того, что во время разомкнутого состояния геркона 5 транзистор поддерживается в открытом состоянии током разряда конденсатора 12 через стабилитрон 13. When reaching a voltage of 5-10 V on the capacitor 12, the resistance of the zener diode 13 decreases sharply and the transistor 14 opens. A current begins to flow through the winding of the relay 15, its reed switch closes, unlocking the triac 21 and thereby turning on the load 22 (for example, a circuit breaker drive). The vibration of the reed switch 5 in the AC field does not cause voltage ripple at the base of the transistor 14 due to the fact that during the open state of the reed switch 5 the transistor is maintained in the open state by the discharge current of the capacitor 12 through the zener diode 13.

Благодаря этому геркон реле 15 остается в замкнутом состоянии и не повторяет вибрацию входного геркона 5. Due to this, the reed switch relay 15 remains in the closed state and does not repeat the vibration of the input reed switch 5.

Стабилитрон 13 способствует задержке появления на базе транзистора 14 отпирающего потенциала до зарядки конденсатора 12, чем повышается устойчивость работы защиты и исключается ложное срабатывание от бросков тока при включении электроустановки. The zener diode 13 contributes to the delay in the appearance of the unlocking potential on the basis of the transistor 14 until the capacitor 12 is charged, which increases the stability of the protection and eliminates false operation from inrush currents when the electrical installation is turned on.

Накопительный конденсатор 20 обеспечивает питание устройства защиты в течение 3-5 с даже при полном исчезновении оперативного напряжения. The storage capacitor 20 provides power to the protection device for 3-5 s even with the complete disappearance of the operational voltage.

Отсутствие непосредственной электрической связи между устройством защиты и выходной силовой цепью за счет использования реле 15 способствует повышению надежность работы устройства. Благодаря применению герконового реле 15 вместо обычного электромагнитного реле удалось существенно снизить емкость конденсаторов 12 и 20, а следовательно, и массогабаритные показатели устройства. Это стало возможным благодаря очень низкому коэффициенту возврата герконов, т.е. их способности оставаться в замкнутом состоянии даже после существенного уменьшения тока в обмотке управления. The lack of direct electrical connection between the protection device and the output power circuit due to the use of the relay 15 helps to increase the reliability of the device. Thanks to the use of the reed relay 15 instead of the usual electromagnetic relay, it was possible to significantly reduce the capacitance of the capacitors 12 and 20, and therefore the overall dimensions of the device. This was made possible thanks to the very low reed return coefficient, i.e. their ability to remain in a closed state even after a significant decrease in current in the control winding.

Кроме того, четкое скачкообразное изменение состояния геркона реле 15 при плавном изменении тока в его обмотке (в отличие от вибрации обычных электромагнитных реле или при непосредственной связи транзистора 14 с симистором 21) существенно повышает надежность включения нагрузки 22 (высоковольтного выключателя). In addition, a clear abrupt change in the state of the reed switch of the relay 15 with a smooth change in the current in its winding (in contrast to the vibration of ordinary electromagnetic relays or with the direct connection of the transistor 14 with the triac 21) significantly increases the reliability of switching on the load 22 (high-voltage switch).

Это, в свою очередь, позволило использовать в устройстве транзистор, плавно изменяющий свое состояние, вместо порогового тиристора. Рабочий ток транзисторов существенно меньше тока удержания даже самых маломощных тиристоров, и при попытке использования тиристора оказалось, что емкость конденсатора 20 должна быть в 10-20 раз больше, чем при работе с транзистором для удержания тиристора в открытом состоянии в течение времени, достаточного для надежного срабатывания нагрузки 22. This, in turn, made it possible to use a transistor in the device, which smoothly changes its state, instead of a threshold thyristor. The operating current of the transistors is significantly less than the holding current of even the most low-power thyristors, and when trying to use the thyristor, it turned out that the capacitor 20 should be 10-20 times larger than when working with the transistor to keep the thyristor in the open state for a time sufficient for reliable load operation 22.

Описанное устройство (без датчиков) имеет габариты 110 х 90 х 60 мм. Датчики на рабочее напряжение электроустановки 10 кВ имеют габариты 60 х 120 мм. The described device (without sensors) has dimensions of 110 x 90 x 60 mm. Sensors for operating voltage of electrical installations of 10 kV have dimensions of 60 x 120 mm.

При использовании в датчиках обмотки (вместо шины), включаемой в разрыв цепи питания защищаемой электроустановки, возможно повышение чувствительности устройства до долей ампера, что расширяет область применения устройства и позволяет использовать его в радиоэлектронных, рентгеновских, электрофизических установках. When used in the sensors of the winding (instead of the bus), included in the open circuit of the power supply of the protected electrical installation, it is possible to increase the sensitivity of the device to fractions of an ampere, which expands the scope of the device and allows its use in electronic, x-ray, and electrophysical installations.

Claims

DEVICE FOR CURRENT PROTECTION OF HIGH-VOLTAGE ELECTRICAL INSTALLATION, containing the first and second current sensors mounted on reed switches installed in the zone of influence of the magnetic field and current of the input and output circuits of the electrical installation, respectively, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the executive unit, including the capacitor, three resistors, a zener diode, a semiconductor amplifying element, an output relay, a DC power source, characterized in that the relay on the reed switch is additionally introduced, while the first terminal and the first input of the executive unit through the first resistor is connected to the first output of the DC power source, the second terminal of the first input and the first terminal of the second input of the executive unit are combined and through the second resistor are connected to the first plate of the capacitor and to the cathode of the zener diode, the anode of which is connected to the first terminal of the third resistor and with the base of a semiconductor amplifier element made on a transistor, the emitter-collector junction of which is connected in series with the relay control winding on the reed switch between the poles of the DC power source, the second terminal of the second input of the executive unit, the second capacitor plate, the second terminal of the third resistor are combined and connected to the pole of the DC power source, and the relay contact on the reed switch is included in the output relay control circuit.