RU2027273C1

RU2027273C1 - Device for protecting the three-phase plant from abnormal modes

Info

Publication number: RU2027273C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Степанович Дорошев
Original assignee: Юрий Степанович Дорошев
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1991-11-01
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: when the switching device is turned on, thyristor 8 comes into action, final-control relay 10 and time relay 19 are switched on. At the appearance of any voltage asymmetry in the network at the output of the voltage filter 3 of negative sequence, a voltage appears which is applied to resistor 20 in antiphase with the unlocking voltage on the controlling electrode of thyristor 8. Thyristor 8 is cut off, final-control relay 10 is switches off and breaks the feeding chain of coil 6 of the starter contactor with its contacts or locks the feeding chain of cut-off coil 7 of the automatic circuit breaker. Electric plant 1 is de-energized. The switching on of the switching device to the abnormal mode results in the fact that only time relay 19 comes into action and acts in much the same way as final-control relay 10. EFFECT: enhanced self-control of good condition. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в релейной защите трехфазных электроустановок. The invention relates to electrical engineering and is intended for use in the relay protection of three-phase electrical installations.

Известно устройство для защиты трехфазного электродвигателя от работы при обрыве и несимметрии фаз питающей сети [1], содержащее датчик аварийных режимов, выполненный на резисторах, одним концом подключенных к магнитному пускателю со стороны электродвигателя, а другим объединенных в звезду с выводами для подключения к клеммам магнитного пускателя, трансформатор, транзисторный усилитель, тиристор управляющего органа и источник питания. В устройстве обеспечивается работа тиристора управляющего органа в открытом состоянии, что повышает помехоустойчивость и обуславливает самоконтроль исправности схемы. A device is known for protecting a three-phase electric motor against operation when the phases of the supply network are interrupted and asymmetrical [1], containing an emergency mode sensor made on resistors connected at one end to a magnetic starter from the electric motor and connected to a magnetic terminal with a terminal for connecting to magnetic terminals starter, transformer, transistor amplifier, thyristor control body and power source. The device provides the thyristor of the control body in the open state, which increases noise immunity and determines the self-monitoring of the health of the circuit.

Однако область применения этого устройства ограничена в связи с тем, что оно не может быть использовано в системах с изолированной нейтралью трансформатора, кроме того, параметры защиты могут быть рассчитаны только на определенный уровень питающего напряжения. However, the scope of this device is limited due to the fact that it cannot be used in systems with an insulated neutral transformer, in addition, the protection parameters can only be calculated for a certain level of supply voltage.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство Локтева и Алексеева для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов [2] , содержащее коммутационный аппарат с силовыми контактами для включения последовательно в каждый фазный провод электроустановки, фильтр напряжения обратной последовательности, входы которого подключены к клеммам для соединения с фазными выводами электроустановки, тиристор с переменным ограничительным резистором в анодной цепи. В устройстве в качестве датчика анормальных режимов используется фильтр напряжения обратной последовательности, что позволяет использовать его в трехпроводных сетях и при соответствующем подборе элементов при питающих напряжениях различного уровня. Отключение электроустановки происходит при наличии анормального режима посредством последовательного включения двух тиристоров и шунтирования одним из них катушки контактора пускателя. Closest to the invention, the technical solution is a Loktev and Alekseev device for protecting a three-phase electric motor from abnormal modes [2], comprising a switching device with power contacts for connecting in series to each phase wire of the electrical installation, a negative sequence voltage filter, the inputs of which are connected to the terminals for connection with phase outputs of the electrical installation, a thyristor with a variable limiting resistor in the anode circuit. The device uses a negative sequence voltage filter as a sensor of abnormal conditions, which allows it to be used in three-wire networks and with the appropriate selection of elements at supply voltages of various levels. The electrical installation is disconnected in the presence of an abnormal mode by sequentially turning on two thyristors and bypassing the starter contactor coil by one of them.

В случае выхода из строя любого элемента после нарушения контакта, пайки обрыва проводов в схеме этого устройства приводят к тому, что появление анормального режима не вызывает срабатывание защиты, т.е. устройство не обеспечивает функцию самоконтроля исправности. Кроме того, область применения этого устройства ограничена его использованием только с магнитными пускателями, схема управления которых требует соответствующего изменения, что на практике не всегда приемлемо. Использование устройства для отключения совместно с автоматическими выключателями, широко используемыми для управления трехфазными электроустановками, не представляется возможным. In the event of failure of any element after contact failure, the soldering of wire breaks in the circuit of this device leads to the fact that the appearance of the abnormal mode does not cause the protection to trip, i.e. the device does not provide a self-monitoring function. In addition, the scope of this device is limited to its use only with magnetic starters, the control circuit of which requires a corresponding change, which in practice is not always acceptable. Using the device for tripping together with circuit breakers, widely used to control three-phase electrical installations, is not possible.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение области применения, так как может быть использовано не только как устройство защиты, но и в качестве измерительного прибора несимметрии линейных напряжений и для индикации порядка чередования фаз. Кроме того, обеспечивает самоконтроль исправности. The proposed technical solution provides an extension of the scope, since it can be used not only as a protection device, but also as a measuring device for the asymmetry of linear voltages and to indicate the phase sequence. In addition, it provides self-monitoring of serviceability.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для защиты трехфазной электроустановки от анорманых режимов, содержащее коммутационный аппарат с силовыми контактами для включения последовательно в каждый фазный провод электроустановки и возможностью их отключения посредством нулевого либо независимого расцепителя, фильтр напряжения обратной последовательности, входы которого подключены к клеммам для соединения с фазными выводами электроустановки, тиристор с переменным ограничительным резистором в анодной цепи, снабжено реле времени, трехфазным однополупериодным выпрямителем, несимметричной звездой сопротивлений, элементом задержки в виде резистора и конденсатора, переменным резистором, вольтметром, причем входы трехфазного однополупериодного выпрямителя и несимметричной звезды соединены с фазными выводами электроустановки, а между их средними точками включено реле времени с замедлением на замыкание и размыкание, между первым и третьим фазными выводами электроустановки последовательно соединены переменный ограничительный резистор, тиристор и катушка исполнительного реле, элемент задержки в виде конденсатора и резистора через анод-катод первого диода соединен с выводами фильтра напряжения обратной последовательности, управляющий электрод тиристора через катод-анод второго диода, резистор элемента задержки, переменный резистор, катод-анод третьего диода соединен с вторым фазным выводом электроустановки, вольтметр включен на выходе фильтра напряжения обратной последовательности. The stated technical problem is solved in that a device for protecting a three-phase electrical installation from abnormal modes, comprising a switching device with power contacts for connecting in series to each phase wire of the electrical installation and the possibility of their disconnection by means of a zero or independent release, a negative sequence voltage filter, the inputs of which are connected to the terminals for connection with the phase terminals of the electrical installation, a thyristor with a variable limiting resistor in the anode circuit, is equipped with a time relay, a three-phase one-half-wave rectifier, an asymmetric star of resistances, a delay element in the form of a resistor and a capacitor, a variable resistor, a voltmeter, the inputs of a three-phase one-half-wave rectifier and an asymmetric star are connected to the phase outputs of the electrical installation, and a time relay with a delay on closing and opening, between the first and third phase terminals of the electrical installation, a variable limiting resistor is connected in series, thyristor and an executive relay coil, a delay element in the form of a capacitor and a resistor through the anode-cathode of the first diode is connected to the terminals of the reverse sequence voltage filter, a thyristor control electrode through the cathode-anode of the second diode, the delay element resistor, a variable resistor, the cathode-anode of the third diode is connected to the second phase output of the electrical installation, a voltmeter is connected to the output of the voltage filter of the negative sequence.

Сопоставительный анализ с известными аналогами и прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Изобретение решает следующие функциональные задачи. Введение в устройство реле времени обеспечивает отключение коммутационного аппарата при попытке пуска электроустановки на анормальный режим. Последовательное соединение между первым и третьим фазными выводами электроустановки переменного ограничительного резистора, тиристора и катушки исполнительного реле обеспечивает регулирование тока в цепи тиристор-реле при различных уровнях питающего напряжения и отключение коммутационного аппарата при появлении анормального режима в процессе работы. Выполнение элемента задержки в виде резистора и конденсатора, обеспечивает включение тиристора при нормальном режиме и отключение при анормальном. Включение вольтметра на выходе фильтра напряжения обратной последовательности обеспечивает контроль появления анормального режима и порядка чередования фаз питающей сети. Comparative analysis with known analogues and prototype shows that the claimed device meets the criterion of "novelty." The invention solves the following functional tasks. The introduction of a time relay to the device ensures that the switching device is turned off when an electrical installation is attempted to start abnormal. The serial connection between the first and third phase terminals of the electrical installation of an alternating limiting resistor, thyristor and an executive relay coil provides current control in the thyristor relay circuit at various supply voltage levels and disconnects the switching device when an abnormal mode occurs during operation. The implementation of the delay element in the form of a resistor and a capacitor ensures that the thyristor is turned on in normal mode and turned off during abnormal. The inclusion of a voltmeter at the output of the reverse sequence voltage filter provides control of the appearance of the abnormal mode and the phase sequence of the mains.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для защиты трехфазной электроустановки от анормальных режимов. The drawing shows a schematic diagram of a device for protecting a three-phase electrical installation from abnormal conditions.

Устройство содержит коммутационный аппарат с силовыми контактами 2, включенными в каждый фазный провод, фильтр 3 напряжения обратной последовательности с входными выводами, соединенными с клеммами для соединения с фазными выводами электроустановки 1, кнопки "Пуск" 4, "Стоп" 5, катушку 6 дистанционного включения, катушку 7 независимого расцепителя коммутационного аппарата, тиристор 8, в анодную цепь которого включен переменный резистор 9, а в катодную - исполнительное реле 10, зашунтированное диодом 11 и конденсатором 12, трехфазный однополупериодный выпрямитель из диодов 13, 14, 15 и несимметричную звезду сопротивлений 16, 17, 18, входы которых соединены с фазными проводами электроустановки 1, а между средними точками включены реле, 19 времени с замедлением на замыкание и размыкание и катушка 7 независимого расцепителя, элемент задержки в виде резистора 20 и конденсатора 21, включенных на выходе фильтра 3 напряжения обратной последовательности через первый диод 22, переменный резистор 23, соединенный через третий диод 24 с фазным проводом электроустановки 1 и резистором 20, второй диод 25, включенный между резистором 20, конденсатором 21 и управляющим электродом тиристора 8, вольтметр 26, включенный на выходе фильтра напряжения обратной последовательности параллельно элементу задержки. Замыкающий контакт 27 исполнительного реле 10 и размыкающий контакт 28 реле 19 времени соединены параллельно и включены последовательно в цепь питания катушки 6 контактора, а размыкающий контакт 29 реле 10 и замыкающий 30 реле 19 соединены последовательно с катушкой 7 независимого расцепителя. Блок-контакт 31 коммутационного аппарата шунтирует кнопку "Пуск" 4. The device comprises a switching device with power contacts 2 included in each phase wire, a reverse sequence voltage filter 3 with input terminals connected to terminals for connecting to the phase terminals of electrical installation 1, the Start button 4, Stop 5, and a remote control coil 6 , coil 7 of an independent release of the switching device, thyristor 8, in the anode circuit of which a variable resistor 9 is connected, and in the cathode circuit - an executive relay 10, shunted by the diode 11 and capacitor 12, a three-phase single-ended one rectifier from diodes 13, 14, 15 and an unbalanced resistance star 16, 17, 18, the inputs of which are connected to the phase conductors of the electrical installation 1, and a relay is connected between the midpoints, 19 times delayed by closing and opening and the coil 7 of an independent release, element delays in the form of a resistor 20 and a capacitor 21 connected to the output of the negative sequence voltage filter 3 through the first diode 22, a variable resistor 23 connected through the third diode 24 to the phase wire of the electrical installation 1 and the resistor 20, the second diode 25, is turned on connected between the resistor 20, the capacitor 21 and the control electrode of the thyristor 8, a voltmeter 26 connected at the output of the voltage filter of the negative sequence in parallel to the delay element. The closing contact 27 of the executive relay 10 and the opening contact 28 of the time relay 19 are connected in parallel and connected in series to the power supply circuit of the coil 6 of the contactor, and the opening contact 29 of the relay 10 and the closing 30 of the relay 19 are connected in series with the coil 7 of the independent release. Block contact 31 of the switching device bypasses the Start button 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении коммутационного аппарата (например, нажатием кнопки "Пуск") замыкаются силовые контакты 2, включается электроустановка 1. Появление напряжения на клеммах электроустановки вызывает срабатывание тиристора 8, включение исполнительного реле 10 и с некоторой задержкой Δ t реле 19 времени. Переключение контактов этих реле не приводит к изменению состояния катушек 6 и 7 (катушка 6 продолжает получать питание через блок-контакт 31, контакт 27, реле 10 и кнопку "Стоп" 5, а цепь катушки 7 независимого расцепителя остается разорванной контактом 29 реле 10). Отпирание тиристора 8 происходит под действием напряжения, снимаемого с резисторов 23 и 20, причем порог срабатывания регулируется переменным резистором 23. Переменный резистор 9 служит для ступенчатого регулирования тока в цепи тиристора 8 и реле 10 при различных уровнях питающего напряжения. Величина резистора 20 подбирается такой, чтобы при появлении анормального режима и соответственно, напряжения на выходе фильтра напряжения обратной последовательности падение напряжения на резисторе 20, приложенное в противофазе с отпирающим напряжением, снимаемым с резистора 23, обеспечивало надежное запирание тиристора 8 и отключение исполнительного реле 10. Выдержка времени на запирание тиристора 8 обеспечивается элементом задержки из конденсатора 21 и резистора 20. При этом в случае применения в качестве коммутационного аппарата магнитного пускателя контактом 27 разрывается цепь питания катушки 6 контактора, а в случае применения автоматичепского выключателя замыкается контакт 29 цепи питания отключающей катушки 7 и коммутационный аппарат отключается. When the switching device is turned on (for example, by pressing the "Start" button), power contacts 2 are closed, electrical installation 1 is turned on. The appearance of voltage at the electrical installation terminals triggers thyristor 8, activates executive relay 10 and, with a certain delay, Δ t time relay 19. Switching the contacts of these relays does not lead to a change in the state of coils 6 and 7 (coil 6 continues to receive power through block contact 31, terminal 27, relay 10 and the Stop button 5, and the circuit of coil 7 of the independent trip remains broken by terminal 29 of relay 10) . Unlocking of the thyristor 8 occurs under the action of the voltage removed from the resistors 23 and 20, and the response threshold is regulated by a variable resistor 23. The variable resistor 9 serves for stepwise regulation of the current in the circuit of the thyristor 8 and relay 10 at various levels of the supply voltage. The value of the resistor 20 is selected so that when the abnormal mode and, accordingly, the voltage at the output of the negative sequence voltage filter output, the voltage drop across the resistor 20, applied in antiphase with the unlocking voltage removed from the resistor 23, ensures reliable locking of the thyristor 8 and disconnection of the executive relay 10. The time delay for locking the thyristor 8 is provided by a delay element from the capacitor 21 and the resistor 20. Moreover, in the case of using magnesium as a switching device Nogo starter contact 27 breaks the supply circuit of the coil of the contactor 6, and in the case of avtomatichepskogo switch contact 29 closes the supply circuit of the trip coil 7 and the switching device is switched off.

При включении коммутационного аппарата на анормальной (например, на неполнофазной) режим тиристор 8 не отпирается, реле 10 не срабатывает, а реле 19 времени с задержкой Δ t включается благодаря наличию напряжения между средними точками несимметричной звезды из резисторов 16, 17, 18 и трехфазного однополупериодного выпрямителя из диодов 13, 14, 15. При этом в случае применения магнитного пускателя размыкается контакт 28 и разрывается цепь питания катушки контактора, а в случае применения автоматического выключателя замыкается контакт 30 в цепи отключающей катушки 7 и коммутационный аппарат через промежуток времени Δ t вновь отключается. Включение отключающей катушки 7 параллельно реле 19 времени обусловлено необходимостью подачи на нее питания в случае обрыва любой из фаз питающего напряжения. When the switching device is turned on in the abnormal (for example, in the non-phase) mode, the thyristor 8 does not open, the relay 10 does not work, and the time relay 19 with a delay Δ t is turned on due to the voltage between the midpoints of the asymmetric star from resistors 16, 17, 18 and a three-phase half-wave rectifier from diodes 13, 14, 15. In this case, when using a magnetic starter, contact 28 opens and the power supply circuit of the contactor coil breaks, and if a circuit breaker is used, contact 30 closes in the circuit ayuschey coil 7 and the switching device after a time interval Δ t is switched off again. The inclusion of the trip coil 7 in parallel to the time relay 19 is due to the need to supply power to it in the event of a break in any of the phases of the supply voltage.

Вольтметр 26 служит для показания существующей несимметрии линейных напряжений, наличия анормального режима при повторном включении коммутационного аппарата, а также для определения порядка чередования фаз (прямое А-В-С, В-С-А, С-А-В или обратное А-С-В, С-В-А, В-А-С), т.е. для электродвигателя определяет его направление вращения. Положение переключателя порядка чередования фаз (на чертеже не показан), установленного на входе фильтра 3 напряжения обратной последовательности, определяет направление вращения электродвигателя, а установкой переключателя на обратное чередование фаз проверяет срабатывание устройства защиты. При обратном чередовании фаз напряжение на выходе фильтра напряжения обратной последовательности составляет 1,5 линейного напряжения сети. The voltmeter 26 is used to indicate the existing asymmetry of linear voltages, the presence of an abnormal mode when the switching device is turned on again, and also to determine the phase sequence (direct A-B-C, B-C-A, C-A-B or reverse A-C -B, C-B-A, B-A-C), i.e. for an electric motor determines its direction of rotation. The position of the phase sequence switch (not shown in the drawing) installed at the input of the reverse sequence voltage filter 3 determines the direction of rotation of the electric motor, and by setting the switch to reverse phase rotation checks the operation of the protection device. With the reverse phase rotation, the voltage at the output of the reverse sequence voltage filter is 1.5 line voltage.

Claims

DEVICE FOR PROTECTING A THREE-PHASE INSTALLATION FROM ANORMAL MODES, containing a switching device with a control circuit and with power contacts for switching in series into each phase wire of the electrical installation, a negative sequence voltage filter, the inputs of which are connected to the terminals for connection with the phase outputs of the electrical installation, a thyristor with a variable limiting resistor in the anode circuit, a delay element in the form of a resistor and capacitor, characterized in that it is additionally equipped with a time relay, three-phase a half-wave rectifier, an asymmetric star of resistance, a variable resistor, a voltmeter, first, second and third diodes, and the inputs of a three-phase half-wave rectifier and an asymmetric star are connected to the terminals for connection to the phase outputs of the electrical installation, a time relay and a slowdown are connected between their midpoints opening, and the outputs through a series-connected closing contact of the time relay and the opening contact of the executive relay are connected to the trip coil a switching device, a variable limiting resistor, a thyristor and an executive relay coil connected in series to the terminals for connecting to the first and third phase terminals of the electrical installation, the delay element through the anode-cathode of the first diode is connected to the terminals of the reverse sequence voltage filter, the thyristor control electrode through the cathode-anode the second diode, the delay element resistor, a variable resistor, the cathode-anode of the third diode is connected to the terminal for connection with the second phase output of the electric ktroustanovki voltmeter is included at the output of the negative sequence voltage of the filter, thus closing contact actuating relay and the break contact timer relays connected in parallel and are connected in series in the power supply of the contactor coil circuit, and the auxiliary contact of the switching device shunts a "Start" button in a circuit incorporating the switching device.