RU2096886C1

RU2096886C1 - Device for serviceability check and phase-failure protection of three-phase installations

Info

Publication number: RU2096886C1
Application number: RU96107579/07A
Authority: RU
Inventors: ков Л.В. Дь; Л.В. Дьяков; С.В. Радилов
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has two differentially series-connected current transformers and converter built around diodes, voltage regulator diodes, resistors, and transistor switches whose outputs are connected to disconnecting signal shaping unit which is connected to relay and control current spruce. Collector of one of switches is connected to base of transistor of same conductivity of mentioned unit, its emitter is connected to control current source, capacitor, and thyristor-relay power circuit, and its collector is connected to that of reverse-conductivity switch and to resistor coupled with opposite capacitor plate, voltage regulator diode connected at unit output to thyristor gate electrode, resistor connected to other pole of control current source through relay break contact; relay also has other contacts in installation disconnecting circuit. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к контролю и защите от неполнофазных режимов работы электродвигателей трехфазного тока, преобразователей и т.п. The invention relates to electrical engineering, namely to control and protection against in-phase operation modes of three-phase current motors, converters, etc.

Известно устройство для защиты трехфазной установки от работы на двух фазах [1] включающее три фазных трансформатора тока, не связанных вторичными обмотками друг с другом и связанных каждый со своим измерительным преобразователем и транзисторными ключами, электромагнитный контактор, силовые контакты которого одними выводами подключены к клеммам для соединения с проводами трехфазной сети, а другими с фазными проводами трехфазной защищаемой установки, источник оперативного тока, кнопки "пуск" и "стоп", соединенные с этим источником, преобразователями и транзисторными ключами. A device is known for protecting a three-phase installation from two-phase operation [1], including three phase current transformers not connected by secondary windings to each other and each connected to its own measuring transducer and transistor switches, an electromagnetic contactor, the power contacts of which are connected to the terminals by terminals connections to the wires of the three-phase network, and others to the phase wires of the three-phase protected installation, the operating current source, the "start" and "stop" buttons connected to this source by developers and transistor keys.

Данному устройству присущи недостатки. Сложность его из-за наличия на каждую фазу трансформатора тока, преобразователя и ключа, и пониженная электробезопасность, так как трансформаторы тока со стороны вторичных обмоток не заземлены. This device has inherent disadvantages. Its complexity is due to the presence of a current transformer, a converter and a key for each phase, and reduced electrical safety, since the current transformers on the side of the secondary windings are not grounded.

Известно устройство (прототип) [2] для защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах, содержащее два фазных трансформатора тока с выводами для включения в фазные провода, питающие электроустановку, два фазных измерительных преобразователя, два входа которых подсоединены к вторичным обмоткам трансформаторов тока, электромагнитный контактор, силовые контакты которого одними выводами подключены к клеммам для соединения с проводами трехфазной сети, а другими с фазными проводами трехфазной электроустановки, источник оперативного тока, входами включенный параллельно обмотке электромагнитного контактора, цепочку, подключенную к клеммам для соединения с фазами питающей сети и выполненную в виде последовательно включенных кнопок "стоп" и "пуск", и обмотки электромагнитного контактора, один вывод замыкающего блок-контакта которого подсоединен к общей точке кнопки "пуск" и обмотки электромагнитного контактора, два встречно-параллельно включенных фотористора оптронов, подсоединенных между собой общей точкой соединения кнопок "пуск" и "стоп" и вторым выводом замыкающего блок-контакта электромагнитного контактора, светодиод одного тиристорного оптрона подсоединен катодом к минусовому выводу источника оперативного тока, а анодом к катоду светодиода другого тиристорного оптрона, два транзисторных ключа, входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных преобразователей, а коллекторные цепи транзисторных ключей подсоединены одними зажимами к плюсовому выводу источника оперативного тока, где каждый фазный измерительный преобразователь выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных цепочек из последовательно соединенных диода, резистора и светодиода, шунтированного стабилитроном, транзисторные ключи соединены параллельно между собой, каждый транзисторный ключ содержит два согласно-последовательно включенных фототранзистора диодно-транзисторных оптронов, эмиттерные выводы фототранзисторов транзисторных ключей через конденсатор соединены с минусовым выводом источника оперативного тока, а через ограничительный резистор с анодом светодиода другого тиристорного оптрона, а к концам вторичных обмоток трансформаторов тока, соединенных между собой и подключенных к клеммам для соединения с зажимами заземления общим проводом устройства, подсоединены катоды двух светодиодов одного транзисторного ключа и аноды светодиодов другого транзисторного ключа. A device (prototype) [2] is known for protecting a three-phase electrical installation against two-phase operation, comprising two phase current transformers with leads for inclusion in phase wires supplying the electrical installation, two phase transducers, two inputs of which are connected to the secondary windings of current transformers, electromagnetic contactor, the power contacts of which are connected to the terminals with one terminal for connecting to the wires of a three-phase network, and the other with the phase wires of a three-phase electrical installation, a source of operational current, inputs connected in parallel to the coil of the electromagnetic contactor, a chain connected to the terminals for connecting to the phases of the mains and made in the form of sequentially connected buttons "stop" and "start", and the coil of the electromagnetic contactor, one terminal of the closing block contact of which is connected to the common point of the start button and the coil of the electromagnetic contactor, two counter-parallel connected photistor optocouplers connected to each other by a common connection point of the start and stop buttons and the second terminal of the contact block of the electromagnetic contactor, the LED of one thyristor optocoupler is connected by a cathode to the negative terminal of the operating current source, and the anode to the cathode of the LED of another thyristor optocoupler, two transistor switches, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding transducers, and the collector circuit of the transistor switches are connected by one clamp to the positive output of the operating current source, where each phase measuring transducer is made in the form of two counter-parallel connected circuits of diode, resistor and LED shunted by a zener diode in series, transistor switches are connected in parallel with each other, each transistor switch contains two series-connected phototransistors of diode-transistor optocouplers, the emitter terminals of the transistor switch phototransistors are connected via a capacitor to the negative terminal of the operating current source and through the limiting resistor with the anode of the LED of another thyristor optocoupler, and to the ends of the secondary windings ransformatorov current interconnected and connected to terminals for connection to terminals common wire grounding device connected cathodes of the two LEDs of one transistor switch and LED anodes another transistor switch.

Данному устройству присущи недостатки: сложность его ввиду наличия для работы на каждый полупериод тока своего транзисторного оптрона, следовательно, при двух трансформаторах тока, четырех транзисторных оптронах и соответственно четырех защитных стабилитронах и двух тиристорных оптронов. Наличие шести оптронных элементов снижает надежность работы устройства и увеличивает затраты на элементы. This device has its drawbacks: its complexity due to the presence of its own transistor optocoupler for each half-cycle of the current, therefore, with two current transformers, four transistor optocouplers and, accordingly, four protective zener diodes and two thyristor optocouplers. The presence of six optronic elements reduces the reliability of the device and increases the cost of the elements.

Предлагается устройство для контроля и защиты трехфазной установки от работы на двух фазах, содержащее: два фазных измерительных трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в фазные провода, а вторичные на два фазных измерительных преобразователя, состоящих из соединенных между собой диодов, стабилитронов и двух ключей, выходом соединенных с входом блока формирования отключающего сигнала, соединенного выходом с электромагнитным коммутационным органам и источником постоянного оперативного тока, где трансформаторы тока вторичными обмотками включены встречно-последовательно, и этой связью соединены с общей точкой двух согласно-последовательно соединенных стабилитронов и двух эмиттеров p-n-p и n-p-n ключевых транзисторов, базами соединенных каждый с резистором, противоположные выводы которых со стороны p-n-p транзистора связаны с анодами стабилитрона и двухполупериодного выпрямительного моста, а у n-p-n транзистора с катодами смежного стабилитрона и этого моста, который стороной переменного тока подсоединен на свободные концы вторичных обмоток трансформаторов тока, причем коллектор одного из трансформаторов соединен через резистор с базой второго той же проводимости транзистора (входом блока формирования отключающего сигнала), эмиттером соединенного с одним полюсом источника оперативного тока, обкладкой конденсатора и силовой цепью тиристор-контактор (реле), а коллектор этого транзистора соединен с коллектором ключевого транзистора противоположной полярности и резистором, противоположный конец которого связан: со второй обкладкой конденсатора, стабилитроном, связанным на выходе с управляющим электродом тиристора, резистором, подключенным к другому полюсу оперативного тока через размыкающий контакт электромагнитного коммутационного органа, другие контакты которого расположены в цепях отключения установки. A device is proposed for monitoring and protecting a three-phase installation from two-phase operation, comprising: two phase current measuring transformers, the primary windings of which are included in the phase wires, and secondary to two phase measuring transducers, consisting of interconnected diodes, zener diodes and two keys, the output connected to the input of the block forming the disconnecting signal connected by the output to the electromagnetic switching organs and a constant current source, where current transformers are watts the original windings are connected in opposite series, and by this connection are connected two common zener diodes and two emitters pnp and npn of key transistors connected in series by bases, each connected to a resistor, the opposite terminals of which on the pnp side of the transistor are connected to the anodes of the zener diode and a half-wave rectifier bridge , and an npn transistor with cathodes of an adjacent zener diode and this bridge, which is connected by the AC side to the free ends of the secondary windings of the transformer current, moreover, the collector of one of the transformers is connected through a resistor to the base of the second transistor of the same conductivity (input of the block generating the tripping signal), an emitter of a source of operational current connected to one pole, a capacitor plate and a thyristor-contactor (relay) power circuit, and the collector of this transistor connected to the collector of a key transistor of opposite polarity and a resistor, the opposite end of which is connected: to the second lining of the capacitor, a zener diode connected to the output of the control yayuschim electrode of the thyristor, a resistor connected to the other pole of the operating current through normally closed contact of the electromagnetic switching body, the other contacts which are arranged in off setting circuits.

Встречно-последовательное включение вторичных обмоток двух трансформаторов тока при обрыве фазы, в которой нет трансформатора тока, обеспечивает совпадение фаз их вторичных напряжений. Это позволяет применить измерительный преобразователь, состоящий из двух стабилитронов, включенных согласно -последовательно, двухполупериодного выпрямительного моста и двух ключей, соединенных последовательно, не требующих гальванической развязки в виде оптронных транзисторов. Совместная работа стабилитронов и ключей в пределах 60-ти электрических градусов за каждый полупериод позволяет одним транзистором управлять интегрозадающей цепью из конденсатора и резистора, подзаряжая ее при наличии трех фаз контролируемого тока, а при обрыве фазы, когда напряжение одновременно отсутствует на согласно-последовательно включенных стабилитронах (один из ключей закрыт), способствует открыванию тиристора и включению им электромагнитного коммутационного органа без применения тиристорных оптронов. The counter-series connection of the secondary windings of the two current transformers in the event of a phase failure in which there is no current transformer ensures that the phases of their secondary voltages coincide. This makes it possible to use a measuring transducer consisting of two zener diodes connected in accordance with a series of half-wave rectifier bridge and two keys connected in series, which do not require galvanic isolation in the form of optocouplers. The combined operation of the zener diodes and keys within 60 electrical degrees for each half-cycle allows one transistor to control the integro-circuit from the capacitor and resistor, recharging it in the presence of three phases of the controlled current, and when the phase is disconnected, when the voltage is simultaneously absent on the zener diodes connected in series (one of the keys is closed), facilitates the opening of the thyristor and the inclusion of an electromagnetic switching body without the use of thyristor optocouplers.

Такое выполнение устройства обеспечивает повышение надежности его работы и упрощение схемы. This embodiment of the device improves the reliability of its operation and simplifies the circuit.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где: 1,2 фазные трансформаторы тока (точками показаны начало их вторичных обмоток), 3,4-фазные измерительные преобразователи, 5 блок формирования отключающего сигнала, 6 - электромагнитный коммутационный орган, 7 источник оперативного постоянного тока, 8,9 согласно-последовательно включенные стабилитроны, соединенные общей точкой с общей связью вторичных обмоток трансформаторов тока и эмиттерами транзистор 10 p-n-p типа 11 n-p-n типа, базы которых соединены у транзистора 10 с резистором 12, а у транзистора 11 с резистором 13, связанными от резистора 12 с анодами стабилитрона 8 и диодов 14, 16 от резистора 13 с катодами стабилитрона 9 и диодов 15, 17, причем общие точки катод-анод у диодов 14, 15, катод-анод диодов 16, 17 соединены каждая со свободной клеммой вторичных обмоток трансформаторов тока 1 и 2. Коллектор ключевого n-p-n транзистора соединен с входом блока формирования отключающего сигнала 5 - коллектором p-n-p транзистора 18, эмиттером соединенного с минусовым выходом источника оперативного постоянного тока 7. База транзистора 18 соединена через резистор 19 с коллектором ключевого транзистора 10. Коллектор транзистора 18 соединен: с резистором 20 противоположным концом, связанным с конденсатором 21, который другой обкладкой связан с минусовым выводом источника оперативного тока 7; резистором 22, соединенным с плюсовым выводом источника оперативного тока через размыкающий контакт 6.1 электромагнитного коммутационного органа 6; с катодом стабилитрона 23, анодом включенным на управляющий электрод тиристора 24. В силовую цепь тиристора 24 включена обмотка электромагнитного коммутационного органа 6, связанная с положительным полюсом источника оперативного тока 7, а катодом тиристора 24 с отрицательным полюсом его. Контакты 6.2, 6.3 обеспечивают отключение установки. The invention is illustrated in the drawing, where: 1.2 phase current transformers (dots indicate the beginning of their secondary windings), 3.4-phase measuring transducers, 5 block generating a tripping signal, 6 - electromagnetic switching body, 7 source of operational direct current, 8, 9 in series-connected zener diodes connected by a common point with a common connection of the secondary windings of current transformers and emitters transistor 10 pnp type 11 npn type, the bases of which are connected at transistor 10 with resistor 12, and at transistor 11 s a resistor 13 connected from the resistor 12 to the anodes of the zener diode 8 and diodes 14, 16 from the resistor 13 to the cathodes of the zener diode 9 and diodes 15, 17, and the common points of the cathode-anode of the diodes 14, 15, the cathode-anode of the diodes 16, 17 are connected each with a free terminal of the secondary windings of current transformers 1 and 2. The collector of the key npn transistor is connected to the input of the blocking signal 5 by the collector pnp of the transistor 18, the emitter of the operative direct current source 7 connected to the negative output. The base of the transistor 18 is connected through a resistor 19 to with the key transistor 10. The collector of the transistor 18 is connected: to the resistor 20 with the opposite end connected to the capacitor 21, which is connected to the negative terminal of the operating current source 7 by another lining; a resistor 22 connected to the positive terminal of the operating current source through the NC contact 6.1 of the electromagnetic switching body 6; with a zener diode cathode 23, an anode connected to the thyristor 24 control electrode. The winding of the electromagnetic switching organ 6 connected to the positive pole of the operating current source 7 is connected to the thyristor 24 power circuit, and the thyristor 24 cathode has a negative pole thereof. Contacts 6.2, 6.3 provide shutdown of installation.

Встречно-последовательное включение вторичных обмоток трансформатором тока применительно к трансформатору тока 2 обеспечивает поворот фазы тока на 180 электрических градусов. Тогда при обрыве фазы, в которой нет трансформатора тока, фазы вторичных напряжений с трансформаторов тока совпадают. The counter-series connection of the secondary windings with a current transformer as applied to current transformer 2 provides a rotation of the current phase by 180 electrical degrees. Then, when the phase is broken in which there is no current transformer, the phases of the secondary voltages from the current transformers coincide.

При протекании тока по всем трем фазам положительные волны напряжения с трансформаторов тока и диодов 15, 17 выделяются на защитном стабилитроне 9 и в диапазоне 240 электрических градусов, а отрицательные с диодов 14, 16 в таком же диапазоне на защитном стабилитроне 8. Таким образом, в течение периода действия рабочего напряжения существует два промежутка времени длиной 60 электрических градусов, когда присутствует напряжение на обоих защитных стабилитронах 8, 9. В эти промежутки времени через резистор 12 открывается ключевой транзистор 10, а через резистор 13 ключевой транзистор 11. При этом происходит протекание тока базы транзистора 18 входа блока формирования отключающего сигнала по цепи: плюс источника оперативного тока (контакт 6.1 замкнут), резисторы 22, 20, переходы эмиттер-коллектор ключевых транзисторов 11, 10 резистор 19, база транзистора 18, отрицательный полюс источника оперативного тока. К конденсатору 21, заряжавшемуся в течение 120 электрических градусов, транзистор 18, открываясь, подключает сопротивление 20 на разрядку конденсатора 21, разряжая его. Этот процесс происходит каждый полупериод рабочего напряжения, не позволяя зарядиться конденсатору 21 интегрозадающей цепи 21, 22 до напряжения пробоя стабилитрона 23 и тем самым не допустить включение электромагнитного коммутационного органа 6. When current flows through all three phases, positive voltage waves from current transformers and diodes 15, 17 are emitted at the protective zener diode 9 and in the range of 240 electrical degrees, and negative ones from diodes 14, 16 in the same range at the protective zener diode 8. Thus, in During the operating voltage period, there are two time periods of 60 electrical degrees, when voltage is present on both protective zener diodes 8, 9. At these times, the key transistor 10 opens through the resistor 12, and after the resistor 13 is the key transistor 11. In this case, the base current of the transistor 18 of the input of the block of the formation of the disconnecting signal flows through the circuit: plus the operating current source (pin 6.1 is closed), resistors 22, 20, emitter-collector transitions of the key transistors 11, 10 resistor 19, base transistor 18, the negative pole of the source of operational current. To the capacitor 21, charged for 120 electrical degrees, the transistor 18, opening, connects the resistance 20 to discharge the capacitor 21, discharging it. This process occurs every half-cycle of the operating voltage, not allowing the capacitor 21 of the integro-circuit 21, 22 to be charged to the breakdown voltage of the zener diode 23 and thereby prevent the switching of the electromagnetic switching organ 6.

При обрыве фазы, не имеющей трансформатора тока, отсутствуют промежутки времени, когда напряжение одновременно присутствует на стабилитронах 8, 9, а значит, не работает один из ключевых транзисторов 10 или 11. При этом отсутствует базовый ток транзистора 18 и конденсатор 21 заряжается до напряжения пробоя стабилитрона 23 и он включает тиристор 24. Электромагнитный коммутационный орган 6 втягивается и контактами 6.2, 6.3 дает команду на отключение установки, выводя ее из двухфазного режима. Одновременно контакт 6.1 снижает напряжение заряда конденсатора 21. When the phase breaks without a current transformer, there are no time intervals when the voltage is simultaneously present on the zener diodes 8, 9, which means that one of the key transistors 10 or 11 does not work. In this case, the base current of the transistor 18 is absent and the capacitor 21 is charged to the breakdown voltage the zener diode 23 and it turns on the thyristor 24. The electromagnetic switching element 6 is drawn in and contacts 6.2, 6.3 give the command to turn off the installation, removing it from the two-phase mode. At the same time, contact 6.1 reduces the charge voltage of the capacitor 21.

При обрыве фазы, имеющей трансформатор тока, работает один из этих трансформаторов 1, 2, а значит, не работает один из ключевых транзисторов 10 или 11. Далее все аналогично предыдущему случаю. When the phase with the current transformer breaks, one of these transformers 1, 2 works, which means that one of the key transistors 10 or 11 does not work. Further, everything is similar to the previous case.

Claims

A device for monitoring and protecting a three-phase installation against two-phase operation, including two phase current measuring transformers, the primary windings of which are included in the phase wires, and the secondary windings on two phase measuring transducers, consisting of diodes, zener diodes, resistors and two keys connected together, the output associated with the block generating a disconnecting signal, the output connected to an electromagnetic switching body and a source of constant operational current, characterized in that the transformers the secondary windings are connected in series with each other and connected to a common point of two zener diodes and two emitters p n p and np - n of the key transistors connected in series with each resistor, the opposite terminals of which from the pnp side of the transistor are connected to the anodes of the zener diode and half-wave a rectifier in the form of a bridge, and for an npn transistor with cathodes of an adjacent zener diode and this bridge, which is connected by the AC side to the free ends of the transformer secondary windings current transformers, and the collector of one of the transistors is connected through a resistor to the base of the second transistor of the same conductivity as the input of the block for generating the disconnecting signal, the emitter of the operative current source connected to one pole, the capacitor lining and the power circuit, the thyristor is an electromagnetic switching body the opposite pole of the operative current source, and the collector of this transistor is connected to the collector of a key transistor of opposite conductivity and a resistor, the opposite end of which is with knitted with a second capacitor plate, a zener diode connected at the output to the thyristor control electrode, a resistor connected to another pole of the operating current through the opening contact of the electromagnetic switching body, the other contacts of which are located in the shutdown circuits of the installation.