RU2259622C1

RU2259622C1 - Method for overcurrent protection of electrical installations

Info

Publication number: RU2259622C1
Application number: RU2003137257/09A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Николаевич Гапоненко (UA); Геннадий Николаевич Гапоненко; Юрий Николаевич Агафонов (UA); Юрий Николаевич Агафонов; Сергей Геннадиевич Рассомахин (UA); Сергей Геннадиевич Рассомахин; Владимир Николаевич Шлокин (UA); Владимир Николаевич Шлокин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Электрические Низковольтные Аппараты И Системы"
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-08-27
Also published as: UA73195C2

Abstract

FIELD: protective circuit-opening devices.

SUBSTANCE: root-mean-square value of current is determined with time shift by value of next reading; mean weighted value of RMS current relative to each time interval is evaluated for each phase of supply mains, short-circuit and overload setting values are sequentially checked for exceeding normal values. RMS values of currents for disconnecting electrical installation in case of current failure in phases may be additionally checked and initial state of measurement time interval fill-up may correspond to initial rated current of electrical installation.

EFFECT: enhanced speed of response and noise immunity of circuit-breaker electronic release unit.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для защиты электроустановок от токовых перегрузок, коротких замыканий и перекоса фаз.The invention relates to electrical engineering and can be used to protect electrical installations from current overloads, short circuits and phase imbalance.

Известен способ обнаружения повреждений в сети переменного тока [1], в соответствии с которым определяют величину тока, сравнивают ее с допустимой величиной и судят о наличии повреждения, причем в момент перехода тока через ноль определяют прогнозируемое амплитудное значение тока как результат деления производной тока на его круговую частоту.There is a method of detecting damage in an AC network [1], according to which the current value is determined, it is compared with the permissible value and damage is judged, and at the time of the passage of current through zero, the predicted amplitude current value is determined as a result of dividing the current derivative by its circular frequency.

Недостатком способа является то, что действующее значение тока определяется за время, которое составляет примерно четверть периода промышленной частоты, а учитывая время, необходимое для определения производной тока, сигнал о повреждении в сети может быть сформирован не ранее 0,05 с. Кроме того, такой способ имеет недостаточную защищенность от импульсных помех, которые приводят к необоснованному отключению сети.The disadvantage of this method is that the current value of the current is determined over a time that is approximately a quarter of the period of the industrial frequency, and given the time required to determine the derivative of the current, a signal about the damage to the network can be generated no earlier than 0.05 s. In addition, this method has insufficient protection against impulse noise, which lead to unreasonable shutdown of the network.

Известен также способ, реализованный в схеме электронной обработки данных для отключения тока перегрузки [2], при котором осуществляют измерение тока и его аналого-цифровое преобразование, непрерывно определяют действующее значение тока в течение определенного временного интервала через равные промежутки времени, сравнивают полученное значение с допустимым током, определяют характер аварийного режима и отключают электроустановку. Микроконтроллер контролирует с помощью заданного временного кадра количество превышений фактического значения тока над установленным числовым значением и при многократном повторении этого превышения выключает установку.There is also known a method implemented in an electronic data processing circuit for disabling the overload current [2], in which the current is measured and its analog-to-digital conversion is continuously determined, the current value is determined for a certain time interval at regular intervals, and the obtained value is compared with the permissible value current, determine the nature of the emergency mode and turn off the electrical installation. The microcontroller controls with the help of a given time frame the number of excesses of the actual current value over the set numerical value and, when this excess is repeated many times, turns off the unit.

Недостатком такого способа является отсутствие селекции характера аварийного режима: то ли это короткое замыкание, то ли перегрузка. Кроме того, не исключаются ошибочные срабатывания от кратковременных переходных процессов.The disadvantage of this method is the lack of selection of the nature of the emergency mode: whether it is a short circuit or overload. In addition, erroneous responses from transient transients are not ruled out.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является способ осуществления мгновенной защиты в блоке расцепления [3]. Электронный блок расцепления имеет микроконтроллер и соответствующее запоминающее устройство с программой работы, параметрами инициализации и процедурой загрузки, а также запоминающее устройство с рабочими параметрами. Алгоритм-программа мгновенной защиты, которая хранится в запоминающем устройстве, имеет состояние ожидания и состояние исполнения. В состоянии исполнения она определяет цифровые значения тока и хранит их в регистре. Накопление определенного количества значений воспринимается как пиковое значение тока. Пиковые значения хранятся в отдельном регистре. Когда число в регистре станет больше граничного значения, программа выдает сигнал для микроконтроллера на срабатывание блока расцепителя.The closest in technical essence to the present invention is a method of instant protection in the trip unit [3]. The trip electronic unit has a microcontroller and a corresponding storage device with a program of work, initialization parameters and a loading procedure, as well as a storage device with operating parameters. The instant protection algorithm program, which is stored in the storage device, has a standby state and a execution state. In the execution state, it determines the digital current values and stores them in a register. The accumulation of a certain number of values is perceived as the peak value of the current. Peak values are stored in a separate register. When the number in the register becomes greater than the limit value, the program gives a signal for the microcontroller to trip the trip unit.

Недостатком этого способа является отсутствие обоснования значения граничного числа превышений тока, что приводит к неопределенности величины энергии, которая передается потребителю. При таком способе не оценивается характер превышения граничного значения тока (КЗ, перегрузка), а быстродействие при коротком замыкании недостаточное, потому что временной интервал в начальном состоянии не заполнен.The disadvantage of this method is the lack of substantiation of the value of the boundary number of excess currents, which leads to an uncertainty in the amount of energy that is transmitted to the consumer. With this method, the nature of exceeding the limit value of the current (short circuit, overload) is not estimated, and the performance with a short circuit is insufficient, because the time interval in the initial state is not filled.

В основу изобретения поставлена задача создания способа максимальной токовой защиты электроустановки, в котором путем введения принципа обновляемого буфера обеспечивается компромисс в алгоритме измерений (минимизируется время оценки действующего значения тока и достигается защита от случайных погрешностей измерений и импульсных помех за счет усреднения замеров), что приводит к повышению быстродействия и помехозащищенности электронного блока.The basis of the invention is the task of creating a method for maximum current protection of an electrical installation, in which by introducing the principle of an updated buffer a compromise is achieved in the measurement algorithm (the time for evaluating the current value is minimized and protection against random measurement errors and impulse noise due to averaging of measurements), which leads to increase the speed and noise immunity of the electronic unit.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе максимальной токовой защиты электроустановки, при котором осуществляют измерение тока и его аналого-цифровое преобразование, непрерывно определяют действующее значение тока в течение определенного временного интервала через равные промежутки времени, сравнивают полученное значение с допустимым током, определяют характер аварийного режима и выключают электроустановку, определение действующего значения тока осуществляют со сдвигом временного интервала на величину очередного отсчета, средневзвешенное значение действующего тока относительно каждого интервала определяют для каждой фазы сети и последовательно проверяют превышение уставок по короткому замыканию и по перегрузке. Следует отметить, что временной интервал, в течение которого определяют действующее значение тока для предлагаемого способа, намного меньше половины периода контролируемого тока.The problem is solved due to the fact that in the method of maximum current protection of an electrical installation, in which the current is measured and its analog-to-digital conversion, the current value of the current is continuously determined for a certain time interval at equal time intervals, the obtained value is compared with the permissible current, determined the nature of the emergency mode and turn off the electrical installation, the determination of the current value of the current is carried out with a shift of the time interval by the value of the next counting, the weighted average value of the effective current relative to each interval is determined for each phase of the network and sequentially check the excess settings for short circuit and overload. It should be noted that the time interval during which the effective current value for the proposed method is determined is much less than half the period of the controlled current.

Дополнительно может быть введен контроль значения действующих токов для отключения электроустановки при пропадании тока в фазах, а начальное состояние заполнения временного интервала измерения может соответствовать номинальному значению тока электроустановки.In addition, control of the value of the currents to turn off the electrical installation when the current disappears in the phases can be introduced, and the initial state of filling the measurement time interval can correspond to the nominal value of the electrical installation current.

Использование такого обновляемого буфера минимизирует продолжительность оценки действующих значений токов и обеспечивает защиту от случайных погрешностей измерений и импульсных помех за счет разделения каждого измеряемого отсчета на величину m (усреднение), что обеспечивает повышение быстродействия и помехозащищенности электронного блока расцепления автоматического выключателя.The use of such an updated buffer minimizes the duration of the evaluation of the current values of currents and provides protection against random measurement errors and impulse noise by dividing each measured sample by the value m (averaging), which improves the speed and noise immunity of the electronic circuit breaker trip unit.

Способ максимальной токовой защиты электроустановок можно проследить на примере функционирования электронного блока, схема которого представлена на чертеже. Здесь показан алгоритм контроля тока по одной фазе; две другие фазы контролируются аналогично.The method of maximum current protection of electrical installations can be traced on the example of the functioning of the electronic unit, a diagram of which is shown in the drawing. This shows a single-phase current monitoring algorithm; the other two phases are controlled similarly.

Входной сигнал электронного блока от трансформатора тока (ТТ) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Каждый последующий отсчет осуществляется с интервалом времени

с, где число отсчетов m=10÷100 определяется быстродействием процессора электронного блока (чем больше значение m, тем оперативнее осуществляется измерение действующего значения тока, однако, сдерживающим фактором является то, что за время

с должен быть m проведен полный цикл обработки результатов с проверкой условий по перегрузке, короткому замыканию и перекосу фаз с выдачей сигналов на исполнительное устройство).The input signal of the electronic unit from the current transformer (CT) is fed to the input of an analog-to-digital converter (ADC). Each subsequent count is carried out with an interval of time

s, where the number of samples m = 10 ÷ 100 is determined by the speed of the processor of the electronic unit (the larger the value of m, the faster the measurement of the effective current value is carried out, however, the constraining factor is that over time

c, a full cycle of processing the results should be carried out with checking the conditions for overload, short circuit and phase imbalance with the output of signals to the actuator).

Состав буфера оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) на каждом цикле измерений обновляется и осуществляется сдвиг записанных значений с выталкиванием самого старого измерения и дописыванием в начало буфера нового отсчета измерений. После этого программно вычисляются средневзвешенные значения действующих токов на основе выборки измерений фиксированной длины m с использованием формулыThe composition of the random access memory (RAM) buffer on each measurement cycle is updated and the recorded values are shifted by pushing the oldest measurement and adding a new measurement reference to the beginning of the buffer. After that, the software calculates the average values of the currents based on a sample of measurements of a fixed length m using the formula

, где

where

х_i - i-e мгновенное значение контролируемого тока;x _i - ie instantaneous value of the controlled current;

m - число отсчетов выборки измерений;m is the number of samples of the measurement sample;

k - коэффициент пропорциональности.k is the coefficient of proportionality.

Для уменьшения времени реакции электронного блока на короткое замыкание в сети при начальном включении первоначальное состояние всех ячеек буфера ОЗУ должно соответствовать номинальному значению тока выключателя.To reduce the response time of the electronic unit to a short circuit in the network during initial start-up, the initial state of all RAM buffer cells must correspond to the rated value of the circuit breaker current.

При превышении величины действующего тока в работу алгоритма вступают решающие блоки (1, 2, 3 по числу фаз). Организация проверки логических условий превышения уставок по токам перегрузки и короткого замыкания предусматривает одновременный запуск счетчиков времени уставок по перегрузке τ_п и по короткому замыканию τ_кз при возникновении короткого замыкания. Это обеспечивает комплексную защиту сети от перегрузок, если условие отключения по КЗ перестанет выполняться до истечения времени уставки τ_кз, а условие выключения по перегрузке будет сохраняться.When the value of the effective current is exceeded, the decision blocks come into the algorithm (1, 2, 3 by the number of phases). The organization of checking the logical conditions for exceeding the settings for overload and short circuit currents provides for the simultaneous start of the time counters of the settings for overload τ _p and short circuit τ _kz when a short circuit occurs. This provides comprehensive protection of the network from overloads, if the short-circuit disconnection condition ceases to be fulfilled before the set-point time τ _kz expires, and the overload shutdown condition is maintained.

Проверка условия мгновенного срабатывания выключателя по отсечке осуществляется независимо от условий перегрузки и короткого замыкания с временной уставкой. Это обеспечивает мгновенную отсечку фаз независимо от состояния счетчиков времени τ_п и τ_кз.Checking the conditions for the instantaneous operation of the circuit breaker by the cut-off is carried out regardless of the conditions of overload and short circuit with a temporary setting. This provides instant phase cut-off regardless of the state of the time counters τ _p and τ _KZ .

Четвертый решающий блок контролирует значения действующих токов всех 3-х фаз и вырабатывает сигнал отключения выключателя при выполнении условия обрыва фазы.The fourth decisive unit monitors the values of the currents of all 3 phases and generates a circuit breaker signal when the condition for phase failure is fulfilled.

Итогом работы алгоритма электронного блока на каждом цикле измерений является наличие или отсутствие сигнала, поступающего на исполнительное устройство расцепителя в зависимости от ситуации, которая накоплена в каждом из трех буферов ОЗУ.The result of the operation of the electronic unit algorithm on each measurement cycle is the presence or absence of a signal supplied to the release actuator, depending on the situation that is accumulated in each of the three RAM buffers.

Источники информацииSources of information

1. UA 27421 С2, кл. Н 02 Н 3/08, 2000.1. UA 27421 C2, cl. H 02 H 3/08, 2000.

2. ДЕ 98 19851752 A1, кл. Н 02 Н 3/08, 2000.2. DE 98 19851752 A1, cl. H 02 H 3/08, 2000.

3. US 6078489 А, кл. Н 02 Н 3/08, 2000.3. US 6078489 A, cl. H 02 H 3/08, 2000.

Claims

1. The method of maximum current protection of electrical installations, in which current measurements and its analog-to-digital conversion are carried out, continuously determine the current value for a certain time interval at regular intervals, compare the obtained value with the permissible current, determine the nature of the emergency mode and turn off the electrical installation, characterized in that the determination of the current value of the current is carried out with a shift of the time interval by the value of the next count, weighted average the value of the effective current relative to each interval is determined for each phase of the network and successively check the excess settings for short circuit and overload.

2. The method according to claim 1, characterized in that it further controls the values of the currents to turn off the electrical installation when the current disappears in the phases.

3. The method according to claim 1, characterized in that the initial state of filling the time interval of the measurement corresponds to the nominal value of the current installation.