RU2741063C1 - Current protection device with mathematical analysis function - Google Patents

Current protection device with mathematical analysis function Download PDF

Info

Publication number
RU2741063C1
RU2741063C1 RU2020129527A RU2020129527A RU2741063C1 RU 2741063 C1 RU2741063 C1 RU 2741063C1 RU 2020129527 A RU2020129527 A RU 2020129527A RU 2020129527 A RU2020129527 A RU 2020129527A RU 2741063 C1 RU2741063 C1 RU 2741063C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
voltage
microcontroller
control module
analog
Prior art date
Application number
RU2020129527A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Юрьевич Шеин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ")
Priority to RU2020129527A priority Critical patent/RU2741063C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2741063C1 publication Critical patent/RU2741063C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/06Details with automatic reconnection

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used on railway transport for protection of equipment of traction rolling stock (TRS) or multiple-unit train (MUT) against short circuits and overload in electric networks. Current protection device comprises switching module, which includes measuring sensor on Hall effect or measuring shunt and electromagnetic relay or contactor, control module, which includes an analogue-to-digital path, consisting of voltage divider, operational amplifiers, filters and analog-to-digital converter, microcontroller, switchboard control circuit, a power converter, a nonvolatile memory microcircuit chip and a data line driver chip. As a result, control module controls switching devices and provides measurement, preservation and analysis of current function in time.
EFFECT: monitoring of rate of change of current function in time, preventing failure of external equipment.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для защиты оборудования тягового подвижного состава (ТПС) или моторвагонного подвижного состава (МВПС) от коротких замыканий и перегрузки в электрических сетях.The invention relates to electrical engineering and can be used in railway transport to protect equipment of traction rolling stock (TPS) or multiple unit rolling stock (MVPS) from short circuits and overload in electrical networks.

Известно устройство - устройство токовой защиты (патент №2706421 RU), содержащее фазный проводник, нулевой проводник, силовые контакты с катушкой независимого расцепителя, датчик тока, соединенный с третьим входом микроконтроллера, нагрузку, блок питания, орган усиления, соединенный с первым выходом микроконтроллера, датчик напряжения, соединенный с первым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль, соединенный со вторым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды тока через нуль, соединенный с четвертым входом микроконтроллера, орган индикации состояния электрической сети, соединенный со вторым выходом микроконтроллера. В результате в микроконтроллере происходит непрерывное алгоритмическое обрабатывание поступающих значений и выделение приращений тока в электрической сети. По вычисленным значениям приращения тока и коэффициента мощности электрической сети микроконтроллер подает сигнал на отключение нагрузки через выдержку времени или мгновенно.A known device is a current protection device (patent No. 2706421 RU), containing a phase conductor, a neutral conductor, power contacts with a shunt release coil, a current sensor connected to the third input of the microcontroller, a load, a power supply, an amplification organ connected to the first output of the microcontroller, a voltage sensor connected to the first input of the microcontroller, a voltage sine-wave zero crossing sensor connected to the second microcontroller input, a current zero-crossing sensor connected to the fourth microcontroller input, an electrical network state indicating body connected to the second microcontroller output. As a result, in the microcontroller there is a continuous algorithmic processing of the incoming values and the allocation of current increments in the electrical network. Based on the calculated values of the current increment and the power factor of the electrical network, the microcontroller gives a signal to disconnect the load after a time delay or instantly.

Недостатком данного устройства является отсутствие анализа математической функции постоянного тока на основе накопленных данных по значениям приращения тока.The disadvantage of this device is the lack of analysis of the mathematical function of direct current based on the accumulated data on the values of the current increment.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (патент №2715909 RU), содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, измерительный трансформатор напряжения, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, содержащий набор датчиков контроля параметров внешней среды.The closest in technical essence to the proposed device is a device for intelligent current protection of electrical networks against single-phase earth faults (patent No. 2715909 RU), containing on each line a zero-sequence current sensor and a relay element of the protection unit connected to it at the input with a set setting for operation , a functional module for calculating the indicator of incompleteness of an earth fault, a voltage measuring transformer, a module for automatic adaptive correction of the setting current for protection operation, containing a set of sensors for monitoring environmental parameters.

Недостатком данного устройства является также отсутствие анализа математической функции постоянного тока, что не позволяет проанализировать предысторию какого-либо события, вызвавшего переход системы в защитное состояние.The disadvantage of this device is also the lack of analysis of the mathematical function of direct current, which does not allow analyzing the history of any event that caused the transition of the system to a protective state.

Технической задачей изобретения является устранение системных недостатков аппаратуры и алгоритмов управления в результате анализа математической функции тока во времени, позволяющего находить закономерности в алгоритме работы локомотива и переходами в защитный режим.The technical objective of the invention is to eliminate the systemic shortcomings of the equipment and control algorithms as a result of the analysis of the mathematical function of the current in time, which makes it possible to find patterns in the algorithm of the locomotive operation and transitions to the protective mode.

Технический результат достигается тем, что устройство токовой защиты с функцией математического анализа, содержит модуль коммутации, включающий в себя измерительный датчик на эффекте Холла или измерительный шунт и электромагнитное реле или контактор, модуль управления, включающий в себя аналого-цифровой тракт, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, схему управления устройствами коммутации, преобразователь питания, микросхему энергонезависимой памяти и микросхему драйвера линии передачи данных.The technical result is achieved by the fact that a current protection device with a mathematical analysis function contains a switching module including a Hall effect measuring sensor or a measuring shunt and an electromagnetic relay or contactor, a control module including an analog-digital path consisting of a voltage divider , operational amplifiers, filters and analog-to-digital converter, microcontroller, switching device control circuit, power converter, non-volatile memory microcircuit and data transmission line driver microcircuit.

Предлагаемое устройство выполняет следующие функции:The proposed device performs the following functions:

- измерение протекающего в цепи постоянного или переменного тока, измерение напряжения и сохранение измеренных значений в энергонезависимой памяти;- measurement of DC or AC current flowing in the circuit, voltage measurement and storage of measured values in non-volatile memory;

- математический анализ функции напряжения и тока в цепи:- mathematical analysis of the function of voltage and current in the circuit:

- анализ динамики изменения величины пульсаций напряжения и тока;- analysis of the dynamics of changes in the magnitude of voltage and current ripples;

- анализа динамики изменения тока или величины напряжения;- analysis of the dynamics of changes in current or voltage;

- вычисления спектра частот сигналов тока и напряжения;- calculation of the frequency spectrum of current and voltage signals;

- управление внешними или внутренними устройствами коммутации цепей по командам, полученным из линии связи;- control of external or internal circuit switching devices according to commands received from the communication line;

- автоматическое снятия напряжения с устройств коммутации при нарушении условий, описываемых программным алгоритмом.- automatic removal of voltage from switching devices in case of violation of the conditions described by the software algorithm.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства токовой защиты с функцией математического анализа.FIG. 1 shows a block diagram of a current protection device with a mathematical analysis function.

Устройство состоит из модуля коммутации, выполняющий функцию коммутации внешних электрических цепей, а также преобразование величины тока в выходное напряжение посредством датчиков на эффекте Холла или измерительного шунта, и модуля управления, который производит управление устройствами коммутации и обеспечивает измерение, сохранение и анализ функций тока и напряжения во времени.The device consists of a switching module that performs the function of switching external electrical circuits, as well as converting the current value into an output voltage using Hall effect sensors or a measuring shunt, and a control module that controls switching devices and provides measurement, storage and analysis of current and voltage functions. in time.

Модуль коммутации включает в себя измерительный датчик 1 на эффекте Холла или измерительный шунт (выбирается на основе уровня протекающего тока в анализируемой цепи) и электромагнитную катушку 2.1, управляющую нормально-замкнутым и/или нормально-разомкнутым контактами реле (контактором) 2.2.The switching module includes a Hall effect measuring sensor 1 or a measuring shunt (selected based on the level of the flowing current in the analyzed circuit) and an electromagnetic coil 2.1, which controls the normally closed and / or normally open contacts of the relay (contactor) 2.2.

Модуль управления включает в себя аналого-цифровой тракт 3, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер 4, схему управления устройствами коммутации 5, преобразователь питания 6, микросхему энергонезависимой памяти 7 и микросхему драйвера линии передачи данных 8 интерфейсов CAN или RS485.The control module includes an analog-to-digital path 3, consisting of a voltage divider, operational amplifiers, filters and an analog-to-digital converter, a microcontroller 4, a switching device control circuit 5, a power converter 6, a non-volatile memory chip 7 and a data transmission line driver chip 8 CAN or RS485 interfaces.

Устройство токовой защиты с функцией математического анализа можно настраивать на выполнение перехода в защитное состояние коммутируемых цепей, программно задав пороги для данного события - в абсолютном или относительном значении. На фиг. 2 показаны различные графики функции тока во времени, соответствующие: а - лавинообразному росту тока; b -экспоненциальному росту тока; с - медленному росту тока; d - медленному убыванию тока. Устройство позволяет задать оконную функцию тока, и таким образом позволяет оповестить какую-либо функцию диагностики или управления о скорости изменения параметра, тем самым, предотвращая выход из строя какого-либо внешнего оборудования.The overcurrent protection device with the function of mathematical analysis can be configured to perform a transition to the protective state of the switched circuits by programmatically setting the thresholds for this event - in absolute or relative value. FIG. 2 shows various graphs of the stream function in time, corresponding to: a - avalanche-like growth of current; b -exponential current growth; c - slow current growth; d - slow decrease in current. The device allows you to set the window function of the current, and thus allows you to notify any diagnostic or control function about the rate of change of the parameter, thereby preventing the failure of any external equipment.

При этом программно можно настраивать шаг дискретизации входных измеряемых сигналов тока и напряжения. В энергонезависимую память блока будет записываться три значения: временная метка, величины тока и напряжения. Запись в память будет производиться непрерывно циклически, при этом в определенной области памяти будет храниться массив точек, соответствующих переходу внешней коммутируемой цепи в защитное состояние, которая может быть очищена только обслуживающим персоналом. Длина участков памяти и ширина сохраняемых фрагментов определяются при программной конфигурации блока.In this case, you can programmatically adjust the sampling step of the input measured current and voltage signals. Three values will be recorded in the nonvolatile memory of the block: time stamp, current and voltage values. Writing to the memory will be performed continuously cyclically, while an array of points corresponding to the transition of the external switched circuit to the protective state, which can only be cleared by the service personnel, will be stored in a certain memory area. The length of the memory sections and the width of the saved fragments are determined by the program configuration of the block.

Claims (4)

1. Устройство токовой защиты с функцией математического анализа, содержащее модуль коммутации, включающий в себя измерительный датчик на эффекте Холла или измерительный шунт и электромагнитное реле или контактор, модуль управления, включающий в себя аналого-цифровой тракт, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, схему управления устройствами коммутации, преобразователь питания, отличающееся тем, что в модуль управления включена микросхема энергонезависимой памяти, позволяющая сохранять измерения напряжения и протекающего в цепи постоянного или переменного тока с последующим их анализом микроконтроллером, и микросхема драйвера линии передачи данных, посредством которой осуществляется оповещение функции диагностики или управления о скорости изменения параметров, тем самым позволяя предотвратить выход из строя внешнего оборудования локомотива или электропоезда.1. A current protection device with a mathematical analysis function, containing a switching module that includes a Hall effect measuring sensor or measuring shunt and an electromagnetic relay or contactor, a control module including an analog-to-digital path consisting of a voltage divider, operational amplifiers, filters and an analog-to-digital converter, a microcontroller, a switching device control circuit, a power converter, characterized in that a nonvolatile memory microcircuit is included in the control module, which allows storing measurements of voltage and current flowing in DC or AC circuits with their subsequent analysis by a microcontroller, and a driver microcircuit data transmission line, through which the diagnostic or control function is notified of the rate of change of parameters, thereby preventing the failure of the external equipment of the locomotive or electric train. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позволяет вычислять спектр частот сигналов тока и напряжения.2. The device according to claim 1, characterized in that it allows calculating the frequency spectrum of the current and voltage signals. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позволяет анализировать динамику изменения величины пульсаций напряжения и тока.3. The device according to claim 1, characterized in that it allows analyzing the dynamics of changes in the magnitude of voltage and current ripples. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позволяет анализировать динамику изменения тока или величины напряжения.4. The device according to claim 1, characterized in that it allows analyzing the dynamics of changes in current or voltage.
RU2020129527A 2020-09-07 2020-09-07 Current protection device with mathematical analysis function RU2741063C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129527A RU2741063C1 (en) 2020-09-07 2020-09-07 Current protection device with mathematical analysis function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129527A RU2741063C1 (en) 2020-09-07 2020-09-07 Current protection device with mathematical analysis function

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741063C1 true RU2741063C1 (en) 2021-01-22

Family

ID=74213325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020129527A RU2741063C1 (en) 2020-09-07 2020-09-07 Current protection device with mathematical analysis function

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741063C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2422964C1 (en) * 2010-03-17 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Device of electric circuits current protection against single-phase ground faults (versions)
US8990036B1 (en) * 2013-09-16 2015-03-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power line parameter adjustment and fault location using traveling waves
RU2706421C1 (en) * 2019-05-23 2019-11-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" Current protection device
RU2715909C1 (en) * 2019-02-07 2020-03-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Device for electric current protection of electric circuits against single-phase earth faults

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2422964C1 (en) * 2010-03-17 2011-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" Device of electric circuits current protection against single-phase ground faults (versions)
US8990036B1 (en) * 2013-09-16 2015-03-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power line parameter adjustment and fault location using traveling waves
RU2715909C1 (en) * 2019-02-07 2020-03-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Device for electric current protection of electric circuits against single-phase earth faults
RU2706421C1 (en) * 2019-05-23 2019-11-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" Current protection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9568516B2 (en) Determining status of electric power transmission lines in an electric power transmission system
US5455776A (en) Automatic fault location system
RU2422964C1 (en) Device of electric circuits current protection against single-phase ground faults (versions)
US20110241654A1 (en) Method and apparatus for dynamic signal switching of a merging unit in an electrical power system
JP6503322B2 (en) Ground fault detection device
CA3000879A1 (en) Improvements in or relating to direct current distance protection controllers
DE102006019467A1 (en) Electrical network`s short-circuit detecting method for use in e.g. industry, involves determining actual values as intensity of current flowing in electrical network, and detecting short-circuit when threshold value exceeds threshold value
US20110098951A1 (en) Arrangement and method for generating a fault signal
DE102007017543A1 (en) Earth fault distance locating method for earth fault-compensated, operated three-phase-electrical power network, involves calculating distance to earth fault based on phase voltage under consideration of earth impedance
RU2741063C1 (en) Current protection device with mathematical analysis function
PL230775B1 (en) System for measuring the resistance of buried insulation on the direct current low voltage distribution board busbars
KR100868892B1 (en) Remote monitoring control and data acquisition system of electric supply channel
US10228406B2 (en) Detecting a fault, in particular a transient fault, in an electrical network
US20160370414A1 (en) Method and device for detecting a fault in an electrical network
CN112970162B (en) Acceleration zone-2 protection for transmission lines
WO2013060382A1 (en) Method and protective device for identifying a ground fault in a polyphase electrical energy supply network having a compensated or isolated star point
RU2498328C1 (en) Method for control of automatic reclosure of feeder switch with short-circuiting control in overhead system
JP2019507573A (en) Improvements in or related to power systems
US11114892B2 (en) Electric power system transducer failure monitor and measurement recovery
US11366176B2 (en) Compensation device for leakage currents
US11411390B2 (en) Secure and dependable restricted earth fault protection for electric power generators and transformers
JP3727802B2 (en) Protective relay device
US20220178976A1 (en) Frequency estimation and tracking using current
Hamouda et al. Numerical differential protection algorithm for power transformers
JP6798038B2 (en) Circuit breaker