RU2785275C1

RU2785275C1 - Current protection device with health monitoring

Info

Publication number: RU2785275C1
Application number: RU2022105009A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иосифович Полищук; Даурен Джамбулович Исабеков; Екатерина Ивановна Костыря
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2022-12-05

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering. The current protection device with health monitoring contains an inductance coil connected to a voltage amplifier connected to the control winding of the reed switch. The positive potential from the DC source is supplied to the closing contact of the reed switch, to which the first output of the winding and two contacts are connected to close the intermediate relay. Two contacts for closing and two contacts for opening the microcontroller are connected to sources of direct current and alternating voltage. The positive potential from the contact to close the relay, passing through the contact to close the microcontroller, is fed to the first output of the signal lamp. The positive potential from the relay contact, passing through the opening contact of the microcontroller, is fed to the first output of the indicating relay, and from it to the first output of the winding of the trip coil of the electrical installation switch. The second output of the winding of the intermediate relay, signal lamp and trip coil is connected to the negative pole of the DC source.

EFFECT: simplification of technical implementation while ensuring reliable current protection of electrical installations.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите, выполненной с помощью катушки индуктивности и может быть использовано для токовой защиты различных электроустановок, с любым классом номинального напряжения.The invention relates to electrical engineering, namely to relay protection, made using an inductor and can be used for current protection of various electrical installations, with any class of rated voltage.

Известно устройство для токовой защиты электроустановок [RU №2678189 С1, Н02Н 3/00, G01R 33/02, опубл. 24.01.2019 г.], содержащее три блока для крепления герконов, каждый из которых содержит пластину, на наружной стороне которой закреплены данные герконы под разными углами к плоскости поперечного сечения токоведущей шины, расположенных в шинном отсеке комплектного распределительного устройства, автоматический выключатель, исполнительный орган, выход которого подключен в цепь отключения выключателя.A device for current protection of electrical installations [RU No. 2678189 C1, H02H 3/00, G01R 33/02, publ. 01/24/2019], containing three blocks for mounting reed switches, each of which contains a plate, on the outer side of which these reed switches are fixed at different angles to the cross-sectional plane of the current-carrying busbar, located in the bus compartment of the complete switchgear, a circuit breaker, an executive body , the output of which is connected to the trip circuit of the switch.

Недостатком этого устройства является то, что оно в своем составе содержит значительное количество используемых элементов, является громоздким, а также отсутствует обмотка, надетая на геркон, используемая для управления им.The disadvantage of this device is that it contains a significant number of used elements, is bulky, and there is no winding put on the reed switch used to control it.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство [KZ №33108, Н02Н 7/22, Н02Н 3/08, опубл. 17.09.2018 г.], содержащее геркон с обмоткой управления, надетой на него, указательное реле, исполнительный орган, выход которого через нормально замкнутые контакты кнопочного переключателя включен в цепь отключения выключателя электроустановки и через нормально разомкнутые контакты подключен к указательному реле, источник переменного напряжения.Closest to the claimed invention in terms of technical essence and the achieved result (prototype) is the device [KZ No. 33108, H02H 7/22, H02H 3/08, publ. 09/17/2018], containing a reed switch with a control winding put on it, an indicator relay, an executive body, the output of which is connected through the normally closed contacts of the pushbutton switch to the shutdown circuit of the electrical installation switch and is connected to the indicator relay through normally open contacts, an alternating voltage source .

Недостатком данного устройства является отсутствие непрерывного контроля исправности устройства, что может привести к несвоевременной защите электроустановки.The disadvantage of this device is the lack of continuous monitoring of the health of the device, which can lead to untimely protection of the electrical installation.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании упрощенного устройства токовой защиты с контролем исправности, выполненного с помощью катушки индуктивности, представляющего из себя совершенно новый подход в реализации токовых защит для различных электроустановок, с любым классом номинального напряжения.The technical problem, the solution of which is provided by the implementation of the invention, is to create a simplified current protection device with health monitoring, made using an inductor, which is a completely new approach in the implementation of current protection for various electrical installations, with any class of rated voltage.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в устройство токовой защиты с контролем исправности, содержащее геркон, имеющий замыкающий контакт и обмотку управления, надетую на него, указательное реле, исполнительный орган, в качестве которого используется промежуточное реле с обмоткой и с двумя контактами на замыкание, которое выходом подключено в цепь отключения выключателя электроустановки, источник переменного напряжения, дополнительно введены катушка индуктивности, усилитель напряжения, микроконтроллер с двумя контактами на замыкание и с двумя контактами на размыкание, источник постоянного тока.The solution to this technical problem is achieved by the fact that in the current protection device with health monitoring, containing a reed switch, having a closing contact and a control winding put on it, an indicator relay, an executive body, which is used as an intermediate relay with a winding and two contacts for closing , which is connected by an output to the shutdown circuit of the electrical installation switch, an alternating voltage source, an inductance coil, a voltage amplifier, a microcontroller with two contacts for closing and two contacts for opening, a direct current source are additionally introduced.

На фиг. 1 представлен микроконтроллер устройства токовой защиты с контролем исправности. На фиг. 2 показана структурная схема используемых элементов.In FIG. 1 shows the microcontroller of the current protection device with health monitoring. In FIG. 2 shows a block diagram of the elements used.

Заявляемое устройство не содержащее в своем составе токовых реле и трансформаторов тока с ферромагнитными сердечниками выполняет токовую защиту электроустановок любого класса напряжения с одновременным контролем исправности элементов данного устройства, реализуемую с помощью катушки индуктивности.The claimed device, which does not contain current relays and current transformers with ferromagnetic cores, performs current protection of electrical installations of any voltage class with simultaneous monitoring of the health of the elements of this device, implemented using an inductor.

Устройство токовой защиты с контролем исправности содержит катушку индуктивности 1, подключенную к усилителю напряжения 2, который усиливает значение напряжения, снимаемого с выводов катушки индуктивности 1 до требуемого и подключенный к обмотке управления 3 геркона 4, источник постоянного тока 5, с полюса «+» которого положительный сигнал поступает на замыкающий контакт 6 геркона 4, к которому подключены первый вывод обмотки 7 и контакты на замыкание 8, 9 промежуточного реле 10, сигнальная лампа 11, микроконтроллер 12 с двумя контактами на замыкание 13, 14 и с двумя контактами на размыкание 15, 16, подключенных к источникам постоянного тока 5 и переменного напряжения 17. Положительный потенциал «+» с контакта на замыкание 8 реле 10 проходя через контакт на замыкание 13 микроконтроллера 12 поступает на первый вывод сигнальной лампы 11. Положительный потенциал «+» с контакта 9 реле 10 проходя через контакт на размыкание 15 микроконтроллера 12 поступает на первый вывод указательного реле 18, а с него на первый вывод обмотки катушки отключения (КО) 19 выключателя электроустановки. Второй вывод обмотки 7 промежуточного реле, сигнальной лампы 11 и катушки отключения (КО) 19 подключены к полюсу «-» источника постоянного тока 5 (фиг. 2).The current protection device with health monitoring contains an inductor 1 connected to a voltage amplifier 2, which amplifies the voltage value taken from the terminals of the inductor 1 to the required one and connected to the control winding 3 of the reed switch 4, a direct current source 5, from the "+" pole of which a positive signal is supplied to the closing contact 6 of the reed switch 4, to which the first output of the winding 7 and closing contacts 8, 9 of the intermediate relay 10, signal lamp 11, microcontroller 12 with two closing contacts 13, 14 and two opening contacts 15 are connected, 16 connected to sources of direct current 5 and alternating voltage 17. The positive potential "+" from the contact to the circuit 8 of the relay 10, passing through the contact to the circuit 13 of the microcontroller 12, enters the first output of the signal lamp 11. The positive potential "+" from the contact 9 of the relay 10 passing through the opening contact 15 of the microcontroller 12 enters the first output of the indicating relay 18, and from it to the first output of the winding of the trip coil (KO) 19 of the electrical installation switch. The second output of the winding 7 of the intermediate relay, the signal lamp 11 and the trip coil (KO) 19 is connected to the "-" pole of the DC source 5 (Fig. 2).

В качестве катушки индуктивности 1 может быть использована катушка реле типа. РП-25; геркона 4 - геркон типа КЭМ-2, обмотки его управления 3 - обмотка реле РГК-49; промежуточного реле 10, реле типа РТ570220; указательного реле 18 - реле типа РУ-21.As the inductor 1, a relay coil of the type can be used. RP-25; reed switch 4 - reed switch type KEM-2, windings of its control 3 - winding of relay RGK-49; intermediate relay 10, relay type RT570220; indicator relay 18 - relay type RU-21.

Принцип действия заявляемого устройства основан на воздействие магнитных потоков Ф (показано стрелками), созданных токами токоведущих шин защищаемой электроустановки на катушку индуктивности 1 (фиг. 2). Данное устройство представляя из себя комплект защиты может устанавливаться в ячейках КРУ, ЗРУ и в закрытых токопроводах, как для всех трех фаз в одном комплекте, так и для каждой фазы отдельным комплектом, в том месте, где имеется максимальное значение магнитных потоков. Применение микроконтроллера 12 в данном устройстве обусловлено только контролем исправности элементов устройства, осуществляющий поочередную подачу потенциалов от источника постоянного тока 5 и переменного напряжения 17. При этом его контакты 14 и 16, подключенные к источнику переменного напряжения, а также 13 и 15 подключенные к источнику постоянного тока срабатывают одновременно и попарно, то есть к примеру, при замыкании контакта 14 размыкается контакт 16 и по той же аналогии при замыкании контакта 13 размыкается контакт 15.The principle of operation of the proposed device is based on the effect of magnetic fluxes f (shown by arrows), created by the currents of the current-carrying tires of the protected electrical installation on the inductor 1 (Fig. 2). This device, being a set of protection, can be installed in cells of switchgear, indoor switchgear and in closed conductors, both for all three phases in one set, and for each phase in a separate set, in the place where there is a maximum value of magnetic fluxes. The use of the microcontroller 12 in this device is due only to the control of the health of the elements of the device, which alternately supplies potentials from a DC source 5 and AC voltage 17. At the same time, its contacts 14 and 16 connected to an AC voltage source, as well as 13 and 15 connected to a DC source currents are triggered simultaneously and in pairs, that is, for example, when contact 14 is closed, contact 16 opens and, by the same analogy, when contact 13 is closed, contact 15 opens.

При коротком замыкании на защищаемой электроустановке, ток в ее токоведущих шинах возрастает и катушка индуктивности 1, установленная на безопасном по ПУЭ расстоянии от данных токоведущих шин реагирует на изменения магнитного поля, и в ней индуктируется повышенное значение ЭДС (фиг. 2). В силу того, что значение данного снимаемого напряжения с выводов катушки индуктивности 1 имеет значение порядка 5 В, то оно повышается с помощью усилителя напряжения (У) 2 до значения, равного U=220 В (при этом коэффициент усиления равен

) и подается на выводы обмотки управления 3 геркона 4. В результате геркон 4 под воздействием магнитного поля, создаваемого обмоткой управления 3 срабатывая замыкает свой контакт 6 и посылает положительный потенциал «+», поступающий с источника постоянного тока 5 на первый вывод обмотки 7 промежуточного реле 10. Данное реле 10 сработав, подает потенциал «+» через свой контакт на замыкание 9 и проходит через контакт на размыкание 15 микроконтроллера 12 на первый вывод указательного реле 18, а с него на первый вывод обмотки катушки отключения (КО) 19 выключателя электроустановки. В результате защищаемая электроустановка отключается. Срабатывание токовой защиты при этом фиксируется указательным реле (РУ)18.In the event of a short circuit in the protected electrical installation, the current in its current-carrying tires increases and the inductor 1, installed at a safe distance according to the PUE from these current-carrying tires, reacts to changes in the magnetic field, and an increased EMF value is induced in it (Fig. 2). Due to the fact that the value of this voltage removed from the terminals of the inductor 1 has a value of the order of 5 V, it is increased with the help of a voltage amplifier (U) 2 to a value equal to U = 220 V (in this case, the gain is equal to

) and is fed to the outputs of the control winding 3 of the reed switch 4. As a result, the reed switch 4, under the influence of the magnetic field created by the control winding 3, closes its contact 6 and sends a positive potential "+" coming from the DC source 5 to the first output of the winding 7 of the intermediate relay 10. This relay 10, having actuated, supplies the potential "+" through its contact to the circuit 9 and passes through the contact to open 15 of the microcontroller 12 to the first output of the indicator relay 18, and from it to the first output of the winding of the trip coil (KO) 19 of the electrical installation switch. As a result, the protected electrical installation is switched off. In this case, the operation of the current protection is fixed by the indicator relay (RU) 18.

В нормальном режиме работы электроустановки, параметры в усилителе напряжения 2 отрегулированы так, чтобы он срабатывал лишь при появлении на его выводах напряжения, свыше 5 В, а при значении напряжения меньше данного устройство токовой защиты с контролем исправности на отключение электроустановки не срабатывает.In the normal mode of operation of the electrical installation, the parameters in the voltage amplifier 2 are adjusted so that it operates only when a voltage exceeding 5 V appears on its outputs, and if the voltage value is less than this, the current protection device with health monitoring does not work to turn off the electrical installation.

С целью надежного функционирования устройства токовой защиты с контролем исправности осуществляется непрерывный контроль исправности ее элементов. Выполняется данный контроль с использованием микроконтроллера 12 (фиг. 1). Микроконтроллер 12 осуществляет с заданной выдержкой времени, равной 0,02 с. (с интервалом времени 180 с.) подачу от источника переменного напряжения 17 одного из фазных потенциалов "~" через свой контакт на замыкание 14 на первый вывод усилителя напряжения 2, на второй же вывод данного усилителя 2 через контакт на размыкание 16 микроконтроллера 12 постоянно приходит от источника переменного напряжения 17 другой фазный потенциал После этого выходящее с усилителя 2 напряжение повышается им также до значения U=220 В (как и в случае при коротком замыкании), коэффициент усиления также равен К_у=44 и подается на выводы обмотки управления 3 геркона 4. Геркон 4 под воздействием магнитного поля, создаваемого обмоткой 3 срабатывая замыкает свой контакт 6 и посылает положительный потенциал, поступающий с источника постоянного тока 5. При этом данный потенциал проходит через обмотку 7 промежуточного реле 10, которое срабатывая замыкает свои контакты на замыкание 8 и 9. Далее положительный потенциал проходит с контакта 8 реле 10, а также через контакт на замыкание 13 микроконтроллера 12 к сигнальной лампе 11, которая загораясь сигнализирует об исправности устройства (фиг. 2). Через интервал времени, равный 180 с. данный контроль исправности устройства повторяется вновь по алгоритму, описанному выше. В случае, если какой-либо элемент устройства имеет повреждение, то к сигнальной лампе 11 положительный потенциал не поступает, и она не горит, что с легкостью обнаруживается обслуживающим персоналом.For the purpose of reliable functioning of the current protection device with serviceability control, continuous monitoring of the serviceability of its elements is carried out. This control is performed using the microcontroller 12 (Fig. 1). The microcontroller 12 performs with a predetermined time delay equal to 0.02 s. (with a time interval of 180 s.) the supply from the AC voltage source 17 of one of the phase potentials "~" through its contact to the circuit 14 to the first output of the voltage amplifier 2, to the second output of this amplifier 2 through the opening contact 16 of the microcontroller 12 constantly comes from the AC voltage source 17 another phase potential After that, the voltage output from the amplifier 2 is also increased by it to the value U = 220 V (as in the case of a short circuit), the gain is also K _y = 44 and is fed to the outputs of the control winding 3 of the reed switch 4. The reed switch 4 under the influence of the magnetic field created by the winding 3 closes its contact 6 and sends a positive potential coming from the DC source 5. In this case, this potential passes through the winding 7 of the intermediate relay 10, which, when activated, closes its contacts to the short circuit 8 and 9. Further, the positive potential passes from contact 8 of relay 10, as well as through contact to close 13 micro ocontroller 12 to the signal lamp 11, which, when lit, indicates that the device is working (Fig. 2). After a time interval of 180 s. this device health check is repeated again according to the algorithm described above. If any element of the device is damaged, then the signal lamp 11 does not receive a positive potential, and it does not light up, which is easily detected by the maintenance personnel.

Отсутствие применения в данном устройстве токовых реле и трансформаторов тока с ферромагнитными сердечниками, содержащих в своем составе дорогостоящие сталь, медь и высоковольтную изоляцию, имеющих также значительные весогабаритные параметры отвечает актуальному вопросу в релейной защите - ресурсосбережению и представляет из себя совершенно новый подход в реализации токовых защит для различных электроустановок с любым классом номинального напряжения, реализуемых на катушке индуктивности.The absence of the use in this device of current relays and current transformers with ferromagnetic cores, containing expensive steel, copper and high-voltage insulation, which also have significant weight and size parameters, answers an urgent issue in relay protection - resource saving and is a completely new approach to the implementation of current protection for various electrical installations with any class of rated voltage, implemented on the inductor.

Claims

A current protection device with health monitoring, containing a reed switch having a closing contact and a control winding put on it, an indicator relay, an executive body, which is used as an intermediate relay with a winding and two contacts for closing, which is connected by an output to the shutdown circuit of the electrical installation switch , an alternating voltage source, characterized in that an inductance coil is introduced into it, the voltage from the terminals of which is increased by a voltage amplifier and fed to the terminals of the reed switch control winding, which, triggered by the magnetic field created by the control winding, sends a positive potential coming from direct current source to the first output of the winding of the intermediate relay, which, in turn, having worked, supplies a positive potential through its contact to close and passes through the contact to open the microcontroller to the first output of the indicating relay, and from it to the first output of the coil winding and turning off the switch of the electrical installation, the operation of the current protection is fixed by the indicator relay.