RU4170U1

RU4170U1 - DC TRANSFORMER SENSOR FOR RELAY PROTECTION

Info

Publication number: RU4170U1
Application number: RU95117318/20U
Authority: RU
Inventors: А.С. Засыпкин; М.М. Котлов
Original assignee: Новочеркасский государственный технический университет
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 1997-05-16

Abstract

1. Трансформаторный датчик постоянного тока для релейной защиты, содержащий трансформатор тока с воздушным зазором в магнитопроводе с подключенным к его вторичной обмотке первым электронным тиристорным реле с питанием от оперативного постоянного напряжения и состоящим из диодов, стабилитрона или динистора, тиристора, настроечного резистора и промежуточного реле, отличающийся тем, что дополнительно введено второе электронное тиристорное реле, подключенное также к вторичной обмотке трансформатора тока, как и первое электронное реле, через диоды, но с противоположной полярностью, а к оперативному постоянному напряжению оба электронных реле подключены через свои параллельно включенные размыкающие контакты промежуточных реле, вторые контакты каждого из этих реле включены в цепи настроечных резисторов другого электронного реле, а третьи - замыкающие контакты каждого из этих реле включены последовательно с четвертыми - размыкающими контактами другого реле и образуют две выходные цепи датчика.2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что при установке в цепи с односторонним питанием использованы по одному контакту каждого промежуточного реле, при этом оба электронных реле подключены к оперативному постоянному напряжению через размыкающий контакт второго реле, а одна выходная цепь датчика образована замыкающим контактом первого реле.1. A transformer DC sensor for relay protection, comprising a current transformer with an air gap in the magnetic circuit with a first electronic thyristor relay connected to its secondary winding and powered by an operative DC voltage and consisting of diodes, a zener diode or a dynistor, a thyristor, a tuning resistor and an intermediate relay characterized in that a second electronic thyristor relay is additionally introduced, also connected to the secondary winding of the current transformer, like the first electronic relay, h cut diodes, but with opposite polarity, and both electronic relays are connected to the operational constant voltage via their parallel-connected opening contacts of the intermediate relays, the second contacts of each of these relays are connected to the tuning resistors of the other electronic relay, and the third are the closing contacts of each of these relays connected in series with the fourth - NC contacts of another relay and form two sensor output circuits. 2. The sensor according to claim 1, characterized in that when installed in a single-sided circuit, one contact of each intermediate relay is used, while both electronic relays are connected to the operative constant voltage through the opening contact of the second relay, and one output circuit of the sensor is formed by the closing contact of the first relay.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для релейной защиты от коротких замыканий (КЗ) в системах постоянного тока, в частности, в оперативных цепях постоянного тока электростанций и подстанций. Распространенный датчик постоянного тока представляет собой реле, подключенное к шунту, установленному в цепи постоянного тока Ц. Установка шунта, снижающего надежность, не требуется при использовании измерительного трансформатора постоянного тока, содержащего трансформатор тока с воздушным зазором в магнитопроводе,датчик Холла и электронный усилитель 21. К выходу усилителя подключается электронное реле. Однако необходимость использования датчика Холла и подключения к измерительному трансформатору дополнительного источника питания усложняет конструкцию датчика и технологию его монтажа, что удорожает изделие. мкм G01R 5/00 Трансформаторный датчик постоянного тока для релейной защитыThe utility model relates to test equipment and can be used for relay protection against short circuits (short circuit) in DC systems, in particular, in operational DC circuits of power plants and substations. A common DC sensor is a relay connected to a shunt installed in the DC circuit C. Installing a shunt that reduces reliability is not required when using a direct current measuring transformer containing a current transformer with an air gap in the magnetic circuit, a Hall sensor and an electronic amplifier 21. An electronic relay is connected to the amplifier output. However, the need to use a Hall sensor and connect an additional power source to the measuring transformer complicates the design of the sensor and its mounting technology, which makes the product more expensive. μm G01R 5/00 Transformer DC sensor for relay protection

Для упрощения конструкции датчика и его монтажа можно использовать только трансформатор тока с воздушным зазором в магнитопроводе с подключенным к нему электронным реле. Такой трансформаторный датчик, называемый импульсным реле, может реагировать на абсолютное приращение (бросок) тока 31. Тиристорное электронное реле обычно содержит полупроводюжовые вентили- диоды,стабилитрон или динистор, тиристор, настроечный резистор и промежуточное реле С1;4. Импульсное реле имеет простую конструкцию. К трансформатору тока подгслючено только электронное реле двумя проводами, что упрощает монтаж трансформатора тока. Однако трансформаторный датчик -импульсное реле обеспечивает фиксацию только одного инфордациошюго признака КЗ - значения тока КЗ. Другие информационные признаки - полярность и длительность прохождения тока КЗ, необходимые для использования датчика в составе централизованной защиты, не фиксируются, что является недостатком ившульсного реле.To simplify the design of the sensor and its installation, only a current transformer with an air gap in the magnetic circuit with an electronic relay connected to it can be used. Such a transformer sensor, called a pulse relay, can respond to the absolute increment (surge) of the current 31. A thyristor electronic relay usually contains semiconductor gate diodes, a zener diode or a dynistor, a thyristor, a tuning resistor, and an intermediate relay C1; 4. The pulse relay has a simple design. Only an electronic relay with two wires is connected to the current transformer, which simplifies the installation of the current transformer. However, a transformer sensor-pulse relay provides fixation of only one information sign of short-circuit - the value of short-circuit current. Other informational signs - the polarity and duration of the short-circuit current, necessary for using the sensor as part of centralized protection, are not recorded, which is a drawback of the pulse relay.

Импульсное реле по технической сущности и достигаемым результатам является наиболее близким к заявляемой полезной модели и может рассматриваться как прототип.The pulse relay in technical essence and the achieved results is the closest to the claimed utility model and can be considered as a prototype.

Целью полезной модели является увеличение количества инфорлации, получаемой от трансформаторного датчика постоянного тока при коротких замыканиях , т.е. фиксация не только значения тока КЗ, но его полярности и длительности прохождения.The purpose of the utility model is to increase the amount of information received from a transformer DC sensor during short circuits, i.e. fixing not only the short-circuit current value, but its polarity and duration of passage.

Указанный недостаток устраняется тем, что дополнительно введено второе электронное тиристорное реле, подключенное к выводам вторичной обмотки трансформатора тока,как и первое реле через диоды, но с противоположной полярностью, а к оперативному постоянному напряжению оба реле подключены через свои параллельно включенные размыкакшще контакты, второй контакт каждого из этих реле включен вThis drawback is eliminated by the fact that a second electronic thyristor relay is additionally connected, connected to the terminals of the secondary winding of the current transformer, like the first relay through diodes, but with opposite polarity, and both relays are connected to the operational constant voltage through their parallel open contacts, the second contact each of these relays is included in

цепь настроечного резистора другого реле,а третьи - замыкащие контакты каждого реле включены последовательно с четвертыми - размыкающими контактами другого реле и образуют две выходные цепи датчика.the tuning resistor circuit of another relay, and the third - the closing contacts of each relay are connected in series with the fourth - opening contacts of the other relay and form two sensor output circuits.

При использовании датчика в цепи постоянного тока с односторонним питанием, где полярность тока КЗ известна, с целью упрощения схемы использованы по одному контакту каждого реле, при этом оба электронные реле подключены к оперативному постоянному напряжению через размыкащий контакт второго реле, а одаа выходная цепь датчика образована замыканяцим контактом первого реле.When using the sensor in a DC circuit with one-way power supply, where the polarity of the short-circuit current is known, in order to simplify the circuit, one contact of each relay is used, while both electronic relays are connected to the operational constant voltage through the NC contact of the second relay, and the sensor output circuit is formed closes the contact of the first relay.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема трансформаторного датчика постоянного тока, на фиг. 2 - упрощенная принципиальная электрическая схема датчика для цепи постоянного тока с односторонним питанием, на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы датчика при токах короткого замыкания прямой и обратной полярностей.Временная диаграмма работы датчика с упрощенной схемой в цепи с односторонним питанием соответствует фиг. 3 с временной диаграммой 10, показанной штриховой линией (реле 10 без замедления при возврате). Позиции на чертеже обозначают:The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 is a circuit diagram of a transformer DC sensor, and Fig. 2 is a simplified circuit diagram of a sensor for a single-sided DC circuit, FIG. 3 and 4 are timing diagrams of the sensor operation at short-circuit currents of direct and reverse polarities. A timing diagram of the operation of the sensor with a simplified circuit in a one-way supply circuit corresponds to FIG. 3 with a time chart 10 shown by a dashed line (relay 10 without deceleration upon return). The positions in the drawing indicate:

Трансформатор тока - I с первичной обмоткой - 2, магнитопроводом - 3 с воздушным зазором и вторичной обмоткой - 4; электронное тиристорное реле - 5 с диодами - 6, стабилитроном - 7, настроечным резистором - 8, тиристором - 9, промежуточным с замедлением при возврате реле - 10 с контактами - 10.I, 10.2, 10.3, 10.4; второе электронное тиристорное реле - II с диодами - 12, стабилитроном-13, настроечным резистором - 14, тиристором- 15, промежуточным с замедлением при возврате реле 16 с контактами - 16.I, 16.2, 16.3, 16.4; . выходные цепи датчика - 17 и 18. На фиг. 3 и 4: ток в первичной обмотке трансформатора тока i , во вторичной обмотке - (2На фиг. I трансформатор тока I первичной обмоткой 2 включен в цепь контролируемого постоянного тока с двусторонним питанием. Магнитопровод 3 имеет воздушный зазор во избежание насыщения постоянным током нагрузки. Выводы вторичной обмотки 4 подключены к электронному тиристорному реле 5, состоящему из диодов 6,стабилитрона 7, настроечного резистора 8, тиристора 9 и промежуточного реле 10.Второе электронное тиристорное реле II такой же конструкции, как 5, также подключено к выводам вторичной обмотки 4, но через диоды 12 с противоположной полярностью, чем диоды 6. Питание обоих электронных тиристорных реле осуществляется от источника оперативного постоянного тока (+), (-) через параллельно включенные контакты IO.I и 16.I промежуточных реле 10 и 16. Вторые контакты промежуточных реле 10.2 и 16.2 включены в цепи настроечных резисторов другого реле, соответственно, 14 и 8. Третьи - замыкающие контакты каждого реле 10.3 и 16.3 включены последовательно с четвертыми - размыкающими контактами другого реле, соответственно, 16.4 и 10.4, образуя две выходные цепи 17 и 18 датчика. Схема на фиг. 2, предназначенная для контроля постоянного тока в цепи с односторонним питанием, где полярность тока КЗ известна, отличается от схемы фиг. I использованием только одного контакта у каждого промежуточного реле. Через размыкающий контакт 16.I второго промежуточного реле осуществляется питание обоих электронных тиристорных реле от источника оперативного постоянного тока (+), (-), а замыкающий контакт 10.I первого промежуточного реле без замедления 10 образует одну выходную цепь датчика - 17. Работа устройства поясняется временными диаграммами фиг.З и фиг. 4. При прямой полярности тока КЗ (фиг.З) от первого - положительного импульса вторичного тока С2 срабатывает первое электронное тиристорное реле 5 и его промежуточное реле 10. При этом контактом 10.3 замыкается первая выходная цепь датчика 17, и сигнал о возникновении КЗ с прямой полярностью тока подается в последующе звенья релейной защиты. Разомкнувшийся контакт 10.I зашунтирован замкнутым контактом 16.I, через который продолжается питание обоих электронных реле; замыкание контакта 10.2 в цепи настроечного резистора 14 второго реле II изменяет его уставку, а контакт 10.4 дополнительно размыкает вторую выходную цепь 18. После отключения КЗ срабатывает второе электронное тиристорное реле II и его промежуточное реле 16 от отрицательного импульса вторичного тока 2 Размыкание контакта I6.I приводит к возврату обоих реле 10 и 16, а размыкание контакта 16.4 - к снятию сигнала по цепи 17. Длительность сигнала по цепи 17 равна длительности КЗ. Цепь 18 не замыкается. При обратной полярности тока КЗ (фиг.4) от первого - отрицательного импульса вторичного тока i срабатывает второе электронное тиристорное реле II и его промежуточное реле 16. При этом контактом 16.3 замыкается вторая выходная цепь датчика 18, и сигнал о возникновении КЗ с обратной полярностью тока подается в последующие звенья релейной защиты.Разомкнувшийся контакт 16.I зашунтирован замкнутым контактом 10.I, через который продолжается питание обоих электронных реле; размыкание контакта 16.2 в цепи настроечного резистора 8 первого реле 5 изменяет его уставку, а контакт 16.4 дополнительно размыкает первую выходную цепь 17. После отключения КЗ срабатывает первое электронное тиристорное реле 5 и его промежу точное реле 10 от положительного импульса вторичного тока i мыкание контакта 10.1 приводит к возврату обоих реле 16 и 10, а размыкание контакта 10.4 - к снятию сигнала по цепи 18. Длительность сигнала по цепи 18 равна длительности КЗ. Цепь 17 не замыкается. Значения токов срабатывания электронных тиристорных реле 5 и II могут существенно отличаться благодаря использованию настроечных резисторов 8 и 14 с разным сопротивлением и различных контактов в их цепи, например, замыкащего 10.2 и размыкающего 16.2. Этим определяются различные фиксируемые значения токов КЗ прямой и обратной полярности. Полярность тока КЗ определяется выходной цепью, по которой проходит сигнал, 17 или 18. Длительность сигнала по соответствущей цепи 17 или 18 равна длительности КЗ. Таким образом обеспечивается информационное преимущество предложенного трансфорлаторного датчика постоянного тока для релейной защиты по сравнению с прототипом, заключающееся в дополнительной фиксации полярности тока КЗ, его длительности и отличанщихся значений тока КЗ при различных полярностях. Работа устройства с упрощенной схемой, предназначенного для фиксации КЗ и его длительности в цепи с односторонним питанием, аналогична описанной выще для прямой полярности тока КЗ. Преимущество предложенной полезной модели по сравнению с аналогом 2 то же, что и у прототипа 3. В полезной модели в цепь постоянного тока включается простейщий трансформатор тока, возможно накладной конструкции, не требующий подключения к нему дополнительного источника питания, что упрощает и удещевляет изделие и его монтаж в электроустановке. Полезная модель обеспечивает получение релейной защитой практически той же информации о режиме КЗ, что приCurrent transformer - I with primary winding - 2, magnetic core - 3 with air gap and secondary winding - 4; electronic thyristor relay - 5 with diodes - 6, zener diode - 7, tuning resistor - 8, thyristor - 9, intermediate with delay when the relay returns - 10 with contacts - 10.I, 10.2, 10.3, 10.4; the second electronic thyristor relay - II with diodes - 12, a zener diode-13, a tuning resistor - 14, a thyristor-15, intermediate with a delay when the relay 16 is returned with contacts - 16.I, 16.2, 16.3, 16.4; . sensor output circuits 17 and 18. In FIG. 3 and 4: current in the primary winding of the current transformer i, in the secondary winding - (2In Fig. I, the current transformer I is connected by the primary winding 2 to the controlled DC circuit with two-way power supply. Magnetic circuit 3 has an air gap to prevent DC loading of the load. Conclusions the secondary winding 4 is connected to an electronic thyristor relay 5, consisting of diodes 6, a zener diode 7, a tuning resistor 8, a thyristor 9 and an intermediate relay 10. A second electronic thyristor relay II of the same design as 5 is also connected to the outputs of the secondary winding 4, but through the diodes 12 with the opposite polarity than the diodes 6. The supply of both electronic thyristor relays is carried out from the source of operational direct current (+), (-) through the parallel contacts IO.I and 16.I of the intermediate relays 10 and 16. The second contacts of the intermediate relays 10.2 and 16.2 are included in the circuit of the tuning resistors of another relay, respectively, 14 and 8. The third - the closing contacts of each relay 10.3 and 16.3 are connected in series with the fourth - the opening contacts of the other relay, respectively, 16.4 and 10.4, forming two output circuits 17 and 18 of the sensor. The circuit of FIG. 2, intended for monitoring direct current in a one-way supply circuit, where the polarity of the short-circuit current is known, differs from the circuit of FIG. I using only one contact for each intermediate relay. Through the opening contact 16.I of the second intermediate relay, both electronic thyristor relays are powered from the operative direct current (+), (-) source, and the making contact 10.I of the first intermediate relay without deceleration 10 forms one sensor output circuit - 17. Operation illustrated by timing diagrams of FIG. 3 and FIG. 4. With a direct polarity of the short-circuit current (Fig. C) from the first - positive pulse of the secondary current C2, the first electronic thyristor relay 5 and its intermediate relay 10 are activated. With this contact 10.3 closes the first output circuit of the sensor 17, and the signal about the occurrence of a short-circuit with direct the polarity of the current is supplied to the subsequent links of the relay protection. Open contact 10.I is bridged by closed contact 16.I, through which the power supply of both electronic relays continues; closing the contact 10.2 in the circuit of the tuning resistor 14 of the second relay II changes its setting, and the contact 10.4 additionally opens the second output circuit 18. After switching off the short circuit, the second electronic thyristor relay II and its intermediate relay 16 are activated from the negative pulse of the secondary current 2 Opening the contact I6.I leads to the return of both relays 10 and 16, and the opening of contact 16.4 - to remove the signal on the circuit 17. The duration of the signal on the circuit 17 is equal to the duration of the short circuit. Chain 18 does not close. With the reverse polarity of the short-circuit current (Fig. 4) from the first - negative pulse of the secondary current i, the second electronic thyristor relay II and its intermediate relay 16 are activated. With this contact 16.3 closes the second output circuit of the sensor 18, and a signal about the occurrence of a short-circuit with reverse polarity of the current fed to the subsequent links of relay protection. Open contact 16.I is bridged by closed contact 10.I, through which the power supply of both electronic relays continues; opening contact 16.2 in the circuit of the tuning resistor 8 of the first relay 5 changes its setting, and contact 16.4 additionally opens the first output circuit 17. After the short circuit is switched off, the first electronic thyristor relay 5 and its intermediate relay 10 from a positive pulse of the secondary current i contact 10.1 leads to return both relays 16 and 10, and opening contact 10.4 - to remove the signal on circuit 18. The duration of the signal on circuit 18 is equal to the duration of the short circuit. Chain 17 does not close. The values of the operating currents of the electronic thyristor relays 5 and II can significantly differ due to the use of tuning resistors 8 and 14 with different resistance and different contacts in their circuit, for example, closing 10.2 and breaking 16.2. This determines the various fixed values of the short-circuit currents of direct and reverse polarity. The polarity of the short circuit current is determined by the output circuit along which the signal passes, 17 or 18. The signal duration along the corresponding circuit 17 or 18 is equal to the short circuit duration. This ensures the informational advantage of the proposed transformer DC sensor for relay protection compared to the prototype, which consists in additional fixing the polarity of the short circuit current, its duration and different values of the short circuit current at different polarities. The operation of the device with a simplified circuit designed to fix the short circuit and its duration in a circuit with one-sided power supply is similar to that described above for the direct polarity of the short circuit current. The advantage of the proposed utility model in comparison with analogue 2 is the same as that of the prototype 3. In the utility model, the simplest current transformer is included in the direct current circuit, possibly of an overhead design that does not require an additional power source, which simplifies and cheapens the product and its installation in an electrical installation. The utility model provides relay protection with almost the same information on the short-circuit mode as with

использовании аналога 23using analog 23

Источники информацииSources of information

1.Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей.- М.: Энергоиздат, 1982, с. 107-108.1.Glukh E.M., Zelenov V.E. Protection of semiconductor converters.- M .: Energoizdat, 1982, p. 107-108.

2.Ermlsch J. Betrachtugen zum Elnsatz neuartigen WandlerX/Elektrle 38, 1984. H.6. S. 219-222.2.Ermlsch J. Betrachtugen zum Elnsatz neuartigen WandlerX / Elektrle 38, 1984. H.6. S. 219-222.

3.Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. Учебник для вузов ж. д. трансп. - М.: Транспорт, I98I. С. 182-184.3.Figurnov E.P. Relay protection of railway power supply devices. Textbook for high schools. d. transp. - M .: Transport, I98I. S. 182-184.

4.Засыпкин А.С., Дьяков А.Ф., Левченко И.И., Тарамалы Б.Д. Релейная защита выпрямительной установки плавки гололеда/ХЭлектрические станции, 1975, )1 II. С. 79-80.4.Zasypkin A.S., Dyakov A.F., Levchenko I.I., Taramaly B.D. Relay protection of the rectifying installation of ice melting / ХElectric stations, 1975,) 1 II. S. 79-80.

Авторы:The authors:

S/ „-жаS / „

Ш/ W /

1 I 1 I

i -. - ;naf/-:/ :: :ч)- ,.-;,;. f.u:.#i -. -; naf / -: / ::: h) -, .-;,;. f.u:. #

Засыпкин А.С.Zasypkin A.S.

Котлов М.М.Kotlov M.M.

Лунин Л.С. Lunin L.S.

Claims

1. A transformer DC sensor for relay protection, comprising a current transformer with an air gap in the magnetic circuit with a first electronic thyristor relay connected to its secondary winding and powered by an operative DC voltage and consisting of diodes, a zener diode or a dynistor, a thyristor, a tuning resistor and an intermediate relay characterized in that a second electronic thyristor relay is additionally introduced, also connected to the secondary winding of the current transformer, like the first electronic relay, h cut diodes, but with opposite polarity, and both electronic relays are connected to the operational constant voltage via their parallel-connected opening contacts of the intermediate relays, the second contacts of each of these relays are connected to the tuning resistors of the other electronic relay, and the third are the closing contacts of each of these relays connected in series with the fourth - NC contacts of another relay and form two output circuits of the sensor.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that when installed in a single-sided supply circuit, one contact of each intermediate relay is used, while both electronic relays are connected to the operative constant voltage via the opening contact of the second relay, and one output circuit of the sensor is formed by a closing contact of the first relay.