SU1661898A1 - Устройство дл токовой защиты асинхронного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области релейной защиты элементов электрических систем. Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности, селективности и надежности функционировани . Цель достигаетс  за счет выделени  свободной составл ющей тока машины фильтровым методом из сигнала, получаемого гашением большей части мгновенного значени  пускового тока. После фильтрации свободных составл ющих тока асинхронной машины осуществл етс  компенсаци  апериодической составл ющей, выдел емой как разность амплитуд первого периода тока. Когда частота вращени  ротора машины пренебрежимо мала, практически отсутствуют субгармонические составл ющие токов. Тепловое состо ние машины моделируетс  трем  апериодическими элементами с взаимной св зью и ключевой схемой увеличени  посто нной времени нагрева модели при успешном пуске машины. Контроль теплового состо ни  осуществл етс  дл  моделей обмоток статора и ротора. Устройство защиты обеспечивает пониженный сигнал небаланса частотой 50 Гц в выдел емых свободных составл ющих тока. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к области электротехники , а именно к средствам релейной защиты электрических машин и может быть использовано на электрических станци х, подстанци х, в районных электрических сет х , а также системах электроснабжени  промышленных предпри тий дл  предотвращени  повреждений асинхронных электродвигателей в результате заклиниваний ротора , несосто вшихс  пусков, перегрузок, локализации размеров внутренних повреждений .

Цель изобретени  - повышение чувствительности , селективности и надежности функционировани  защиты электродвигател .

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - принципиальна  электрическа  схема.

Устройство содержит измеритель 1 тока электродвигател  в цепи его статора, включающий в себ  трансформатор 2 тока и преобразователь 3 ток-напр жение (промежуточный трансформатор, нагруженный резистором ). К выходу последнего через ограничитель 4 уровн  сигнала на заданное значение подключены выпр мители положительных 5 и 7 и отрицательных 6 и 8 полуволн тока. Перва  группа выпр мителей 5 и 6 нагружена инерционным звеном 9, соединенным через орган 10 компенсации апериодического тока с триггером-компаратором 11, а также с ключом 12. Втора  группа выпр мителей 7 и 8 присоединена к элементу 13 задержки, нагруженному управл ющей цепью ключа 12, а также к блоку многоконтурного 14 RC-аналога теплового состо ни  электродвигател  и формирователю 15 нао о

00

со

00

пр жени , пропорционального производной принужденного тока асинхронного двигател . Выходы блоков 14 и 15 через компаратор 16 соединены с исполнительным ,орга- ном 17 устройства защиты. При этом блок 14 многоконтурного RC-аналога теплового состо ни  св зан с выходом триггера-компаратора 11.

Устройство работает следующим образом .

Ток статора защищаемого электродвигател  преобразуетс  трансформатором 2 тока к уровню первичного номинального тока промежуточного трансформатора, который вместе с регулировочным резистором в цепи его вторичной обмотки образует преобразователь ток-напр жение 3. Его выходное напр жение после гашени  стабилитроном ограничител  4 (ограничитель гасит часть напр жени , численно равнчю 0,75-0,85/ , где /„ - паспортное значение пуске, : то тока электродвигател ) преобразуетс  ,)иоиолу- периодными выпр мител ми 5 и 6 го слаживающими конденсаторами в напрг/ они , пропорциональные амплитудам соответственно положительной и отрицательной полуволн тока статора защищаемой машины за вычетом заданного значени  (уровн  0,75-0,85 /„), что позвол ет уменьшить долю сигнала, пропорционального принужденной составл ющей пускового тока частотой 50 Гц). Кроме того, выходное напр жение измерител  1 тока без ограничени  преобразуетс  выпр мител ми 7 и 8 в напр жени , пропорциональные амплитудам соответственно положительной и отрицательной полуволн гока статора машины.

Каждый из полупериодов принужденной составл ющей пускового тока частотой 50 Гц действует вместе со свободными составл ющими: апериодической ia и низкочастотной периодической /„ J. На интервалах а-х мени, когда суммарный свободный ток по ю/ките- лен, амплитуда положительной пол волны принужденного тока увеличиваетс , а амплитуда отрицательной уменьшаетс . Следовательно , напр жени  на выходах выпр мителей 5 и 7 отличаютс  от напр жений выходов 6 и 8 на величину, пропорциональную свободному току машины.

Напр жени  выпр мителей 5 и 6 имеют различные знаки и суммируютс , операционным усилителем инерционного звенз 9. В результате суммировани  значени  свободных составл ющих удваиваютс , а принужденных - компенсируютс . Поэтому выходное напр жение инерционного звена 9 (имеющего посто нную времени 20-25 мс) пропорционально свободной составл ющей тока машины . d- Так как составл юща  in cH по вл етс  только при разгоне машины, то она  вл етс  признаком успешного пуска. Ее выделение поэтому необходимо дл  иден- тифицикации разгона машины. Следует отметить , что точной компенсации принужден0

5

0

0

5

0

5

ного тока частотой 50 Гц получить на неинвертирующем входе операционного усилител  органа 9 не удаетс , хот  компенсируютс  сигналы, пропорциональные не амплитудам пускового тока, а только его части (1 - 0,75-0,85)/„(0,25-0,5)/„. Дл  подавлени  сигнала небаланса частотой 50 Гц орган 9 и выполн етс  в виде инерционного звена с посто нной времени 20-25 мс, что придает ему свойства частотного фильтра и увеличивает отношение полезного низкочастотного сигнала к сигналу небаланса на его выходе.

Дл  разделени  результирующего свободного тока, выдел емого инерционным звеном 9, на периодическую и апериодическую составл ющие в первые 25-28 мс после подключени  двигател  к сети (увеличени  тока до пускового значени ) выход звена 9 нагружаетс  ключом 12 на элемент 10 выделени  апериодического тока. Разделение свободных апериодических и периодических составл ющих основано на зависимости периодических составл ющих от час- готы вращени  ротора шг, в частности генераторном характере их возникновени , а следовательно , равенстве нулю при заторможенном роторе. В момент подключени  электродвигател  к сети как раз и имеет месте равенство нулю частоты вращени . ПОЭТОУ в данный момент измер емый ток, а следовательно , напр жение на выходе инерционного звена 9 не содержат свободной периодической составл ющей. То же относитс  к первым дес ткам миллисекунд разгона двигател , когда частота вращени  ротора пренебрежимо мала. Следует отметить, что первый после включени  машины отрезок времени в 25-28 мс ключ 12 соедин ет блок 10 выделени  апериодической составл ющей с выходом инерционного звена 9: это врем  необходимо дл  выделени  апериодической составл ющей тока выпр мител ми 5 и 6. Первый период - полтора осуществл етс  сопоставление амплитуд положительной и отрицательной полуволн тока, формирование разности их модулей, т. е. выделение апериодической составл ющей.

Напр жением, пропорциональным апериодической составл ющей тока, зар жаетс  конденсатор элемента 10, подсоедин емый при запуске электродвигател  ключом 12 к земле и потенциальному выходу инерционного звена 9. Через 25-28 мс ключ 12 де- шунтирует вход триггера-компаратора 11. При этом конденсатор элемента 10 оказываетс  подключенным последовательно с выходом блока 9, причем его напр жение, пропорциональное апериодической составл ющей переходного тока, вычитаетс  из суммарного свободного тока на выходы блока 9. Следовательно, на входе триггера-компаратора 11 действует только свободна  периодическа  составл юща  переходного пускового тока

Компаратором 11 с положительной обратной св зью осуществл етс  сравнение текущего значени  свободного периодического тока с заданным значением (как при положительном его знаке, так и при отрицательном ). Ненулевое значение опорного напр жени  компаратора исключает возможность его срабатывани  от небаланса частотой 50 Гц. Компаратор отстраиваетс  от сигнала небаланса частотой 50 Гц при кратности первичного тока, равной пусковой в заторможенном роторе.

Триггер-компаратор 11 при наличии низкочастотного периодического тока переключаетс  и удерживаетс  за счет положительной обратной св зи в состо нии положительного выходного сигнала, отпира  транзистор RC-аналога теплового состо ни  двигател . Транзистор подключает дополнительную емкость к RC-аналогу нагрева машины, увеличива  до максимального значени  врем  достижени  ее выходным напр жением порога срабатывани  выходного компаратора 16. Питание Л С-аналога осуществл етс  от последовательно соединенных однополу- периодных выпр мителей 7 и 8. Многоконтурный тепловой ЯС-аналог эквиваленти- рует нагрев каждого из разнородных в тепловом отношении элементов машины: обмоток статора, стали, обмоток ротора. Каждому из перечисленных элементов машины соответствует отдельна  емкость и резистив- на  св зь с измерителем тока машины, а также взаимные резистивные св зи, характеризующие взаимную теплопередачу нагревающихс  элементов машины. Пропорциональные температурам обмоток напр жени  конденсаторов подаютс  на компаратор 11.

Если по истечении времени, равного длительности разгона машины, ее ток не снизил своего значени  до уровн  номинального или меньшего значени , напр жение выхода тепловой модели вместе с дополнительным конденсатором достигает порога переключени  компаратора, который вырабатывает сигнал на срабатывание исполнительного органа 17, а соответственно отключение электродвигател .

В том случае, когда низкочастотный периодический ток отсутствует, т. е. ротор машины не разворачиваетс , триггер-компаратор 11 не переключаетс , транзистор RC- аналога теплового состо ни  заперт, дополнительный конденсатор исключен из контура зар да. Посто нные времени зар да основных конденсаторов тепловой модели при этом много меньше и, следовательно, при пусковой кратности измер емого тока, но заторможенном роторе выходное напр жение достигает порога переключени  выходного компаратора с ускорением, обеспечива  отключение электродвигател  при несосто вшемс  пуске с меньшей выдержкой времени.

Выходное напр жение выпр мителей 7 и 8, кроме того, преобразуетс  формирова0

5

5

телем 15 в напр жение ,i-dIn/ /dt, где К, К - вещественные коэффициенты , определ ющие соотношение тока и его производной в рабочем сигнале отсечки; /а- действующее значение принужденной составл ющей тока частотой 50 Гц. Это напр жение также сравниваетс  компаратором с опорным, обеспечива  срабатывание защиты при сверхтоках без выдержки времени, т. е. отсечку по току.

Короткие замыкани , к которым нечувствительна отсечка, вызывают срабатывание выходного компаратора за счет быстрого нарастани  напр жени  блока 14. Так как субгармонические составл ющие в этом случае отсутствуют, то транзистор блока 14 заперт, дополнительный конденсатор отключен , посто нные времени зар да конденсаторов блока 14 существенно уменьшены. Кроме того, при кратност х тока, превышающих QJKnIHOM (Кп - кратность пускового

0 тока, 1НОМ - номинальный ток статора машины ), через 25-28 мс срабатывает орган 7 задержки, ускор   выходным напр жением нарастание напр жени  блока 14. Достижение порога переключени  компаратора 16 при этом происходит за врем , не превышающее 0,5 с.

При перегрузках машины блок 14 не подвержен ни замедлению путем включени  его транзисторного ключа, ни ускорению напр жением блока 13. В этом случае врем  изменени  его напр жени  до уровн  срабатывани  максимально приближено к характеристике перегрузочной способности защищаемой машины, обеспечива  допустимый тепловой режим двигател  без повреждени  изол ции его обмоток, а также максимальное использование электроприводом перегрузочных свойств двигател .

Положительный эффект, обеспечиваемый новой совокупностью признаков, состоит в повышении чувствительности устройства к свободной периодической составл ющей пускового тока асинхронного электродвигател , а соответственно, селективности его защиты. Это обеспечиваетс  выделением свободной низкочастотной составл ющей тока статора машины не из пускового тока,

5 имеющего высокую кратность принужденного тока частотой 50 Гц, - источник большого небаланса, а из разности сглаженных напр жений , пропорциональных амплитудам полуволн тока статора различных знаков с вычитанием из каждой полуволны задан0 ной величины (75-85% от уровн  пускового тока) и, кроме того, - исключением апериодического небаланса путем выделени  и компенсации апериодической составл ющей в свободном переходном токе. Повышение чувствительности устройства и субгармонической составл ющей тока электродвигател  повышает селективность его защиты, а именно исключает неселективные срабатывани  при использовании устройства дл 

0

5

0

5

защиты двигателей существенно различной мощности, а следовательно, с различными уровн ми свободного периодического тока, когда в известном устройстве за счет нечувствительности возможны ускоренные срабатывани  в услови х пуска машины.

Кроме того, устройство имеет повышенную надежность функционировани , обеспечиваемую совмещением функций компаратора и ключа с самоудержанием одним операционным усилителем, имеющим свойства компаратора и триггера.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  токовой защиты асинхронного электродвигател , содержащее трансформатор тока, первична  обмотка которого предназначена дл  включени  в одну из фаз питающей сети, вторична  его обмотка через преобразователь ток-напр жение соединена с входами двух однополу- периодных выпр мителей положительной и отрицательной полуволн тока со сглажи- вающими конденсаторами и разр дными резисторами, выходы которых подключены к соответствующим входам элемента задержки , многоконтурного RC-аналога теплового состо ни  электродвигател  и формирова0

   тел  напр жени , пропорционального производной принужденного тока асинхронного электродвигател , выход которого соединен с входом компаратора, другие входы которого соединены с соответствующими выходами многоконтурного / С-аналога теплового состо ни  электродвигател , выход компаратора соединен с входом исполнительного органа, выход элемента задержки соединен с управл ющим входом ключа, выход которого соединен с входами триггера-компаратора и органа компенсации апериодического тока, другой вход которого соединен с выходом инерционного звена, отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности , селективности и надежности функционировани , в него дополнительно введены третий и четвертый однополупериодные выпр мители положительной и отрицательной полуволн тока, входы которых соединены с выходами вновь введенного ограничите   уровн  сигнала, входом соединенного с выходом преобразовател  ток-напр жение, выходы упом нутых выпр мителей подключены к соответствующим входам инерционного звена, а выходы триггера-компаратора

   5 и элемента задержки подключены к соответствующим входам миогоконтурного RC- аналога теплового состо ни  электродвигател .

   0

   Фиг.1

   9 +

   CN

   -Пн-li

   Сл.,3i j