SU1711255A1 - Высоковольтное герконовое реле - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , конкретнее к электромагнитным реле на герконах, имеющих высоковольтную изол цию между управл ющей и управл емой цеп ми . Устройство позвол ет реализовать максимальную токовую защиту высоковольтной установки переменного тока без использовани  трансформатора тока. Достижение указанного эффекта стало возможным благодар  особой конструкции корпуса реле, позвол ющей устанавливать его непосредственно на шине защищаемой установки, а также использованию в нем специального электронного преобразовател . 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

у

Ј

Изобретение относитс  к электротехнике , конкретно к электромагнитным реле с герконами и высоковольтной изол цией между ними и источником управл ющегр пол  (геркотроны), и может найти примейнэ- ние в системах управлени  и защиты электрических сетей высокого напр жени . :

Известно высоковольтное герконовре реле, содержащее диэлектрический корпус цилиндрической формы с двум  полост ми со стороны торцов корпуса, в одной из которых размещен продольно оси геркон, а а другой - обмотка управлени .

Недостатком этого устройства   вл етс  ограниченна  область применени  из-за невозможности использовани  в сильноточных цеп х энергетических установок с токами пор дка сотен-тыс ч ампер, а также в цеп х переменного тока из-за вибрации геркона и невозможности включени  его в стандартные схемы релейной защиты.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус в форме стакана, геркон, опущенный на дно корпуса, круглую диэлектрическую пластину с кольцевым выступом в центральной части и источник управл ющей МДС в виде катушки, одетой на диэлектрический корпус. Геркон в устройстве размещен своей продольной осью вдоль оси корпуса, а диэлектрическа  пластина навинчена на внешнюю поверхность диэлектрического корпуса в верхней его части, причем кольцева  полость пластины обращена в сторону внешних выводов геркона, а обмотка управлени  вместе с нижней частью диэлектрического корпуса с герконом охвачена ферромагнитным экраном .

Это реле также обладает указанными недостатками.

Целью изобретени   вл етс  рабшире- ние области применени  за счет использою ел ел

вани  реле в сильноточных цеп х переменного тока.

Высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, диэлектрическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг центрального отверсти , геркон и источник МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной дл  размещени  геркона, указанна  полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отверстие диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпуса у ее дна, снабжено электронным преобразователем , конец диэлектрического корпуса, заканчивающийс  глухой торцовой стенкой, с внеш ней стороны выполнен конусообразным с выступом, резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника МДС использована токоведуща  шина с центральным отверстием, диэлектрическа  пластина снабжена делени ми и установлена на выступе диэлектрического корпуса так, что кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанна  токоведуща  шина расположена на выступе диэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольна  ось перпендикул рна продольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразовател .

Электронный преобразователь может быть выполнен в виде Транзистора, конденсатора и двух резисторов, емкость конденсатора выбираетс  из услови 

- arcsln

1ЈP

FMKhsin«

arcsln

F отп

IM К h sin a

7Tft)RM

где Fcp, Forn - соответственно магнитодвижуща  сила срабатывани  и отпускани  геркона ,

1м - амплитудное значение тока в шине, привод щее к срабатыванию геркона;

Kh - коэффициент удаленности геркона от шины;

а- угол между продольными ос ми геркона и шины;

ft) - углова  частота тока в шине;

Rn - сопротивление нагрузки реле, а сопротивление базового резистора из услови 

arcsln

Fc0

R6SIM К h sin a

+ arcsln

F отп

M К h sin (Z

-1пКпбУС

где Кп - коэффициент пульсации напр жени , допустимый дл  нагрузки реле.

Высоковольтный диэлектрический корпус реле имеет специальную конструкцию, позвол ющую устанавливать его на токове- дущей шине и использовать последнюю в

0 качестве источника управл ющей МДС, кроме того, реле снабжено электронным преобразователем , исключающим проникновение колебаний тока, вызванных вибрацией геркона в переменном поле, в нагрузку реле.

5 На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез, со схемой электронного преобразовател ; на фиг. 2 - схема подключени  нагрузки к реле; на фиг. 3 - осциллограммы токов в шине, на входе и выходе

0 электронного преобразовател .

Высоковольтное герконовое реле содержит диэлектрический корпус 1, дно кото- рого с внешней стороны выполнено конусообразным с выступом, диэлектриче5 скую пластину 2 с центральным отверстием и кольцевым выступом геркон 3, расположенный на дне корпуса 1 так, что его продольна  ось перпендикул рна оси корпуса, и включенный на вход электронного преоб0 разовател 4.

В качестве источника управл ющей МДС выбрана токоведуща  шина 5 высоковольтной установки/снабженна  отверстием под выступ диэлектрического корпуса 1,

5 расположенном вдоль ее продольной оси. Электронный преобразователь 4 содержит транзистор 6, конденсатор 7, резистор 8 смещени  базовой цепи и базовый резистор 9. Выводы реле, присоединенные к выходу

0 электронного преобразовател  4, выполнены высоковольтным кабелем (например, типа РМПВН) и последовательно с нагрузкой (фиг. 2} подключены к низковольтному источнику питани  посто нного тика.

5 Реле работает следующим образом.

При возникновении в защищаемой установке режима короткого замыкани  ток в шине 5 значительно возрастает, а создаваема  им МДС, измен  сь по синусоидально0 МУ закону, приводит к поочередному срабатыванию и отпусканию геркона 3 (фиг. 3), причем вследствие высокого быстродействи  геркона он успевает-реагировать на каждую полуволну тока и частота его вклю5 чений вдвое превышает частоту тока в шине 5. При первом замыкании геркона 3 на базу транзистора 6 подаетс  положительный потенциал , он открываетс  и в нагрузке начинает протекать ток. Одновременно с открытием транзистора 6 при замыкании

, контактов геркона 3 происходит зар д конденсатора . Размыкание контактов геркона (при снижении значени  МДС тока в шине 5 до величины МДС отпускани  геркона) не приводит к мгновенному закрытию транзистора б, ибо конденсатор 7, разр жа сь через резистор 9, обеспечивает поддержание положительного потенциала на базе до следующего замыкани  контактов геркона 3, во врем  которого происходит подзар д конденсатора и т.д. Таким образом, колебани  тока, вызванные вибрацией геркона не передаютс  в нагрузку реле, в качестве которой , например, может быть использована обмотка промежуточного реле, включенного в цепь управлени  силового выключател  установки.

Чувствительность реле пропорциональна синусу угла а между продольными ос ми геркона и шины и обратно пропорциональна рассто нию h между этими ос ми. Учитыва , что у геркона, работающего в поле шины, МДС срабатывани  FCp и отпускани  Ротп адекватны величинам тока срабатывани  и отпускани  в шине, можно записать

Fcp.

rep

I ОТП -

К h sin a

F отп

К h sin а

(1) W

где Icp, lorn - ток в шине, привод щий соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона реле;

Kh- коэффициент, завис щий от рассто ни  между продольными ос ми геркона и шины.; Таким образом, путем поворота диэлектрического корпуса реле вокруг своей оси, оно может настраиватьс  на различные токи срабатывани , причем делени , нанесенные на периферии диэлектрической пластины 2, обеспечивают точность установки реле, настроенного на заданный ток, на шине ..- Расчет параметров элементов электронного преобразовател  4 осуществл етс  следующим образом.

Геркон 3. возбужда сь переменной синусоидальной МДС, при включении в цепь посто нного тока генерирует пр моугольные импульсы с длительностью Ти и паузой tn (фиг. 3). Конденсатор 7 дл  обеспечени  работы схемы преобразовател  4 должен успеть зар дитьс  за врем  нахождени  контактов геркона в замкнутом состо нии, т.е. полное врем  его зар да должно удовлетвор ть условию tfRHC U

откуда определ етс  его емкость 7ЩГ(3)

С

При разр де емкости во врем  паузы необходимо, чтобы затухание свободной составл ющей переходного напр жени  на базовом сопротивлении транзистора 6 не превышало заданного коэффициента пульсации на нагрузке Кп (который при исполь- зовании в качестве нагрузки промежуточного реле может характеризоватьс  его коэффициентом возврата)

Кп

и.

U

где U1- напр жение на нагрузке по истечении времени;.

У - номинальное напр жение нагрузки. Указанное требование можно переписать в виде

(-жсг)

где ReC - посто нна  времени разр да конденсатора С на базовый резистор Re, откуда определ етс  сопротивление базового резистора

-In KnlT

2Q Из осциллограммы (фиг. 3) видно, что длительность генерируемых герконом импульсов определ етс  выражением

ft)

(5)

в котором фазы тока wti и wt2 соответственно равны

йщ arcsln

Icp

(6)

40

л

и t2 arcsln + 2 ( Ј - arcsln i-p-)

i ОТП

,tf-arcsin - ,(7)

где Icp, lorn - величина тока управлени , при- вод ща  соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона;

1м - амплитудное значение тока управ- лени .

С учетом (1) и (2) имеют .

50

arcsln- arcsin,ср

м К h sin a F отп

1м К h sin а

(В) (9)

55

Подставл   (В) и (9) в (5), получают окончательное выражение дл  определени  дли- телькости генерируемых герконом импульсов

3t - arcsln

cp

tn

iMKhslna

- arcsln

отп

1м К h sin a

(40)

Длительность паузы tn св зана с длительностью импульса (фиг. 3) следующим образом:

tn-T-tii,

где Т - период генерируемых герконом импульсов , который при синусоидальном сигнале управлени  всегда равен л, или с учетом (10)

arcsln

1м К h sin a

4- arcsln

F отп

(O

Таким образом, выражени  (З) и (4) с учетом выражений (10) и (11), принимают вид

Fcp 1м К h sin С

arcsln

отп

1м К h а

(ИЯНн

arcsln

Рдр

R6 S

lMKhslna

4- arcsln

FOTH

lMKhslnCt

-.{13)

-tnKnCDC

Предположим в реле применен геркон типа КЭМ-2 (FCp «13 А, Р0тп 12 А), в качестве его нагрузки использована обмотка промежуточного реле типа РПУ-0-УХЛЧ- 110В (RH 7300 Ом, Кп - 0.9). угол между продольными ос ми геркона и шины составл ет а 90°, уровень изол ции, реле от шины равен 10 кВ (при рассто нии между герконом и шиной, обеспечивающем этот уровень, Kh - 0,1), а ток KOpotKoro замыкани  в шине равен 300 А. Тогда, согласно (12) и (13) получают

  - arcsln

13

У5ГЗОО-О.

-arcslnЛ .

Я ЗОО 0.1 sin 96°

з,м -3.14-7300

-3.5-10 7Ф«ОЛ5 «(Ф:

ГС 1.т 13-

Re у ЗОО-о .. slnSO0

-arcsJo

12

V5 300-6.1 1в 90

. -In0.9--3t43. -51660 Ом .6«Ом.

Предлагаемое устройство практически реализовано и внедрено в системах максимальной токовой защиты электроустановок 6-10 кВ. Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкое применение, чем известные.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, дизлек- трическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг

   центрального отберсти , геркон и источник МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной дл  размещени  геркона, указан5 на  полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отвер10 стие диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпуса у ее дна, отличающеес  тем. что, с целью расширени  области применени  за счет использовани  реле в сильноточных

   15 цеп х переменного тока, оно снабжено электронным преобразователем, конец диэлектрического корпуса, заканчивающийс  глухой торцовой стенкой, с внешней стороны выполнен конусообразным с выступом,

   20 упом нута  резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника МДС использована токоведуща  шина с центральным отверстием, диэлектрическа  пластина снабжена Делени ми и установлена на вы25 ступе диэлектрического корпуса так, что кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанна  токоведуща  шина расположена на выступе

   30 диэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, упом нутый геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольна  ось перпендикул рна про35 дольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразовател .
2. 2. Реле по п.1, отличающеес  тем, что электронный преобразователь выпол40 нен в виде транзистора, конденсатора и двух резисторов, коллектор транзистора и обща  точка соединени  эмиттера транзистора , отрицательного вывода конденсатора и одного из выводов резистора смещени 

   45 базовой цепи образуют выход реле, а коллектор транзистора и обща  точка соединени  положительного вывода конденсатора и одного из выводов базового резистора - вход реле, причем емкость упом нутого кон50 денсатора выбираетс  из услови 

   LCЈiFMKhslna

   - arcsfn

   Ротп

   lMKhslnCC

   ytti)R

   где Fcp, Forn - соответственно магнитодвижуща  сила срабатывани  и отпускани  упом нутого геркона;

   1М,- амплитудное значение тока в шине, привод щего к срабатыванию геркона;

   Kh - коэффициент удаленности геркона от шины;

   а- угол между продольными ос ми геркона и шины;

   О) - углова  частота тока в шине;

   RH - сопротивление нагрузки реле.

   Ґ

   а сопротивление упом нутого базового резистора - из услови . .

   arcsln

   F«

   1М К h sin и

   f arcsln

   РОТП

   lMKh3lnЈC

   R6 -InKnWC

   где Кл - коэффициент пульсации напр жени , допустимый дл  нагрузки реле.

   }6-ШкВ

   Ш,2

   Риг.З