SU736250A1

SU736250A1 - Method of short-circuiting current protection of ac mains

Info

Publication number: SU736250A1
Application number: SU772482420A
Authority: SU
Inventors: Леонид Наумович Карпиловский; Сергей Иосифович Раскин
Original assignee: Предприятие П/Я В-2156
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1980-05-25

Description

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к способам защиты электрических сетей от токов короткого замыкания.The invention relates to measuring technique, in particular to methods for protecting electrical networks from short circuit currents.

Известен способ защиты, основанный на фиксации превышения допустимого пре— ⁵дела тока в сети и отключении этой сети от источника электроэнергии [1] . Этот способ используется в автоматических воздушных выключателях .Known protection method based on exceeding the allowable fixation pre- ⁵ in case the current network and the network is disconnected from the power supply [1]. This method is used in automatic air circuit breakers.

Недостатком этого способа защиты яляется низкое быстродействие, вызванное значительной длительностью временного интервала от момента фиксации превышения тока до момента отключения се— ти, причем в течение этого времени величина тока в сети продолжает нарастать. Известен также способ защиты, основанный на определении приращения тока в сети за временные интервалы и отклю— чении сети при превышении любым приращением наперед заданного допустимогг значения, используемый в комплекте защиты для выключателей АБЭ и.The disadvantage of this protection method is the low speed caused by the considerable length of the time interval from the moment the excess current was detected until the network was turned off, and during this time the current in the network continues to increase. There is also a known method of protection based on determining the current increment in the network over time intervals and turning off the network when any increment exceeds the predetermined permissible value used in the protection kit for ABE switches and.

Недостатком такого способа является нарастание за равные промежутки времени тока в сети, в зависимости от режима короткого замыкания, до различных величин, которые могут превышать допустимые значения. Отключение же осуществляют, ориентируясь на превышение максимального значения производной тока по времени.The disadvantage of this method is the increase for equal intervals of time the current in the network, depending on the short circuit mode, to various values that may exceed the permissible values. Shutdown is carried out, focusing on exceeding the maximum value of the derivative of the current with respect to time.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности защиты.The purpose of the invention is to increase the speed and reliability of protection.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты электрической сети переменного тока от тока короткого замыкания, основанном на нахождении приращения тока за временные интервалы, сравнения указанных приращений с эталонной величиной с последующим отключением сети в случае превышения каким-либо из приращений эталонной величины, дополнительно определяют момент перехода тока, в сети через нуль и с этого момента начинают формировать временные интервалы. длительность которых поддерживают соответствующей равным приращениям нормально изменяющегося тока в сети.This goal is achieved by the fact that in the method of protecting an alternating current electric network from short circuit current, based on finding the current increment over time intervals, comparing the indicated increments with a reference value and then turning off the network if any of the increments exceeds the reference value, additionally determine the moment of transition of the current through the network through zero and from this moment time intervals begin to form. the duration of which is maintained corresponding to equal increments of the normally changing current in the network.

Способ заключается в следующем. Определяют каждый момент перехода тока в защищаемой сети через нуль; выделяют неравные временные интервалы a t_z 4 Atз i Δ.. Λt_n? соответствующие предполагаемым одинаковым приращением этого тока д'ц = д исходя из теоретической формы кривой синусоидального тока, запоминают, например, ток в момент начала каждого интервала. Например, для первого интервала At. ЛЬ =0.( см. фиг. 1). НаходятThe method is as follows. Each moment of current transfer in the protected network through zero is determined; unequal time intervals at _z 4 Atз i Δ .. Λt _n? corresponding to the assumed identical increment of this current d'c = d based on the theoretical shape of the sinusoidal current curve, remember, for example, the current at the beginning of each interval. For example, for the first interval At. L = 0. (See Fig. 1). Find

Н.| в течение этого интервала разность между текущим током (от 1_И =£> до = Ц ) и зафиксированным значением тока At^ . Затем в начале следующего интервала д-t запоминают новое значение тока i — i ив течение всего изменения тока² на временном интервале Δ tg находят разность между текущим током и зафиксированным током (_ц . Аналогичные действия производят на каждом из упомянутых интервалов.N. | during this interval, the difference between the current current (from 1 _AND = £> to = C) and the fixed value of the current At ^. Then, at the beginning of the next interval d-t, a new value of current i - i is remembered, and during the entire change in current ² in the time interval Δ tg, the difference between the current current and the fixed current is found ( _c . Similar actions are performed on each of the mentioned intervals.

736250 4 тока (dt /di ) . Этим самым проводится как бы дифференцирование времени по току, т. е. операция, обратная широко известной операции дифференцирования, когда при физической реализации этого ⁵ математического понятия осуществляют измерение различных приращений тока за одинаковые промежутки времени в пределе, сводящиеся к измерению теку1Q щего в каждый данный момент изменения тока к изменению времени (di/dt). Учитывая, что в период включения асинхронных дигателей или другой нагрузки в сети происходят переходные процес— сы, в системе предусмотрена блокировка от ложных отключений защиты во время включения нагрузки.736250 4 currents (dt / di). This thereby carries out a differentiation of time with respect to current, i.e., an operation inverse to the well-known differentiation operation, when during the physical implementation of this ^5th mathematical concept, various current increments are measured over the same time intervals in the limit, which are reduced to measuring the current flowing into each given moment of current change to time change (di / dt). Considering that during the period of switching on asynchronous motors or another load in the network transient processes occur, the system provides for blocking from false protection trips during load switching.

Функциональная схема одной из возможных реализаций предлагаемого спо— ₃0 соба приведена на фиг. 2.The functional diagram of one of the possible implementations of the proposed method — ₃ 0 soba is shown in FIG. 2.

Датчик тока 1 соединен со входом блока синхронизации 2, выход которого через временной распределитель 3 соединен с блоком 4 управления временем пре²⁵ бывания одновибратора 5 в неустойчивомThe current sensor 1 is connected to the input of the synchronization unit 2, the output of which through the time distributor 3 is connected to the control unit 4 for the time ^{25 of the} single-vibrator 5 being unstable

При превышении разницы между текущим током в сети и зафиксированным значением тока в начале соответствующего интервала наперед заданного допустимого значения производят отключение сети.If the difference between the current current in the network and the fixed current value at the beginning of the corresponding interval in advance of the specified allowable value is exceeded, the network is switched off.

Таким образом, выбрав определенное значение тока, которое не должно превышать разность между текущим током в любом интервале и зафиксированным значением тока в начале этого же интервала, обеспечивают защиту сети от короткого замыкания уже в начальный момент ' нарастания тока, не дожидаясь окончания данного временного интервала Д( , в отличие от прототипа, где при проведении дифференцирования тока по времени (di /dl) при практической реализации этой операции cU/dl = a'/At величину при— ₄₅ращения Д| и ее изменение оценивают только после завершения длительности данного интервала йФ . . При этом принципиально исключается возможность возрастания тока в сети до недопустимых значений.Thus, by choosing a certain current value, which should not exceed the difference between the current current in any interval and the fixed current value at the beginning of the same interval, they protect the network from short circuit already at the initial moment of the current increase, without waiting for the end of this time interval D (unlike the prototype, wherein during the derivation of the current in time (di / dl) in the practical implementation of this operation cU / dl = a '/ at magnitude pri- ₄₅ rashchenija d | and its change is evaluated only after the d the duration of this interval of F. In this case, the possibility of increasing the current in the network to unacceptable values is fundamentally excluded.

Таким образом, в отличие от прототипа происходит квантование тока в каждый стробируемый момент времени и вследст-» вие этого принципиальная невозможность _5Jпревышения им заданной величины в текущее время, т. е. измеряют различные по длительности отрезки времени, соответствующие одинаковым приращениям состоянии, выход которого соединен со входом времязадающей цепочки одновибратора 5. Одновременно выход временного распределения 3 соединен со входом одновибратора 5 и с входом одновибратора 6. Выход датчика тока 1 через ключ 7 и переключатель 8 соединен со входом запоминающего устройства 9, выход которого соединен с одним из входов сравнивающего устройства 10, второй вход которого соединен со вторым выходом переключателя 8. Выход сравнивающего устройства 10 соединен со входом ключа 11. Выход ключа 11 соединен со входом порогового устройства 12, выход которого через ключ 13 соединен с автоматом отключения (ключом) 14. Автомат 14 включен в электрическую сеть. Выход одновибратора 5 соединен с управляющим входом ключа 7, а один из выходов одновибратора 6 соединен с управляющим входом ключа 8, другой же его выход соединен с управляющим входом ключа 11. Второй выход одновибратора 3 соединен со входом стирания запоминающего устройства 9. На управляемый вход ключа 13 подается команда о запрограммированном включении нагрузки (дополнительной).Thus, in contrast to the prototype, the current is quantized at each gated time instant and, as a result, it is fundamentally impossible for _{5J to} exceed the specified value at the current time, that is, they measure different lengths of time corresponding to identical increments of the state whose output connected to the input of the timing chain of the one-shot 5. At the same time, the output of the temporary distribution 3 is connected to the input of the one-shot 5 and the input of the one-shot 6. The output of the current sensor 1 through the key 7 and the switch 8 is connected to the input of the storage device 9, the output of which is connected to one of the inputs of the comparing device 10, the second input of which is connected to the second output of the switch 8. The output of the comparing device 10 is connected to the input of the key 11. The output of the key 11 is connected to the input of the threshold device 12, the output which through a key 13 is connected to a trip machine (key) 14. The machine 14 is included in the electrical network. The output of the single-vibrator 5 is connected to the control input of the key 7, and one of the outputs of the single-vibrator 6 is connected to the control input of the key 8, the other output is connected to the control input of the key 11. The second output of the single-vibrator 3 is connected to the erase input of the storage device 9. To the controlled input of the key 13, a command is issued about the programmed load switching (optional).

Работа происходит следующим образом, С датчика тока 1 на блок синхронизации 2 поступает информация о частоте сети переменного тока. Блок син хронизации 2 выдает на временной распределитель 3 сигнала с частотой, кратной частоте сети (например, удвоенной), фиксируя при этом моменты перехода тока в сети через нуль. Сигналы с временного распределителя 3 поступают на блок 4 управления временем пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоянии, который* в зависимости от очередности поступления сигнала задает время пребывания одновибратора 5 в неустойчивом положении, Одновременно сигнал с временного распределителя 3 переводит одновибраторы 5 и 6 в неустойчивое состояние. Перевод одновибратора 5 в неустойчивое состояние вызывает замыкание ключа 7, а перевод в неустойчивое состояние одновибратора 6 вызывает переключение переключателя 8 и подключение входа запоминающего устройства 9 к выходу ключа 7. Таким образом, информация о величине тока в сети поступает с выхода датчика тока 1 на вход запоминающего устройства 9 и фиксируется.The work is as follows, From the current sensor 1 to the synchronization unit 2 receives information about the frequency of the AC network. The synchronization unit 2 provides a signal to the time distributor 3 with a frequency that is a multiple of the network frequency (for example, doubled), while fixing the moments when the current in the network passes through zero. The signals from the temporary distributor 3 are fed to the control unit 4 for the residence time of the one-shot 5 in an unstable state, which * depending on the order of arrival of the signal sets the time the stay of the one-shot 5 in an unstable position.At the same time, the signal from the temporary distributor 3 puts the one-shots 5 and 6 into an unstable state. The translation of the single-vibrator 5 into an unstable state causes the closure of the key 7, and the translation into the unstable state of the single-vibrator 6 causes the switch 8 to be switched and the input of the storage device 9 to be connected to the output of the key 7. Thus, information about the current in the network comes from the output of the current sensor 1 to the input storage device 9 and is fixed.

Затем одновибратор 6 переходит в устойчивое состояние и переключатель 8 подключает к выходу ключа 7 уже второй вход сравнивающего устройства 10. Одновременно замыкается ключ 11 по сигналу возвращения одновибратора 6 в устойчивое положение.Then the one-shot 6 goes into a stable state and the switch 8 connects to the output of the key 7 already the second input of the comparator 10. At the same time, the key 11 closes by the signal of the return of the one-shot 6 to a stable position.

Таким образом, в начале интервала стробирования запоминается величина тока в сети, а затем текущая информация о величине тока в сети поступает в течение пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоянии на второй вход сравнивающего устройства 10.Thus, at the beginning of the gating interval, the current in the network is stored, and then the current information about the current in the network is received during the stay of the one-shot 5 in an unstable state at the second input of the comparator 10.

Если абсолютная величина разности сравниваемых величин превысит порог срабатывания порогового устройства 12, который определяет допустимое приращение тока в сети за переменные интервалы стробирования, определяемые временем пребывания одновибратора 5 в неустойчивом состоянии, сигнал с порогового устройства 12, пройдя через ключ 13, вызовет отключение автоматаIf the absolute value of the difference between the compared values exceeds the threshold of the threshold device 12, which determines the admissible increment of the current in the network for variable gating intervals, determined by the time the single vibrator 5 is in an unstable state, the signal from the threshold device 12, passing through the key 13, will turn off the machine

14. Если на управляемый вход ключа 13 поступит команда о предстоящем включе— нии дополнительной нагрузки, то ключ 13 на заданное время, определяемое длительностью переходного процесса, возникающего при включении этой нагрузки, разорвет цепь, отключив на это время защиту от сети.14. If a command about the upcoming inclusion of additional load arrives at the controlled input of key 13, then key 13 will break the circuit for a predetermined time, determined by the duration of the transition process that occurs when this load is turned on, disconnecting the network protection for this time.

Введение ключа 11 преследует цепь опробирования собственно сравнения двух величин, давая разрешение на снятие ин- формации о сравнении только в случае одновременного присутствия сигналов на обоих входах сравнивающего устройству! О,The introduction of the key 11 pursues the chain of testing the actual comparison of two quantities, giving permission to remove information about the comparison only in the case of the simultaneous presence of signals at both inputs of the comparing device! ABOUT,

Предлагаемый способ позволяет повысить быстродействие системы защи- ты и повысить на^жность вследствие ограничения токов короткого замыкания в определенных границах. Кроме . того, предлагаемый способ позволяет в принципе прогнозировать режим корот— 20 кого замыкания или будущее превышение токами в цепи некоторого заданного уровня.The proposed method allows to increase the speed of the protection system and increase the reliability due to the limitation of short-circuit currents within certain limits. Besides . Moreover, the proposed method allows, in principle, to predict the short-circuit mode or future excess currents in the circuit of a certain given level.

Claims

corresponding to equal increments of normally varying current in the network. The method is as follows. Each moment of the current conversion 8 of the protected network through zero is determined; allocate unequal time intervals ut at Atjiu ..., corresponding to the assumed equal increments of this current and || li, ft ij -...-- D | based on the theoretical shape of the sinusoidal current curve, remember, for example, the current at the beginning of each interval. For example, for the first inter (see Fig. 1), Find the ut ut shaft. during this interval, the difference between current current (from u1 and fixed current value utg) Then, at the beginning of the next interval lt, the new current i is remembered and during the entire change in time interval i i the stroke t the difference between the current current and the fixed current | The same actions are performed on each of the above-mentioned intervals. When the difference between the current in the network is exceeded and the fixed value of the current at the beginning of the corresponding interval in advance of the specified allowable value, it is turned off Thus, choosing a certain current value, which should not exceed the difference between the current current in any interval and the fixed current value at the beginning of the same interval, protects the network from short-circuiting already at the initial moment of current increase without waiting for the end of the current. time interval & (., in contrast to the prototype, where when conducting a research institute of current differentiation over time (dl / di) during the practical implementation of this operation di / d is ui / At, the value for increasing D | and its change is estimated only after the termination of the given interval At, at the same time, the possibility of increasing the current in the network to unacceptable values is ruled out. Thus, unlike a prototype, current is quantized at each gated moment of time, and it is entirely impossible that it cannot exceed a given value at the current time, i.e., time intervals corresponding to the same increments of 7 04 are measured. (dit / d) ; The most current is the time differentiation by current, i.e., the operation is inverse to the well-known differentiation operation, when, during the physical implementation of this mathematical understanding, various current increments are measured for equal periods of time in the limit, which reduces to the measurement of the current every given moment of change in current to change in time (di / cJf). Taking into account that during the switching on period of asynchronous drives or other loads in the network transients occur, the system provides for blocking from false disconnections of protection during switching on of the load. A functional diagram of one of the possible implementations of the proposed method is shown in FIG. 2. Current sensor 1 is connected to the input of synchronization unit 2, the output of which through temporary dispenser 3 is connected to unit 4 controlling the residence time of one-vibrator 5 in an unstable state, the output of which is connected to input one-time master circuit of one-vibrator 5, simultaneously output time distribution 3 connected to the input of the one-shot 5 and to the input of the one-shot 6. The output of the current sensor 1 through the switch 7 and the switch 8 is connected to the input of the storage device 9, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison device 10, the second input of which is connected to the second output of the switch 8. The output of the comparison device 10 is connected to the input of the key 11. The output of the key 11 is connected to the input of the threshold device 12, the output of which through the key 13 is connected to the automatic disconnecting device (key) 14. The automatic device 14 is turned on into the electrical network. The output of the one-shot 5 is connected to the control input of the key 7, and one of the outputs of the one-shot 6 is connected to the control input of the key 8, the other output is connected to the control input of the key 11. The second output of the one-shot 3 is connected to the erase input of the memory 9. On the controllable input of the key 13 is given a command to program the load (extra). The operation proceeds as follows. From the current sensor 1, the synchronization unit 2 receives information on the frequency of the AC network. The block of synchronicity 2 outputs to the time distributor 3 signals with a frequency that is a multiple of the network frequency (for example, doubled) while fixing the moments of the transition to the network through zero. The signals from the time distributor 3 are fed to the unit 4 for controlling the residence time of the single vibrator 5 in an unstable state, which, depending on the signal arrival sequence, determines the residence time of the single vibrator 5 in an unstable position. At the same time, the signal from the time distributor 3 transfers the single vibrators 5 and 6 to an unstable state. Putting the one-shot 5 into an unstable state causes the switch 7 to close, and putting the one-shot 6 into an unstable state causes the switch 8 to switch and connect the input of the memory 9 to the output of the switch 7. Thus, information about the current in the network comes from the output of the current sensor 1 to the input of the memory device 9 and is fixed. Then the one-shot 6 goes into a steady state and the switch 8 connects to the output of the key 7 the second input of the comparing device 10. At the same time, the key 11 closes by the return signal of the one-shot 6 to the stable position. Thus, at the beginning of the gating interval, the magnitude of the current in the network is remembered, and then the current information on the magnitude of the current in the network is received during the stay of the single oscillator 5 in an unstable state at the second input of the comparison device 10. If the absolute value of the difference of the compared values exceeds the threshold threshold of the threshold device 12, which determines the allowable increment of the current in the network for variable gating intervals, determined by the residence time of the one-vibrator 5 in an unstable state; device 12, having passed through key 13, will cause the automaton 14 to turn off. If a controlled input of key 1 receives a command to indicate the additional load, key 13 for a specified time determined by the duration of the transient process that occurs when this load is turned on , breaks the circuit, disconnecting the protection from the network at this time. The introduction of key 11 pursues the testing circuit itself comparing two quantities, allowing the removal of information about comparing tapes in the case of simultaneous presence of signals at both inputs to a comparative device O. The proposed method allows to increase the speed of the protection system and increase reliability due to the limitation of short circuit currents in certain boundaries. In addition, the proposed method allows, in principle, to predict the short circuit mode or the future currents in the circuit of a certain predetermined level. Claim Method A method for protecting an AC mains current from a short circuit current based on finding current increments over time intervals, comparing said increments with a reference value and then disconnecting the network in case of exceeding any of the reference value increments, characterized in that increase the speed and reliability of protection, additionally determine the MOiyieHT of the current transition in the network through zero and from this moment begin to form time intervals, the duration of which Maintain the corresponding equal increments of normally varying current in the network. Sources of information taken into account in the examination 1. Kuznetsov R. S. Apparatuses for low voltage switchgear. M.-L ,, Gosenergoizdat, 1962, p. 138-145.

2. A set of high-speed semiconductor protection K63-O1 type of circuit breakers ABE.TTs 16.536.372-73.