SU748629A1 - Устройство дл защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты электрического оборудования от сверхтоков и перегрузок (как симметричных, так и несимметричных) и тепловых повреждений, вы- $ званных ими.

Известны аналогичные устройства зашиты, выполненные с использованием как электромеханических, так и полупроводниковых элементов, а. также элементов аналоговой техни- ₁₀ ки [1].

Эти устройства имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение.

Так, индукционные реле потребляют большую мощность от датчиков тока, имеют ступенчатую ₁₅ регулировку тока срабатывания, невысокую точность и надежность. .

Известно устройство токовой защиты с выдержкой времени, содержащее датчики тока, фильтры основной частоты, блоки пуска и ₂о возврата) элемент времени, выполненный на RC-цепи, исполнительный орган [21.

Недостатками этого устройства являются невозможность перестройки характеристики сра2 батывания, относительно большая потребляемая мощность (за счет работы датчиков в режиме насыщения).

Известно также устройство, содержащее датчики тока, источник стабильного напряжения* интегрирующий конденсатор с транзисторами в цепях заряда и разряда, пороговый элемент и выходной орган [3].

. К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность изменения характеристики срабатывания, отсутствие плавной регулировки времени срабатывания и возврата.

В настоящее время известны устройства, выполненные с использованием операционных усилителей (ОУ) постоянного тока интегрального исполнения, которые свободны от многих перечисленных недостатков. В качестве прототипа выбрано устройство, содержащее входной преобразователь, вход которого связан с выходами трансформаторов тока защищаемого объекта, фильтр симметричных составляющих, вход которого подключен к выходу преобразователя ток-напряжение, выпрямитель, вход которого через частотный фильтр подклю' ' 3 чен к выходу фильтра симметричных составляющих, функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу выпрямителя, интегратор, вход которого подключен к выходу функционального преобразователя; детектор уровня, вход которого подключен к выходу интегратора, триггер, вход которого подключен к выходу детектора уровня, контрольный элемент, управляющий работой интегратора, вход которого подсоединен к выходу выпрямителя, а выход - ко входу интегратора [4]. *

К недостаткам этого устройства можно отнести следующие: не обеспечивается минимальная. выдержка времени при больших кратностях тока защищаемого объекта; не предусмотрена простая регулировка времени срабатывания и возврата устройства; время возврата устройства в исходное состояние постоянно, т.е. не зависит от величины тока, протекающего через защищаемый объект после ликвидаций тока перегрузки или сверхтока.

Цель изобретения — устранение отмеченных недостатков, а именно повышение надежности функционирования и увеличения быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в изУ веСтное устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока, ьэдключенные к защищаемому объекту, выходы которых соединены со входами соответствующих преобразователей то к-напряжение, выходы которых подключены ко входам совмещенного фильтра, выход последнего через последовательно соединенные формирователь модуля и функциональный преобразователь соединен с первым входом интегратора, выход которого через детектор уровня подключен ко входу выходного блока, введен блок отсечки, вход которого подключен к выходу формирователя модуля, а выход — ко входу выходного блока, причем функциональный преобразователь выполнен с дбполнительным · выходом, подключенным к дополнительному входу интегратора.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - характеристики срабатывания.

Устройство содержит преобразователи 1,23 ток-напряжение,совмещенный фильтр (фильтр симметричных составляющих, в обратную связь которого включена частотно-избирательная цепочка) 4, (возможно также последовательное соединение фильтра симметричных составляющих и частотного фильтра), формирователь 5 модуля, функциональный преобразователь 6, .интегратор 7, детектор 8 уровня, блок 9 отсечки, выходной блок 10. Напряжение, про748629 4 ¹ порпионгшьное симметричным составляющим тока защищаемого объекта, поступает на вход > формирователя 5 модуля, выпрямляется и сглаживается. Полученное напряжение отрица₅ тельной полярности с выхода 5 поступает на вход блока 9 отсечки, где суммируется с уставкой по току Буд , а также на вход функционального преобразователя 6, где суммируется с уставкой по току Uy^/Uy^ / При отсутствии сверхтоков или перегрузок напря-, жение на выходе 5 меньше по величине, чем напряжение уставок Uy4 или U _у?.Величина напряжения на выходе блока отсечки 9 определяется падением напряжения на стабилитроне 11 в 15 прямом направлении. Напряжение на выходе • операционного усилителя блока 6 в этом режиме имеет отрицательный знак. При этом • диод 12 будет закрыт и напряжение на дополнительном выходе А блока 6 равно нулю, а диод 13 будет открыт и напряжение на основном выходе В равно:

где U 5 - напряжение на выходе формировате25 ля 5 модуля, пропорциональное току защищаемого объекта. .

Под действием, этого отрицательного напряжения интегрирующий конденсатор 14 зарядит₃₀ ся до величины напряжения равной+U₄₃- (где U45 - напряжение стабилизации стабилитрона 15 в обратной связи интегратора) с постоянной времени элементов 16, 14 (R_AC). При этом напряжение на выходе детектора уровня ₃₅ будет определяться падением напряжения На стабилитроне 17 в прямом направлении и на выходе выходного блока 10 будет присутствовать напряжение, определяемое падением напряжения на стабилитроне 18 в прямом на₄θ правлении. При возрастании тока защищаемого объекта, напряжение, пропорциональное этому току, превысит уставку Uy^ При этом знак напряжения на выход? блока 6 изменится на^ противоположный, диод 13 закроется и . ₄₅ напряжение на выходе В блока 6 станет равно нулю, диод 12 откроется и напряжение на выходе А блока 6 будет определяться напряжением (-U_s ⁺^yi^=Uo ) ^и коэффициентом передачи функционального преобразователя в этом режиме, который зависит от величины Up. (Изменяя характеристику функционального преобразователя, тем самым можем изменять вид характеристики срабатывания устройства в целом, см. фиг. 2). Под действием этого, напряжения, поступающего на вход А¹ интегратора, интегрирующий конденсатор 14 перезаряжается от +U45uo - Цдд (где Uдд—напряжение стабилизации стабилитрона 19 в цепи обратной связи интегратора) с постоянной времени элементов 20, 14 (R^C) · Когда выходное напряжение интегратора превысит уставку U детектора 8 уровня, на выходе последнего появляется напряжение, определяемое параметрами стабилитрона 17 в 5 цепи обратной связи детектора 8 уровня. Это напряжение поступает на вход блока 10, который при этом срабатывает и формирует сигнал на отключение защищаемого объекта. При сверхтоке напряжение с выхода формирователя to 5 модуля, пропорциональное этому току, превышает уставку U блока отсечки 9, в результате чего на его выходе появляется положительное напряжение, определяемое параметрами стабилитрона 11. Это напряжение доступа- и ет на вход блока 10, который срабатывает и формирует сигнал на отключение без выдержки времени. При уменьшений тока защи- , щаемого объекта, а, следовательно, и напряжения на Выходе блока 5, которое ему пропор- ₂₀ ционально, знак напряжения на выходе операционного усилителя блока 6 станет вновь отрицательным и напряжение на выходе А будет равно нулю, а напряжение на выходе В определяется выражением (—U₅+Uy₂)· Под ₂₅ действием этого отрицательного напряжения на входе В⁽ интегратора, величина которого зависит от величины тока, протекающего по защищаемому объекту после исчезновения сверхтока или тока перегрузки, интегрирую- 30 щий конденсатор перезаряжается от-» U цд до + U46c постоянной времени элементов 16, 14 (Р-(с)· ^ПР^И этом время возврата устройства зависит не только от выбранной постоянной времени, но и от величины протекающего 35 тока в режиме после ликвидации сверхтока или перегрузки. Регулируя с помощью сопротивления резисторов 21 и 22 величину напряжения, подаваемую на входы А или В интегратора, тем самым регулируемым, в определенном диапазоне, выдержки времени срабатывания и возврата устройства соответственно. ' '

Формирование отключающего сигнала с минимальной выдержкой времени при больших и с зависимой от величины тока при малых кратностях тока защищаемого объекта, возможность точного согласования характеристики срабатывания устройства с перегрузочной характеристикой защищаемого объекта, учет влияния величины тока, протекающего по защищаемому объекту после ликвидации перегрузки или сверхтока, на время отставания объек- ·. та, позволяет полностью использовать перегрузочные способности оборудования за счет более точного контроля режима его работы. При испытании время срабатывания устройства при большой кратности тока защищаемого объекта равно 2_МС. На фиг. 2 показаны расчётная (соответствующая тепловой характеристике защищаемого объекта кривая 1) и опытная характеристики времени срабатывания устройства при перегрузках, их рассмотрения которых видно, что возможность регулирования характеристики срабатывания устройства позволяет более точно согласовать ее с тепловой характеристикой защищаемого объекта. При этом время срабатывания устройства при перегрузке получается максимально возможным по условию нагрева защищаемого оборудования. Выполнение учета величины тока, протекающего по защищаемому оборудованию после ликвидации перегрузки или сверхтока, на время возврата устройства в исходное состояние позволяет увеличить точность слежения за тепловым режимом этого оборудования. Все это позволяет повысить надежность работы защищаемого оборудования при более эффективном его использовании.

Claims (4)

1. Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты электрического оборудовани  от сверхтоков и перегрузок (как симметричных, так и несимметричных ) и тепловых повреждений, вызванных ими. Известны аналогичные устройства зашиты. Выполненные с использованием как электроме ханических, так и полупроводниковых элемен тов, а. также элементов аналоговой техники 1. Эти устройства имеют р д недостатков, ограничивающих их применение. Так, индукционные реле потребл ют больш мощность от датчиков тока, имеют ступенчату регулировку тока срабатывани , невысокую точность и надежность. . Известно устройство токовой защиты с выдержкой времени, содержащее датчики тока, фильтры основной частоты, блоки пуска и возврата, элемент времени, выполненный на RC-цепи, исполнительный орган 12. Недостатками этого устройства  вл ютс  невозможность перестройки характеристики ср батывани , .относительно больща  потребл ема  мощность (за счет работы датчиков в режиме насыщени ). Известно также устройство, содержащее Датчики тока, источник стабильного напр жени  интегрирующий конденсатор с транзисторами в цеп х зар да и разр да, пороговый элемент и выходной (3. К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность изменени  характеристики срабатывани , отсутствие плавной регулировки времени срабатывани  и возврата. В насто щее врем  известны устройства, выполненные с использованием операщюнных усилителей (ОУ) посто нного тока интегрального исполнени , которые свободны от многих перечисленных недостатков. В качестве прототипа выбрано устройство, содержащее входной преобразователь, вход которого св зан с выходами трансформаторов тока защищаемого объекта, фильтр симметричных составл ющих , вход которого подключен к выходу преобразовател  ток-напр жение, выпр митель, вход которого через частотный фильтр подклю3 чен. к выходу фильтра симметричных составл ющих , функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу выпр мител , интегратор, вход которого подключен к выходу функционального преобразовател ; детектор уровн , вход которого подключен к выходу интегратора, триггер, вход которого подключен к выходу детектора уровн , контрольный элемент, управл ющий работой интегратора , вход которого подсоединен квыходу Выпр мител , а выход - ко входу интегратора 4., К недостаткам этого устройства мо сно отнести следующие: не обеспечиваетс  минимальна , выдержка времени при больших крат ност х тока защищаемого объекта; не предусмотрена проста  регулировка времени срабатывани  и возврата устройства; врем  возвра та устройства в исходное состо ние посто нно т.е. не зависит от величины тока, протекающего через защищаемый объект после ликвид ции тока перегрузки или сверхтока. Цель изобретени  - устранение отмеченных недостатков, а именно повыщение надежности функционировани  и увеличени  быстродейУказанна  цель достигаетс  тем, что в извеСтное устройство дл  зашиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока, 1-эдключенные к защищаемому объекту, выхо ды которых соединены со входами соответствующих преобразователей то к-напр жение, выходы которых подключены ко входам совмещенного фильтра, выход последнего через последовательно соединенные формирователь модул  и функциональный преобразователь среДйнён с первым входом интегратора, выхо которого через детектор уровн  подключен ко входу выходного блока, введен блок отсечки , вход которого подключен к выходу формировател  модул , а выход - ко входу выходного блока, причем функциональный преобразователь вьщолнен с д6г1олнительным выходом, подключенным к дополнительному входу интегратора. . На фиг. 1 представлена принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 - характеристик срабатывани . Устройство содержит преобразователи 1,2,3 ток-напр жение,совмещенный фильтр (фильтр симметричных составл ющих, в обратную св  которого включена частотно-избирательна  цепочка) 4, (возможно также последовательн соединение фильтра симметричных составл ющих и частотного фильтра), формирователь 5 модул , функциональный преобразователь 6, интегратор 7, детектор 8 уровн , блок 9 отсечки , выходной блок 10. Напр жение, пропоршональное симметричным составл ющим тока защищаемого объекта, поступает на вход i формировател  5 модул , выпр мл етс  и сглаживаетс . Полученное напр жение отрицательной пол рности с выхода 5 поступает на вход блока 9 отсечки, где суммируетс  с уставкой по току Uy , а также на вход функционального преобразовател  6, где суммируетс  с уставкой по току -у1 При-отсутствии сверхтоков или перегрузок напр -, жение на выходе 5 меньше по величине, чем напр жение уставок Uy или U у,.Величина напр жени  на выходе блока отсечки 9 определ етс  падением напр жени  на стабилитроне 11 в пр мом направлении. Напр жение на выходе операодонного усилител  блока 6 в этом режиме имеет отрицательный знак. При этом диод 12 будет закрыт и напр жение на дополнительном выходе А блока 6 равно нулю, а диод 13 будет открыт и напр жение на основном выходе В равно: выхВ-(,5 уПгде Ug напр жение на выходе формировател  5 модул , пропорциональное току защищаемого объекта. , Под действием, этого отрицательного напр жени  интегрирующий конденсатор 14 зар дитс  до величины напр жени  равной (где - напр жение стабилизации стабилитрона 15 в обратной св зи интегратора) с посто нной времени элементов 16, 14 (). При этом напр жение на выходе детектора уровн  будет определ тьс  падением напр жени  На стабилитроне 17 в пр мом направлении и на выходе выходного блока 10 будет присутствовать напр жение, определ емое падением напр жени  на стабилитроне 18 в пр мом направлении . При возрастании тока защищаемого объекта, напр жение, пропорциональное этому току, превысит уставку Uy, . При этом знак напр жени  на выход блока 6 изменитс  на противоположный, диод 13 закроетс  и . напр жение на выходе В блока 6 станет равно нулю, диод 12 откроетс  и напр жение на выходе А блока 6 будет определ тьс  напр жением (-Ug ) коэффициентом передачи функционального преобразовател  в этом режиме, который зависит от величины Up- (Измен   характеристику функционального преобразовател , тем самым можем измен ть вид характеристики срабатывани  устройства в целом, см. фиг. 2). Под действием этого напр жени , поступающего А интегратора, интегрирующий конна вход денсатор 14 перезар жаетс  от - (где идд-напр жение стабилизации стабили гроиа 19 в цепи обратной св зи интегратор;)) С посто нной времени элементов 20, 14 .( Когда выходное напр жение интегратора превысит уставку и у. детектора 8 уровн , на выходе последнего по вл етс  напр жение, определ емое параметрами стабилитрона 17 в цепи обратной св зи детектора 8 уровн . Это напр жение поступает на вход блока 10, который при этом срабатывает и формирует сигнал на отключение защищаемого объекта. При сверхтоке напр жение с выхода формировател 5 Модул , пропорциональное этому току, пре вышает уставку и д блока отсечки 9, в ре .зультате чего на его выходе по вл етс  положительное напр жение, определ емое парамет .рами стабилитрона И. Это напр жение поступа ет на вход блока 10, который срабатывает и формирует сигнал на отключение без выдержки времени. При уменьшений тока защищаемого объекта, а, следовательно, и напр жени  на быходе блока 5, которое ему пропорционально , знак напр жени  на выходе операционного , усилител  блока 6 станет вновь отрицательным и напр жение на выходе А будет равно нулю, а напр жение на выходе В определ етс  выражением (). Под действием этого отрицательного напр жени  на входе В интегратора, величина которого зависит от величины тока, протекающего по защищаемому объекту после исчезновени  сверхтока или тока перегрузки, интегрирующий конденсатор перезар жаетс  от- U q До посто нной времени элементов 16, 14 (Р-,С ) При этом врем  возврата устройства зависит не только от выбранной посто нной времени, но и от величины протекающего тока в режиме после ликвидации сверхтока или перегрузки. Регулиру  с помощью сопротивлени  резисторов 21 и 22 величину напр жени , подаваемую на входы А или В интегр тора, тем самым регулируемым, в определенно диапазоне, выдержки времени срабатывани  и возврата устройства соответственно. Формирование отключающего сигнала с минимальной выдержкой времени при больших и с зависимой от величины тока при малых кратност х тока защищаемого объекта, возмож ность точного согласовани  характеристики срабатывани  устройства с перегрузочной характеристикой за1цищаемого объекта, учет вли ни  величины тока, протекающего по защищаемому объекту поспе ликвидации перегру ки или сверхтока, на врем  отставани  объекта , позвол ет полностью использовать перегрузочные способности оборудовани  за счет более точного контрол  режима его работы. При испытании врем  срабатывани  устройства при больщрй кратности тока защищаемого объекта равно 2. На фиг. 2 показань расчетна  (соответствующа  тепловой характеристике защищаемого объекта крива  1) и опытна  характеристики времени срабатывани  устройства при перегрузках, их рассмотрени  которых видно, что возможность регулировани  характеристики срабатывани  устройства позвол ет более точно согласовать ее с тепловой характеристикой защищаемого объекта. При этом врем  срабатывани  устройства при перегрузке получаетс  максимально возможным по условию нагрева защищаемого оборудовани . Выполнение учета величины тока, протекающего по защищаемому оборудованию после ликвидации перегрузки или сверхтока, на врем  возврата устройства в исходное состо ние позвол ет увеличить точность слежени  за тепловым регкимом этого оборудовани . Все это позвол ет повысить надежность работы защищаемого оборудовани  при более эффективном его использовании. Формула изобретени  Устройство дл  защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока, подключенные к защищаемому объекту, выходы, которых соединены со входами соответствующих преобразователей ток-напр жение, выходы которых гюдключены ко входам совмещенного фильтра, выход последнего через последовательно соединенные формирователь модул  и функциональный преобразователь соединен с первым входом интегратора, выход которого Через детектор уровн  подклк)чен ко входу выходного блока, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  надежности функционировани  и увеличени  быстродействи , в него введен блок отсечки, вход которого подключен к выходу формировател  модул , а выход - ко входу выходного блока , причем функциональный преобразователь выполнен с дополнительным выходом, подключенным к дополнительному входу интегратора; Источники информации, прин тые во Рнимание при экспертизе 1.Федосеев А. М. Релейна  защита электрн; ческих систем. М., Энерги , 1976, с. 111 - :
2. 2.Грейвулис Я. П. и др. - Полупроводниовые реле тока и напр жени . М., Энерги , 1970, с. 69.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 519808, кл. Н 02 Н 3/08, 1974.
4. 4.Патент США N 3942074, кл. 317-36, 1976.