(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ Изобретение относитс к релейной защите и предназначено дл использовани в схемах .отключени энергосистем при токах короткого замыкани , ограниченнь1х электрической дугой. Известны устройства, используемые в схемах . отключающих энергосистемы при коротких замыкани х В них. Эти устройства состо т из блока управлени , в котором происходит сравнение выходного сигнала датчика входного тока с пороговым или опорным напр жением элемента сравнени , и двухкаскадного усили тел медленно измен ющегос сигнала, на выходе которого по вл етс сигнал при превыше ,иии выходным сигналом датчика входного тока порогового или опорного напр жени 11 и 2. Соответствующа задержка дл устранени вли ни пульсаций выходного сигнала датчика входного тока обеспечиваетс конденсатором. Часто в энергосистемах после момента короткого замыкани ток короткого замыкани , ограниченный электрической дугой, значительно уменьшаетс , что приводит к уменьщению выходного сигнала датчика входного тока в проОТ ПЕРЕГРУЗКИ цессе короткого замыкани . Так как работа указанных устройств основана на сравнении выходного датчика входного тока с пороговым Напр жением, то при уменьщении указанного сигнала возможно повторное включение системы на существующее короткое замыкание, которое приводит к аварии. Поэтому в указанных системах такие устройства примен ть нельз . Известно также устройство, содержащее клемму дл подключени датчика входного тока, который представлен трансформаторами тока, токозадающий переменный резистор, активный делитель из двух последовательно соединенных резисторов, нелинейный мост, именуемый спещ1альной схемой возврата полупроводникового реле, пороговый элемент и полупроводниковое реле. Пороговый элемент устройства включает в.себ активный делитель , стабилитрон, подключенный между средней точкой активного делител и входом полупроводникового реле, а также последовательно соединенные между собой резистор и диод, подключённые между нелинейным мостом и входом полупроводникового реле. Полупро37 водниковое реле устройства представл ет собой двухкаскадный усилитель медленно измен ющихс сигналов на двух .транзисторах р-п-р и п-р-п типов проводимости. Часть сигнала с выхода усилител подаетс на его вход с помощью цепи подхвата, основйым элементом которой вл етс параллельна RC-цепь. Дл обеспечени работы опупроводникового реле на переменном токе параллельно ему подключен накопительный конденсатор, в цепи зар да которого включен диод, предотвращающш разр д конденсатора при паузах выходного сигнала датчика входного тока через последний 3. Блок управлени указанного устройства, включающий в себ токозадающий переменный резистор, активный делитель из двух последовательно соединенных резисторов, нелинейный мост, именуемый специальной схемой возврата полупроводникового реле, пороговый элемент, содержит больщое Konn iecTBO элементов, что значительно снижает надежность работы устройства . Кроме того, дл работы устройства необходим источник отрицательного напр жени смещени , подаваемого на вход полупроводникового реле. Наличие больщого количества цепей значительно увеличивает ток утечки устройства, что повыщает потребл емую мощность и увеличивает габаритные размеры датчиков входного тока, а также повышает их стоимость. КПД устройства невысок. Цель изобретени - повышение надежности работы и повышение КПД. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее включенный межДу клеммой дл подключени датчика входного сигнала и общим выводом токозадающий пере менный резистор, параллельно которому включен делитель напр жени на двух резисторах, средн точка которого соединена с первым выводом стабилитрона, выходной орган выполненный на двух транзисторах, конденсатор, два диода, введен дополнительный нелинейный элемент, выполненный на обращенном диоде, подключенном одновременно через первый резистор параллельно база-эмиттерному переход первого транзистора выходного органа и чере второй резистор ко второму выводу стабилитрона , соединенному с общим выводом через третий резистор, при этом первый вывод стабилитрона подключен также через дополнитель но введенный переменный резистор к коллектору второго транзистора выходного органа, эмиттер которого через первый диод соединен с клеммой дл подключени датчика входного сигнала и через конденсатор с общим выводом причем база второго транзистора подключена через резистор к коллектору первого транзисора выходного органа, соединенному через торой диод с выходной клеммой. Указанные отличительные элементы обеспеивают регулируемый коэффициент возврата стройства, и эффект положительной обратной св зи при переходе устройства из одного уста новивщегос состо ни в другое. При указанной схеме соединени до момента срабатывани устройства и после его возврата существует следующее соотношение где R. сопротивление резистора блока управлени , соединенного одним концом с клеммой дл подключени датчика входногр сигнала, а другим - к переменному резистору в цепи коллектора транзистора р-п-р типа проводимости; переменное сопротивление в цепи коллектора указанного транзистора; сопротивление закрь1того транзистора , которое имеет большую величину / пр мое сопротивление диода. Послесрабатывани устройства соотношение сопротивлений ме5кду указанными элементами пр1шимает вид . 4РК ; - сопротивление того же транзистора в режиме насыщени . Можно считать, что если Rj тогда Величина последнего неравенства определ ет соотношение выходных токов датчика входного тока соответственно в моменты срабатывани и возврата переключающего устройства. Эффект положительной обратной св зи обеспечиваетс схемой соединени транзисторов полупроводникового реле и наличием обращенного диода в блоке управлени . Конденсатор с момента переключени и до момента возврата обеспечивает работу устройства в паузах выходного тока датчика входного тока. На чертеже представлена принципиальна схема устройства дл защиты электроустановки от перегрузки. Устройство содержит клемму 1 дл подключени датчика входного сигнала, блок 2 управлени , состо щий Из токозадающего переменного резистора 3, параллельно которому подключены два соединенных последовательно между «хэбой резистора 4 и 5, между средней точкой которых и общим выводом 6 устройства подключены последовательно соединенные ж с другом стабилитроны 7 и дополнительный элемент 8, включающий в себ резистор 9, параллельно которому подключена цепь из последовательно соединенных между собой ре зистора 10 и обращенного диода 11, выходно орган 12, состо щий из транзистора 13, в цеп коллектора которого имеетс переменный резистор 14, а эмиттер соединен с конденсатором 1.5 и диодом 16, а также транзистора 1 база которого подключена к резистору 18, а коллектор соединен с резистором 19 и диодом 20, подключенным к выходному выводу 21. Устройство работает следующим образом. От клеммы 1 часть вьшр мленного тока датчика входного тока протекает по блоку 2 через резисторы 4 и 5 в общий выход 6 устройства и, кроме того, зар жает конденсатор 15 через диод 16. Величина уставки выпр мленного тока датчика входного тока устанавливаетс переменным резистором 3. Напр жени на резисторе 5 в установившемс режиме пропорционально величине выпр мленного ток датчика входного тока, так как конденсатор IS не имеет цепей разр да дл этого момента При этом напр жение на резисторе 5 меньше напр женин пробо стабилитрона 7, а токи утечки его почти полностью проход т через резистор 9 и лиш незначительна часть этих токов утечки, определ е ма соотношением сопротивлений резисторов 9 и 10, проходит через обращенный диод 11, создава на нем падение напр жени намного меньше на пр жени открывани транзистора 17, который закрыт. В этот момент обращенный диод 11 работает на начальном участке характеристики tltf w) , который с достаточной степенью точности можно охарактеризовать так, что с изменением 3 напр жение U-eoneiпри U« U где 3 и и соответственно ток и напр жение обращенного диода П, напр жени на входе транзистора 17, необходимое дл его открывани . Транзистор 13 также закрыт, так как по его входной цепи протекают только обратные токи коллектора транзистора 17 и диода 20. Отсюда следует, что цепь, состо ща из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, подключенна параллельно резистору 4, имеет очень большое сопротивление за счет закрытого транзистора 13, не оказывает никакого вли ни на процессы в устройстве дл этого режима. При этом выход 21 не вли ет на работу устройств, подключенных к нему. В случае короткого замыкани в системе выпр мленный ток датчика входного тока начинает увеличиватьс , зар жа конденсатор 15. Напр жение на резисторе 5 возрастает. До момента пробо стабилитрона 7 ток утечки последнего увеличиваетс незначительно и поэтому никаких изменений в работе устрой .ства не происходит. В результате пробо , стабилитрона 7 протекающий через резистор 9 большой ток значительно увеличивает напр жение на нем, что обеспечивает увеличение тока через обращенный диод 11. После пробо стабилитрона 7 при некотором токе через него, величина которого задаетс резистором 10, протекающий ток через обращенный диод 11 становитс равным его пиковому току. В результате обращенный диод 11 переходит на третий участок характеристики. Переход с первого на третий участок происходит довольно быстро за счет незначительного отрицательного сопротивлени второго участка характеристики . При этом на обращенном диоде 11 напр жение резко возрастает и подаетс через резистор 18 на вход транзистора 17, который открываегс . В результате открываетс транзистор 13 Выпр мленньпл гоком датчика входного сигнала по цепи, включающей клемму 1, диод 16, вход транзистора 13, резистор 19, транзистор 17, общий вывод 6. Вследствие этого сопротивление цепи, состо щей из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, уменьшаетс , а значит, уменьшаетс суммарное сопротивление параллельного соединени указанной цепи н резистора 4, что обеспечивает по вление и рост дополнительной составл ющей тока через стабилитрон 7 и вход транзистора 17, котора суммиру сь с приращением выпр мленного тока датчика входного тока быстро вводит транзистор 17 в режим насыщени , что обеспечивает и насыщение транзистора 13. Таким образом, начина с момента насыщени транзистора 13, напр жение на резисторе 5, обеспечивающее пробой стабилитрона 7 и насыщение транзистора 17, создаетс током, протекающим по цепи, состо щей из клеммы 1, диода 16, транзистора 13, резистора 14, резистора 5 и общего вывода 6, а в паузах выпр мленного тока датчика входного тока - за счет запасенной энергии конденсатора 15 по участку этой же цепи. В установившемс режиме, когда транзистор 13 насыщен, выпр мленный ток датчика входаого тока, при котором его составл юща еще создает на резисторе 5 напр жение, обеспеивающее пробой стабилитрона 7 и насыщение ранзистора 17, тем меньше тока уставки, задаваемое резистором 3 дл момента переклюени устройства, т.е. момента начала открыани транзистора 13, чем меньще сопротивлеие резистора 14 в сравнении с резистором 4. тсюда следует, что варьиру сопротивлением езистора 14, можно, измен ть ток уставки озврата устройства, т.е. выбирать необходиый коэффициент возврата указанного устройтва .,(54) DEVICE FOR ELECTRICAL INSTALLATION PROTECTION The invention relates to a relay protection and is intended for use in power grid disconnection schemes for short-circuit currents limited by an electric arc. Known devices used in circuits. disconnecting the power system during short circuits in them. These devices consist of a control unit, in which the output current sensor signal is compared with the threshold or reference voltage of the reference element, and the two-stage force of a slowly varying signal at the output of which a signal appears when the input signal threshold current or reference voltage 11 and 2. The appropriate delay to eliminate the effect of ripple on the output signal of the input current sensor is provided by a capacitor. Often in power systems, after a short-circuit moment, the short-circuit current limited by the electric arc is significantly reduced, which leads to a decrease in the output signal of the input current sensor in the SWITCHING of the short-circuit process. Since the operation of these devices is based on comparing the output current sensor with a threshold voltage, when the specified signal decreases, the system can be switched on again for an existing short circuit, which leads to an accident. Therefore, in such systems, such devices cannot be used. It is also known a device containing a terminal for connecting an input current sensor, which is represented by current transformers, a current-carrying variable resistor, an active divider of two series-connected resistors, a non-linear bridge, referred to as a semiconductor relay return circuit, a threshold element and a semiconductor relay. The threshold element of the device includes a self active divider, a zener diode connected between the midpoint of the active divider and the input of a semiconductor relay, as well as a resistor and a diode connected in series between a nonlinear bridge and the input of a semiconductor relay. The semiconductor device water relay is a two-stage amplifier of slowly varying signals on two transistors, pnp and npn conduction types. A portion of the signal from the amplifier output is fed to its input using a pickup circuit, the basic element of which is a parallel RC circuit. To ensure the operation of the ac current relay, a storage capacitor is connected in parallel with it, in the charge circuit of which a diode is connected, preventing the capacitor from discharging when the output current sensor output signal passes through the last 3. Control unit of the specified device, including a current variable resistor, active divider of two series-connected resistors, a non-linear bridge, referred to as a special circuit for returning a semiconductor relay, the threshold element, contains more Konn iecTBO elements, which significantly lowers the reliability of the device. In addition, for operation of the device, a source of negative bias voltage supplied to the input of the semiconductor relay is necessary. The presence of a large number of circuits significantly increases the leakage current of the device, which increases the power consumption and increases the overall dimensions of the input current sensors, as well as increases their cost. The efficiency of the device is low. The purpose of the invention is to increase reliability and increase efficiency. The goal is achieved by the fact that a device containing an inter-terminal connected to connect an input signal sensor and a common output current-supply variable resistor, in parallel with which a voltage divider connected to two resistors is connected, the midpoint of which is connected to the first Zener diode output transistors, a capacitor, two diodes, an additional nonlinear element is introduced, made on an inverted diode connected simultaneously through the first resistor in parallel to the base-emitter The transition of the first transistor of the output organ and the second resistor to the second output of the Zener diode connected to the common output through the third resistor, while the first output of the Zener diode is also connected via an additionally inserted variable resistor to the collector of the second transistor of the output body, the emitter of which is connected through the first diode to a terminal for connecting the input sensor and through a capacitor with a common output, the base of the second transistor being connected via a resistor to the collector of the first transistor output body connected through a second diode to the output terminal. These distinctive features provide an adjustable rate of return of the device, and the effect of positive feedback when a device transitions from one set state to another. With this connection circuit, the device has the following relationship where R. is the resistance of the control unit resistor connected at one end to the terminal for connecting the sensor of the input signal and the other to the variable resistor in the pnp type transistor collector conductivity; variable resistance in the collector circuit of the specified transistor; the resistance of the closed transistor, which has a large magnitude / direct resistance of the diode. After processing the device, the ratio of resistances between these elements is given by the form. 4RK; - resistance of the same transistor in the saturation mode. We can assume that if Rj then the magnitude of the last inequality determines the ratio of the output currents of the input current sensor, respectively, at the moments of operation and return of the switching device. The effect of positive feedback is provided by the connection circuit of the semiconductor relay transistors and the presence of an inverted diode in the control unit. The capacitor from the moment of switching to the moment of return ensures the operation of the device in the pauses of the output current of the input current sensor. The drawing shows a schematic diagram of a device for protecting an electrical installation against overload. The device contains a terminal 1 for connecting an input signal sensor, a control unit 2 consisting of a current-setting variable resistor 3 in parallel with two connected in series between a heboy resistor 4 and 5, between which midpoint and common terminal 6 of the device are connected in series with Another Zener diode 7 and an additional element 8, which includes a resistor 9, in parallel with which a circuit is connected from a series-connected resistor 10 and an inverted diode 11, output An 12 consisting of a transistor 13, in the collector circuit of which there is a variable resistor 14, and the emitter is connected to a capacitor 1.5 and a diode 16, as well as transistor 1 whose base is connected to a resistor 18, and the collector is connected to a resistor 19 and a diode 20 connected to the output pin 21. The device operates as follows. From the terminal 1, a portion of the current input sensor current flows through block 2 through resistors 4 and 5 to the common output 6 of the device and, in addition, charges capacitor 15 through diode 16. The setting value of the rectified current of the input current sensor is set by a variable resistor 3. The voltage on the resistor 5 in the steady state is proportional to the rectified current of the input current sensor, since the capacitor IS has no discharge circuits for this moment. At the same time, the voltage on the resistor 5 is less than the voltage of the zener diode 7, and the leakage currents its almost fully pass through the resistor 9 and the leash insignificant part of these leakage currents is determined e ma ratio of the resistors 9 and 10 passes through the inverse diode 11, creating thereon voltage drop is much smaller than on the forward voltage of opening of transistor 17, which is closed. At this moment, the inverted diode 11 operates on the initial part of the characteristic tltf w), which with a sufficient degree of accuracy can be characterized in such a way that, with a change of 3, the voltage U-eonei when U "U where 3 and, respectively, the current and voltage of the inverted diode P, for example at the input of the transistor 17, necessary for its opening. The transistor 13 is also closed, since only the return currents of the collector of transistor 17 and diode 20 flow through its input circuit. From this it follows that the circuit consisting of diode 16, transistor 13 and resistor 14 connected in parallel to resistor 4 has a very large resistance the account of the closed transistor 13 does not have any effect on the processes in the device for this mode. At the same time, output 21 does not affect the operation of devices connected to it. In the event of a short circuit in the system, the rectified current of the input current sensor begins to increase, charging the capacitor 15. The voltage across the resistor 5 increases. Until the breakdown of the Zener diode 7, the leakage current of the latter increases slightly and therefore no change in the operation of the device occurs. As a result of the breakdown, the Zener diode 7 flowing a large current through the resistor 9 significantly increases the voltage across it, which provides an increase in the current through the inverted diode 11. After the breakdown of the Zener diode 7 at a certain current through it, the value of which is set by the resistor 10, the current flowing through the inverted diode 11 becomes equal to its peak current. As a result, the inverted diode 11 moves to the third portion of the characteristic. The transition from the first to the third section occurs rather quickly due to a slight negative resistance of the second section of the characteristic. In this case, on the inverted diode 11, the voltage rises sharply and is supplied through a resistor 18 to the input of the transistor 17, which is open. As a result, transistor 13 is opened by rectifying the input signal sensor across a circuit including terminal 1, diode 16, input of transistor 13, resistor 19, transistor 17, common terminal 6. As a result, the resistance of the circuit consisting of diode 16, transistor 13 and resistor 14, the total resistance of the parallel connection of the indicated circuit n of the resistor 4 decreases, which ensures the appearance and growth of the additional component of the current through the zener diode 7 and the input of the transistor 17, which is summed up with the increment of the rectified The input current sensor quickly introduces the transistor 17 into the saturation mode, which ensures the saturation of the transistor 13. Thus, starting from the moment of the saturation of the transistor 13, the voltage across the resistor 5, which provides breakdown of the Zener diode 7 and the saturation of the transistor 17, is created by the current flowing through the circuit consisting of a terminal 1, a diode 16, a transistor 13, a resistor 14, a resistor 5 and a common terminal 6, and in the pauses of the rectified current of the input current sensor due to the stored energy of the capacitor 15 along the section of the same circuit. In steady state, when transistor 13 is saturated, the rectified current of the input current sensor, in which its component still creates a voltage across resistor 5, provides breakdown of Zener diode 7 and the saturation of the transistor 17, the lower the set current specified by resistor 3 for switching time of the device i.e. the beginning of the opening of the transistor 13, the lower the resistance of the resistor 14 in comparison with the resistor 4. It follows that, by varying the resistance of the resistor 14, it is possible to change the device's current setting, i.e. select the required return rate of the specified device.,
Резистор 19 выбираетс исход из условий 1 I насыщени транзистора 13. В режиме работы I устройства, когда транзисторы 13 и 17 насыщены , выходной вывод 21 шунтирует через диод 20 и транзистор 17 входную цепь нагрузки , подключенную к нему, измен режим работ этой нагрузки. Процесс возврата устройства происходит в обратном пор дке. При уменьшении выпр мленного тока дзтчика входного сигнала уменьшаетс базовый ток транзистора 17. Когда выпр мленный ток датчика входного сигнала достигает тока уставки, определ емого резистором 14, обращенный диод 11 выходит вновь на первый участок характеристики Ct - $: и) , на котором падение напр жени на обращенном диоде 11 значительно меньще напр жени дл поддержани транзистора 17 в открытом состо нии, и он закрываетс . В результате обрываетс цепь базы транзистора 13, последний также закрываетс . Суммарное сопротивление участка дополнительной цепи управлени , состо щего из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, становитс намного больше сопротивлени резистора 4 и не вли ет на работу устройства после момента его возврата. Вследствие этого напр жение на резисторе 5 меньше напр жени пробо стабилитрона 7, через который протекает , начина с зтого момента, только незначительный ток утечки, часть которого, протекающа через резистор 10, полностью ответвл етс в обращенШ)1Й диод 11. .Resistor 19 is selected based on the saturation conditions 1 I of transistor 13. In device I operation mode, when transistors 13 and 17 are saturated, output terminal 21 shunts through diode 20 and transistor 17 an input load circuit connected to it, changing the operating mode of this load. The process of returning the device occurs in reverse order. When reducing the rectified input current of the input signal, the base current of the transistor 17 decreases. When the rectified input sensor current reaches the setpoint current determined by resistor 14, the reversed diode 11 goes to the first part of the characteristic Ct - $: i) again, for which The inverter diode 11 is much lower in voltage to maintain the transistor 17 in the open state, and it closes. As a result, the base of the transistor 13 is cut off, the latter is also closed. The total resistance of the section of the additional control circuit consisting of diode 16, transistor 13 and resistor 14 becomes much greater than the resistance of resistor 4 and does not affect the operation of the device after its return. As a consequence, the voltage across the resistor 5 is less than the voltage of the breakdown of the Zener diode 7, through which, starting from this moment, only a small leakage current, part of which flowing through the resistor 10, fully branch off.
Цепь, состо ща из клеммы 1, диода 16, транзистора 13, резистора 14, стабилитрона 7, резисторов 10 и 18, входа транзистора 17A circuit consisting of a terminal 1, a diode 16, a transistor 13, a resistor 14, a zener diode 7, a resistor 10 and 18, the input of a transistor 17
и общего вывода 6, отличительными злементами которой вл ютс диод 16, транзистор 15 и резистор 14, не вли ющие на процессы в устройстве до его срабатывани и после возврата и определ ющие режим работы указанного устройства после момента срабатывани и до его возврата, можно именовать как дополнительную цепь управлени полупроводниковым реЛе через нелинейный элемент блока управлени ,, отличительные элементы которой обеспечивают эффект положительной обратной св зи в моменты срабатывани и возврата устройства . Поэтому врем срабатывани и возврата устройства незначительно. Кроме того, эти процессы ускор ютс за счет незначительного отрицательного сопротивлени обращенного диода 11 на втором участке его характеристики .and common pin 6, the distinctive elements of which are diode 16, transistor 15 and resistor 14, which do not affect the processes in the device before its operation and after returning and determine the operating mode of the specified device after the moment of operation and before its return, can be called an additional control circuit of a semiconductor relay through a non-linear element of the control unit, the distinctive elements of which provide the effect of positive feedback at the moments of response and return of the device. Therefore, the response time and the return time of the device is insignificant. In addition, these processes are accelerated due to the slight negative resistance of the reversed diode 11 in the second region of its characteristics.
Таким образом, использование дополнительной цепи управлени полупроводниковым реле через нелинейный элемент блока управлени и дополнительного нелинейного элемента блока управлени , подключаемого выходом к входу полупроводникового реле, значительно упрощает принципиальную схему устройства, что, тем самым, повышает надежность КПД.Thus, the use of an additional control circuit of a semiconductor relay through a nonlinear element of the control unit and an additional nonlinear element of the control unit connected by the output to the input of the semiconductor relay greatly simplifies the circuit diagram of the device, which thereby increases the reliability of efficiency.