SU792435A1 - Бесконтактный расцепитель дл автоматических выключателей переменного тока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области релейной защиты и предназначено дл  автоматического отключени  выключателей в диапазоне токов короткого замыкани .

Известен бесконтактный расцепитель дл  автоматических выключателей , осуществл ющий отключение энергосистем переменного тока, содержащий трансформаторы тока, в каждой фазе, диодный мост, схему управлени  расцепителем с формирователем сигнала, пороговым устройством и схемами задержки на конденсаторах и транзисторных усилител х 1.

Устройство обеспечивает контроль тока в цепи нагрузки и его отключение в случае возникновени  короткого замыкани  в цеп х нагрузки, однако оно не гарантирует надежного отключени  энергосистемы при включении на существующее в ней короткое замыкание.

Наиболее близким по техническим средства и достигаемому результату  вл етс  бесконтактный расцепитель дл  автоматических выключателей переменного тока, содержащий

коммутирующий тиристор с подключенной на его выходе катушкой отключающего электромагнита, установлен5 ные в каждом полюсе выключател  трансформатора тока с выпр мител ми на их выходе и накопительным конденсатором , ограничитель напр жени , подключенное к выходу накопительного конденсатора устройство переключени  с регулируемым коэффициентом возврата с токозадающим резистором , измерительным конденсатором, линейным и нелинейным делител ми

5 напр жени  на входе, полупроводниковым реле короткого замыкани  на выходе и блок включени  с формирователем сигнала управлени  коммутирующим тиристором и с интегрирующей

2Q RC-цепыо 2.

Однако такое устройство имеет низкую надежность из-за того, что оно не обеспечивает предварительного контрол  тока нагрузки и блокировки на включение коммутирующего тиристора, в результате оно не обеспечивает надежную работу расцепител  при включении выключател  на коJO ротко-замкнутую цепь нагрузки.

Целью изобретение  вл етс  повышение надежности путем предварителного контрол  тока нагрузки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что бесконтактный расцепитель дл  автоматических выключателей переменного тока, содержащий коммутирующий тиристор с подключенной н его выходе катушкой отключающего электромагнита, установленные в каждом полюсе выключател  трансформатора тока с выпр мител ми на их выходе и накопительным кон,ценсатором , ограничитель напр жени , подключенное к выходу накопр тельного конденсатора устройство переключени  с регулируемым коэффициентом возврата с токозадающим резистором, измерительным конденсатором, линейным и нелинейным делител ми напр жени  на входе, полупроводниковьп/ реле короткого замыкани  на выходе, блок включени  с формирователем сигнала управлени  коммутирующим тиристором и с интегрирующей RС-цепью, снабжен блоком контрол  напр жени  со стабилитроном на входе и транзисторным ключом на выходе, с отсекающим диодом в его коллекторной цепи, причем формирователь сигнала блока включени  выполнен по схеме транзисторного ключа со стабилизатором напр жени  на входе, а нелинейный делитель устройства переключени  выполнен на обращенном диоде и стабилитроне, вход блока контрол  напр жени  подключен параллельно накопительному конденсатору, а выход - параллельно измерительному . конденсатору, вход блока включени  подключен параллельно накопительноf-iy конденсатору, а выход - к управл ющему электроду кoм 1yтирующего тиристора, вход устройства переключени  подключен параллельно измерительному конденсатору, а выход параллельно входу блока включени , измерительный конденсатор подключен параллельно накопительному конденсатору через отсекающий диод блока контрол  напр жени .

На чертеже приведена электрическа  схема бесконтактного расцепител  дл  автоматических выключателе переменного тока.

Бесконтактный расцепитель дл  автоматических выключателей переменйого тока содержит трансформа-. торы Toica 1, последовательно с которыми соединен выпр митель 2, накопительный конденсатор 3, ограничитель напр жени  из двух последовательно соединенных стабилитронов 4 и 5, к средней точке которого подключен вход блока контрол  напр жени  6, состо щего из входного тразистора 7, его двух базовых резисторов 8 и 9, выходного транзистора 10, его базового резистора 11И коллекторного диода 12. Так же последовательно с выпр мителем 2 и параллельно конденсатору 3 подключен блок включени  13 коммутирующего тиристора 14, состо щий из элемента выдержки времени на резисторе 15 и конденсаторе 16 и формировател  сигнала включени  17, содержащего стабилизатор напр жени  на резисторе 18 и стабилитроне 19, входной транзистор 20, шунтирующий его вход в

P обратном направлении диод 21, базовый резистор 22, промежуточный транзистор 23, коллекторный делитель из двух резисторов 24 и 25, выходной транзистор 26, базовые диод 27,

5 резистор 28 и эмиттерный резистор 29. Катушка 30 отключающего электромагнита соединена последовательно с коммутирующим тиристором 14, последовательно с трансформаторами

0 тока 1 подключен узел управлени  31 устройства переключени  с регулируемым коэффициентом возврата, состо щий из токозадающего резистора 32, шунтирующего диода 33, цепи из ограничивающего резистора 34 и де5 лител  на резисторах 35 и 36, к средней точке которого подключена цепь из стабилитрона 37 и резистора 38, средн   точка которой соединена с другой цепью из резистора 39

D и обращенного диода 40, к средней точке которой подключен резистор 41, полупроводниковое реле 42 указанного устройства переключени , состо щее из входного транзистора;

5 43, конденсатора 44, зар дного диода 45, промежуточного транзистора 46, коллекторного резистора 47, базового резистора 48, выходного транзистора 49, базового резистора 50,

0 разделительного диода 51 и резистора 52, разделительного диода 53. Бесконтактный расцепитель дл  автоматических выключателей переменного тока работает следующим образом .

5

При включении бесконтактного расцепител  в сеть вторичный ток трансформаторов тока 1 в один из полупериодов , называемый зар дным, проходит через выпр митель 2 и зар жает

0 накопительный конденсатор 3. Во второй полупериод, называемый измерительным , ток трансформаторов проходит через резистор 34, диод 45 и зар жает конденсатор 44 полупроводни5 кового реле 42 устройства переключени  с регулируемым коэфф.ициентом возврата, а также через диод 12 зар жает накопительный конденсатор 3. Так как емкость конденсатора 3 больше емкости конденсатора 44 более

0 чем на два пор дка, то в этот момент практически весь ток трансформаторов- тока 1 идет на зар д конденсатора 3. При этом напр жение на конденсаторе 44 практически не пре5

вышает напр жени  на конденсаторе 3. По мере увеличени  напр жени  на конденсаторе 3 открываетс  и входит в насыщение транзистор 10 блока контрол  напр жени  б по мере увеличени  тока через базовый резистор 1 В этот момент диод 12 закрЕлваетс  и весь ток трансформаторов тока 1, протекающий в измерительный полупериод через резистор 34 и диод 45, о тветвл етс  в коллектор транзистора 10. Таким образом, с начала включени  бесконтактного расцепител  в сеть конденсатор 44, вход щий в устройство переключени  с регулируемым коэффициентом возврата, шунтируетс  транзистором 10, наход щимс  в насыщении, что налагает запрет на срабатывание устройства переключени .

Одновременно с зар дом конденсатора 3 начинаетс  зар д конденсатора 16. При некотором напр жении на конденсаторе 16 открываетс  транзистор 20 током, протекающим по цепи резистора 15, резистор 18, вход транзистора 20, резистор 22. Резистор 22  вл етс  пусковым и может иметь большую величину. Коллекторным током транзистора 20 открываетс  транзистор 23 и входит в насыщение , так как с его включением уменьшаетс  базовое сопротивление транзистора 20 за счет шунтировани  резистором 25, что способствует возрастанию коллекторного тока транзистора 20 и, следовательно, базового тока транзистора 23. Насыщенный транзистор 23 через диод 27 шунтирует вход транзистора 26 и он закрываетс . Тиристор 14 находитс  в закрытом состо нии и катушка 30 обесточена. Одновременно с насыщением транзистора 23 открываетс  базовым током, протекающим через резисторы 15 и 50, транзистор 49, который затем входит в насыщениеf низкоомна  коллекторна  цепь транзистора 49 - диод 51 и резистор 52, шунтирует конденсатор 16, недопуска  значительного увеличени  напр жени  на этом конденсаторе по мере зар да накопительного конденсатора 3. Это значит, что на элемент выдержки времени, состо щей из резистора 15 и конденсатора 16, наложен запрет. Таким образом, в начале зар да накопительного конденсатора 3, когда напр5скение на нем составл ет единицы вольт, блок контрол  напр жени  6 налагает запрет на срабатывание устройства переключени  с регулируемым коэффициентом возврата, шунтиру  насьпленным транзистором 10 конденсатор 44, с этого момента блок включени  13 обеспечивает закрытое состо ние тиристора 14 запертым-транзистором 26 при насыщенном транзисторе 23. Кроме того, полупроволникопое реле 2 низкоомной коллекторной цепью ;:з.сыщенного транзистора 49 налагает запрет на элемент Бь;цержкп времс н блока включеь:и  13. В таком режиме указанный бесконтактный расцепитель находитс  до тех пор, пока напр жение зар ;каюЕ;егос  накопительного конденсатора 3 не достигнет величины, обеспечивающей включение катушки 30 отключающего электрома-гнита . При достижении заданной величины напр жени  на накопительном конденсаторе 3 пробиваетс  стабилитрон 4 ограничител  напр жени  и ток проходит через резистор 8 в ба5 зу транзистора 7, который открываетс , а затем входит в насыщение, закрыва  транзистор 10. Закрытие транзистора 10 означает сн тие запрета на срабатывание устройства

0 переключени  с регулируемым коэффициентом возврата, при этом конденсатор 44 начинает зар жатьс  вторичным током трансформаторов тока 1, протекающим в измерительный полупериод через ограничивающий резистор

5 34 и зар дный диод 45. В зар дный полупериод ток трансформаторов тока 1, подзар жающий накопительный конденсатор 3, проходит через диод 33, шунтирующий устройство переклю0 чени  с регулируемым коэффициентом возврата. Если в системе короткого замыкани  нет, то конденсатор 44 зар дитс  до напр жени , определ емого соотношением сопротивлений

5 ограничивающего резистора 34 и делител  на резисторах 35 и 36, а так же величиной сопротивлени  резистора 32. При этом транзистор 46 закрыт , так как его вход шунтирует

0 насыщенный транзистор 49 через диод 53, т.е. конденсатор 44 не имеет цепи разр да и следит за величиной тока трансформаторов тока 1. Транзистор 43 закрыт, так как ток утечки стабилитрона 37 шунтируетс  по

5 цепи резистора 38 и ответвл етс  в обращенный диод 40, потому что рабоча  точка диода 40, положение которой задаетс  резистором 39, будет находитьс  на начальном участ0 ке его вольтамперной характеристики . Начальный участок указанной характеристики характерен тем, что напр жение на обращенном диоде 40 в этом режиме будет значительно

5 меньше напр жени  пробо  базоэмиттерного перехода транзистора 43, поэтом ток через резистор 41 в ба3 транзистора 43 не открывает последний . Верхний уровень напр жени 

0 накопительного конденсатора 3 контролируетс  стабилитроном 5 ограничител  напр жени . В случае короткого замыкани  вторичный ток трансформаторов тока 1 увеличиваетс , подзар жа  конденсатор 44. Б резуль5

тате будет увеличиватьс  напр жение на резисторе 36 и при его увеличении выше порога срабатывани  пробиваетс  стабилитрон 37. Это вызывает резкое увеличение тока через резистор 38 и обргиценный диод 40. При достижении вторичным током трансформаторов тока 1 величины тока устаки на срабатывание устройства переключени , определ емой резистором 32, ток через обршденный диод 40 станет равен пиковому току этого диода . При дальнейшем незначительном увеличении тока через обращенный диод 40 напр жение на нем резко возрастает и ток через резистор 41 в базу транзистора 43 увеличиваетс . Транзистор 43 открываетс , закрыва  транзистор 49. В. результате открываетс  транзистор 46,, часть коллекторного тока которого через стабилитрон 37, резисторы 39 и 41 течет, в базу транзистора 43. За. счет указанной положительной обратной св зи ускор етс  насы1иение транзисторов 43 и 46 и.закрытие транзистора 49. Закрытие транзистора 39 означает сн тие запрета на запуск элемента выдержки времени блока включени  13, так как разрываетс  низкоом.на  коллекторна  цепь транзистора 49, состо ща  из диода 51 и резистора 52, и ток, протекающий ранее по этой коллекторной цепи теперь начинает зар жатьконденсатор 16. По мере зар да конденсатора 16 напр жение на резисторах 24 и 25 возрастает пропорционально их сопротивлени м, следовательно потенциал базы транзистора 20 увеличиваетс , в то врем  как потенциал эмиттера этого транзистора посто нен и определ етс  напр жением пробо  стабилитрона 19. При заданном напр жении на конденсаторе 16 транзистор 20 запираетс , а транзистор 23 выходит из иасыще-т ни  ускоренно, благодар  положительной обратной св зи, по которой коллекторный ток транзистора 23 полностью ответвл етс  в базу транзистора 20. Диод 21 защищает базоэмиттерный переход транзистора 20 от пробо . Закрытие транзистора 23 приводит к запир.анию диода 27 и открыванию током через резисторы 28 н 29 транзистора 26, .коллекторный токкоторого включит тиристор 14. В рез.ультэ рге катушка 30 отключающего электромагнита получает питание и автоматический выключатель срабатывает и отключает систему. Все конденсаторы 3, 16 и 44 разр жаютс  на катушку 30. Бесконтактный расцепитель возвращаетс  в исходное состо ние.

После момента насыщени  транзисторов 43 и 46 параллельно резистору 35 подключаетс  цепь из диода 45, резистора 47 и насыщенного транзис тора 46. Пренебрега  сопротивлением

диода 45 и насыщенного транзистора 46, можно считать, что параллельно резистору 35 подключен резистор 47. Это означает, что уставка тока на возврат устройства переключени  будет отличатьс  от уставки тока на срабатывание этого устройства переключени  ...При этом чем меньгие отношение -- , тем меньше уставка тока на возврат, приусловии посто нной уставки тока-на срабатывание устройства переключени . Таким образом , измен   сопротивление резистора 47 при посто нном сопротивлении резистора 32, можно осуществить возврат устройства перключени  при любом токе в системе вплоть до номинального . При этом уставка тока на срабатывание, т.е. на ток короткого замыкани  в системе, при котором происходит срабатывание указанного устройства переключени , остаетс  посто нной. Если ток короткого замыкани  после момента запуска элемента выдержки времени блока включени  13 стал меньше тока уставки на срабатывание устройства переключени , но не достиг уставки тока на возврат этого устройства, то бесконтактный расцепитель сработает и автоматический выключатель отключит систему. Если же ток короткого замыкани  станет меньше уставки тока на возврат устройства переключени , то ток, протекающий через обращенный диод 40, станет меньше пикового тока этого диода и рабоча  точка обращенного диода 40 перейдет на начальный участок его вольтамперной характеристики. В результате транзистор 43 закроетс , а транзистор 49 откроетс , базовым током через- резистор-50. Транзистор 46 закроет .с , так как. е-го база зашунтируетс  через диод 53 транзистором 49. Конденсатор 16 разр дитс  через низкоомную коллекторную цепь из -резистора 52 и диода 51, т.е. будет наложен на элемент вьщержки времени блока включени  13 вышеуказанный запрет. Цедь из диода 45, резистора 47 и транзистора 46 будет разорвана закрытым транзистором 46. Дл  того, чтобы устройство переключени  вновь сработалои бьш сн т запрет с элемента выдержки времени блока вклчени  13, необходимо чтобы ток короткого , замыкани  вновь вырос до уставки тока.на срабатывание Устройства переключени , котора  была устновлена- резистором 3.2. Конденсатор 44 обеспечивает подцер)жан.не транзистора 43 в насыщенном состо нии при мгновенньк значени х вторичного тока трансформаторов - тока 1 меньше уставки тока на возврат устройства переключени .

Резистор 41 ограничивает базовый ток транзистора 43, а резистор 9

пропускает ток утечки стабилитрона 4 и не допускает преждевременного открывани  транзистора 7. Резистор 48 выбираетс  дл  обеспечени  насыщени  транзистора 46. Ток, протекающий через этот резистор, не должен открывать транзистор 43, который открываетс  током, протекающим через резистор 35, а поддерживаетс  в насыщении коллекторным током транзистора 46. Диоды 51, 53 и 27 предназначены дл  предотвращени  вли ни  на элемент выдержки времени блока включени  13 других цепей. Диод 12 позвол ет использовать ограничитель напр жени  также дл  конденса тора 44..

Таким образом, использование бесконтактного расцепител  позвол ет повысить надежность автоматического отключени  выключател  в диапазоне токов короткого замыкани  в энер госистемах переменного тока.

Формула 1 зобретени 

Бесконтактный расцепитель дл  автоматических выключателей переменного тока, содержащий коммутирующий тиристор с подключенной на его выходе катушкой отключающего электромагнита , установленные в каждом полюсе выключа.тел  трансформаторы тока с выпр мител ми на их выходе и накопительным конденсатором, ограничитель напр жени , подключенное к выходу накопительного конденсатора устройство переключени  с регулируемым коэффициентом возврата с токозадающим резистором, измерительным конденсатором, линейным и нелинейным делител ми напр жени  на входе, полупроводниковым реле короткого замыкани  на выходе, блок включени  с формирователем сигнала управлени  коммутирующим TUpJiCTOpOM и с интегрирующей RC-цепью, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности, он снабжен блоком контрол  напр жени  со стабр литроном на входе и транзисторным ключом на выходе, с отсекающим диодом в его коллекторной цепи причем формирователь сигнала блока включени  выполнен по схеме транзисторного ключа со стабилизатором напр жени  на входе, а нелинейный делитель устройства переключени  выполнен на обраи;енном диоде и стабилитроне , вход блока контрол  напр жени  подключен параллельно накопительном конденсатору, а выход параллельно измерительному конденсатору , вход блока включени  подключен параллельно накопительному конденсатору, а выход -к управл ю-, щему электроду комг-тутирующего -тиристора , вход устройства переключени  подключен параллельно измерительном конденсатору, а выход - параллельно входу блока включени , измерительны конденсатор подключен параллельно накопительному конденсатору через отсекающий диод блока контрол  напр жени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3689801, кл. 317-26, 05.09.72.

2.Могилевский Г.В. и др. Бесконтактный расцепитель максимального тока дл  селективных автоматических выключателей переменного тока. Труды ВНИИэлехтроаппарат, вып. 2. Низковольтное электроаппаратостроение . М. , Энерги , 1970, с. 1722 , рис. 1.,

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Бесконтактный расцепитель для автоматических выключателей переменного тока, содержащий коммутирующий тиристор с подключенной на его выходе катушкой отключающего электромагнита, установленные в каждом полюсе выключателя трансформаторы тока с выпрямителями на их выходе и накопительным конденсатором, ограничитель напряжения, подключенное к выходу накопительного конденсатора устройство переключения с регулируемым коэффициентом возврата с токозадающим резистором, измерительным конденсатором, линейным и нелинейным делителями напряжения на входе, полупроводниковым реле короткого замыкания на выходе, блок включения с формирователем сигнала управления коммутирующим тиристором и с интегрирующей RC-цепью, о тл и чающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен блоком контроля напряжения со стабилитроном на входе и транзисторным ключом на выходе, с отсекающим диодом в его коллекторной цепи, причем формирователь сигнала блока включения выполнен по схеме транзисторного ключа со стабилизатором напряжения на входе, а нелинейный делитель устройства переключения выполнен на обращенном диоде и стабилитроне, вход блока контроля напряжения подключен параллельно накопительному конденсатору, а выход параллельно измерительному конденсатору, вход блока включения под20 ключей параллельно накопительному конденсатору, а выход - к управляю-, щему электроду коммутирующего -тиристора, вход устройства переключения подключен параллельно измерительному 25 конденсатору, а выход - параллельно входу блока включения, измерительный конденсатор подключен параллельно накопительному конденсатору через отсекающий диод блока контроля на2Q пряжения.