SU922937A1 - Устройство для защиты электроустановки от замыкания на корпус в сети переменного тока i - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты от замыканий на корпус в электроустановках, работающих на переменном токе.

5

Известны устройства для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока, содержащие датчик напряжения, детектор, реагирующий орган, дифференциальный усилитель, сглаживающий фильтр и дифференцирующую цепочку, которая своим выходом подключена к входу реагирующего органа, а входом - к выходу детектора, подключенного между выходом дифференциального усилителя и входом сглаживающего фильтра, причем выход сглаживающего фильтра подсоединен к противофазному входу дифференциального усилите·ля, синфазный вход которого подключен к выходу датчика напряжения. Эти устройства имеют высокую чувствительность си.

2

Однако эти устройства сложны в изготовлении, дорогостоящи и имеют невысокую надежность работы.

Кроме того, такие устройства защиты не обеспечивают бездугового отключения аварийной установки.

Известны также устройства защиты от пробоев на корпус, содержащие в качестве источника импульсов оперативного тока конденсатор, питаемый от защищаемой установки. Разряд конденсатора производится в определенные промежутки времени через полупроводниковый элемент при помощи специального управляющего устройства. Ток разряда через трансформатор тока подается в нулевую шину питания защищаемой установки, причем частота импульсов тока выбирается больше частоты тока в защищаемой цепи. Чувствительным органом служит устанавливаемый на нулевую и токоведущую шины дифференциальный трансформатор тока, пробой

3 '. - 922937 4

которого вызывает сигнал управления на вход двухтактного транзисторного

на исполнительный элемент [2].

Недостатками таких устройств являются сложность изготовления, невысокая надежность работы, так как они 5 имеют специальное импульсное управляющее устройство и полупроводниковый управляемый элеменУ в цепи импульсного тока.

Кроме того, эти устройства также ю не обеспечивают безискровой и бездуговой коммутации, что снижает безопасность их работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является за- 15 щитное устройство, содержащее специальный источник тока высокой ,частоты, (который непрерывно формирует ймпульсы, подаваемые в защищаемую цепь. На требуемом участке цепи устанавливается чувствительный орган в виде трансформатора тока и фильтра, сигнал с которого подается на вход исполнительного элемента ГЗ3.

Однако в известном устройстве ₂₅ предусматривается применение специального высокочастотного источника оперативного тока и фильтра, настраиваемого в резонанс на частоту оперативного тока, что усложняет устройство. ₃₀

Кроме того, известное устройство недостаточно надежно в работе, так как ЬС-фильтры не имеют релейную характеристику тока срабатывания от частоты. Поскольку последовательность импульсов оперативного тока произвольна по отношению к фазе тока защищаемой цепи, то устройство не осуществляет бездуговой коммутации аварийной электроустановки, что снижает надежность и пожаробезопасность работы исполнительного элемента.

Цель изобретения - повышение надежности отключения путем обеспечения бездуговой коммутации. ⁴⁵

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем подключенный к сети источник оперативного . тока, чувствительный элемент с трансформатором тока и исполнительный эле- ⁵⁰ мент, источник оперативного тока выполнен импульсным и включен в каждой фазе сети и состоит из трансформатора тока· с немагнитным зазором, первичной обмоткой которого является то-55 коввод электроустановки, а вторичная обмотка с выведенной нулевой точкой подключена через переменный резистор

усилителя, на выход которого включена вторичная обмотка пик-трансформатора с выведенной нулевой точкой, при этом в качестве первичной обмотки пик-трансформатора служит токоввод электроустановки, причем концы обмотки пик-трансформатора присоединены к катодам разделительных диодов, а аноды - к первой обкладке конденсатора, к другой обкладке которого подсоединен корпус электроустановки, а нулевая точка пик-трансформатора подключена к одному выводу первичной обмотки упомянутого трансформатора тока, второй вывод которой подсоединен к фазе защищаемой электроустановки, при этом чувствительный орган выполнен в виде стабилитрона, катод которого включен в первую вы- . ходную обмотку трансформатора тока, а исполнительный элемент выполнен на двух соединенных параллельно замыкающих блок-контактах исполнительных элементов двух других фаз, включенных во вторую выходную обмот.ку упомянутого ! трансформатора тока, а также расцепителя индукциоино-динамического типа, к входу которого подключены выходы указанных блок-контактов и анод упомянутого стабилитрона.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит в каждой фазе защищаемой цепи источник 1 импульсов оперативного тока, который одновременно является синхронизатором исполнительного элемента и включает одетый на токоввод 2 электроустановки трансформатор 3 тока с немагнитным зазором, обмотка которого имеет нулевую точку и подключена через переменный резистор 4 на вход двухтактного усилителя на транзисторах 5 и 6. Нагрузкой усилителя служит обмотка 7 пик-трансформатора, имеющая нулевую точку.

К концам обмотки· 7 пик-трансформатора через встречно включенные диоды 8 и 9 и конденсатор 10, а также к ее нулевой точке подключена защищаемая токовая цепь. Источником питания транзисторного усилителя служит конденсатор 11.· Чувствительный орган состоит из трансформатора 12 тока, стоящего в цепи импульсов оперативного тока и стабилизатрона 13, стоящего в первой выходной обмотке трансформатора тока.

И его второй выходной обмотке подключены два параллельно соединенных за5 922937 6

мыкающих блок-контакта ₍14 и 15 исполнительных элементов 16 и 16 двух других фаз. Блок-контактами могут быть, например, путевые выключатели. Исполнительным элементом служит быстродей- 5 ствующее контактное отключающее устройство 16 (соответственно 16' и 16^Ч для других фаз) однополюсного исполнения, имеющее силовой импульсный привод, например пружинный. Отключающее устрой- ю ство 16 размыкает свои контакты в случае срабатывания расцепителя индукционно-динамического типа, состоящего из катушки 17, диска из немагнитного материала 18, конденсатора 19, пред- 15 варительно заряжаемой через трансформатор 20, и схему удвоения напряжения в виде конденсатора 21 и диодов 22 и 23, а также из тиристоров 24 и 2$. Конденсатор 11 питания усилителя за- 20 ряжается. через трансформатор 20, ди,одный мост 26-29 и.резистор 30. Трансформатор 20 питается от защищаемой цепи.

Устройство работает следующим об- 25 разом.

Ток в фазе цепи защищаемой электроустановки 2 создает в магнитопроводе трансформатора 3 тока магнитный лоток, который совпадает с током по фа-зо зе (из-за наличия воздушного зазора) ЭДС, наводимая в обмотке трансформатора 3 тока, пропорциональна производ· ной от потока, а следовательно, и тогде к, - коэффициент пропорциональности ;

Ц - ток в фазе.

Под действием этой ЭДС в обмотке трансформатора 3 тока протекает ток имеющий активный характер, из-за

наличия сопротивления резистора 4‘

где кц_ - коэффициент;

ί - входной ток двухтактного

усилителя на транзисторах 5 и 6, включенных по схеме $₀ с общим эмиттером.

Усиленный ток ϊ на выходе усилителя совпадает по фазе с током ί т.е. ί<$ - к_гЛ^/с1с, где к^- коэффициент. Полуволна тока 13 формирует-, ся на одном из плеч усилителя и протекает по половине обмотки 7, создавая намагничивающую силу, приложенную к сердечнику пик-трансформатора.

►

Таким образЬм, к сердечнику пик-транс форматора приложены две намагничивающие силы, одна из которых обусловлена отключаемым током ц, а другая -» током 13. В момент равенства суммарной намагничивающей силы нулю сердечник пик-трансформатора резко перемагничивается, вызывая импульс напряжения в другой половине обмотки 7, который по времени на величину 500—

1500 мкс упреждает нуль тока в контролируемой фазе, т.е. нуль тока Ц. Сопротивлением резистора 4 можно регулировать величину тока ϊ^, а следовательно, и время упреждения нуля Импульс напряжения в одной из половины обмотки 7 вызывает достаточный по мощности импульс оперативного тока, который подается через диод 8 |или 9 в защищаемую цепь. Импульсы оперативного тока, формируемые синхронизатором 1, перед каждым нулем тока Н фазе (с времени упреждения нуля*:) [замыкаются через распределенную емкость электроустановки 2 и конденсатор 10. При этом импульсы оперативного тока проходят по первичной обмотке трансформатора 12 тока, имеющего две выходные обмотки. В случае возникновения замыкания на корпус одной из фаз, например фазы С, цепь импульсов оперативного тока закоротится и импульсы тока возрастут по величине. В этом случае, напряжение во вторичной обмотке трансформатора 12 тока со стабилитроном 13 превысит напряжение стабилизации стабилитрона, он отопрется и импульс тока с этой обмотки пройдет по цепи управления Тиристора 24, осуществляя его быстрое (единицы микросекунд) отпирание. ^Предварительно заряженный конденсатор 19 разрядится на катушку 17 индукционно-динамического механизма расцепителя. Диск 18 при этом под действием электромагнитных сил отталкивания отбросится от катушки 17, освобождая подвижный контакт отключающего устройстве! 16 от защелки. Нод действием силового импульсного привода, например сильной пружины, подвижный контакт отключающего устройства 16 двигается на размыкание, осуществляя синхронное отключение аварийной фазы, т.е. отключение в нуле тока этой-фазы. В момент размыкания контактов отключающего устройства 16, .замыкаются два его блок-контакта, стоящих в фазах А и В, аналогичных блок7 922937 8

контактам 14 и 15 фазы С. Тогда импульсы оперативного тока фаз В и А (перед нулями токов этих фаз) наводят импульсы тока во второй выходной об- мотке соответствующих трансформаторов 5 тока т.е. 12¹ и 12^й . (не показаны), которые будут протекать по цепям управления соответствующих тиристоров 25** и 25“ (не показаны), осуществляя отпи-. рание этих тиристоров. При этом от- 10 ключающие устройства 16* и 16" сра- ¹ батывают как и в случае устройства 16 аварийной фазы. Фазы А и В отключаются синхронно и одновременно, в ближайшем общем нуле тока. В случае возникнове· ,5 ния замыкания на корпус любой из фаз устройство работает аналогичным образом. При отключении аварийной фазы процессы перераспределения токов приводят к образованию общего нуля тока 20 в двух оставшихся неаварийных фазах.

В этом нуле и происходит отключение неаварийных фаз. Общее время существования несимметрии фаз не превышает одного периода питающего напряжения, 2$ т.е. совершенно незначительный отрезок времени, что не может привести к опасным последствиям.

Применение схемы усиления тока выходной обмотки трансформатора 3 тока зо двухтактным транзисторным усилителем позволяет получать импульсы оперативного тока, обладающие мощностью, достаточной для надежного управления исполнительным элементом. Величины им- ₃₅ пульсов тока с выхода чувствительного органа должны быть достаточными для отпирания маломощных тиристоров 24 и 25 и не превышать 10 мА, что обеспечивает полную безопасность человека 40 при имеющем место интервале импульсов, принимая во внимание незначительную длительность самих импульсов.

Использование источника оператив₍ных импульсов тока в качестве синхро- 45 Йизатора исполнительного элемента позволяет осуществлять бездуговое отключение аварийных электроустановок, что особенно важно в сильноточных цепях переменного тока и эффективно для ₅₀ защиты электроустановок с повышенными требованиями к взрыво-пожаробезопасности.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для защиты электроуста- ₅₅ новки от замыкания на корпус в сети

   переменного тока, содержащее подключенный к сети источник оперативного тока, чувствительный орган с трансформатором тока и исполнительный элемент, отли чающееся тем, что, с целью повышения надежности отключения путем обеспечения бездуговой коммутации, источник оперативного тока выполнен импульсным и включен в каждой фазе сети и состоит из трансформатора тока с немагнитным зазором, первичной обмоткой которого является токоввод электроустановки, а вторичная обмотка с выведенной нулевой точкой подключена через переменный резистор на вход двухтактного транзисторного усилителя, на выход которого включена вторичная обмотка пик-трансформатора с выведенной нулевой точкой, при этом в качестве первичной обмотки пи к-трансформатора служит токоввод электроустановки,причем концы обмотки пик-трансформатора присоединены к катодам разделительных диодов, а аноды - к первой обкладке конденсатора, к другой обкладке которого подсоединен корпус электроустановки, а нулевая точка пик-трансформатора подключена к одному выводу первичной обмотки упомянутого трансформатора тока, второй вывод которой подсоединен к фазе защищаемой электроустановки, при этом чувствительный орган выполнен в виде стабилитрона, катод которого включен в первую выходную обмотку трансформатора тока, а исполнительный элемент выполнен на двух соединенных параллельно замыкающих блокконтактах исполнительных элементов двух других фаз, включенных во вторую выходную обмотку упомянутого трансформатора тока, а также расцепителя индукционно-динамического типа, к входу которого подключены выходы указанных блок-контактов и анод упомянутого стабилитрона.