устройство для отключения ячейки комплектного распределительного устройства

Формула изобретения

Устройство для отключения ячейки комплектного распределительного устройства, содержащее световод, первый и второй фотоэлектронные преобразователи, ко входам которых подключен световод своими концами, а выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока логарифмирования отношения токов, и n исполнительных органов, где n - число контролируемых ячеек, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит схему И, блок формирования стробирующих импульсов, делитель сигнала и n амплитудных селекторов импульсов, причем первый и второй входы схемы И подключены соответственно к выходам первого и второго фотопреобразователей, а выход через блок формирования стробирующих импульсов подключен к третьему входу блока логарифмирования отношения токов, выход которого подключен к входу делителя сигнала, каждый из n выходов которого подключен через соответствующий амплитудный селектор импульсов ко входу соответствующего исполнительного органа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам релейной защиты электрооборудования и может быть использовано для подачи сигнала на аварийное отключение ячейки комплектных распределительных устройств (КРУ) при возникновении в ней электрической дуги короткого замыкания.

При разработке систем аварийной защиты электрораспределительного оборудования, в частности КРУ, встает задача отключения отдельной ячейки КРУ без отключения КРУ в целом при возникновении электрической дуги в этой ячейке. Устройство для отключения КРУ должно охватывать все его ячейки, иметь высокое быстродействие и не реагировать на электромагнитные помехи.

Известно устройство дуговой защиты УДЗ-1 [1], состоящее из световода, фотоприемника, компаратора и исполнительного органа. Световод прокладывается в местах вероятного возникновения электрической дуги и соединяется с фотоприемником, подключенным к неинвертирующему входу компаратора, нагрузкой которого является исполнительный орган, отключающий КРУ. Работает устройство следующим образом. При возникновении электрической дуги у световода подгорает или перегорает изоляционный слой. По светопроводящему каналу свет попадает на фотоприемник, где преобразуется в электрический аналог, который сравнивается на компараторе с заданным уровнем напряжения, превышение которого свидетельствует о появлении электрической дуги. В этом случае сигнал с компаратора вызывает срабатывание исполнительного органа, который отключает КРУ в целом. Данное устройство позволяет охватывать несколько ячеек за счет прокладки световода в этих ячейках. Однако данное устройство не позволяет определять местоположение дуги и поэтому отключает КРУ в целом.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство [2] для отключения ячейки КРУ, содержащее световод, первый и второй фотоэлектронные преобразователи (ФЭП), ко входам которых подключен световод своими концами, а выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока логарифмирования отношения токов (БЛОТ), и параллельно к первому и второму входам схемы ИЛИ. Выходы БЛОТ и схемы ИЛИ соответственно подключены к первому входу АЦП и ко второму входу микропроцессора. Ко второму входу АЦП подключен первый выход микропроцессора. Остальные выходы микропроцессора подсоединены к соответствующим входам исполнительных устройств (ИО). Принцип действия устройства заключается в том, что в устройстве регистрируют световые сигналы с двух концов световода, путем логарифмирования отношения токов с выходов ФЭП определяют расстояние от места электрической дуги до первого ФЭП вдоль световода, и зная расположение световода в ячейках КРУ, определяют ячейку, в которой возникала электрическая дуга, и отключают ее, не отключая КРУ в целом. При возникновении электрической дуги одновременно в двух и более ячейках отключается все КРУ.

Недостатком прототипа является повышенная вероятность ложного срабатывания устройства. Главным источником ложных срабатываний в устройстве являются шумы ФЭП. Так как в устройстве первый и второй ФЭП включены по схеме ИЛИ, то вероятность ложного срабатывания устройства P будет равняться сумме вероятностей следующих событий:

- первый ФЭП ложно сработает, второй ФЭП ложно не сработает;

- первый ФЭП ложно не сработает, второй ФЭП ложно сработает;

- первый ФЭП ложно сработает, второй ФЭП ложно сработает.

Предполагая, что первый и второй ФЭП одинаковы, вероятность первого события определяется по формуле определения вероятностей независимых событий

P1=p(1-p),

где p - вероятность события, когда первый ФЭП ложно сработает;

(1-p) - вероятность события, когда второй ФЭП ложно не сработает.

Точно такая же формула будет для второго события, что следует из вышеприведенного предположения об одинаковости первого и второго ФЭП

P2=(1-p)p

Вероятность третьего события по той же формуле о вероятности двух независимых событий

P3=pp=p²

Тогда сумму вероятностей этих трех событий можно записать в виде

P=P1+P2+P3=2p+p² (1)

Вероятность ложного срабатывания любого из двух ФЭП составляет p=10^-9 [3].

Тогда вероятность ложного срабатывания устройства равна P=210^-9.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является снижение вероятности ложного срабатывания устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для отключения ячейки комплексного распределительного устройства, содержащее световод, первый и второй фотоэлектронные преобразователи, ко входам которых подключен световод своими концами, а выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока логарифмирования отношения токов, и n исполнительных органов, где n - число контролируемых ячеек, дополнительно содержит схему И, блок формирования стробирующих импульсов, делитель сигнала и n амплитудных селекторов импульсов, причем первый и второй входы схемы И подключены соответственно к выходам первого и второго фотоэлектронных преобразователей, а выход через блок формирования стробирующих импульсов подключен к третьему входу блока логарифмирования отношения токов, выход которого подключен к входу делителя сигнала, каждый из n выходов которого подключен через соответствующий амплитудный селектор импульсов ко входу соответствующего исполнительного устройства.

Блок-схема устройства представлена на чертеже.

Устройство для отключения ячейки КРУ содержит световод 1, два фотоэлектронных преобразователя (ФЭП) 2 и 3, схему И 4, блок формирования стробирующих импульсов (БФСИ) 5, блок логарифмирования отношения токов (БЛОТ) 6, делитель сигнала (ДС) 7, n амплитудных селекторов импульсов (АСИ) 8, и n исполнительных органов (ИО) 9, где n - число контролируемых ячеек. Каждый конец световода 1 подключен ко входу своего ФЭП, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам схемы И 4 и БЛОТ 6. Выход схемы И 4 через БФСИ 5 подключен к третьему входу БЛОТ 6, а выход БЛОТ 6 подключен к входу ДС 7, имеющего n выходов, каждый выход ДС 7 через соответствующий АСИ 8 подключен ко входу соответствующего ИО 9.

В заявляемом устройстве световод 1 представляет собой нерегулярный волоконно-оптический жгут, выполненный по чертежу 5АС503582 АО "Лыткаринский завод оптического стекла". В качестве ФЭП 1 и 2 используются фотодиоды ФД263. Схема И 4 реализована на базе микросхемы К521СА3. БФСИ 5 реализован на базе микросхемы К564ТМ2. БЛОТ 6 реализован на базе микросхем К140УД7, К140УД17, К140УК20. ДС 7 реализован на базе микросхем К301МР7, К308МР12. АСИ 8 реализован на базе микросхемы К521СА3. В качестве ИО 9 используется реле РЭН-33.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Возникновение и горение электрической дуги в ячейке КРУ сопровождается интенсивным испусканием света, который попадает на боковую поверхность световода 1 и возбуждает в нем световой сигнал, поступающий по световоду на ФЭП 2 и 3, где он преобразуется в электрические аналоги. Электрические сигналы поступают на первые и вторые входы схемы И 4 и БЛОТ 6. При совпадении электрических сигналов на входах схемы И 4, на ее выходе образуется сигнал, который поступает на БФСИ 5. По этому сигналу БФСИ 5 на своем выходе формирует стробирующий импульс заданной амплитуды и длительности, который поступает на третий вход БЛОТ 6. По этому стробирующему импульсу на выходе БЛОТ 6 формируется импульсный сигнал с амплитудой, линейно зависимой от логарифма отношения мгновенных значений сигналов на выходах ФЭП 2 и 3, и длительностью, равной длительности стробирующего импульса, которая однозначно связана с положением ячейки. Отметим, что до прихода стробирующего импульса на выходе БЛОТ 6 поддерживается заданный постоянный уровень, который превышает наибольшую из возможных амплитуд сигнала, образованного в результате электрической дуги. Импульсный сигнал с выхода БЛОТ 6 поступает на вход ДС 7, где делится на n сигналов (n - число контролируемых ячеек), каждый из которых поступает на вход соответствующего АСИ 8. В АСИ 8 амплитуда сигнала сравнивается с заданным верхним и нижним уровнями, которые определяются местоположением ячеек КРУ. Если амплитуда сигнала лежит между этими уровнями, АСИ 8 выдает сигнал на вход соответствующего ИО 9, по которому он отключает данную ячейку.

Принцип действия предлагаемого устройства основан на зависимости амплитуды сигнала на выходе БЛОТ 6 от расстояниях между вспышкой света и ФЭП 3. Зная это расстояние при известной прокладке световода, можно определить ячейку, где возникла дуга. Это можно подтвердить следующим.

Токи i1 и i2, возникающие в ФЭП 2 и 3, определяются формулами

i1=eSFl9^-0,1a(L-x) (2)

i2=eSfl9^0,1ax (3)

где e - коэффициент преобразования света электрической дуги в световую мощность, индуцированную в световоде;

S - крутизна преобразования световой мощности в ток в ФЭП;

F - освещенность световода, создаваемая светом от электрической дуги;

l - длина световода, приходящаяся на одну ячейку;

a - коэффициент затухания световой мощности в световоде;

L - длина световода;

X - расстояние от ФЭП 3 до ячейки, где возникла электрическая дуга.

БЛОТ 6 приводит математическую операцию логарифмирования отношения токов i1 и i2 с выходов ФЭП 2 и 3

U_вых=Rlg(i2/i1)+U_смо,

где U_вых - напряжение на выходе блока 4;

U_смо - константы, определяемые конкретным исполнением БЛОТ 6.

Представляя (2) и (3) в (4) и проводя необходимые математические преобразования, получим функцию U_вых = f(x), зависимую от координаты x

U_вых=0,1aR(L-2x)+U_смо.(4)

Нижний E1 и верхний E2 уровни в АСИ 8 можно задавать для k-ой ячейки в виде

E1=0,1aR(L-2x1)+U_смо(5)

E2=0,1aR(L-2x2)+U_смо (6)

где отрезок световода [x2, x1] лежит в k-ой ячейке.

Ложное срабатывание предлагаемого устройства произойдет, когда одновременно ложно сработают ФЭП 2, 3, что следует по логике работы схемы И 4. Поэтому вероятность ложного срабатывания устройства можно определить по формуле вероятности двух независимых событий - ложного срабатывания ФЭП 2 и ложного срабатывания ФЭП 4:

P"=p²(7)

При p= 10^-9 как в прототипе, вероятность ложного срабатывания P"=10^-18, что примерно в 0,510⁹ раза меньше, чем у прототипа.

Таким образом, техническим результатом от использования заявляемого устройства для отключения ячейки КРУ в сравнении с прототипом является уменьшение вероятности ложного срабатывания в 0,510⁹ раза.