устройство максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок

Формула изобретения

1. Устройство максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок, содержащее датчик тока, преобразователь тока в напряжение, блок формирования модуля входного сигнала, последовательно соединенные между собой, первый и второй блоки сравнения, исполнительный блок, блок задания уставки срабатывания, подключенный ко второму входу первого блока сравнения, элемент ИЛИ, резистор и пассивный четырехполюсник с постоянным запаздыванием, подключенные соответственно к первому и второму входам второго блока сравнения, при этом выходы первого и второго блоков сравнения через элемент ИЛИ подключены ко входу исполнительного блока, отличающееся тем, что последовательно соединенные между собой датчик тока, преобразователь тока в напряжение и блок формирования модуля входного сигнала установлены в цепь каждой электроустановки, при этом выходы каждого блока формирования модуля входного сигнала подсоединены к входу дополнительно введенного сумматора, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, с резистором и пассивным четырехполюсником с постоянным запаздыванием.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сумматор выполнен на основе активных элементов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик тока выполнен в виде бесконтактного датчика тока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик тока выполнен в виде электромагнитного трансформатора тока.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик тока выполнен в виде шунта.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик тока выполнен в виде накладного трансформатора тока.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь тока в напряжение выполнен на полупроводниковых элементах.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь тока в напряжение выполнен на микросхемах.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь тока в напряжение выполнен в виде шунтового преобразователя.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования модуля входного сигнала выполнен в виде выпрямителя с управляемой схемой преобразования.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования модуля входного сигнала выполнен с использованием средств электронно-вычислительной техники.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в максимальной токовой защите от перегрузок группы электроустановок.

Известное устройство максимальной токовой защиты (Ванин В.К. и Павлов Г.М. Релейная защита на элементах аналоговой вычислительной техники. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.127-128, рис.3-10), содержащее последовательно соединенные датчик тока, преобразователь тока в напряжение, блок формирования модуля входного сигнала, блок сравнения, исполнительный блок, а также блок задания уставки, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, предназначенное для защиты электроустановок от короткого замыкания и перегрузки. Основные блоки такого устройства выполнены на операционных усилителях и элементах вычислительной техники.

Недостаток аналога заключается в значительном снижении чувствительности защиты к перегрузкам, возникающим в период минимальных нагрузок группы электроустановок.

Свободным от указанного недостатка является прототип (RU 2004041 С1, кл. Н 02 Н 3/08, 1993 г.), содержащий последовательно включенные датчик тока, преобразователь тока в напряжение, блок формирования модуля входного сигнала, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, к второму входу блока сравнения подключен выход блока задания уставки, выход блока сравнения соединен с входом логического блока ИЛИ, выход которого подключен к входу исполнительного блока. Кроме того, выход блока формирования модуля сигнала через резистор и пассивный четырехполюсник с постоянным запаздыванием подключен соответственно к первому и второму входам второго блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом логического блока ИЛИ.

Недостаток прототипа заключается в снижении чувствительности защиты к перегрузкам группы электроустановок, работающих с различными коэффициентами мощности (cos ).

Задачей изобретения является уменьшение погрешности и увеличение чувствительности максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок, содержащем датчик тока, преобразователь тока в напряжение, блок формирования модуля входного сигнала, последовательно соединенные между собой, первый и второй блоки сравнения, исполнительный блок, блок задания уставки срабатывания, подключенный ко второму входу первого блока сравнения, элемент ИЛИ, резистор и пассивный четырехполюсник с постоянным запаздыванием, подключенные соответственно к первому и второму входу второго блока сравнения, при этом выходы первого и второго блоков сравнения через элемент ИЛИ подключены ко входу исполнительного блока, согласно изобретению последовательно соединенные между собой датчик тока, преобразователь тока в напряжение и блок формирования модуля входного сигнала установлены в цепь каждой электроустановки, при этом выходы каждого блока формирования модуля входного сигнала подсоединены к входу дополнительно введенного сумматора, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, с резистором и пассивным четырехполюсником с постоянным запаздыванием. При этом сумматор выполнен на основе активных элементов, а датчик тока - в виде бесконтактного датчика тока, или в виде электромагнитного трансформатора тока, или в виде шунта, или в виде накладного трансформатора тока. Преобразователь тока в напряжение выполнен на полупроводниковых элементах или на микросхемах или в виде шунтового преобразователя. Блок формирования модуля входного сигнала выполнен в виде выпрямителя с управляемой схемой преобразования или с использованием средств электронно-вычислительной техники.

Введение в устройство сумматора и установка датчика тока, преобразователя тока в напряжение и блока формирования модуля входного сигнала непосредственно в каждую цепь потребителя обеспечивает повышение чувствительности защиты от перегрузок группы электроустановок.

Положительный эффект, заключающийся в уменьшение погрешности и увеличение чувствительности максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок, достигается за счет того, что величина сигнала на выходе сумматора равна сумме сигналов амплитудных значений токов каждой электроустановки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена блок-схема заявляемого устройства, на фиг.2 - график зависимости величины суммы токов от разницы углов между ними.

Устройство выполнено следующим образом. В электрическую цепь 1 последовательно установлены датчик 2 тока, преобразователь 3 тока в напряжение и блок 4 формирования модуля входного сигнала. Элементы 2, 3 и 4 последовательно включены в электрической цепи 1 каждой защищаемой электроустановки 5. Выходы каждого блока 4 формирования модуля входного сигнала подключены к сумматору 6, выход которого подключен к первому входу блока 7 сравнения, ко второму входу блока 7 сравнения подключен выход блока 8 задания уставки, выход блока 7 соединен с первым входом логического блока ИЛИ 9, выход которого подключен к входу исполнительного блока 10. Кроме того, выход сумматора 6 через резистор 11 и пассивный четырехполюсник 12 с постоянным запаздыванием подключен соответственно к первому и второму входам второго блока 13 сравнения, выход которого соединен со вторым входом логического блока ИЛИ 9.

Работа устройства осуществляется следующим образом. От датчика 2 тока через блоки 3 и 4, установленные в электрической цепи 1 каждой защищаемой электроустановки 5, на входы сумматора 6 подаются сигналы, равные амплитудным значениям токов электроустановок 5. На первый вход блока 7 сравнения от сумматора 6 подается входной сигнал Uвх, пропорциональный сумме амплитудных значений токов защищаемых электроустановок 5. На второй вход блока 7 сравнения с выхода блока 8 задания уставки подается напряжение уставки U₈, величина которого определяет порог срабатывания защиты от перегрузки. Если | U_вх| <| U₈| , блок 7 сравнения находится в исходном состоянии. Если | U_вх| >| U₈| , происходит срабатывание блока 7 сравнения, на его выходе появляется соответствующий сигнал, который через блок ИЛИ 9 поступает на исполнительный блок 10, который осуществляет отключение электроустановок и (или) сигнализацию перегрузки. Одновременно напряжение U_вх с выхода сумматора 6 подается через резистор 11 на первый (инвертирующий) вход второго блока 13 сравнения и через пассивный четырехполюсник 12 - на второй (неинвертирующий) вход второго блока 13 сравнения. Условие срабатывания второго блока 13 сравнения определяется выражением

где Z_12(p)=A (1+pT) - операторное сопротивление пассивного четырехполюсника 12 с постоянным запаздыванием. Переходя в выражении (1) к единичной временной функции, получим условие срабатывания блока 13 сравнения в виде

Таким образом, сигнал на втором входе блока 13 сравнения появляется с некоторым запаздыванием по отношению к сигналу на первом входе этого блока с учетом определенных выше соотношений между R₁₁ и А.

В соответствии с выражениями (1, 2) порог срабатывания блока 13 сравнения изменяется с изменением нагрузки защищаемой группы электроприемников с запаздыванием по времени, определяемым величиной Т.

Работа устройства поясняется на примере, где рассматривается работа двух электроустановок одинаковой мощности P₁=P₂. Суммарный ток электроустановок изменяется в пределах значений, соответствующих тому cos с которым они будут работать. Это изменение отображается соответствующим графиком, изображенным на фиг.2, где на оси абсцисс указано изменение угла между токами , а на оси ординат - отношение суммарного тока I к току одного потребителя I₁. На графике изображены пределы изменения тока. В рассматриваемом примере видно, что значение отношения тока меняется от максимального, равного 2, до минимального - 1,41. Таким образом, суммарный рабочий ток уменьшается с увеличением угла между токами , а максимальная погрешность может достигать 30%.

Рассмотрение заявляемого устройства и сравнение его с прототипом показывает, что при защите группы электроустановок от перегрузки достигается уменьшение погрешности и повышение чувствительности защиты.

В настоящее время изготовлен опытный образец устройства и проведены его успешные лабораторные и натуральные испытания в Учебно-научно-производственном центре "Энергоэффективность" Тверского государственного технического университета.

Производство устройства может изготавливаться на заводах электротехнической промышленности.

Устройство может широко применяться во всех распределительных электрических сетях для защиты группы электроустановок, например для защиты от перегрузки многодвигательных электроприводов.