устройство для защиты трехфазных электродвигателей

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, содержащее трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, блоки формирования выпрямленных напряжений, входы которых подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, блоки выделения минимального и максимального из трех выпрямленных напряжений, входы которых подключены к одним выходам блоков формирования выпрямленных напряжений, элемент контроля перегрузки, выполненный в виде мостовой схемы из трех резисторов и стабилитрона, в измерительную диагональ которой включен первым входом интегратор-сумматор сигналов с тремя входами, точка соединения первого и третьего резисторов элемента контроля перегрузки объединена с другими выходами блоков формирования выпрямленных напряжений, точка соединения второго резистора и стабилитрона элемента контроля перегрузки подключена к выходу блока выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, второй вход интегратора-сумматора сигналов подключен к выходу блока выделения минимального из трех выпрямленных напряжений, выход интегратора-сумматора сигналов через реагирующий орган подключен к входу исполнительного органа, отличающееся тем, что дополнительно содержит делитель из четвертого и пятого резисторов и разделительный диод, при этом входы делителя подключены между точкой соединения первого и второго резисторов элемента контроля перегрузки и выходом блока выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, а третий вход интегратора-сумматора сигналов через разделительный диод подключен к средней точке делителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты трехфазных электродвигателей от коротких замыканий (КЗ), а также от работы на двух фазах и перегрузок.

Известно устройство для защиты трехфазных электродвигателей, основанное на фиксации несимметрии токов фаз при работе на двух фазах, содержащее трансформаторы тока, реагирующий фазочувствительный орган сравнения и исполнительный орган.

Недостатками указанного устройства являются его ограниченная чувствительность к токам заклинивания и перегрузок двигателя в симметричном трехфазном режиме и недостаточно надежная отстройка от пусковых токов при наличии несимметрии в трехфазной системе токов.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты трехфазных электродвигателей, содержащее трансформаторы тока для подключения в разные фазы питания электродвигателя, блоки формирования выпрямленных напряжений, входы которых подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока, блоки выделения минимального и максимального из трех выпрямленных напряжений, входы которых подключены к одним выходам блоков формирования выпрямленных напряжений, элемент контроля перегрузки, выполненный в виде мостовой схемы из трех резисторов и стабилитронов, в измерительную диагональ которой включен первым входом интегратор-сумматор сигналов с тремя входами, точка соединения первого и третьего резисторов элемента контроля перегрузки объединена с другими выходами блоков формирования выпрямленных напряжений, точка соединения второго резистора и одного из стабилитронов элемента контроля перегрузки подключена к выходу блока выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, второй вход интегратора-сумматора сигналов подключен к выходу блока выделения минимального из трех выпрямленных напряжений, выход интегратора-сумматора сигналов через реагирующий орган подключен к входу исполнительного органа.

Это устройство может выявлять режимы перегрузки трехфазных электродвигателей, а также обрыв хотя бы одной из фаз в цепи питания трехфазных электродвигателей и с помощью магнитных пускателей или автоматических выключателей производить их отключение.

Однако оно не может достаточно быстро выявлять КЗ в трехфазных электродвигателях или в питающем кабеле и в соответствии с этим быстро производить отключение поврежденного участка сети.

Сущность предложения заключается в том, что при введении делителя из четвертого и пятого резисторов и разделительного диода, включенных определенным образом, обеспечивается возможность быстрого выявления КЗ в трехфазных электродвигателях или в питающем их кабеле и в соответствии с этим быстрого отключения поврежденного участка сети.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 и 3 - временные характеристики его срабатывания.

На схеме показаны трансформаторы 1, 2, 3 тока, подключенные к фазам А, В, С питания электродвигателя, блоки 4, 5, 6 формирования выпрямленных и сглаженных напряжений, блок 7 выделения минимального из трех выпрямленных напряжений, блок 8 выделения максимальных из трех выпрямленных напряжений; элемент 9 контроля перегрузки с регулятором уставки по току перегрузки R₁, реагирующий орган 10, выполненный в виде порогового элемента с положительной обратной связью, исполнительный орган 11 (например, реле, контакты которого используются для отключения магнитного пускателя, первый, второй и третий резисторы 12, 13, 14 мостовой схемы; стабилизатор 15 мостовой схемы; интегратор-сумматор 16 сигнала с тремя входами; четвертый и пятый резисторы 17, 18 регулируемого делителя R₂; разделительный диод 19, входные резисторы 20, 21, 22 интегратора-сумматора сигналов 16, усилительный элемент (например, транзистор) 23 интегратора-сумматора 16; интегрирующий конденсатор 24 интегратора-сумматора сигналов 16; пороговый элемент 25 реагирующего органа; выходной транзистор 26 реагирующего органа.

Трансформаторы 1, 2, 3 тока подключены к фазам А, В, С питания электродвигателя, входы блоков формирования выпрямленных напряжений 4, 5, 6 подключены к выходам соответствующих трансформаторов тока 1, 2, 3, входы блоков выделения минимального 7 и максимального 8 из трех выпрямленных напряжений подключены к одним выходам блоков формирования выпрямленных напряжений, элемент 9 выполнен в виде мостовой схемы из трех резисторов 12-14 и стабилитрона 15, в измерительную диагональ которой включен первым входом интегратор-сумматор сигналов 16 с тремя входами, точка соединения первого 12 и третьего 14 резисторов элемента 9 контроля перегрузки объединена с другими выходами блоков 4, 5, 6, точка соединения второго резистора 13 и стабилитрона 15 элемента контроля перегрузки 9 подключена к выходу блока 8 выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, второй вход интегратора-сумматора 16 сигналов подключен к выходу блока 7, входы делителя из четвертого 17 и пятого 18 резисторов подключены между точкой соединения первого 12 и второго 13 резисторов элемента 9 и выходом блока 8 выделения максимального из трех выпрямленных напряжений, третий вход интегратора-сумматора сигналов через разделительный диод 19 подключен к средней точке делителя из четвертого 17 и пятого 18 резисторов, и выход интегратора-сумматора 16 сигналов через реагирующий орган 10 подключен к входу исполнительного органа 11.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном нагрузочном режиме максимальное и минимальное напряжения на выходах блоков 8 и 7 примерно равны, транзистор 23 закрыт, конденсатор 24 разряжен, а блоки 10 и 11 находятся в несработанном состоянии.

При появлении перегрузки транзистор 23 открывается и с выдержкой времени, зависимой от тока и постоянной времени элементов 20, 24, обеспечивается заряд конденсатора 24, после чего срабатывают блоки 10 и 11 и через дополнительный коммутационный аппарат происходит отключение защищаемого электродвигателя. Зависимая временная характеристика срабатывания устройства при перегрузке на фиг. 2 соответствует кратностям тока перегрузки в диапазоне 1-8. Уставка по току перегрузки может плавно регулироваться в диапазоне не менее чем в 2 раза потенциометром R₁, а ступенчатая регулировка обеспечивается изменением числа витков силового кабеля, пропущенного через окна сердечников в трансформаторах тока 1-3.

При появлении обрыва одной из фаз значение минимального напряжения на выходе одного из блоков 4, 5 или 6, а также на выходе блока 7 уменьшается и с выдержкой времени, зависимой от тока неповрежденных фаз и постоянной времени элементов 21, 24 обеспечивается заряд конденсатора 24, после чего срабатывают блоки 10 и 11 и происходит отключение электродвигателя.

При возникновении КЗ в электродвигателе или в питающем его кабеле (несимметричного или симметричного) с кратностями, превышающими пусковой ток электродвигателя (например, более 8 на фиг. 2), открывается разделительный диод 19 и с постоянной времени 22, 24 обеспечивается быстрый (например, в течение времени 20 мс) заряд конденсатора 24, после чего срабатывают блоки 10 и 11 и происходит отключение электродвигателя.

Уставка устройства по току перегрузки определяется расчетным путем с учетом номинального тока двигателя и допустимого коэффициента перегрузки по току. Особенность устройства заключается в том, что предусмотрена возможность ускоренного выставления уставки по току перегрузки. Для этого к устройству подводят симметричную систему расчетных токов и при выведенном потенциометре R2 (когда сопротивление 17 равно нулю, а уставка по току КЗ равна уставке по току перегрузки) плавным поворотом движка потенциометра R1 (12, 13) определяют грань срабатывания блоков 9-10 (контроль срабатывания устройства определяют по состоянию размыкающих или замыкающих контактов выходного реле 11, которые с целью упрощения на схеме не указаны). Ускоренное и точное выставление уставки по току перегрузки обеспечивается тем, что сопротивление резистора 22 выбирается много меньше, чем сопротивление резистора 20. При этом время срабатывания устройства в режиме настройки уставки по току перегрузки (при выведенном резисторе 17) уменьшается от нескольких минут до долей секунды. При этом обеспечивается не только ускоренная, но и достаточно точная настройка уставки по току перегрузки.

Уставка устройства по току КЗ определяется расчетным путем и в соответствии с этим выставляется потенциометром R2 (17, 18) после настройки уставки по перегрузке. Возможна также проверка этой уставки путем отстройки от пусковых токов электродвигателя в действующей электроустановке.

Таким образом, по сравнению с известным устройством дополнительно обеспечивается достаточно быстрое выявление и ликвидация КЗ в трехфазных электродвигателях и в питающих их кабелях без дополнительных затрат на установку специальных защит, т. к. устройство имеет дополнительную быстродействующую ступень защиты, отстроенную от пусковых токов.

Технико-экономическая эффективность устройства образуется за счет повышения надежности электроснабжения и уменьшения технологического ущерба у потребителей, связанного, например, с частыми перегораниями электродвигателей и технологическими потерями при этом. (56) Авторское свидетельство СССР N 298987, кл. H 02 H 7/08, 1971.

Авторское свидетельство СССР N 1670735, кл. H 02 H 7/08, 1991.