устройство контроля токовой несимметрии

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТОКОВОЙ НЕСИММЕТРИИ, состоящее из блока преобразователей тока, выходы которого соединены с соответствующими входами фильтра прямой последовательности и фильтра обратной последовательности, выходы которых соединены с входами первого и второго выпрямителей соответственно, отличающееся тем, что в него дополнительно введен дифференциальный интегратор, первый вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, а второй вход с выходом второго выпрямителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты и автоматики.

Известно устройство защиты трехфазного потребителя от несимметричных режимов, включающее в себя датчики тока, выпрямители, элемент ИЛИ, ключ и блок контроля [1] Датчики тока включены в цепи каждой фазы. Принцип их работы предполагает включение в цепь питания защищаемого потребителя двух противоположно направленных тиристоров. Датчики формируют полезный сигнал в те интервалы времени, когда по фазному проводу не протекает электрический ток. Отсутствие электрического тока в фазном проводе связано с необходимостью открывания тиристора соответствующего направления. При этом возникают несинусоидальные искажения кривой потребляемого тока.

Искажение кривой потребляемого тока приводит к появлению высших гармоник. Высшие гармоники в свою очередь снижают допустимую мощность защищаемого потребителя. Это особенно характерно для асинхронных двигателей, которые на судах составляют до 80% всех потребителей. Кроме того, включение тиристоров в цепи питания приводит к снижению надежности электроснабжения потребителя.

Наиболее близким к изобретению является устройство [2] реализация которого предполагает наличие блока преобразователей тока, содержащего соответствующее количество согласующих устройств. Его выходы соединены с соответствующими входами фильтра прямой последовательности и соответствующими входами фильтра обратной последовательности. Выходы последних соединены с входами первого и второго выпрямителей соответственно. Выходы выпрямителей соединены с входами сумматора.

Все перечисленные элементы являются стандартными элементами электроавтоматики. Они описаны, например, в [3] и [4] В данном устройстве на выходах фильтров прямой и обратной последовательности формируются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям соответственно токов прямой и обратной последовательности, протекающих по проводам защищаемой электрической системы. Первый и второй выпрямители преобразуют эти сигналы из переменных в пульсирующие. Последние арифметически складываются в сумматоре. Выход сумматора соединен с реагирующим органом. Реагирующий орган срабатывает, если сумма сигналов прямой и обратной последовательностей превысит введенную в него уставку. Другими словами, защита может сработать как в случае слишком большого тока прямой последовательности, так и в случае слишком большого тока обратной последовательности. В результате защита не отстраивается от ситуации, когда в защищаемой электрической системе протекают токи, далекие от номинальных, при этом имеет место их несимметрия.

Подобная ситуация может возникать вследствие обгорания главных контактов коммутационных аппаратов силовой сети, неравномерности их прижима по отдельным полюсам, ослабления крепежа токоведущих жил и т.п. В практике эксплуатационников такое встречается довольно часто. Известны случаи, когда из-за своевременно не устраненной несимметрии, вызванной ослаблением прижима контактов, сгорели электродвигатели таких ответственных приемников, как рулевой электропривод.

Целью изобретения является обеспечение чувствительности защиты к заданной величине несимметрии в широком диапазоне токов, протекающих в защищаемой электрической системе.

Для достижения цели в устройство вводят дифференциальный интегратор. Причем его первый вход соединен с выходом первого выпрямителя. Второй вход дифференциального интегратора соединен с выходом второго выпрямителя.

На чертеже представлена функциональна схема устройства.

Блок 1 преобразователей тока состоит из первого, второго и третьего преобразователей 2, 3 и 4 тока, соединенных с фазами защищаемой электрической системы. Их выходы соединены с соответствующими входами фильтра 5 прямой последовательности и фильтра 6 обратной последовательности. Выход фильтра прямой последовательности соединен с входом первого выпрямителя 7. Выход фильтра обратной последовательности соединен с входом второго выпрямителя 8. Выход первого выпрямителя соединен с первым входом дифференциального интегратора 9. Его второй вход соединен с выходом второго выпрямителя. Выход дифференциального усилителя является выходом устройства.

Конструкция преобразователей 2, 3 и 4 тока, фильтров 5 и 6, выпрямителей 7 и 8 идентична тем же узлам устройства-прототипа. Дифференциальный интегратор 9 также является элементом автоматики [5]

Устройство работает следующим образом.

На выходах блока 1 преобразователей тока формируются сигналы, пропорциональные мгновенным значениям токов, протекающих по соответствующим фазам защищаемой электрической системы. Фильтр 5 прямой последовательности, суммируя с соответствующим сдвигом фазы (0, 120 и 240 эл. град.) сигналы блока 1 преобразователей тока, формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный току прямой последовательности, протекающему в защищаемой электрической системе. Первый выпрямитель 7 преобразует этот сигнал в пульсирующий, причем его составляющая пропорциональна амплитуде тока прямой последовательности. Аналогично на выходе второго выпрямителя 8, чем выход соединен с выходом фильтра 6 обратной последовательности, формируется пульсирующий сигнал, постоянная составляющая которого пропорциональна току обратной последовательности.

Выход первого выпрямителя 7 соединен с первым входом дифференциального интегратора 9, выход второго выпрямителя 8 с вторым входом дифференциального интегратора. Каждый из выходов дифференциального интегратора 9 имеет свой собственный коэффициент передачи. Отношение коэффициентов передачи по первому и второму входам определяется величиной несимметрии (в процентах), допускаемой в защищаемой электрической системе.

В дифференциальном интеграторе 9 интегрируется по времени разность токов прямой и обратной последовательностей, умноженных на соответствующие коэффициенты передачи. В зависимости от знака этой разницы на выходе интегратора 9 появляется напряжение насыщения со знаком плюс или минус. Одно из этих значений, соответствующее недопустимой величине токовой несимметрии, является напряжением срабатывания реагирующего органа. В зависимости от защищаемого объекта (рулевая машина, насос, вентилятор и т.д.) реагирующий орган включает сигнализацию как с отключением, так и без отключения его. Тем самым достигается цель обеспечение чувствительности защиты к заданной величине несимметрии. При этом не играет особой роли величина тока прямой последовательности: устройство срабатывает, как только амплитуда тока обратной последовательности превысит допустимую долю амплитуды тока прямой последовательности.

Напряжение насыщения на выходе дифференциального интегратора 9 появляется в случае, если знак разности "устойчив", т.е. в течение длительного времени, большего, чем несколько постоянных интегрирования, знак разности не меняется на противоположный. При смене знака разности дифференциальный интегратор 9 входит в режим насыщения тем быстрее, чем больше абсолютная величина разности.

Таким образом, устройство обеспечивает так называемую "зависимую" характеристику времени срабатывания от величины несимметрии. Данная способность защиты является положительным ее свойством, поскольку позволяет исключить ложные срабатывания. Дело в том, что кратковременная токовая несимметрия может возникнуть, например, в ходе запуска защищаемого асинхронного двигателя или других его переходных режимах.

В сравнении с устройством-прототипом реализованное в устройстве обеспечение чувствительности защиты к заданной величине несимметрии в широком диапазоне токов, протекающих в защищаемой электрической системе, существенно повышает уровень ее технической эксплуатации.

Использование устройства повышает надежность работы защищаемого объекта, так как предупреждает перегрев обмотки статора и обгорание контактных полюсов, приводящее к разрушению пуско-регулирующей аппаратуры. Устройство фиксирует несимметрию вне зависимости от нагрузки защищаемого объекта.

В отличие от устройства-прототипа данное устройство обеспечивает непрерывный контроль за текущей величиной токовой несимметрии. Это дает возможность своевременно фиксировать предаварийные режимы защищаемой электрической системы или защищаемого асинхронного двигателя. Своевременная их фиксация позволяет перейти к использованию резерва, а затем в спокойной обстановке выявить и устранить причины, вызвавшие токовую несимметрию. При использовании устройства представляется возможность снизить вероятность внезапных отказов защищаемого оборудования в полтора-два раза.