устройство защиты для низковольтного автоматического выключателя

Формула изобретения

Устройство защиты для низковольтного автоматического выключателя, содержащее три трансформатора тока, включенные в каждую фазу защищаемой сети, три измерительных резистора, включенные «звездой», источник питания и опорного тока смещения и исполнительный орган, отличающееся тем, что вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к диагоналям переменного тока трех двухполупериодных мостовых выпрямителей, вторые выводы измерительных резисторов подключены соответственно к одному из узлов диагоналей постоянного тока двухполупериодных мостовых выпрямителей, вторые узлы диагоналей постоянного тока двухполупериодных выпрямителей объединены, общие точки измерительных резисторов и двухполупериодных мостовых выпрямителей подключены соответственно к трем входам трехвходового элемента ИЛИ и к первым входам трех двухвходовых элементов И-НЕ, первый вход первого двухвходового элемента И-НЕ подключен ко второму входу второго двухвходового элемента И-НЕ, первый вход второго двухвходового элемента И-НЕ подключен ко второму входу третьего двухвходового элемента И-НЕ, первый вход третьего двухвходового элемента И-НЕ подключен ко второму входу первого двухвходового элемента И-НЕ, выходы трех двухвходовых элементов И-НЕ подключены ко входам первого трехвходового элемента И, выход трехвходового элемента ИЛИ подключен к первому входу компаратора, второй вход которого связан с источником питания, выход первого трехвходового элемента И и выход компаратора подключены соответственно к первому и второму входам второго трехвходового элемента И, третий вход второго трехвходового элемента И и исполнительный орган связаны с источником питания, а выход второго трехвходового элемента И подключен к исполнительному органу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам релейной защиты.

Известны устройства защиты, осуществляющие защиту с повышенной чувствительностью к токам однофазных замыканий на землю, содержащие трансформаторы тока во всех фазах и в нейтрали (или на заземляющем проводнике источника питания), полупроводниковый блок управления и электромагнит отключения [1, 2, 3].

Их недостаток - необходимость в специальном трансформаторе токов нулевой последовательности, что не всегда приемлемо в условиях ограниченных габаритов выключателей и электроустановок.

Известно устройство [4], свободное от этого недостатка. Оно содержит три трансформатора тока, включенные в каждую фазу защищаемой сети, три измерительных резистора, подключенные "звездой" с нулевым выводом ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, исполнительный орган, резистивный фильтр токов нулевой последовательности, времязадающую RC-цепочку, два операционных усилителя и источник питания, вход фильтра токов нулевой последовательности подключен ко вторичным обмоткам трансформаторов тока, нулевая точка фильтра токов нулевой последовательности подключена к нулевому выводу трансформаторов тока через два встречно направленных диода, а также ко входу первого операционного усилителя, этот же вход первого операционного усилителя подключен к источнику питания, являющемуся также источником опорного тока смещения, к выходу первого операционного усилителя подключен резистор RC-цепочки, конденсатор которой подключен ко входу второго операционного усилителя, включенного своим выходом на исполнительный орган.

К недостаткам этого устройства следует отнести:

- нестабильность тока срабатывания, связанна с температурными изменениями параметров RC-цепи, которая может достигать 30% от номинального значения уставки;

- необходимость предварительного заряда конденсатора RC-цепочки до возникновения тока однофазного замыкания.

Эти недостатки устранены в устройстве [5], которое содержит трансформаторы тока, фильтр токов нулевой последовательности, источник тока смещения, являющийся одновременно источником питание, два операционных усилителя, времязадающую RC-цепочку, исполнительный орган, амплитудный детектор, компаратор и разделительный диод, выход трансформаторов тока соединен со входом фильтра токов нулевой последовательности, выход фильтра - со входом первого операционного усилителя, выход которого подключен к резистору RC-цепочки, общая точка резистора и конденсатора подключена ко входу второго операционного усилителя, его выход - ко входу исполнительного органа, вход амплитудного детектора подключен к выходу фильтра, выход амплитудного детектора - к одному входу компаратора, второй вход которого подключен к источнику тока смещения, выход компаратора - к одному из выводов разделительного диода, второй вывод которого подключен к общей точке резистора и конденсатора RC-цепочки.

К общим недостаткам устройств [4, 5] можно отнести:

- необходимость обязательного соблюдения определенной фазировки трансформаторов тока, что создает неудобства при производстве и эксплуатации;

- зависимость тока срабатывания от частоты питающей сети, связанная с тем, что уставка тока срабатывания определяется временем, в течение которого ток превышает уставку и в течение которого происходит заряд конденсатора RC-цепи;

- недостаточное быстродействие, связанное с тем, что устройство реагирует только на одну из полуволн тока в защищаемой сети;

- отсутствие контроля напряжения на выходе источника питания и его достаточности для срабатывания исполнительного органа;

- срабатывают не только при однофазных замыканиях, но и при перекосе фаз, что не всегда приемлемо.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [4].

Задача предлагаемого устройства - исключить отмеченные выше недостатки устройства [4].

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем три трансформатора тока, включенные в каждую фазу защищаемой сети, три измерительных резистра, включенные "звездой", источник питания, являющийся также источником опорного тока смещения, и исполнительный орган, вторичные обмотки трансформаторов тока подключены к диагоналям переменного тока трех двухполупериодных мостовых выпрямителей, вторые выводы измерительных резисторов подключены соответственно к одному из узлов диагоналей постоянного тока мостовых выпрямителей, вторые узлы диагоналей постоянного тока мостовых выпрямителей объединены, общие точки измерительных резисторов и выпрямителей подключены соответственно к трем входам трехвходового элемента ИЛИ и к первым входам трех двухвходовых элементов И-НЕ, первый вход первого элемента И-НЕ подключен ко второму входу второго элемента И-НЕ, первый вход второго элемента И-НЕ подключен ко второму входу третьего элемента И-НЕ, первый вход третьего элемента И-НЕ подключен ко второму входу первого элемента И-НЕ, выходы трех элементов И-НЕ подключены ко входам первого трехвходового элемента И, выход элемента ИЛИ подключен к первому входу компаратора, второй вход которого связан с источником питания, выход первого трехвходопого элемента И и выход компаратора подключены соответственно к первому и второму входам второго трехвходового элемента И, третий вход второго трехвходового И и исполнительный орган связаны с источником питания, а выход второго трехвходового элемента И подключен к исполнительному органу.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже. Оно содержит трансформаторы тока 1, включенные в каждую фазу защищаемой сети, три измерительных резистора 2, включенные "звездой", источник питания 3, являющийся также источником опорного тока смещения, и исполнительный орган 4. Вторичные обмотки трансформаторов тока 1 подключены к диагоналям переменного тока трех двухполупериодных мостовых выпрямителей 5. Вторые выводы измерительных резисторов 2 подключены соответственно к одному из узлов диагоналей постоянного тока мостовых выпрямителей 5. Вторые узлы диагоналей постоянного тока мостовых выпрямителей 5 объединены. Общие точки измерительных резисторов 2 и выпрямителей 5 подключены соответственно к трем входам элемента ИЛИ 6 и к первым входам трех элементов И-НЕ 7. Первый вход первого элемента 7.1 подключен ко второму входу второго элемента 7.2, первый вход второго элемента 7.2 подключен ко второму входу третьего элемента 7.3, первым вход третьего элемента 7.3 подключен ко второму входу первого элемента 7.1. Выходы элементов 7.1, 7.2, 7.3 подключены ко входам первого 8 трехвходового элемента И. Выход трехвходового элемента ИЛИ 6 подключен к первому входу компаратора 9, второй вход которого связан с источником питания 3. Выход первого 8 трехвходового элемента И и выход компаратора 9 подключены соответственно к первому и второму входам второго трехвходового элемента И. Третий вход второго 10 элемента И и исполнительный орган 4 связаны с источником питания 3. Выход второго 10 элемента И подключен к исполнительному органу 4.

При нормальном режиме защищаемой сети, когда ток протекает во всех трех или в любых двух фазах, на соответствующих резисторах 2.1, 2.2, 2.3 - пропорциональное току напряжение. Наибольшее из этих напряжений выбирается элементом ИЛИ 6, поступает на вход компаратора 9 и сравнивается с напряжением, поступающим на второй - инвертирующий вход компаратора 9 от источника питания 3. Если ток в сети ниже тока уставки срабатывания защиты от однофазных замыканий, наибольшее из напряжений на резисторах 2, выбранное элементом 6 ИЛИ и поступившее на вход компаратора 9, ниже напряжения на инверсном входе компаратора 9, а на выходе компаратора 9 - напряжение низкого уровня, которое поступает на один из входов трехвходового элемента И 10.

Если напряжение на выходе источника питания 3 достаточно для срабатывания исполнительного органа 4, на втором входе элемента И 10 - напряжение высокого уровня; если выходное напряжение источника 3 недостаточно для срабатывания исполнительного органа 4 - на входе элемента 10 - низкий уровень. В условиях, когда хотя бы на одном из входов элемента 10 - напряжение низкого уровня, на его выходе также напряжение низкого уровня, и исполнительный орган не срабатывает.

Состояния входов и выходов элементов 7 и 8 в зависимости от режима защищаемой сети приведены в таблице, из которой видно, что напряжение высокого уровня на выходе элемента 8 и связанном с ним входе элемента 10 может быть только при однофазном режиме и при отсутствии тока во всех фазах. Но при отсутствии тока во всех фазах на входе элемента 10, связанном с выходом компаратора 9, напряжение низкого уровня, поэтому срабатывания исполнительного органа 4 не произойдет.

Таким образом, срабатывание исполнительного органа 4 возможно только тогда, когда выполняются три условия:

- напряжение питания достаточно для срабатывания исполнительного органа 4;

- ток протекает только в одной из фаз защищаемой сети;

- величина этого тока превышает уставку срабатывания зашиты от однофазных замыканий.

Предлагаемое устройство исключает нестабильность тока срабатывания, связанную с температурными изменениями параметров времязадащей RC-цепи, т.к. она в нем отсутствует.

По этой же причине исключена необходимость предварительного заряда конденсатора RC-цепи и зависимость тока срабатывания от частоты.

Полярность напряжения на измерительных резисторах не связана с фазировкой трансформаторов тока, т.к. она одинакова при любом подключении начал и концов их обмоток и не зависит от направления токов в фазах защищаемой сети.

Устройство реагирует на обе полуволны тока в защищаемой сети, что повышает быстродействие.

Устройство обеспечивает контроль величины напряжения на выходе источника питания и его достаточность для срабатывания исполнительного органа, что повышает надежность работы.

Устройство не срабатывает при перекосе фаз, а только при однофазном режиме.

Таким образом, предложенное устройство исключает все отмеченные недостатки устройств [4, 5], т.е. решает поставленную задачу.

Таблица
Входы и выходы элементов	Состояние входов и выходов при наличии тока в фазах
	АВС	АВ	ВС	СА	А	В	С	Без тока
Входы 7.1	1,1	1,1	0,1	1,0	1,0	0,1	0,0	0,0
Входы 7.2	1,1	1,0	1,1	0,1	0,0	1,0	0,1	0,0
Входы 7.3	1,1	0,1	1,0	1,1	0,1	0,0	1,0	0,0
Выход 7.1	0	0	1	1	1	1	1	1
Выход 7.2	0	1	0	1	1	1	1	1
Выход 7.3	0	1	1	0	1	1	1	1
Входы 8	0, 0, 0	0, 1, 1	1, 0, 1	1, 1, 0	1, 1, 1	1, 1, 1	1, 1, 1	1, 1, 1
Выход 8	0	0	0	0	1	1	1	1

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Низковольтные автоматические выключатели серии Sace Emax. Технический каталог 604019/011 фирмы ABB, Март 2002 г., стр.18, 29, 82, 114.

2. Автоматические выключатели - разъединители низкого напряжения на токи от 800 до 6300 A Masterpact Merlin Gerin. Каталог Graupe Schneider, 1997 г., стр.23, 76.

3. А.С. СССР №519807, Н 02 Н 3/08, 1976 г.

4. А.С. СССР №807425, Н 02 Н 3/08, 1981 г.

5. Патент №2091948, Н 02 Н 3/08, 1997 г.