Устройство для защиты электроустановки от тока короткого замыкания

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ- ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее трансформатор тока в каждой фазе, связанный с выпрямителем со сгла1живаю1дим конденсатором на постоянной стороне и подключенной к одному из его полюсов ,цепью из последовательно соединенных резистора и стаВилйтрона, транзисто с общей базой, эмиттер-базовый переход которого через вторюй резистор включен параллельно указанному стабилитрюну , и усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторах разной проводимости, к выходу кото:рого подключен вход реагирующего органа , выход которого включен в цепи питания исполнительного органа, р тличаюшее ся тем, что, с целБю упрощения и повышения надежности функционирования, эмиттер и база входа упомянутого усилителя соединены соответственно с базой и коллектором указанного транзистора, которые через третий резистор и стабилитрон подключены к Другому полюсу выпрямителя, пе-§ ременная сторона которого подсоединена к вторичной обмотке трансформатора тока через делитель тока на резисторах , а постоянная - через обмотку реле к выходу указанного усилителя. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем,, что последовательно с делителем тока на резисторах включен исполнительный орган, выполненный по схеме с дешунтированием.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5В Н 02 Н 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . н датоЕСноМУ свидЕтепьСТВу

С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

21 ) 3367696/24-07

22 ) 09.10.81 (46 ) 15.08.83. Бюл.Р30 (72 ) В.С. Дзюбан, Ф.A. Айдаров и В.И. Задорожный (71 ) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский и технологический институт вэрывоэащищенного и рудничного электрооборудования (53 ) 621; 316. 925 (088. 8 ) . (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 291278, кл. С 01 R 31/08, 1968.

2. Риман Я. С. Рудничные автоматические выключатели AB. М., "Недра", 1979, с. 30.

3. Авторское свидетельство СССР

9 519808, кл. Н 02 Н 3/08, 1974. (54 )(57 ) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЫ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ ТОКА КОРОТКОГО

ЗАМЫКАНИЯ, содержащее трансформатор тока в каждой фазе, связанный с выпрямителем со сглаживающим конденсатором на постоянной стороне и подключенной к одному иэ его полюсов цепью иэ последовательно соединенных резистора и стабилитрона, транзистор

„„80„„1035710 А с общей базой, эмиттер-базовый переход которого через второй резистор включен параллельно указанному стабилитрону, и усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторах разной проводимости, к выходу которого подключен вход реагирующего органа, выход которого включен в цепи питания исполнительного органа, р тл и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности функционирования, эмиттер и база входа упомянутого усилителя соединены соответственно с базой и коллектором указанного транзистора, которые через третий резистор и стабилитрон подключены к другому полюсу выпрямителя, пе-Й ременная сторона которого подсоединен .к вторичной обмотке трансформатора тока через делитель тока на резисторах, а постоянная — через обмотку ре- С ле к выходу указанного усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что последовательно с делителем тока на резисторах включен исполнительный орган, выпол- () некный по схеме с дешунтированием.

1 035710

Устройство относится к горной электротехнике, в частности к защите эт токов короткого замыкания.

Известно устройство для защиты подземных электроустановок, содержащее исполнительный орган, выпрямитель, две.

5 цепи, одна из которых включает в себя последовательно соединенные стабипитрон и резистор, а вторая — промежуточный орган, управляемый выходом измерительного органа, выполненного в ви- l0 де транзистора, включенного эмиттербазовым переходом параллельно указанному стабилитрону первой цепи, и усилителя постоянного тока, соединенных между собой база-коллектор-. 15 ным и эмиттер-базовым переходами соответственно.

Преимуществом этого устройства является малая погрешность срабатывания и высокая термостабильность уста- 20 вок (13.

Недостаток устройства заключается в необходимости использования двух гальванически отделенных друг от друга источников. 25

Если в защите электроустановок от утечек тока на землю установка двух источников не вызывает затруднений, то в защите от т.к.з. это является существенным препятствием, потому, что,во-первых, во взрывозащищенных аппаратах высокого напряжения для дополнительных трансформаторов тока отсутствует место и во-вторых их

I 1 установка увеличивает эквивалентное сопротивление сети, вследствие чего разница между двухфазными т.к.з. и пусковыми токами электродвигателей снижается, что, в свою очередь, при прочих равных условиях затрудняет защиту от т.к.з. требуя завышения 40 сечений кабелей, а значит увеличения расхода цветного металла. Замена же дополнительных трансформаторов тока трансформатором напряжения неприемлемо из-за снижения напряжения в сети, сопровождающего режим короткого замыкания.

С другой стороны защита от т.к.з. собранная по этой схеме, но с одним источником (второй, положим, отключей)50 перестает функционировать из-за отсутствия одного из двух противоположно направленных токов, в результате чего смысл в их сравнении теряется.

Известно другое устройство защиты подземных электроустановок от т.к.з. устройство содержит исполнительный орган и трансформатор тока, к вторичной обмотке которого через делитель тока на"резисторах и выпрямитель пою ключены две цепи, одна из которых 60 включает в себя последовательно соединенные -стабилитрон и резистор, а вторая - промежуточный орган, управляемый выходом измерительного органа

Преимуществом этого устройства являет- 65 ся отсутствие необходимости во втором источнике, гальванически отделенном от первого 2 ).

Однако недостаток устройства заключается в значительной погрешности срабатывания, и, как следствие, невысокой термостабильности уставок.

Это вызвано тем, что измерительный и промежуточный органы в этом уст ройстве, выполнены, во-первых, в виде тиристоров, токи -включения которых относительно велики и нестабильны.

Вторая причина заключается в подключении входа измерительного орган-I к стабилитрону первой цепи, рабочая точка которого находится s нестаби : ной и негарантируемой точке рабочей характеристики стабилитрона, расположенной на пересечении ее с осью абсцисс. Кроме того, это вызвано увеличением нагрузкииа трансформатор тока, являющегося следствием подключения исполнительного органа непосредственно в его цепь последовательно с промежуточным органом. Увеличение нагрузки на трансформатор тока, в свою

:очередь, значительно увеличивает:вго амплитудную погрешность и, следовательно, погрешность всей защиты. Эти недостатки препятствуют снижению коэффициентов чувствительности и надежности защиты, которые, в свою очередь, являются .основным препятствием на пути снижения сечения кабелей (а следовательно, и расхода дефицитных цветных металлов ), выбираемых согласно

"Инструкции по выбору уставок реле максимального тока, не только по па4 дению напряжения в сети, но и из условий обеспечения достаточной кратности двухфазного т.к.э. по отношению к пусковому току наиболее мощного электродвигателя.

Кроме того, из-эа высокого быстродействия защита чувствительна к апериодической составляющей пускового тока, что, в свою очередь, еще в большей степени затрудняет обеспечение достаточной (в данной случае 3,24, .3,78) кратности двухфазного т.к.з. по отношению к пусковому току наиболее мощного электродвигателя.

Известно также устройство для защиты подземных электроустановок от коротких замыканий, содержащее выпрямитель со сглаживающим конденсатором на постоянной стороне и подключенной к одному из его полюсов цепью из последовательно. соединенных резисторов и стабилитрона, транзистор с общей базой, эмиттер-базовый переход которого через второй резистор включен параллельно укаэанному стабилитрону, и усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторах разной проводимости и нагруженный реле (3).Преимуществами этого устройства являются стабкпьность токо-временных 1035710 характеристик .и малая токовая погреш- На фиг. 1 иэ б иг. изображена электрическая ность. схема устройства, подключенного к евому трансформатору тока;

Недостатки .устройства заключаются одному сетевому т н ф в сложности схемы из-за необходимости на фиг 2 — структ — структурная схема подклюельного оргаía. в трех трансреакторах и в дополнитель- чения исполнительн ном источнике постоянного напряже- 5 устройство соде во содержит сетевой транстока „ во вторичную обния, который может быть выполненным форматор тока 1 в о включены: делитель в виде выпрямителя, запитанного от - глотку которого вклю эисторах и 3, выпрямитель трансформатора напряжения, подключен- тока на реэист 2 3, вающи конденсатор 5, цепь ного к сети. Кроме того, в невысокой 4, сглаживающий надежности защиты потому, что при к.з. g иэ последовательно соединенных стакак известно, напряжение в сети билитрона б и р 7, и резистора 7, резистор снижается, а при определенных усло- 8 транзистор 9 ор, стабнлитрон 10, усивиях (при неудаленных от источника литель постоянн стоянного тока 11 реагируюк.з.) может оказаться равным нулю. щий орган реле 12 и исполнительВ результате чего реле оказывается ный орган 13 ° л ишенным источника питания, а отказы

Как видно из о из схемы, эмиттер и баотключения оказываются неизбежны- за входа усилителя 11 с одной стороми ны соединены соответственна с:,базой

Применение аккумуляторных батарей и коллектором транзистора 9, вклюв качестве источника оперативного ченного по схеме с б и по схеме с общей базой, а напряжения взамен трансформатора на- 2О с другой стороны ч ий стороны через третий реэиспряжения в условиях горнодобывающих та илитрон — с другим

Переменная предприятий также значительно снижа- полюсом выпрямителя 4 П ет надежность защиты, так как требу- сторона этого выпрямителя 4 подсоеет постоянного контроля степени раз. — динена к вторичн и 6 к вторичной обмотке сетевого ряда батарей и целостности каналов 25 трансформатора тока 1 через делитель связи, иэ-за чего в таких условиях торах и, а постояна через обмотку реле 12это решение практически, не реализу- ная сторона че ез . 6 ется. к выходу усилителя 11. При этом исполнительный орган 13 может быть подклюЦель изобретения упрощение и по- 30 чен по любой из трех известных вышение надежности функционирования схем: к трансформатору наггряжения

< защиты. через выпрямитель (не показано .) блоЦель достигается тем, что в уст- ку конденсаторов (Фиг.2а ) спи к трансройстве для защиты электроустановки форматору тока по схеме с дешунтиот тока короткого замыкания, содержащем35 Рованием (Фиг ° 26 ). трансформатор тока. в каждой фазе, УстРойство Работает следующим обсвязанный с выпрямителем со сглажи- разом. вающим конденсатором на постоянной При номинальном токе напряжение апряжение, стороне и подключенной к одному из снятое с резистора 2, выпрямленное его полюсов цепью из последователь- 4g выпрямителем 4 и сглаженное конден но соединенных резистора и стабилит- сатором 5, оказывается приложенн ро а, транзистор с общей базой, в основном к стабилитрону 6. На н а ся приложенным эмиттер-базовый переход которого резисторе 7 оно, практически, отчерез второй резистор включен парал- сутствует. Поэтому через эмиттер лельно указанному стабилитрону, и 45 транзистора 9, включенного по схегле усилитель постоянного тока, выполнен- с общей базой,,течет ток, величина ный на транзисторах разной проводи- которого преобладает над током колмости, к выходу которого подключен лектора, а между базой и коллектором вход реагирующего органа, выход;ко- транзистора 9 оказывается приложенторого включен в цепи питания испол- ным напряжение полярность которо

1 сть которого нительного органа, эмиттер и база направлена встречно входу УПТ 11. входа упомянутого усилителя соеди- При запуске электродвигателей втонены соответственно с- базой и коллек- ричный ток трансформатора тока 1 торам .указанного транзистора, кото- возрастает в 5-7 раз, вследствие рые через третий резистор и стабилит- чего во столько же раз возрастает

Рон подключены к другому полюсу 55 напряжение на конденсаторе 5. по выпрямителя, переменная сторона кото- сравнению с номинальным режимом режимом, рого подсоединена к вторичной обмот- ток в эмиттере транзистора 9 возке трансформатора тока через делитель растает, как возрастает и падение тока на резисторах а постоянная -. напряжейия на резисторе 7. Однако через обмотку реле к выходу указан- 6Р в связи с тем, что сопротивление ного усилителя постоянного тока. в цепи коллектора —. стабилитрон

Кроме того, последовательно с дели- 10 велико, а напряжение на резисто« телем тока на резисторах включен ис- ре 7 мало, ток коллектора транзисполнительный орган, выполненный по . тора 9 остается меньшим тока эмитсхеме с дешунтированием. 65 тера. Вследствие этого полярность

1035710 напряжения между базой и коллекторомтранзк--тора 9 остается прежней, направ. нной встречно проводящему направлению эмиттер-базового перехода УПТ 11. Усилитель поэтому остается надежно запертым обратным 5 входным напряжением, вследствие чего реле 12 и выход усилителя 11 находятся в обесточенном сбстоянии.

При дальнейшем увеличении вторичного тока трансформатора 1 стабилитрон б пробивается и ток в эмиттере транзистора 9 перестает возрастать. Что касается тока коллектора транзистора

9, то он продолжает увеличиваться

ВО-первых эа счет увеличения HBIIpH жения на резисторе 7, а, во-вторых, эа счет снижения сопротивления стабилитрона 10. При дальнейшем увеличении тока вследствие к,з, сопротивление стабилитрона 10 снижается настолько, что ток коллектора транзистора 9 становится больше тока эмиттера. Напряжение между коллектором и базой транзистора 9 меняет полярность и величину, которой для пробоя p пперехода УПТ 11 достаточно 0 5- 1 OB

УПТ 11 открывается, его выход с реле

12 обтекается током от постоянной стороны выпрямителя 4. Сработавшее реле 12 воздействует на исполнительный орган 13, подключенный по одной 30 иэ трех известных схем: к посторонне- му источнику (не изображенному ) разрядному конденсатору (фиг.2,а ) либо к трансформатору тока ио схеме с дешунтированием (фиг. 2б ). 35

Выбрав резисторы 2 и 3 достаточной величины, стабилитроны б и 10 с напряжением пробоя, большем напряжения срабатывания реле 12, а емкость конденсатора 5, и сопротивление резисторов 8 и 7 по величине такими, чтобы при к. з . пост оянн ая времени заря-, да была больше нескольких миллисекунд (в противном случае возможны ложные срабатывания при включении холостой линии и при пуске электродвигателя из-за апериодической составляющей тока ), а постоянная времени разряда больше десятка миллисекунд(в противном случае реле 12 срабатывает 50 не четко, так как возможен пулеметный эффект ), добиваются надежного функционирования устройства.

Для защиты трехфазных электрических сетей с изолированной и заземленной нейтралью от т.к.з. применяется, как известно, включение сетевых трансформаторов .тока в две либо три фазы.

Предложенное устройство-, изображенное подключенным к од -ому трансформатору, работоспосбб о и позволяет достичь поставленную:; ль при любом включении — двухфазном либо трехфазном включении трансформаторов ока, для чего к каждому иэ них необходимо подключение устройства по с." :ме фиг. 1 и 2.

Упрощение устройства и повью е. ние его надежности достигается эа счет сокращения в схеме общего количества элементов: исключения трех трансреакторов, источника оперативного напряжения, одного транзистора, двух стабилитронов, регулируемого резистора, конденсатора и др. Кроме того, надежность устройства повышается за счет подключения всей схемы, включая реле 12, усилитель 11 и др. к трансформатору тока, благодаря ,чему независимо от величины падения напряжения в сети при к.з. ни один элемент схемы — в том числе и реле 12 - не лишается источника питания и отказ в отключении аварии по этой причине оказывается невозможным.

При этом следует особо подчеркнуть что схемой достигается поставленная цель, если ограничиться изложенными выше признаками. Однако надежность функционирования устройства оказывается еще большей, если к сетевому трансформатору тока 1, наряду с реле 12, подсоединяется и исполнительный орган 13, включенный по известной схеме с дешунтированием. Это достигается за счет того, что независимо от падения напряжения в сети при к.з. не лишается источника питания не только реле 12, ио и исполнительный орган 13.

Таким образом, в сравнении с прототипом устройство, собранное по изложенной выше схеме, проще и гораздо надежней.

1С3571О

1 ! а

Фа.г (а) » Я (6)

Составитель Л. Васькова

Редактор Г. Гербер Техред:И.Метелева Корректор А, Фереиц

Заказ 5848/55 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4