Устройство для токовой защиты электродвигателя с обратно зависимой выдержкой времени

 

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ОБРАТНО ЗАВИСИМОЙ ВЫДЕРЖКОЙ ВРЕМЕНИ, содержащее датчики фазных токов, подключенные через двухполупериодньп выпрямитель к параллельно включенньм основному сглаживакнцему конденсатору и резисторному потенциометру регулировки уставки, основную RG-цепочку , конденсатор которой через основной пороговый -элемент и первый резистор подключен к управлякщему электроду тиристора, анод которого через исполнительный орган подключен к входу указанного основного пог рогового элемента, а катод через второй резистор объединен с управляющим электродом и подключен к .выходу основной RC-цепочки, отличающееся тем, что, с целью повьппения быстродействия при повторных пусках электродвигателя, введены параметрический стабилизатор напряжения , выполненньй на стабилитроне и резисторе, оптрон, два дополнительных пороговых элемента, транзистор, два разделительных диода, две дополнительных RC-цепочки, стабилитрон, три токоограничительных резистора, разрядный резистор, а также тахогенератор с вьтрямителем и дополнительным сглаживающим конденсатором (Л на выходе, причем база транзистора через стабилитрон подключена к общей точке резистора и конденсатора первой дополнительной RC-цепочки, эмиттер - к противоположному вьгаоду резистора той же RC-цепочки, а коллектор через первый токоограничительный резистор - к катодам обоих раздеО1 лительных диодов, первый из которых со со анодом подключен к входу основного порогового элемента, а второй через второй токоограничительный резистор - к общей точке стабилитрона и резиссо тора параметрического стабилизатора напряжения, подключенного параллельно основному сглаживакмцему конденсатору , при этом последовательно соединены светодиод оптрона, первый дополнительный пороговый элемент и вторая дополнительная RC-цепочка, у которой конденсатор подключен мехщу анодом второго разделительного диода и эмиттером транзистора, объединенным с катодом светодиода оптрона, резистор

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

П9) <Н) 3373 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3660688/24-07 (22) 03.11.83 (46) 30.04.85. Бюл. № 16 (72) С. Л. Кужеков, В. Ф. Минаков, П. Я. Негримовский, A. Д. Щтительман и A. А. Сапронов (71) Ростовское отделение Всесоюзного государственного ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции научно-исследовательского и проектноизыскательского института по проектированию атомных электростанций и крупных топливно-энергетических комплексов "Атомтеплоэлектропроехт", Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. Орджоникидзе и Ставропольский политехнический институт (53) 62).316.925(088.8 ) (56) 1. Авторское свидетельство СССР №- 448529, кл. Н 02 H 3/08, 1978.

2. Херсонский А. С., Орексон И. M.

Приставка к автоматическим выключателям для защиты сельских электросетей 0,4 кВ. — "Электрические станции", 1977, № 10, с. 69-70. (54)(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗА—

ЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ОБРАТНО

ЗАВИСИМОЙ ВЫДЕРЖКОИ ВРЕМЕНИ, содержащее датчики фазных токов, подключенные через двухполупериодньп выпрямитель к параллельно включенным основному сглаживающему конденсатору и реэисторному потенциометру регулировки уставки, основную RC-цепочку, конденсатор которой через основной пороговый:элемент и первый резистор подключен к управляющему электроду тиристора, анод которого через исполнительный орган подключен к входу указанного основного пот

41 )) Н 02 Н 3/08; Н 02 H 7/085 рогового элемента, а катод через второй резистор объединен с управляющим электродом и подключен к выходу основной RC-цепочки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при повторных пусках электродвигателя, введены па раметрический стабилизатор напряжения, выполненньп на стабилитроне и резисторе, оптрон, два дополнительных пороговых элемента, транзистор, два разделительных диода, две дополнительных RC-цепочки, стабилитрон, три токоограничительных .резистора, разрядный резистор, а также тахогенератор с выпрямителем и дополнительным сглаживающим конденсатором на выходе, причем база транзистора через стабилитрон подключена к общей точке резистора и конденсатора первой дополнительной RC-цепочки, эмиттер — к противоположному выводу резистора той же RC-цепочки, а коллектор через первый токоограничитель« ный резистор — к катодам обоих разделительных диодов, первый иэ которых анодом подключен к входу основного порогового элемента, а второй через второй токоограничительный резистор— к общей точке стабилитрона и резистора параметрического стабилизатора напряжения, подключенного параллельно основному сглаживакицему конденсатору, при этом последовательно соедине- ны светодиод оптроиа, первый дополнительный пороговый элемент и вторая дополнительная RC-цепочка, у которой конденсатор подключен между анодом второго разделительного диода и эмиттером транзистора, объединенным с ка» тодом светодиода онтрона, резистор

11 основной RC-цепочки через второй дополнительный пороговый элемент подключен к регулировочному входу резисторного потенциометра регулировки уставши, первая дополнительная RC-це почка через фототиристор оптрона под ключена параллельно дополнительному сглаживающему конденсатору, причем конденсатор первой дополнительной

53373

RC-цепочки зашунтирован последовательно соединенными третьим токоограничительным резистором и замыкающим контактом исполнительного органа, а разрядный резистор подключен между общей точкой катодов разделительных диодов и общей точкой эмиттера транзистора и катода тиристора.

Изобретение относится к электротех. нике, а именно к устройствам релейной защиты, и может быть использовано для защиты трехфазных электродвигателей от перегрузок и коротких замыканий.

Известно устройство для токовой зазащиты с ограниченно зависимой выдержкой времени, содержащее трансформатор тока, зашунтированный двумя по- 10 следовательно соединенными постоянным и переменньм резисторами, выпрямитель ный мост с подключенными на выходе сглаживающим конденсатором и стабилитроном. К сглаживающему конденсатору присоединен времязадающий контур, конденсатор которого зашунтирован резистором. Параллельно последнему включена управляющая цепь тиристора, содержащая последовательно соединен- щ ные динистор, стабилитрон и ограничительный резистор. Анод тиристора через исполнительный элемент соединен с конденсатором времязадающего контура 1j.

Однако это устройство имеет завышенную выдержку времени при защите асинхронных электродвигателей, особенно при большом времени их разгона. что обусловлено отстройкой от сверхтоков в пусковом режиме, а также подвержено срабатываниям при повторном пуске защищаемого асинхронного двигателя.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для токовой защиты, содер» жащее датчики фазнык токов и тока нулевой последовательности, подключенные через выпрямитель к конденсатору 40 и резисторам регулировки уставок, времязадающую КС-цепочку. Параллельно ее конденсатору подключены пороговый элемент, резистор и тиристор, анод которого через исполнительный орган подключен к пороговому эле— менту, а катод через резистор объеди- нен с управляющим электродом и подключен к конденсатору (2 ).

Известное устройство по способу своего функционирования отстроено от срабатывания при пусковых сверхтоках путем введения выдержки вре-. мени, большей времени разгона. В то же время характеристика перегрузочной способности двигателя при кратностях тока, равных пусковым, требует много меньшей уставки времени срабатывания. Завышенным по той же причине оказывается и время отключения коротких замыканий. Кроме того, конденсатор органа выдержки времени осуществляет запоминание интегрированного за время пуска электродвигателя первичного тока. Запуск последующей машины защищаемого присоеди- нения или повторный пуск той же. вызывает дополнительный заряд хронирующей емкости; добавляемый к имеющемуся ° В результате напряжение конденсатора достигает уровня пробоя порогового элемента — происходит ложное срабатывание защиты и отключение нагрузки.

Целью изобретения является повышение быстродействия при повторных пусках электродвигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для токовой защиты электродвигателя с обратно зависимой выдержкой времени, содержащее датчики фаэных токов, подключенные через двухполупериодный выпрямитель к.параллельно включенным основному сгла3 115337 живающему конденсатору и резисторному потенциометру регулировки уставки, основную RC-цепочку, конденсатор которой через основной пороговый элемент и первый резистор подключен к управляющему электроду тиристора, анод которого через исполнительный орган подключен к входу указанного основного порогового элемента, а катод через второй резистор объединен с управляющим электродом и подключен

10 к выходу основной RC-цепочки, введены параметрический стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне и резисторе, оптрон, два дополнительных пороговых элемен15 та, транзистор, два разделительных диода, две - дополнительных

RC-цепочки, ;стэбилитрон, три токоограничительных резистора, разрядный резистор, а также тахогенератор с выпрямителем и дополнительным сглаживающим конденсатором на выходе, причем база транзистора через стабилитрон подключена к общей точке резистора и конденсатора первой дополнительной RC-цепочки, эмиттер — к противоположному выводу резистора той же RC-цепочки, а коллектор через первый токоограничительный ре.,истор к катодам обоих разделительных диодов 0 первый из которых анодом подключен к входу основного порогового элемента, а второй через второй токоограничи-. тельный резистор — к общей точке стабилитрона и резистора параметрического стабилизатора напряжения, подключенного параллельно основному сглаживающему конденсатору, при этом последовательно соединены светодиод оптрона, первый дополнительный пороговый 30 элемент и вторая дополнительная RCцепочка, у которой конденсатор подключен между анодом второго разделительного диода и эмиттером транзистора, объединенным с катодом светоди- 45 ода оптрона, резистор основной RC-цепочки через второй дополнительный пороговый элемент подключен к регулировочному входу резисторног0 потенцио-метра регулировки уставки, первая до-50 полнительная RC-цепочка через фототиристор оптрона подключена параллельно дополнительному сглаживающему конденсатору, причем конденсатор первой дополнительной RG-цепочки зашунтирован последовательно соединенными третьим токоограничительным резистором и замыкающим контактом исполни4 тельного органа, а разрядный резистор подключен между общей точкой катодой разделительных диодов и общей точкой эмиттера транзистора и катода тиристора.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства для защиты в пусковом и номинальном режимах.

Устройство содержит датчики фазных токов (трансформаторы тока) 1 и

2, вторичные обмотки которых соединены по схеме неполной звезды и через двухполупериодный выпрямитель 3 подсоединены к сглаживающему конденсатору 4, резисторному потенциометру

5 регулировки уставки и параметрическому стабилизатору напряжения, выполненному на резисторе 6 и стабилитроне 7. Параллельно стабилитрону 7 через резистор 8 подключен конденсатор 9 дополнительной RC-цепочки, а через пороговый элемент (динистор)

10 ее резистор 11 подключен к светодиоду 12 оптрона. Регулировочный выход потенциометра 5 через пороговый элемент (динистор) 13 подключен к RC-цепочке, состоящей из резистора.

14 и конденсатора 15. Конденсаторы

9 и 15 через разделительные диоды

l6 и 17 соединены с разрядным резистором 18 и транзистором 19, коллектор которого соединен последовательно с резистором 20. База транзистора 19 через стабилитрон 21 подключена к резистору 22 первой дополнительной

RC-цепочки, включающей также конденсатор 23, зашунтированный цепочкой резистор 24 — замыкающий контакт 25исполнительный элемент 26. Фототиристор 27 оптрона подключен к сглаживающему конденсатору 28, который в свою очередь через выпрямитель 29 подсоединен к тахогенератору 30, рас положенному на одном валу с защищаемым двигателем 31. Кроме того, конденсатор 15 через пороговый элемент (динистор) 32 и резистор 33 соединен с управляющим электродом тиристора 34 и ч. рез резистор 35 с его катодом, Исполнительный элемент 26 связан с цепью отключения выключателя 36.

Пуск асинхронной машины сопровож" дается появлением 5-7 кратных первичных токов, а соответственно, и пропорциональных напряжений на вторич1153373 ных обмотках трансформаторов тока (ТТ) 1 и 2 (выпрямленное и сглажен. ное вторичное напряжение ТТ обозначено на фиг. 2, как U в то время как номинальному режиму соответст- 5 вует U„). На уровне потвнпиала У с 207-ным запасам в сторону завышения выбирается опорное напряжение стабилитрона 7. Напряжением его выхода через резистор 8 .заряжается 10 конденсатор 9 (экспоненциальная кривая заряда обозначена позицией 37).

Одновременно выходное напряжение потенциометра 5 вызывает пробой динистора 13 и заряд через резистор 15

14 времязадающего конденсатора 15 °

Постоянная времени заряда выбирается не менее чем на 10Х .большей Т>

= Р. С >. Напряжение обоих конденсаторов 9 и 15 сравнивается с пороговы- 20 ми значениями: дервое из них на 20257 больше напряжения номинального режима, второе, наоборот, выбирается меньшим номинального (Ucp на фиг. 2).

Конденсатор с меньшей постоянной времени заряда, т.е. 9, раньше достигает этого уровня (момент времени t„) включается динистор 10, светодиод 12, обтекается током, вызывающим отпира- 0 ние фототиристора 27. Через фототиристор 27 сглаживающий конденсатор

28, напряжение которого пропорционально частоте вращения ротора электродвигателя, оказывается подключенным

35 к конденсатору 23 и резистору 22 (параллельный резистор 24 в замкнутом состоянии выключателя 36 дешунтиро— ван замыкающим контактом 25) ° Если ротор"двигателя не заторможен, на— пряжение сглаживающего конденсатора

28 имеет ненулевое значение — начинается заряд конденсатора 23. Возникающее при этом падение напряжения на резисторе 22 подается через стабилитрон 21 (повышающий помехоустойчивость схемы ) на управляющий переход транзистора 19. Последний открывается, обеспечивая быстрый разряд конденсаторов 9 и 15. Динистор

10 при этом запирается. Одновременно завершается этап конденсатора 23, ток через фототиристор 27 уменьшается до порога удержания и оптрон переходит в непроводящее состояние. Кривая 38 соответствует новому циклу заряда конденсатора 9 до момента е когда происходит повторное включение динистора 10.. Если разгон защищаемо1 о электродвигателя 31 на интервале времени 1: — t продолжа тся, то напряжение конден< атора 28 больше, чем конденсатора 23. Зарядный ок последнего вновь открывает транзистор 19, Конденсаторы 9 и 15 вторично разряжаются. В случае успешного пуска на всем его протяжении t„ действие схемы периодически повторяетсз, так как конденсатор 15 при этом циклически разряжается, срабатывание защиты не происходит, В том случае, если ротор машины при подключении ее к сети неподвижен, в момент времени t при включении фотористора 27 напряжения конденсаторов 28 и 23 оказываются равными, падение напряжения резистора 22 равно нулю — транзистор !9 закрыт. Конденсатор 15, следовательно, продолжает свой заряд, его напряжение доi:òèãает уровня пробоя динистора 32.

Включение последнего вызывает появление управляющего, а следовательно, и анодного тока тиристора 34. Исполнительный орган 26 срабатывает, вызывая отключение защищаемого электродвигателя выключателем 36.

В номинальном режиме асинхронного двигателя 31 кривая заряда конденсатора 9 имеет вид 39 фиг. 2 и периодически достигает уровня U cq . Динистор 10 и фототиристор 27 поэтому пероидически включаются. При этом происходит сравнение напряжений конденсаторов 28 и 23, Так как частота вращения не претерпевает глубоких изменений, то транзистор 19 остается в непроводящем состоянии, Конденсатор 15 разряжен (это обеспечивается описанными выше количественными дропорциями порога включения динистора

l3 и выходного напряжения потенциомет ра 5 в номинальном режиме ). Поэтому срабатывание устройства в номинальном режиме защищаемого потребителя невозможно.

В режиме перегрузки работа цепи: конденсатор 9, динистор 10, резистор 11, оптрон, аналогична описанной в пусковом режиме. Однако разгон машины отсутствует и подэаряд конденсатора 23 постоянно, увеличивающимся напряжением конденсатора 28, как это имеет место при пуске, не происходит

Транзистор 19 поэтому не отпирается и разность потенциалов конденсатора

15 достигает порога включения ди1153373 8 нистора 32. Устройство срабатывает

Включение в схеме стабилитрона 7 ограничивает зарядное напряжение конденсатора 9 при коротких замыканиях в защищаемой зоне, А так как зарядное напряжение конденсатора 15 пропорционально первичному току, то темп роста его напряжения превышает темп конденсатора 9. Поэтому независимо от момента короткого замыкания 1Î (даже если оно произошло при пуске двигателя) напряжение конденсатора

15 быстрее достигнет порога включения динистора 32, чем конденсатора

9 порога динистора 10. Устройство t5 защиты срабатывает. Введение в схему резистора 24 и высокоомного резистора 18 обеспечивает разряд конденсаторов 23, 9 и 15 в отключенном состоянии электродвигателя 31, подг< тавливая схему к работе.

Положительный эффект изобретения заключается в повьипении быстродейст4 вия защиты двигателя от сверхтоков.

Достигается это периодическим разрядом конденсатора в пусковом. режиме, что исключет необходимость введения при пусковых кратностях тока выдержек времени, равных максимальному времени разгона. Кроме того, исключено накапливание заряда конденсатора при повторном пуске машины, чем предотвращено ложное срабатывание защиты в таких режимах.

1153373

К

1 8

Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2515/42

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

Составитель Ю. Барабанов

Редактор М. Бандура Техред Л.Коцюбняк Корректор О. Билак