Устройство для дифференциальной защиты преобразователя

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ , содержащее предназначенные для включения во входные шины преобразователя датчики переменного тока, подключенные к входу выпрямителя, нелинейный элемент , подключенный к его выходным выводам , первый из которых подключен к цепи, состоящей из последовательно соединенных управляющих обмоток первого геркона, предназначенного для размещения вблизи от шины постоянного тока преобразователя, второго геркона и резистора, причем замыкающие контакты обоих герконов включены последовательно и присоединены к входу исполнительного органа защиты, а размыкающие контакты второго геркона подключены к входу блока сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей путем использования в ревер.сивном преобразователе, снабженном блоками управления и задания режима, в него введены датчик нулевого тока преобразователя, предназначенный для включения в щину постоянного тока преобразователя, блок переключения управляющих обмоток и блок управления переключением, а первй геркон снабжен второй управляющей обмоткой, начало которой соединено с концом его первой управляющей обмотки и одним из выводов управляющей обмотки второго геркона, при этом блок переключения управляющих обмоток включен между вторым выходным выводом выпрямителя и разобщенными выводами управляющих обмоток первого геркона , управляющий вход блока переключения управляющих обмоток соединен с выходом блока управления переключением, первый вход которого соединен с выходом датчика нулевого тока и преобразователя, а второй вход предназначен для подключения к выходу блока задания режима преобразователя . 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок переключения управляющих обмо ток выполнен в виде герконового , под (Л вижный контакт которого предназначен для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, замыкающий и размыкающий неподвижные контакты - к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона, а управляющая обмотка - к выходу блока управления переключением. tc 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, О5 что блок переключения управляющих обел моток выполнен в виде двух транзисторов, ;о коллекторы которых предназначены для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, эмиттеры - к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона , а базы - к выходу блока управления переключением. 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок переключения управляющих обмоток выполнен в виде двух запираемых тиристоров , аноды которых предназначены для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, катоды - к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона , а управляющие электроды - к выходу блока управления переключением.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5и 4 Н 02 Н 7 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3604307/24-07 (22) 16.06.83 (46) 23.10.86. Бюл. № 39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (71) Павлодарский индустриальный институт (72) В. С. Копырин, В. А. Бобков и А. А. Патрик (53) 621.316.945.4:621.314.572 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 208094, кл. Н 02 Н 7/10, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР № 915734, кл. Н 02 Н 7/12, 1982. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащее предназначенные для включения во входные шины преобразователя датчики переменного тока, подключенные к входу выпрямителя, нелинейный элемент, подключенный к его выходным выводам, первый из которых подключен к цепи, состоящей из последовательно соединенных управляющих обмоток первого геркона, предназначенного для размещения вблизи от шины постоянного тока преобразователя, второго геркона и резистора, причем замыкающие контакты обоих герконов включены последовательно и присоединены к входу исполнительного органа зашиты, а размыкающие контакты второго геркона подключены к входу блока сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей путем использования в реверсивном преобразователе, снабженном блоками управления и задания режима, в него введены датчик нулевого тока преобразователя, предназначенный для включения в шину постоянного тока преобразователя, блок переключения управляющих обмоток и блок управления переключением, а первй геркон снабжен второй управляющей обмоткой, начало которой соединено с концом его пер„„SU„„1265910 А1 вой управляющей обмотки и одним из выводов управляющей обмотки второго геркона, при этом блок переключения управляющих обмоток включен между вторым выходным выводом выпрямителя и разобщенными выводами управляющих обмоток первого геркона, управляющий вход блока переключения управляющих обмоток соединен с выходом блока управления переключением, первый вход которого соединен с выходом датчика нулевого тока и преобразователя, а второй вход предназначен для подключения к выходу блока задания режима преобразователя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок переключения управляющих обмоток выполнен в виде герконового реле, подвижный контакт которого предназначен для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, замыкающий и размыкающий неподвижные контакты — к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона, а управляющая обмотка— к выходу блока управления переключением.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок переключения управляющих обмоток выполнен в виде двух транзисторов, коллекторы которых предназначены для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, эмиттеры — к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона, а базы — к выходу блока управления переключением.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок переключения управляющих обмоток выполнен в виде двух запираемых тиристоров, аноды которых предназначены для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, катоды — к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона, а управляющие электроды — к выходу блока управления переключением.

1265910!

20

Зо

40

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления переключением выполнен в виде элемента И, входы которого предназначены для подключения соответственно к выходам блока задания режима преобразователя и датчика нулевого тока, выход соединен с входом триггера, выходы которого предназначены для подключения к управИзобретение относится к преобразовательной технике, а именно к устройствам защиты полупроводниковых преобразователей, в частности реверсивных преобразователей для электролиза цветных металлов, автоматизированных электроприводов, линий передач электроэнергии постоянным током.

Известно устройство для дифференциальной защиты преобразователя, содержащее исполнительный орган, блок задания режима, выход которого через блок управления преобразователем подключен к управляющему входу преобразователя, датчики переменного тока, выход которых подключен к входу выпрямителя, к выходу которого подключен нелинейный элемент, к отрицательной клемме выпрямителя подключен один вывод резистора (1).

Недостатком устройства является невозможность защиты реверсивного преобразователя и малая надежность из-за наличия трансформатора постоянного тока и возможность ложного срабатывания при изменении направления тока в нагрузке и при обрыве цепей, соединяющих выпрямитель с нелинейным элементом и при обрыве в обмотках датчиков переменного тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для дифференциальной защиты преобразователя, содержащее предназначенные для включения во входные шины преобразователя датчики переменного тока, подключенные к входу выпрямителя, нелинейный элемент, подключенный к его выходным выводам, первый из которых подключен к цепи, состоящей из последовательно соединенных управляющих обмоток первого геркона, предназначенного для размещения вблизи от шины постоянного тока преобразователя, второго геркона и резистора, причем замыкающие контакты обоих герконов включены последовательно и присоединены к входу исполнительного органа защиты, а размыкающие контакты второго геркона подключены к входу блока сигнализации. ляющему входу блока переключения управляющих обмоток.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик нулевого тока преобразователя выполнен в виде геркона, предназначенного для размещения вблизи от шины постоянного тока преобразователя.

Такое устройство по сравнению с рассмотренным обладает более высокой надежностью из-за отсутствия трансформатора постоянного тока и из-за исключения ложных срабатываний при обрыве цепей, соединяющих выпрямитель с нелинейным элементом и с обмоткой управления и при обрыве в обмотках датчиков переменного тока (2) .

Недостатки известного устройства невозможность защиты реверсивного преобразователя и малая надежность при изменении направления тока в нагрузке.

Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных возможностей путем использования в реверсивном преобразователе, снабженном блоками управления и задания режима.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дифференциальной защиты преобразователя, содержащее предназначенные для включения во входные шины преобразователя датчики переменного тока, подключенные к входу выпрямителя, нелинейный элемент, подключенный к его выходным выводам, первый из которых подключен к цепи, состоящей из последовательно соединенных управляющих обмоток первого геркона, предназначенного для размещения вблизи от шины постоянного тока преобразователя, второго геркона и резистора, причем замыкающие контакты обоих герконов включены последовательно и присоединены к входу исполнительного органа защиты, а размыкающие контакты второго геркона подключены к входу блока сигнализации, введены датчик нулевого тока преобразователя, предназначенный для включения в шину постоянного тока преобразователя, блок переключения управляющих обмоток и блок управления переключением, а первый геркон снабжен второй управляющей обмоткой, начало которой соединено с концом

его первой управляющей обмотки и одним из выводов управляющей обмотки второго геркона, при этом блок переключения управляющих обмоток включен между вторым выходным выводом выпрямителя и разобщенными выводами управляющих обмоток

1265910

15 первого геркона, управляющий вход блока переключения управляющих обмоток соединен с выходом блока управления переключением, первый вход которого соединен с выходом датчика нулевого тока преобразователя, а второй вход предназначен для подключения к выходу блока задания режима преобразователя.

Блок переключения управляющих обмоток может быть выполнен в виде герконового реле, подвижный контакт которого предназначен для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, замыкающий и размыкающий неподвижные контакты— к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона, а управляющая обмотка — к выходу блока управления переключением, в виде двух транзисторов, коллекторы которых предназначены для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, эмиттеры — к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона. а базы — к выходу блока управления переключением, а также в виде двух запираемых тиристоров, аноды которых предназначены для подключения к второму выходному выводу выпрямителя, катоды — к разобщенным выводам управляющих обмоток первого геркона, а управляющие электроды — к выходу блока управления переключением.

Блок управления переключением может быть выполнен в виде элемента И, входы которого предназначены для подключения, соответственно, к выходам блока задания режима преобразователя и датчика нулевого тока, выход соединен с входом триггера, выходы которого предназначены для подключения к управляющему входу блока переключения управляющих обмоток.

Датчик нулевого тока преобразователя может быть выполнен в виде геркона, предназначенного для размещения вблизи от шины постоянного тока преобразователя.

На фиг. 1 представлено устройство для дифференциальной защиты преобразователя; на фиг. 2 — 4 — три схемы выполнения блока переключения управляющих обмоток; на фиг. 5 — схема управления переключением.

К преобразователю 1 (фиг. 1) посредством шин 2 и 3 постоянного тока подключена нагрузка 4. Выход датчиков 5 переменного тока, установленных на входе силового транс форматора 6, к выходу которого подключен вход преобразователя 1, подключен к выпрямителю 7, к выходу которого подключен нелинейный элемент 8. Первый выход блока 9 задания режима подключен к входу блока 10 управления преобразователя, выход блока 10 подключен к управляющему входу преобразователя 1. Замыкающие контакты первого 11 и второго 12 герконов соединены последовательно и подключены к исполнительному органу 13. Отрицательный вывод

Зо

55 выпрямителя 7 через резистор 14, управляющую обмотку второго геркона 12 подключен к концу первой и началу второй управляющих обмоток первого геркона 1. Выход датчика 15 нулевого тока подключен к первому входу блока управления переключением управляющих обмоток 16, к второму входу которого подключен второй выход блока 9 задания режима, а выход блока 16 управления переключением подключен к управляющему входу блока 17 переключения. Первый вывод последнего подключен к положительной клемме выпрямителя 7, второй и третий выводы — соответственно к началам первой и второй управляющих обмоток первого геркона 11. К размыкающему контакту второго геркона 12 подключен блок 18 сигнализации.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме работы преобразователя 1 с первого выхода блока 9 задания режима поступает сигнал на вход блока 10 управления преобразователем 1, который задает требуемые величину и направление тока в нагрузке 4. С второго выхода блока 9 задания режима на второй вход блока 16 управления переключением поступает сигнал, соответствующий заданному направлению протекания тока в нагрузке 4. Сигнал с выхода блока 16 управления переключением поступает на вход блока 17 переключения, который, в зависимости от величины или знака управляющего сигнала с выхода блока

16 и, следовательно, в зависимости от направления протекания тока в нагрузке 4 (по шинам 2 и 3 постоянного тока), подключает к положительному выводу выпрямителя 7 начало первой или конец второй обмоток управления первым герконом 11.

Блок 17 переключения может быть выполнен, например, в виде герконового реле (фиг. 2), двух транзисторов (фиг. 3) или двух запираемых тиристоров (фиг. 4).

Приведенные схемы работают следующим образом.

При задании одного направления тока в нагрузке управляющая обмотка 19 обесточена (фиг. 2), размыкающий контакт геркона 20 замкнут и в цепи выпрямителя 7 подключена первая управляющая обмотка первого геркона 11. При задании противоположного направления тока в нагрузке с выхода блока управления переключением поступает напряжение на управляющую обмотку 19, геркон 20 срабатывает, размыкается его размыкающий контакт и замыкается замыкающий, отключая первую управляющую обмотку и подКлючая вторую управляющую обмотку геркона 11.

Аналогично работает блок переключения, выполненный на транзисторах (фиг. 3) или тиристорах (фиг. 4). При поступлении сигнала с блока 17 управления переключением на базу транзистора 21 (фиг. 3) или на уп1265910 равляющий электрод тиристора 22 (фиг. 4) подключается первая управляющая обмотка геркона 11. Вторая управляющая обмотка геркона 1 подключается при поступлении сигнала на базу транзистора 23 или на управляющий электрод тиристора 24. При этом по одной из управляющих обмоток первого геркона 11 и управляющей обмотке второго геркона 12 протекает выпрямленный ток от датчиков 5 переменного тока, величина которого пропорциональна току на входе преобразователя 1.

На контакт первого геркона 11 действуют два потока, направленных встречно. Причем они создают силы, действующие на контакты геркона и направленные противоположно.

Одна сила создается потоком с шины 3 постоянного тока, другая — одной из управляющих обмоток первого геркона 11. В нормальном режиме работы преобразователя 1 эти силы равны и регулируются: первая— изменением расстояния геркона 11 от шины 3 или изменением угла между ними, вторая— изменением тока в управляющей обмотке геркона 11 с помощью резистора 14. В результате действия на контакты геркона 11 равных. и противоположных направленных сил его контакт остается разомкнутым при равенстве входного и выходного токов преобразователя 1. Под действием магнитного потока управляющей обмотки второго герккона 12 последний переключается (замыкается замыкающий контакт и размыкается размыкающий контакт, отключая входную цепь блока 18 сигнализации). Так как контакт первого геркона 11 разомкнут, входная цепь исполнительного органа 13 также разомкнута и на выходе исполнительного органа 13 отсутствует сигнал на срабатывание защиты.

Для реверса тока в нагрузке 4 блок 9 задания режима формирует соответствующие сигналы на выходе. Ток на выходе преобразователя 1 не может мгновенно изменить величину и направление, так как нагрузка 4, как правило, содержит индуктивность. Время реверса тока может изменяться в зависимости от начального и конечного значений тока и от изменения характера нагрузки 4 (например, от изменения соотношения индуктивности и активного сопротивления). Если ток в нагрузке 4 не снизился до нуля, а блок 17 переключения произвел переключение с одной управляющей обмотки на другую первого геркона 11 или, наоборот, переключение произойдет позднее реверса тока, то это вызовет согласное направление потоков, следовательно и сил, действующих на геркон 11, последний замкнет свой контак и вызовет ложное срабатывание защиты.

Следовательно, для исключения ложного срабатывания зашиты при реверсе тока преобразователя 1 необходимо контролировать снижение тока на выходе преобразователя до нуля и в момент равенства его нулю

1О !

55 производить переключение управляющих обмоток геркона 11. Эту функцию контроля тока и формирования сигнала, разрешающего переключение, выполняет датчик 15 нулевого тока. Только при равенстве тока в шине 3 нулевому значению датчик 15 нулевого тока дает разрешение на изменение сигнала на выходе блока 16 управления переключением несмотря на то, что на второй вход блока 16 поступил ранее сигнал с блока задания режима на реверсирование тока преобразователя 1.

В качестве датчика 15 нулевого тока может быть использован любой известный датчик нулевого тока, например выполненный на базе шунта. Наиболее просто датчик 11 нулевого тока может быть реализован на основе геркона с размыкаюшим контактом, расположенным вблизи шины 3 постоянного тока. При протекании тока по шине 3 создается поток и усилие, размыкающее контакт геркона, что соответствует запрету прохождения сигнала через блок 16 управления переключением. При отсутствии тока в шине 3 контакт геркона замкнут, что соответствует разрешению на переключение управляюших обмоток геркона 11.

Блок управления переключением может быть выполнен (фиг. 5) в виде логического элемента И 25, на один вход которого поступает. сигнал от блока 9 задания режима, а на второй — от датчика 15 нулевого тока.

Выход элемента И подключен к входу триггера .26, имеющего прямой и инверсный выходы, подключаемые к блоку 17 переключения.

При внутренних повреждениях в преобразователе 1, работающем в режиме выпрямителя, коротких замыканиях на входе или непосредственно на выходе преобразователя 1 увеличивается ток на его входе, что приводит к увеличению напряжения на выходах датчиков 5 переменного тока и выпрямителя 7, а следовательно, тока и магнитного потока в управляющих обмотках герконов 11 и 12. При этом ток на выходе преобразователя 1, в шинах 2 и 3 и нагрузке 4 уменьшается. Нарушается пропорциональная зависимость между входным и выходным токами преобразователя. Нарушается и равенство сил, действуюших на контакт первого геркона 11, последний замыкается.

Поскольку замыкающий контакт второго геркона 12 остается в замкнутом состоянии, то исполнительный орган после срабатывания геркона 11 запускается. На его выходе появляется сигнал на снятие управляющих импульсов с тиристоров преобразователя 1 и сигнал на отключение преобразователя от сети.

Устройство работает аналогично при рассмотренных аварийных режимах преобразователя, работающего в режиме инвертора.

Срабатывание геркона 11 также происходит из-за неравенства сил, действуюших на его

1265910 пластины, причем усилие, создаваемое при протекании тока по шине 3, как правило, больше усилия, создаваемого управляющей обмоткой. В этих аварийных режимах исполнительный орган 13 должен формировать управляющий импульс на отключение преобразователя 1 от нагрузки 4.

Устройство защиты срабатывает также при перегрузках или коротких замыканиях в нагрузке 4, на ее входе или между шинами 2 и 3. Рассмотрим, например, указанные аварийные режимы преобразователя 1 в режиме выпрямителя. Токи на входе и выходе преобразователя 1 увеличиваются пропорционально. Однако усилия, действующие на контакт первого геркона 11, увеличиваются пропорционально только до тока срабатывания защиты, при котором вступает в действие нелинейный элемент 8. После этого усилие, создаваемое током шины 3, становится больше ограниченного усилия, создаваемого потоками управляющей обмотки геркона 11. Геркон 11 срабатывает, запуская исполнительный орган 13.

При обрыве проводов, соединяющих выпрямитель 7 и нелинейный элемент 8 с управляющими обмотками герконов 11 и 12 и с блоком 17 переключения, управляющие обмотки герконов обесточиваются. Замыкающий контакт геркона 12 в цепи пуска исполнительного органа 13 размыкается и защита выводится из работы. При этом замыкается размыкающий контакт геркона 12 в цепи блока 18 сигнализации и подается сигнал о неисправности устройства защиты.

Устройство обеспечивает защиту реверсивных преобразователей автоматизированных электроприводов, электролизеров цветной металлургии, тяговых подстанций, а так10 же силовых трансформаторов, если они устанавливаются в цепи переменного тока преобразователя.

Устройство для дифференциальной защиты реверсивных преобразователей не содержит громоздких аппаратов, таких как трансформаторы постоянного тока, и не требует изготовления нестандартных элементов.

Это позволяет уменьшить массогабаритные показатели и стоимость устройства, снизить потери, упростить наладку и обслуживание.

Экономический эффект от применения устройства обуславливается также повышением надежности срабатывания защиты, что можно оценить в каждом конкретном случае уменьшением ущерба от выхода из строя элементов преобразователя и от прерывания технологического процесса.

1265910

Диг.4 мока

Составитель В. Широков

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 5675/53 Тираж 6)2 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дт блока

ЗаЬжыг

К &оку ,Релгыгчд 5 .2б переключения

Dm Ь7тчилсг аулеФого ф ГХ