Устройство для защиты трехфазной электроустановки от изменения чередования и обрыва фаз

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в электрическом следящем приводе для защиты управляемых тиристорных выпрямителей от обратного направления чередования фаз, обрьта фазы, а также для диагностики состояния трехфазной сети. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения диагностики неисправности при одновременном наличии нарушения чередования фаз и обрыва одной из фаз или ее инверсии. Устройство содержит блок контроля инверсии фазы, в состав которого входит первый 21, второй 22 и третий 23 элементы НЕ, трехвходовый элемент И-НЕ 24, седьмой элемент И-НЕ 25, восьмой элемент И-НЕ 26 и четвертый триггер 27. При пояснении на входе устройства инверсного синусоидального сигнала высокие уровни трехвходных импульсных сигналов элементов НЕ 21, 22, 23 перекрываются по времени, и на выходе элемента И-НЕ 24 формируются импульсы равного -ровня, которые устанавливают триггер 27 в единичное состояние. Тем самым вносится признак инверсности входного сигнала, что позволяет на выходе дешифратора сформировать сигнал индикации инверсности конкретной фазы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.,1 табл. Ш (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1418844 А1 (51) 4 Н 02 Н 7/09

ВСЕСОН)ЛН1Я

l3,", l3i вчем,: "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4143100/24-07 (22) 30.07.86 (46) 23.08.88. Бюп. У 31 (72) В.Е.Тетерятников, Г.Ф.Дорошенко, А.И.Зуб и А,И.Марусенко (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1014090, кл. Н 02 Н 7/097, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 1089693, кл. Н 02 Н 7/09, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПЯТЫ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ ИЗМЕНЕНИЯ

ЧЕРЕДОВАНИЯ И ОБРЬ1ВА ФАЗ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в электрическом следящем приводе для защиты управляемых тиристорных выпрямителей от обратного направления чередования фаз, обрыва фа-, зы, а также для диагностики состояния трехфазной сети. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения диагностики неисправности при одновременном наличии нарушения чередования фаэ и обрыва одной из фаэ или ее инверсии.

Устройство содержит блок контроля инверсии фазы, в состав которого входит первый 21, второй 22 и третий

23 элементы НЕ, трехвходоный элемент

И-НЕ 24, седьмой элемент И вЂ” НЕ 25, восьмой элемент И-НЕ 26 и четвертый триггер 27. При появлении на входе устройства инверсного синусоидального сигнала высокие уровни трехвходных импульсных сигналов элементов HF.

21, 22, 23 перекрываются по времени, и на выходе элемента И-НЕ 24 формируются импульсы равного уровня, которые устанавливают триггер 27 в единичное состояние, Тем самым вносится признак инверсности входного сигнала, что позволяет на выходе дешифратора сформировать сигнал индикации инверсности конкретной фазы, 1 з.п. ф-лы, 4 ил °,1 табл.

1418844

И зобр ет ение относится к эл ектротехнике и может быть использовано, например, н электрическом следящем приводе для защиты управляющих тирис5 торных выпрямителей от обратного направления чередования фаз, обрыва фа— зы, а также для диаГностики состояний трехфазной сети.

Цель изобретения — расширение 10 функциональных воэможностей путем обеспечения диагностики неиспранности при одновременном наличии нарушения чередования фаз и обрыва одной иэ фаз или ее инверсии. 15

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для защиты трехфаэной электроустановки от изменения направления чередования и обрыва фаз; на фиг. 2 — схема блока контроля инверсии фазы; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства при прямом направлении чередования фаз; на фиг. 4 — то же, при обратном чередовании фаз. 25

Устройство содержит преобразователии 1 — 3 синус оидальног о сиг нала напряжения сети в прямоугольные импульсы с нходными выводами, соединенными с фазами сети по порядку чередо- 30 вания, при этом выход первого преобразователя 1 соединен с входом первого однонибратора 4, с первыми входами первого 5 и второго 6 элементов

И-НЕ и с первым входом блока 7 контроля инверсии фазы, выход второго преобразователя 2 — с входом второго однонибратора 8, с первыми нходами третьего 9 и четвертого 10 элементов

И-НЕ и с вторым входом блока 7 конт- 40 роля инверсии фазы, выход третьего преобразователя 3 — с входом третьего одновибратора 11, с первыми входами пятого 12 и шестого 13 элементов

И-НЕ и с третьим входом блока 7 конт-45 роля инверсии фазы. Выход первого одновибратора 4 соединен с вторыми входами третьего 9 и шестого 13 элементов И-НЕ, выход второго однонибратора 8 — с вторыми входами первого 5 и пятого 12 элементов И-НЕ, выход третьего однонибратора 11 — с вторыми входами четвертого 1О и второго 6 элементов И-НЕ. Выходы первого 5, четвертого 1О и шестого 13 элементов ИНЕ соединены с единичными установочными входами соответственно первого !

4, второго 15 и третьего 16 триггеров, а выходы третьего 9, пятого 12 и второго 6 элементов И-НŠ— с нулевыми установочными входами первого

14, нторого 15 и третьего 16 триггеров, выходы которых соединены с перным, вторым и третьим входами двоичного дешифратора 17, первый и восьмой выходы которого соединены с четвертым и пятым входами блока 7 контроля инверсии фаэ, выход которого является выходом устройства.

При этом элементы И-HE 5 и 9 и триггер 14 образуют функциональный блок 18 контроля обрыва и чередования фаз АВ; элементы И-НЕ 10 и 12.и триггер 15 — идентичный блок 19 для фаз

ВС, а элементы И-НЕ 13 и 6 и триггер

16 — идентичный блок 20 для фаэ CA.

Блок 7 контроля инверсии фазы (фиг, 2) содержит три элемента НЕ 2123, при этом первый и второй входы блока контроля инверсии фазы через первый 21 и второй 22 элементы НЕ соединены с первым и вторым входами трехнходового элемента И-НЕ 24,а третий вход блока контроля инверсии фазы через третий элемент .НЕ 23 соединен с третьим входом трехвходового элемента И-НЕ 24 и первым входом т седьмого элемента И-НЕ 25, с вторым входом которого через восьмой элемент

И-НЕ 26 соединены четвертый и пятый входы блока. Выход трехвходового элемента И-HE 24 соединен с единичным установочным входом четвертого триггера 27, нулевой установочный вход которого соединен с выходом седьмого элемента И-НЕ 25, Выход четвертого триггера является выходом блока контроля инверсии фаз °

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение фаз А, В и С поступает (фиг, 1) на входы преобразователей 1-3 сигналов соотввтственно, с выходов которых вь1даются серии импульсов длительностью 1/2Т и периодом Т трехфазной сети.

Серия импульсов U (фиг. 3) поступает на вход однонибратора 4, на выходе которого в момент появления фронта входного импульса формируются импульсы П4, HTBJIbHocTb KQTopbK значительно меньше длительности входных импульсов. Аналогичные импульсы

U и U6 формируются на выходах однонибраторон 8 и 11 в моменты появления фронтон импульсов U и U соответственно.

844

3 . 1418

Серии HMI1 fJt bC OB 1; -Ь. H U< -U TIOступают на входы трех идентичных функционал ьных узл он 18-20.

Функциональный узел 18 входами соединен с выходами однонибраторон 4 и 8 и преобраэователей 1 и 2, входы которых подсоединены к фазам А и В питающей сети, а функциональные узлы

19 и 20 — к фазам В, С и С, А питаю-. 10 щей сети соответственно, Рассмотрим работу функциональных узлов на примере работы функционального узла 18. На входы элемента И-HE

5, выход которого соединен с единичным установочным входом триггера 14, подаются импульсы с выхода преобразователя 1 и одновибратора 8. При совпадении импульсов с высокими уровнями на выходе элемента формируются им- 2О пульсы низкого уровня, которые устанавливают триггер 14 в единичное состояние. Аналогично при совпадении на входе элемента И-HE 9 импульсов высокого уровня на его выходе формируются 25 импульсы низкого уровня, которые устанавливают триггер 14 в нулевое состояние.

При прямом направлении чередования фаз на выходе элемента И-НЕ 5 при совпадении высоких уровней импульсов

U u U (фиг. 3) формируются импульсы низкого уровня, а на выходе элемента И-НЕ 9 — постоянный сигнал высокого уровня ввиду несовпадения высоких уровней импульсов U и U нследствие чего триггер 14 устанавливается в единичное состояние. При обратном направлении чередования фаз действия элементов И-HE 5 и 9 меня- 4р ются местами и триггер 14 устанавливается в нулевое состояние (фиг.4).

Таким образом, функциональный узел

18 при прямом направлении чередования фаз А и В формирует на выходе по- 45 стоянный сигнал высокого уровня, а при обратном — постоянный сигнал низкого уровня. Аналогичным образом функциональные узлы 19 и 20 формируют постоянные сигналы высокого уровня при прямом направлении чередования фаз В, С и С, А соответс-.âåííî, постоянные сигналы низкого уровня при обратном.

При отсутствии обрыва фазы функциональные узлы 18-20 одновременно формируют на выходах при прямом направлении чередования фаз высокие уровни, а при обратном †:ап,«.е уровни, При обрыве фазы А на ных«де однонибратора 4 формируется п«стоянный сигнал низкого уровня, а на выходе преобразователя 1 — сигнал высокого уровня, нследстние чег« элементы ИНЕ 9 и 13 блокируются сигнал«м низкого уровня, а элементы И-НЕ 5 и 6 !ормируют на выходах им ульсы низкого уровня, которые ус".ананлинают "риггер

14 в единичное состояние, а триггер

16 — в нулевое состояние. Триггер 15 установлен в состояние, «пределяемое направлением чередования фаз В и С.

Аналогично при обрыве фазы В триггеры 14 и 15 устанавливаются н нулевое и единичное состояние со«тветственно, триггер 16 — и состояние, определяемое направлением чередования фаз А и С, а при обрыве фазы С триггеры 15 и 16 устанавливаются н нулевое и единичное состояние соответственно, триггер !4 — и состояш е, определяемое направлением ч.-ред«нация фаз А и С.

Таким образом, на выходах трех функциональных узлов формируются сочетания восьми одH(í,.÷ных папряже— ний, характеризующих "остояния трекфазной сети при нарушени:s чередования фаз и при обрыве л.бои одной фазы. Для расшифровки ост«яшш триггеров 14-16 и формирс на ;ь; с .ответствующих команд используp T«я дешифра— тор 17 двоичного кода, В таблице приведень хара;геристпки состояний трехфазной сети и с«о-,нетствующие им двоичные коды íà входе дешифратора 17. !

При обрыве двух фаз н устр«йстне индицируется обрыв только одной нз фаз. При наличии на нходах устройства инверсного сигнала (вместо трехо фазного соотношения сдвига фаз 120 + о о

+ 120 + 120 имеет место,, например, соотношение фаз 120 — 120 + 120

7 т.е. инверсия фа ы В) при прямом или обратном направлении чередования фаз сформированные сос гоянпя триггеров

14-16 соответствуют соcòîÿíèÿì, приведенным в и. 9-14 таблицы, которые аналогичны состояниям этих триггеров по и, 2-7 при наличии обрьгва фазы.

Для различения состояний триггеров при наличии инверсного сигчала от состояний этих триггеров при обрыве фазы в устройство дополнительно введен блок

1418844 кО! Гр о:» я ливер c»»»» фазы (фиг ° Py ко торьп» формирует на выходе постоянный сигнал высокого уровня только при налич»п» на входе устройства инверсного синусоидального сигнала. Выходной с»»»ч»а.» - того блока является информа»в»он»»ым сигналом об инверсии и подается на четвертый разряд двоичного дешифратора 17. 10

Ьлок контроля инверсии фазы работает следующим образом.

На входы элемента И-HE 24 через элементы НЕ 21-23 поступают сигналы с выходов преобразователей 1-3. При отсутствии обрыва фазы или инверсии одного из сигналов на входах элемента И-НЕ 24 присутствуют импульсные сигналы, высокие уровни которых не сп.»ï,»äают по времени, поэтому на его 20 выхо-е формируется постоянный с игнал высокого уровня, который не вызывает возбуждения триггера 27.

В то же. время на выходе дешифратора 17, дешифрирующегп единичные сос 25 тояния триггеров 14-16, формируется сигнал низкого уровня при прямом на правлении чередования фаз (выход g ), а на выходе дешифратора 17, дешифрирующего нул евь»е состояния тригг еров

14-16, аналогичный сигнал формируется при обрат»»ом направлении чередования фаз (выход 7. ), С»»гналы с выхсдов и 2 дешифратора 17 поступают на входы э.»емента И-НЕ 26, выполняющего функ35 ции схемы ИЛИ для сигналов низкого уровня, и при прямом или при обратном направлении чередования фаз формируют на его выходе постоянный сигнал высокого уровня который разрешает про 40 хождение через элемент И-НЕ 25 импульсного сигнала, снимаемого с выхода»лемента НЕ 23, на нулевой установочнь»й вход тригг ера 27. Таким образо»»,, при отсутствии обрыва фазы или инверсного сигнала триггер 27 все время удерживается в нулевом состоя нии, При наличии обрыва фазы входного сигнала устройства на выходе соответствующего элемента НЕ 21-23 фор50 мируется постоянный сигнал низкого уровня, которьп» поступает на вход элемента И-HE 24 и формирует на его выходе постоянный сигнал высокого уровня. Б то же время на выходах и ..:» »ш»фратора 17 формируются сигналы высокого уровня, которые, воздействуя на»:»еме»»т И-НГ 26, формируют на его выходе постоянный сигнал низкого уровня, которьп» формирует на выходе элемента И вЂ” HE 25 постоянный сигнал высокого уровня. Таким образом, на установочных входах триггера

27 присутствуют постоянные сигналы высокого уровня, которые не воздействуют на переключение его состояния, и поэтому триггер 27 находится в предыдущем, т.е, нулевом состоянии.

При появлении на входе устройства инверсного синусоидального сигнала высокие уровни трех выходных импульсных сигналов элементов HE 21-23 перекрываются пр времени и на выходе элемента И-НЕ 24 формируются импульсы низкого уровня, которые устанавливают триггер 27 в единичное состояние, и тем самым вносится признак инверсности входного сигнала> что позволяет на выходе дешифратора 17 формировать сигнал индикации инверсности конкретной фазы.

Устройство может быть реализовано на типовых микросхемах, например на микросхемах серии 133 или 155. Использование микросхем и отсутствие реактивных элементов обеспечивают высокую надежность работы устройства и его быстродействие.

Использование устройства для защиты трехфазной нагрузки от нарушения чередования фаз и обрыва фазы позволяет получить индикацию неисправнос ти в трехфаэной сети, опасной для потребителя электрической энергии, или соответствующие команды на автоматическое устройство, управляющее устранением возникшей неисправности, Автоматический режим работы и его быстродействие обеспечивают возможность надежной защиты электрической нагрузки от любых нарушений чередования фаз или обрыва любой фазы и инди-, кацию любой неисправности. В устройстве при данной яеисправности получают информацию о виде неисправности

"Обрыв фазы А при обратном чередовании фаз" и команду, которая может быть использована для срабатывания исполнительного блока.

Таким образом, при применении предлагаемого устройства обеспечивается защита электроустановки, кроме того, сформированные команды мсжно использовать для устранения неисправности, например выполнить коман1418844 цы Переключить фазу и "Включить защиту фазы А" .

Использование устройства для контроля полярности включения обмоток источника трехфазного напряжения (ollрокидывание фазы) позволяет не только индицировать неисправность, но и диагностировать причину неисправности ввиду изменения полярности включения обмоток ее источников (генератор, трансформатор и т,д.), что не обеспечивается известными устройствами °

Экономическая эффективность определяется сокращением затрат времени на выявление всех возможных аварийных причин в трехфаэной питающей сети, Формула изобретения 21)

1. Устройство для защиты трехфазной электроустановки от изменения чередования и обрыва фаз, содержащее по числу фаз три преобразоватЕля синусоидальных сигналов напряжения сеII ти в прямоугольные импульсы с входными выводами для соединения с трехфаэной сетью, два триггера» исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е — gp е с я тем, что, с.целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения диагностики неисправности при одновременном наличии нарушения чередования фаэ и обрыва одной из фаз или ее инверсии, оно дополнительно снабжено третьим триггером, тремя одновибраторами, шестью элементами И-НЕ, дешифратором двоичного кода и блоком контроля инверсии фаз, 4О при этом выход первого преобразователя соединен с входом первого одновибратора, с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, с первым входом блока контроля инверсии фазы, 4> выход второго преобразователя соединен с входом второго одновибратора, с с первыми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, с вторым входом блока контроля инверсии фазы, выход третьего преобразователя соединен с входом третьего одновибратора, с первыми входами пятого и шестого элементов И-HE с третьим входом блока контроля инверсии фазы, выход первого одновибратора соединен с вторыми вхо55 дами третьего и шестого элементов ИНЕ, выход второго одн<. " Г втор- с. еДИНЕН С ВТОРЫМИ ВХОПаЛЯ» .".ЕРВ< Го I» Пав того элементов И вЂ” Hi:, як<хо, тр< тьего одновибратора соединен " вт о1 ми входами четвертого и втор ог о але†ментов И-HF., выходы пер ног<, етгер— того, шестого элементов 1» -118 спад<»вЂ” невы с единичными уcò!, во чныл»»» . ходами соответственно пс p!»ого, вт< роro и третьего -.ригг".ров, а выходы третьего, пятого, второго э.тел»ент<эв

И-НЕ соепи..ены с нулевыми установоч— ными входами первого, второго .{ тр тьего триггеров, выходь» кс торых соединены с первым, вторым и третьим входами двоичного pe-.< l e!IT»! 11-НЕ с третьим триггером обра. у»т ил< ный блок KQHTpoля д»я третьей и:»ервой фаз сети.

2. Устройс-,во по -<. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, т . блок контроля инверсии фазь< со..»ержит Tpl» 1л<.— мента НЕ, трехвходовый»леме. " И-1 ""., седьмой и восьмой элементы 1»-»1<:, четверть»й» триггер, при этом первьл, второй и третий входы блока ко»<тголя инверсии фазы через первый, вт;. ой» и третий элементы НЕ соединены <»ер—

BblM ° BTopbIM и тр еть»»»» входа ли TpE;".ñвходового элемента И-H1 . а выход третьего элемента НЕ ooåäèícI» с первым входом седьмого элеме> т а И-НЕ., с вторым входом которого через восыл»ой элемент И-HF соединен четвертый и пятый входы блока, вь:ход трехвх< нового эле— мента И вЂ” НЕ соединен с "!,и»<ич»<ь<л» уcта— новочным входом четвертого тригге.-.а, нулевой установочный вх<. < которог э соединен с вь»хоцол» сеяьмого элемента

И-НЕ, выход четвертого триггер", является вьг одом блока контроля инверсии фазы.

1418844

1 п/и

Характеристика состояния трехфазной сети

14 15 16 27

1 0 0 0 0 Отсутствие обрыва фазы при обратном направлении чередования фаэ

Обрыв фазы

2 1

Э О

5 0 6

8 1

Инверсный сигнал в цепи фазы

1 А При пряйом направлении чередования фаз

10 0

41 1

12 0

13 1

t4 0

Состояние триггера

Т Г T

0 А При обратном направлении чередования фаз

0 В При обратном направлении чередования фаз

0 А При прямом направлении чередования фаэ

0 С При обратном направлении чередования фаэ

0 С При прямом направлении чередования фаз

0 В При прямом направлении чередования фаэ

0 Отсутствие обрыва фазы при прямом направлении чередования фаэ

1 С При прямом направлении чередования фаз

1 А При обратном направлении чередования фаз

1 В При прямом направлении чередования фаз

1 В При обратном направлении чередования фаз

1 С При обратном направлении чередования фаз

14 1884li

1418844

Vf

Ц4 иг.

УигЗ

Составитель В.Орлов

Редактор В.Петраш Техред Л. Олийнык Корректор JI.Ïèëèïåíêî

Заказ 4 164/53 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. ужгород, ул. Проектная, 4