Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса. Цель достигается путем обеспечения более высокой степени симметрии работы трансформаторов тока за счет исключения влияния динамического сопротивления входных цепей силовых ключевых элементов в разные полупериоды и от образца к образцу, что приводит к существенному снижению величины токовой погрешности трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами с прямоугольной петлей гистерезиса в рабочей зоне первичных токов. 2 ил.

СОЮЗ СОЦЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) gg 4 Н 02 Н 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTQPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фий

OGYQAPCTHEHHHA HOMME T .

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (21) 4121042/24-07 (22} 01 .07.86 (46) 07.11.89. Бюл. В 41 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт низковольтного аппаратостроения (?2) В.К.Райнии, З.Jf.Карась, Я.И.Михлииа и Л.И.Днк (53) 621.316.925 (088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 743098, хл. Н 02 Н 3/08, 1977.

Авторское свидетельство СССР ,Р 1267522, za. Н 02 Н Ъ|08з ИВ5.

2 (54) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ В СЕТИ ПЕРЕИЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам релейной защиты. Целью изобретения является аовышение чувствительности устройства защиты от одиофазных корот" ких замыканий при использовании в ка честве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магннтопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с нрямоугольной петлей гистерезиса. Цель достигается путем

1520620 обеспечения более высокой степени симметрии работы трасформаторов тока за счет исключения влияния динамического сопротивления входных цепей си5 ловых ключевых элементов в разные полупериоды и от образца к образцу, что приводит к существенному снижению величины токовой погрешности трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами с прямоугольной петлей гистерезиса в рабочей зоне первичных токов, 3 ил

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты. 15

Цель изобретения — повьппение чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий.при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными 20 магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса.

На фиг.l представлена принципиальная электрическая схема устройства; 25 на фиг.2 — схема силового ключевого элемента; на фиг.З вЂ” схема включения излучателей оптронных тиристоров силовых ключевых элементов.

Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока содержит трансформаторы l тока по числу фаз сети, к началам вторичных

I обмоток которых подключены первые выводы измерительных резисторов 2, вто- 3 рые выводы которых объединены. Концы вторичных обмоток трансформаторов 1 тока подключены к входам силового выпрямителя 3, к выходам которого через разделительные диоды 4, каждый иэ ко" 40 торых включен согласно с соответствующей группой силового выпрямителя

3, подсоединены накопительные конденсаторы 5. Первая обкладка одного накопительного конденсатора 5 подключе- 45 на к катоду тиристора 6, анод которого через обмотку 7 электромеханичес" кого исполнительного органа соединен с первой обкладкой второго накопительного конденсатора 5. Вторые обкладки конденсаторов 5 соединены между собой и подключены к общей точке схемы — объединенным вторым выводам измерительных резисторов 2, первые выводы которых, подключенные к началу вторичных обмоток трансформаторов тока, подключеньг также к трем входам органа 8 контроля тока, четвертый вход которого подключен к общей точке схемы пятый вход органа 8 контроля тока подсоединен к катоду тиристора б, управляющий электрод которого подключен к первому выходу органа 8 контроля тока, второй выход которого соединен с первой обкладкой второго накопительного конденсатора 5. К концам вторичных обмоток трансформаторов 1 тока подключены силовые ключевые элементы 9 по числу фаз сети, выходы которых включены между соответствующими входами силового выпрямителя 3 и общей точкой схемы. Силовые ключевые элементы 9 выполнены в виде тиристорных оптронов, содержащих излучатели 10, соединенные последовательно, и фотоприемники 11, включенные попарно встречно-параллельно.

Устройство также содержит блок 12 управления, при этом излучатели 10 подключены между точкой соедипения анодной группы силового выпрямителя

3 и анода стабилитрона 13 и коллектором дополнительного транзистора 14.

Стабилитрон 13 и дополнительный транзистор 14 образуют пороговый орган блока 12 управления силовыми ключевыми элементами 9. Дополнительный транзистор 14, к коллектору которого подсоединен первый вывод излучателей, подключен базой к катоду стабилитрона 13, а эмиттером — к коллектору транзисторного ключа 15 блока 12 управления. Последовательно соединенные стабилитрон 13 и база-эмиттерный переход дополнительного транзистора

14 зашунтированы цепочкой из двух последовательно и согласно включенных второго диода lб и первого диода 17, общая точка второго диода lб и первого диода 17 подключена к общей. точке схемы, а анод первого диода 17 — к аноду, стабилитрона 13 и второму выводу излучателей 10 тиристорных оптронов. Катод второго диода 16 подключен к коллектору транзисторного ключа 15.

Транзистор 18, управляющий транзистор5 152062 ным ключом 15, подключен эмиттером к аноду второго диода 16, к которому также подключена общая точка схемы, коллектором через третий резистор 19— к базе транзисторного ключа 15, базой через. второй резистор 20 — к точке соединения катодной группы силового выпрямителя 3 и эмиттера транзисторного ключа !5, а через первый реэис- 10 тор 21 — к точке соединения анодной .группы силового выпрямителя 3 и nepsore диода 17.

Третий диод 22 подключен анодом к точке соединения эмиттера улравляюще- 15 го транзистора !8, второго диода 16 и первого диода !7, а катодом — к точке соединения второго вывода лервого резистора 21, первого вывода второго резистора 20 и базы управляю- 20 щего транзистора 18. Четвертый резистор 23 подключен первым выводом к точке соединения базы транзисторного ключа 15 с третьим резистором 19, а вторым выводом — к точке соединения 25 .второго вывода второго резистора 20 с эмнттером транзисторного ключа 15.

Первый вывод второго резистора 2О соединен с базой управлякщего транзистора 18. При этом сопротивления тре- 30 тьего резистора 19 и второго резистора 20 разны между собой, а сопротивление первого резистора 21 равно половине величины сопротивления второго резистора 20.

Устройство работает следующим образом.

Так как схема симметрична, то рассмотрим ее работу s один полупериод для одной из фаз. В начале каждого .,0 полупериода вторичного тока происходит подэаряд через силовой выпрямитель 3 и один из разделительных диодов 4 соответствующего накопительного конденсатора 5. При этом силовой ключевой элемент 9 закрыт. Как только напряжение на накопительном конденсаторе 5 превысит уровень напряжения стабилизации стабипитрона 13, включается дополнительный транзистор 14, включенный по схеме с общей базой, и возбуждаются все излучатели )0 оптронных тиристоров силовых ключевых элементов 9, что приводит к включению одного из пары закрытых оптронных тиристоров, т.е. к включению силового ключевого элемента 9.

Включаясь, силовой ключевой элемент 9 эакорачнвает вторичную обмот0 6 ку соответствующего трансформатора 1 тока на измерительный резистор 2. При изменении полярности вторичного тока силовой ключевой элемент 9 выключается и описанный процесс повторяется для другого накопительного конденсатора 5, заряженного до напряжения противоположной полярности, и другого иэ пары закрытых оптронных тиристоров.

Ток протекает по измерительному резистору 2 независимо от коммутационного состояния силового ключевого элемента 9. Напряжение на измерительном резисторе 2, пропорциональное величине первичного тока фазы, поступает на вход органа 8 контроля тока, который в аварийной ситуации (перегрузка, междуфазное .или однофазное короткое замыкание, обрыв фазы) подает по заданной программе команду на включение тиристора 6, и оба накопительных конденсатора 5, включенные последовательно, разряжаются на обмотку 7 электромеханического исполнительного органа.

Контроль напряжения на каждом из двух накопительных конденсаторов 5 осуществляется с помощью стабилнтрона 23. Вследствие того, что дополнительный транзистор 14 включен по схеме с общей базой, вольтамперные характеристики излучателей 10 не влияют на порог срабатывания блока 12 управления.

В однофаэном и трехфаэном режимах контроль напряжений на конденсаторах в каждый лолупериод первичного тока выполняется раздельно.

В положительный полупериод стабилитрон 13 подключается к накопительному конденсатору 5 через соответствующий разделительный диод 4, первый диод 17 блока 12 управления, базазмиттерный переход транзистора 14 и открытый транзисторный ключ 15.

Насыщенное состояние транзистора

15 обеспечивает управляющий транзистор 18, отпираемый током, протекающим через второй резистор 20 блока 12 управления, второй диод 16 прн этом заперт.

В отрицательный полупериод первичного тока стабилитрон !3 контролирует уровень напряжения на другом накопительном конденсаторе 5, подключаясь х нему через база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 14, 1520620 открытый второй диод 1б и соответствукнций разделительный диод 4. Первый диод 17 при этом закрыт. Транзисторный ключ 15 тоже закрыт, поскольку за", крывается управляющий транзистор 18 током смещения, протекающим через третий открытый диод 22 и первый резистор 21 смещения.

Сопротивления третьего резистора

19 и второго резистора 20 равны между собой и в два раза превышают сопротивление первого резистора 21. Такое соотношение должно выполняться для обеспечения правильного функцио" нирования схемы в двухфазном режиме работы. В этом режиме работы из-sa сдвига фаэ на 180 подзаряд обоих накопительных конденсаторов 5 происходит одновременно. Контроль напряжения на накопительных конденсаторах

5 в этом режиме обеспечиваетея с помощью транзисторного ключа 15 блока

12 управления, настроенного на приоритетный контроль напряжения на кон» 25 денсаторе, заряжаемом отрицательной полуволной тока. Поскольку коэффициент пульсаций напряжения на накопительных конденсаторах 5 достаточно мал, принятое соотношение сопротив- . лений резисторов второго 20 и первого 21 обеспечивает такой приоритет эа счет запирания управляющего тран" зистора 18, что приводит к запнранию транзисторного ключа 15.

При срабатывании блока 12 управ- . ления включаются оба силовых ключевых элемента 9 (в обеих фазах), так как все излучатели включены последовательно. Симметрия включения обеспечивается равенством (по абсолютной величине) мгновенных значений токов в двухфазном режиме.

Поэтому как только, включается соответствующий оптронный тиристор си 45 лового ключевого элемента 9 фазы, где ток имеет отрицательную полярность управляющий транзистор 18 открывается, вызывая отпирание транзисторного ключа 15, а стабилитрон 13 переключается на контроль напряжения на втором накопительном конденсаторе 5, подзаряжаемом положительной полуволной тока.

В предлагаемом устройстве при использовании тороидальных трансформато

55 ров тока с прямоугольной петлей гистерезиса обеспечивается симметрия нагрузки в оба полупериода. Указанная симметрия нагрузки достигается за . счет исключения влияния динамических сопротивлений управляющих переходов синовых ключевых элементов, которое наблюдается при использовании симисторон. Динамическое сопротивление управляющего перехода симистора также изменяется от образца к образцу вследствие технологического разброса параметров.

Формула изобретения

Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети, к началам вторичных обмоток которых подключены три входа органа контроля тока и первые выводы измерительных резисторов, вторые выводы которых объединены и подключены к четвертому входу органа контроля тока, первый выход которого подключен к управляющему электроду тиристора, катод которого подключен к пятому входу органа контроля тока и первой обкладке накопительного конден-, сатора, вторая обкладка которого подключена к общей точке измерительных резисторов, анод тиристора через обмотку электромеханического измерительного органа соединен с вторым выходом органа контроля тока и первой обкладкой второго накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к объединенным вторым выводам измерительных резисторов, к концам вторичных обмоток трансформаторов тока. подключены входы силового вьпрямителя, силовые ключевые элементы по числу фаз сети, выходы которых включены между соответствую" щими- входами силового выпрямителя и общей точкой измерительных резисторов, блок управления, выполненный в виде трех диодов, транзисторного ключа, управляющего транзистора, четырех резисторов и порогового органа иа стабилитроне, при этом первый и второй диоды соединеиы между собой последовательно, анод первого диода подключен к первому выводу первого резистора, катод второго диода - к коллектору транзисторного ключа, & точка соединения aepsoro и второго диодов подключена к аноду третьего диода, катод которого подключен к точке соединения второго вывода nepsoro резистора, первого вывода второго ре-, )520620!

Составитель Л.Воропаева

Техред М. Ходанич Корректор О. Кравцова

Редактор A.Nîòûëü

Заказ 6767/55 Тираж 608 Подписное

ВНИКИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 зистора и базы управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей точке измерительных резисторов, коллектор через третий резистор подключен к первому выводу четвертого

5 резистора и к базе транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с вторыми выводами второго и четвертого резисторов, причем сопротивления второго и третьего резисторов равны между собой, а сопротивление первого резистора равно половине величины сопротивления второго резистора, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса, в устройство дополнительно введены два разделительных диода, причем через соответствующий разделительный диод, включенный согласно с соответствующей группой силового выпрямителя, каждый накопительный конденсатор подключен к выходу силового выпрямителя, силовые ключевые элементы выполнены в виде тнристорных оптронов, излучатели которых соединены последовательно, фотоприемники попарно встречно-параллельно, в пороговый орган блока управления .дополнительно введен транзистор, эмиттер которого соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которого подключен к катодной группе силового выпрямителя, а коллектор дополнительного транзистора соединен с первым выводом излучателей тиристорных оптронов, база — с катодом стабилитрона, анод которого, анод первого диода и второй вывод излучателей тиристорных оптронов объединены и подключены к анодной группе силового выпрямителя.