Высоковольтное герконовое реле

 

Изобретение относится к электротехнике , конкретнее к электромагнитным реле на герконах, имеющих высоковольтную изоляцию между управляющей и управляемой цепями . Устройство позволяет реализовать максимальную токовую защиту высоковольтной установки переменного тока без использования трансформатора тока. Достижение указанного эффекта стало возможным благодаря особой конструкции корпуса реле, позволяющей устанавливать его непосредственно на шине защищаемой установки, а также использованию в нем специального электронного преобразователя . 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (й) (sa)s Н 01 Н 51/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4788014/07 (22) 01.02.90 (46) 07.02.92; 6юл. % 5 (72) В.И.Гуревич и В.В.Кривцов (53) 621.318.562 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 836704, кл. Н 01 Н 51/28,.1978.

Авторское свидетельство СССР

Q 1007143, кл. Н 01 Н 51/28, 1981. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ГЕРКОНОВОЕ

РЕЛЕ (57) Изобретение относится к электротехнике, конкретнее к электромагнитным реле на

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к электромагнитным реле:с герконами.и высоковольтной изоляцией между ними и источником управляющего поля (геркотроны), и может найти применение в системах управления и защиты электрических сетей высокого напряжения.

Известно высоковольтное герконовое . реле, Содержащее диэлектрический корпуС цилиндрической формы с двумя полостями со стороны торцов корпуса, в одной из которых размещен продольно оси геркон, а в другой — обмотка управления.

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения из-за невозмюжности использования в сильноточных цепях энергетических установок с токами порядка сотен-тысяч ампер, а также в цепях переменного тока из-за вибрации геркона и невозможности включения его в стандартные схемы релейной защиты. герконах, имеющих высоковольтную изоляцию между управляющей и управляемой цепями. Устройство позволяет реализовать максимальную токовую защиту высоковольтной установки переменного тока без использования трансформатора тока.

Достижение указанного эффекта стало возможным благодаря особой конструкции корпуса реле, позволяющей устанавливать его непосредственно на шине защищаемой установки, а также использованию в нем специального электронного преобразователя. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Наиболее близким к предлагаемому является высоковольтное герконоеое реле. содержащее диэлектрический корпус в форме стакана; геркон, опущенный на дно корпуса, круглую диэлектрическую пластину с кольцевым выступом в центральной части и источник управляющей МДС в виде катушки, одетой на диэлектрический корпус. Геркон в устройстве размещен своей продольной осью вдоль оси корпуса. а диэлектрическая пластина навинчена на внешнюю поверхность диэлектрического корпуса в верхней его части, причем кольцевая полость пластины обращена в сторону внешних выводов геркона, а обмотка управления вместе с нижней частью диэлектрического корпуса с герконом охвачена ферромагнитным экраном.

Это реле также обладает указанными недостатками.

Целью изобретения является расширение области применения за счет использо1711255 вания реле в сильноточных цепях переменного тока.

Высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, диэлектрическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг центрального отверстия, геркон и источник

МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной для размещения герконэ. указанная полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен.с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отверстие диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпуса у ее днэ, снабжено электронным преобразователем. конец диэлектрического корпуса, заканчивающийся глухой торцовой стенкой, с внешнейстороны выполнен конусообразным с выступом, резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника

МДС использована токоведущая шина с центральным отверстием, диэлектрическая пластина снабжена делениями и установлена нэ выступе диэлектрического корпуса тэк, что кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанная токоведущэя шина расположена нэ выступе диэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразователя.

Электронный преобразователь может быть выполнен в виде транзистора, конденсатора и двух резисторов, емкость конден- сатора выбирается из условия

F I om < Г КЬ (а IM < sIn+

Ж вЂ” жсзМ вЂ” агсзЬ лийм где Fcp, Fwn — соответственно магнитодвижущая сила срабатывания и отпускания геркона;

1w — амплитудное зйачение тока в шине, приводящее к срабатыванию геркона;

Kh - коэффициент удаленности геркона от шины;

Q — угол между продольными осями геркона и шины;

N- угловая частота тока в шине;

Rn — сопротивление нагрузки реле, а сопротивление базового резистора из условия с ото

arcsln

l K h slnQ

+ агсз!и

IM КЬsIna

In Кп ШС где Kn — коэффициент пульсации напряжения, допустимый для нагрузки. реле.

Высоковольтный диэлектрический корпус реле имеет специальную конструкцию, позволяющую устанавливать его на токоведущей шине и использовать последнюю в

1р качестве источника управляющей МДС, кроме того, реле снабжено электронным преобразователем, исключающим проникновение колебаний тока, вызванных вибрацией геркона в переменном поле, в нагрузку реле.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез, со схемой электронного преобразователя; на фиг, 2 — схема подключения нагрузки к реле; на фиг. 3 — осциллограммы токов в шине, на входе и выходе

2п электронного преобразователя..

Высоковольтное герконовое реле содержит диэлектрический корпус 1, дно которого с внешней стороны выполнено конусообразным с выступом; диэлектриче25 скую пластину 2 с центральным отверстием и кольцевым выступом, геркон 3, расположенный на дне корйуса 1 так, что его продольная ось перпендикулярна оси корпуса, и включенный на вход электронного првобЗц разователя 4, В качестве источника управляющей

МДС выбрана таковедущая шина 5 высоковольтной установки, снабженная отверстием под выступ диэлектрического корпуса 1, 35 расположенном вдоль ее продольной оси.

Электронный преобразователь 4 содержит транзистор 6. конденсатор 7. резистор 8 смещения базовой цепи и базовый резистор

9. Выводы реле, присоединенные к выходу

4О электронного преобразователя 4, выполнены высоковольтным кабелем (например, типа РМПВН) и последовательно с нагрузкой (фиг. 2) подключены к низковольтному источнику питания постоянного тока.

Реле. работает следующим образом.

При возникновении в защищаемой установке режима короткого замыкания ток 8 шине 5 значительно возрастает, э создэваемая им МДС, изменяясь по синусоидально5О му закону, приводит к поочередному срабатыванию и отпусканию геркона 3 (фиг.

3), причем вследствие вйсокого быстродействия геркона он успевает. реагировать на каждую полуволну тока и частота его вклю55 чений.вдвое превышает частоту тока в шине

5. При первом замыкании геркона 3 на базу транзистора 6 подается положительный потенциал, он открывается и в нагрузке начинает протекать ток. Одновременно с открытием транзистора 6 при замыкании

1711255

1, контактов геркона 3 происходит заряд коНденсатора 7. Размыкание контактов геркона (при снижении значения МДС тока в шине 5 до величины МДС отпускания геркона) не приводит к мгновенному закрытию транэи- 5 стара 6, ибо конденсатор 7, разряжаясь че-рез резистор 9, обеспечивает поддержание положительного потенциала на базе до следующего замыкания контактов геркона 3,. во время которого происходит подзаряд кон-: 10 денсатора и т,д, Таким образом, колебания тока, вызванные вибрацией геркона не передаются в нагрузку реле, в. качестве которой, например, может быть использована обмотка промежуточного реле, включенно-- 15 го в цепь управления силового выключателя установки.

Чувствительность реле пропорциональна синусу угла а между продольными осями геркона и шины и обратно 20 пропорциональна расстоянию h между этими осями. Учитывая, что у геркона, работающего в поле шины, МДС срабатывания Рсри отпускания Ротп адекватны величинам тока срабатывания и отпускания в шине, мож- 25 но записать

l сР К h з п гг

om

F отп = К (3 з п и (» 30 где 4р, Ьтп — ток в шине, приводящий соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона реле;

Kh — коэффициент, зависящий от рас- 35 стояния между продольными осями геркона и шины.

Таким образом, путем поворота диэлектрического корпуса реле вокруг своей оси, оно может настраиваться на различные 40 токи срабатывания, причем деления, нанесенные на периферии диэлектрической пластины 2, обеспечивают точность установки реле, настроенного на заданный ток, на шине, 45

Расчет параметров элементов электронного преобразователя 4 осуществляется следующим образом.

Геркон 3, возбуждаясь переменной синусоидальной МДС, при включении в цепЬ 50 постоянного тока генерирует прямоуголь ные импульсы с длительностью t и паузой

to (фиг. 3). Конденсатор 7 для обеспечейия работы схемы преобразователя 4 должен, ycnerb зарядиться эа время нахождения 55 контактов геркона в замкнутом состоянии, т.е. полное время его заряда должно удовлетворять условию .mR C Ь, R6 — — !и К С (4)

Из осциллограммы (фиг. 3) видно, что длительность генерируемых герконом импульсов определяется выражением шаг -Alta. (5) в котором фазы тока roti и в12 соответственно равны иt = агсз!п — - -; (6)

Iñ . IM шаг =агсз1п — +2 (— — arcsln ) = отп Ж отп

Iae 2 lac

=, ж — агсз1п —, I om (7) м где 1ср, 4тп величина тока управления, приводящая соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона;

I — амплитудное значение тока управления.

С учетом (1) и (2) имеют

Fñ

IMKhslna отп

F а тг = а csIA з!и а (8) (9}

Подставляя (8) и (9) в (5}, получаЮт окончательное выражение для определения длительности генерируемых герконом импульсов откуда определяется его емкость (3)

При разряде емкости во время паузы необходимо, чтобы затухание свободной составляющей переходного напряжения на базовом сопротивлении транзистора 6 не превышало заданного коэффициента пульсации на нагрузке Кп (который при использовании в качестве нагрузки промежуточного реле может характеризоваться его коэффициентом возврата) 0

Кп = 7 где 0 — напряжение на нагрузке по истече1 нии времени;

U — номинальное напряжение нагрузки.

Указанное требование можно переписать в виде

" — e" (R6Ñ ) где RaC — постоянная времени разряда конденсатора С ма базовый резистор йз, откуда определяется сопротивление базового резистора

1711255

Fc Fom

Я вЂ” are san

la4 K h sln Q aaa K h san Q — агсзЬ и

Ю

N иа)

Длительность паузы тл связана с длительностью импульса (фиг. 3) следующим образом; г

М "* Т тис гдв Т вЂ” пврйод генерируемых герконом импульсов, который при синусоидальном сигнале управления всегда равен ж, annie с учетом (10)

1 сгссСг + qrcsln с F om

aMK h san Q 44 "" sin Q (11)

tn

Таким образом, выражения (3) и (4) с учетом выражений (10) и (11), принимают вид

Л вЂ” arcsrn — — - — сгсс!с

F F om

aMKhsanQ 1м КЬ Q ® О ян

Ф

Fc Fom „к авва

13 або

arcsln —. — + srcsln

-ь канве

Предположим в реле применен геркон типа КЭМ-2(Fcp 13 А, Fom 12 А), в качестве его нагрузки использована обмотка промежуточного реле типа РПУ-0-УХЛЧ110 В (Rn 7300 Ом, Кп "0.9). угол между продольными осями гвркона и шины составляет а- 90о, уровень изоляции реле от шины равен 10 кВ (при расстоянии между герконом и шиной, обеспечивающем этот уровень, Kh "0,1), а ток короткого замыкания в шине равен 300 А. Тогда, согласно(12) и (13) получают

«Г . о|а«ео « « Г. «6aa

1З

° с 35 as © О <Ф:

as „, as та гсь

-«аа"sacs.s*as амеоо» в1 sao».

Предлагаемое устройство практически реализовано и внедрено в системах максимальной токовой защиты электроустановок, 6-10 кВ. Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широков применение, чем известные.

Формула изобретения

1. Высоковольтное тврконовое реле. содержащее диэлектрический корпус, диэлектрическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг центрального отВерстия, геркон и источник

МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной для размещения геркона, указан5 ная полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отвер10 стив диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпусауеедна,отличающееся тем.что, с целью расширения области применения за счет использования реле в сильноточных

15 цепях переменного тока, оно снабжено электронным преобразователем, конец диэлектрического корпуса, заканчивающийся глухой торцовой стенкой. с внешней стороны выполнен конусообразным с выступом, 20 упомянутая резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника МДС использована,токоведущая шина с центральным отверстием, диэлектрическая пластина снабжена делениями и установлена на вы25 ступе диэлектрического корпуса так, что . кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанная токоведущая шина расположена на выступе

30 диэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, упомянутый геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольная ось перпендикулярна про35 дольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразователя., 2. Реле по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я твм, что электронный преобразователь выпол40 нен в виде. транзистора. конденсатора и двух резисторов, коллектор транзистора и общая точка соединения эмиттера транзистора, отрицательного вывода конденсатора и одного из выводов резистора смещения

45 базовой цепи образуют выход реле, а коллектор транзистора и общая точка соединения положительного вывода конденсатора и одного из выводов базового резистора— вход реле, причем емкость упомянутого кон50 двнсатора выбирается из условия

F Fom

X — arcsln — arcstn ,г„карама „кима с

KN Rn где Fcp, Fom — соответственно магнитодвижущая сила срабатывания и отпускания упомянутого геркона;

4 — амплитудное значение тока в шине, приводящего к срабатыванию геркона;

17 1,1255

К1 — коэффициент удаленности геркона от шины; а- угол между продольными осями геркона и шины; а- угловая частота тока в шине;

Ян — сопротивление нагрузки реле, а сопротивление упомянутого Оазового резистора — из условия

Fc - отп

srcsln

«кnвьа

+ arcaln

«кьеза

5 -In Кдй)С где Кп — коэффициент пульсации напряжения, допустимый для нагрузки реле.

1 711255

Составйтель В, Гуревич

Тенред M.Mîðãåíòàë Корректор Н, Король

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 346 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при- ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/5