Устройство для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз

 

Назначение, фиксация обрыва фаз трехфазной установки и изменение фаз на обратное Сущность преобразование синусоидапьных фазных токов в сигналы прямоугольной формы длительностью в полпериода, полярность которых совпадает с полярностью соответствующего тока При нарушении в линии появляется несовпадение во времени сигналов токов контролируемых фаз и сигнала напряжения, что расширяет функциональные возможности за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаз. 3 ил , 1 табл

союз СОВе тских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Р ЕСПУ БЛИК (51)5 Н 02 Н

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4770289/07 (22) 19,12,89 (46) 30.08.92. Бюл. № 32 (71) Криворожский горнорудный институт (72) M Ï.Çóáêî, В.M.ØåB÷åíêî и К.Э.Чернов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1413844, кл. Н 02 Н 7/09, 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1457054, кл, Н 02 Н 7/09, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ ОБРЫВА ФАЗ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной =-ащите трехфазных электроустановок — асинхронных и синхронных электродвигателей, вентильных преобразователей и т.п.

Известно устройство для защиты трехфаэной электроустановки от изменения чередования и обрыва фаэ, содержащее три преобразователя синусоидальных сигналов напряжения сети в прямоугольные импульсы, три триггера, три одновибратора, три логических элемента НЕ, восемь логических элементов И-НЕ, дешифратор двоичного кода, блок контроля инверсии фаз и исполнительный орган.

Недостатком указанного устройства является его неспособность обнаружить неисправность при обрыве провода на отходящей от устройства линии к электроустановке — потребителю : лектрознергии, Кроме того, оно сложно по своему схемному воплощению.. Ы 1758758 А1 (57) Назначение; фиксация обрыва фаз трехфазной установки и i зменение фаэ на обратное. Сущность; преобразование синусоидапьных фазных токов в сигналы прямоугольной формы длительностью в полпериода, полярность которых совпадает с полярностью соответствующего тока, При нарушении в линии появляется несовпадение во времени сигналов токов контролируемых фаз и сигнала напряжения, что расширяет функциональные возможности за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаэ. 3 ил„1 табл.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах, содержащее контактор, силовые контакты которого предназначены для включения в цепь нагрузки. источник оперативнсго тока, включенный параллельно обмотке контактора, подключенной к клеммам для соединения с сетью через цепь из последовательно включенных кнопок управления "Стоп" и * Пуск", замыкающий блок-контакт контактора, включенный параллельно кнопке "Пуск" через два встречно-параллельно включенных фототиристора оптронов, три трансформатора тока, три измерительных - преобразователя, выполненные в виде мостовых выпрямителей, входы которых подключены к началам и концам вторичных обмоток трансформаторов тока, три элек ронных ключа из составных транзистора, входы которых соединены с выходами соответствующих

1758758 измерительных преобразователей, а эмиттерно-коллекторные цепи выходных транзисторов соединены в общую последовательность однонаправленную цепочку, подсоединенную одним зажимом к плюсовому выводу источника оперативного тока, а другим — к аноду светоизлучающего диода второго тиристорного оптрона, светоизлучающий диод первого тиристорного оптрона подсоединен катодом к минусовому зажиму источника оперативного тока, а анодом — к катоду светоизлучающего диода второго тиристорного оптрона.

Однако указанное устройство не реагирует на изменение чередования фаз в сети.

Кроме того, в устройстве вторичные обмотки трансформаторов тока не соединены непосредственно между собой и не заземлены. Раздельное включение вторичных обмоток трансформаторов тока ведет к повышению опасности поражения электрическим током человека при обслуживании устройства и выходу из строя электронных ключей при переходе напряжения из силовой цепи во вторичную цепь при нарушении изоляции. Заземлять вторичные обмотки трансформаторов тока нельзя, так как это ведет к отказу в работе устройства.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаз, Сущность изобретения заключается в том, что совокупность его призна "îâ позволяет преобразовать вторичные синусоидальные фазные токи в ".èãíàëû прямоугольной формы длительностью в полпериода, полярность которых совпадает с полярностью соответствующего тока, и при нарушениях в линии обнаружить несовпадение во времени сигналов токов контролируемых фаз и сигнала напряжения, питающего обмотку электромагнитного контактора, с помощью транзисторных и тиристорных оптронов, которые совместно выполняют функцию трехвходового логического элемента И и придают устройству фазочувствитель ность.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз; на фиг.2 — линейные диаграммы фазных и линейного напряжений, фазных токов и сигналов при нормальной работе электроустановки (0А, Uc — напряжения фаэ А и С;

IA, Ic — ток в фазах А и С; pA, pc — угол сдвига по фазе между током и напряжением, pA = фс; 126, i2o токи через диоды транзисторных оптронов; l24 I25 — ток через

50 ка 6 оперативного тока. Анод фототиристора первого тиристорного оптрона 8 подключен к второму зажиму блок-контакта

7 контактора и катоду фототиристора второго тиристорного оптрона 9. Светодиоды onтронов 26 и 27 первого электронного ключа

24 подключены катодами к клемме для соединения с общим проводом, а светодиоды

onòðîíîâ 28 и 29 второго электронного ключа 25 подсоединены анодами к клемме для соединения с общим проводом. Коллекторы

30 светодиоды тиристорных оптронов 8 и 9;

Одс — линейное напряжение между фазами

А и С; ia, i9 — ток через фототиристоры 8 и 9;

1Ас — ток через катушку 3 электромагнитного контактора; Q — угол управления фототиристорами 8, 9); на фиг.3 — линейные диаграммы напряжения UcA, тока нагрузки и сигналов при обрыве фазы В, в которой нет измерительного трансформатора тока.

Устройство для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз содержит электромагнитный контактор, силовые контакты 1 которого включены в фазные провода трехфазной электроустановки 2, а его обмотка 3 подключена к клеммам для соединения с сетью через цепь из последовательно включенных кнопок 4 и 5 управления

"Стоп" и "Пуск", источник 6 оперативного тока, включенный параллельно обмотке 3 контактора, замыкающий блок-контакт 7 контактора, включенный параллельно кнопке 5 "Пуск" через два встречно-параллельно включенных фототиристора оптронов 8 и 9, два трансформатора 10 и 11 тока, четыре фазных измерительных преобразователя, выполненные каждый в виде цепочки из последовательно соединенных диода 12 (15, 18, 21), резистора 13 (16, 19, 22) и стабилитрона 14 (17, 20, 23), включенного встречно с диодом 12 (15, 18, 21), два электронных ключа 24 и 25, выполненные в виде двух последовательно-согласно включеннь.х оптоэлектронных транзисторов 26 и 27 (? 8 и

29), каждый светодиод которых шунтирован стабилитронами 14, 17, 20 и 23 соответствующего измерительного преобразователя.

К вторичной обмотке каждого из трансформаторов 10 и 11 тока подключены по два встречно-параллельно включенных измерительных преобразователя. При этом к началам вторичных обмоток трансформаторов

10 и 11 тока подключены диоды 12, 18 и 15, 21, а к концам вторичных обмоток, соединенных между собой и подключенных к клемме заземления, подсоединены стабилитроны 14, 17 и 20, 23 и светодиоды транзисторных оптронов 26, 27 и 28, 29. Катоды светодиодов тиристорных оптронов 8 и 9 подключены к минусовому зажиму источни1758758 фототранзисторов 27 и 29 электронных ключей 24 и 25 подключены к положительному зажиму источника 6 оперативного тока, Эмиттеры фототранзисторов 26 и 28 первого 24 и второго 25 электронных ключей подключены соответственно к анодам, светодиодов первого 8 и второго 9 тиристорных оптронов, Вывод кнопки 4 "Стоп" соединен с клеммой для подключения к опережающей фазе, а вывод обмотки 3 контактора — с клеммой для подключения к отстающей фазе сети, s которые включены трансформаторы 10 и 11 тока.

Устройство работает следующим образом, При нажатии кнопки 5 "Пуск" срабатывает электромагнитный контактор, который своими силовыми контактами 1 включает электроустановку 2 в трехфазную сеть, По фазным проводам протекают токи нагрузки, сдвинутые по фазе относительно соответствующего фазного напряжения на угол <р, который зависит от характера нагрузки и в процессе работы электроустановки может изменяться в определенных пределах. Например, при изменении нагрузки на валу серийного асинхронного двигателя угол р изменяется от величины р„, 60 при холостом ходе двигателя до р, =30 при номинальной нагрузке. При этом во вторичных обмотках трансформаторов 10 и 11 тока возбу>кдаются ЗДС, пропорциональные токам нагрузки, которые подаются на входы измерительных преобразователей. Измерительные преобразователи выпрямляюттоки по однополупериодным схемам. Так, в положительный полупериод ток проходит по последовательно соединенным диоду 12 (15), резистору 13 (16) и светоизлучающему диоду транзисторного оптрона 26 (27). В отрицательный полупериод ток проходит в обратном направлении по соответствующим цепям; диоду 18 (21). резистору 19 (22) и светоизлучающему диоду транзисторного оптрона 28 (29). Таким образом, в каждый полупериод измерительные преобразователи формируют световые импульсы в оптронах 26 — 29, входящих в состав электронных ключей 24 и 25. Длительность световых импульсов составляет около полупериода (tu — Т/2 или Я„ 180 ) питающего напряжения. Амплитуда напряжения на светоизлучающих диодах транзисторных оптронов

26 — 29 ограничивается стабилитронами 14, 17, 20 и 23. Таким образом, для каждой фазы, где установлены трансформаторы 10 и 11 тока, получаются сигналы прямоугольной формы, полярность которых совпадает с полярностью тока в фазе в соответствую5

55 щий полупериод. Сигналы одинаковой полярности выделяются диодами 12, 15 и 18, 21 и преобразуются светодиодами 26-29 в световые потоки, В результате воздействия световых потоков происходит поочередное отпирание фототранзисторов оптронов 26 и

27 или 28 и 29, входящих в состав электронных ключей 24 и 25. Так как в каждый полупериод питающего напряжения в течение одной шестой периода (Т/6 или 60 ) происходит совпадение в двух фазах сигналов одинаковой полярности, то на этот промежуток времени открывается один из параллельно включенных электронных ключей 24 и 25. Через открытые фототранзисторы 26 и

27 или 28 и 29 и последовательно с ними включенные светодиоды тиристорных оптронов 8 и 9 проходит ток от источника 6 оперативного тока.

При нормальной работе электроустановки 2 соблюдается заданная последовательность чередования фаз и при этом выполняются условия включения фототиристоров оптронов 8 и 9, т.е. в период наличия положительного потенциала на аноде тиристора его светодиодом подается сигнал управления. Тиристоры оптронов 8 и 9 включаются и через них и последовательно . включенную обмотку 3 электромагнитного контактора протекает ток, который удерживает контактор во включенном положении, При возможном изменении чередования фаз подача напряжения на электроустановку может быть произведена путем нажатия кнопки 5 "Пуск". Однако при этом тиристорные оптроны 8 и 9 закрыты, так как питающее фототиристоры напряжение и управляющие ими сигналы, поступающие от электронных ключей 24 и 25, рассинхронизированы вследствие подключения входного зажима кнопки "Стоп" к отстающей фазе (см. таблицу состояния элементов устройства при различном порядке чередования фаз). Поэтому при отпускании кнопки 5

"Пуск" цепь питания обмотки 3 электромагнитного контактора оказывается разомкнутой и электроустановка 2 отключается от сети.

При обрыве провода в одной из фаз, в которой установлен трансформатор тока, исчезает ток в цепях соответствующих измерительных преобразователей и поэтому светодиоды соответствующих транзисторных оптронов 26 — 29 не работают. В результате оба эле òðîííûõ ключа 24 и 25 закрываются, что вызывает запирание фототиристоров оптронов 8 и 9. Цепь питания обмотки 3 электромагнитного контактора разрывается и электроустановка 2 отключается от сети.

1758758

40

I (Полярность напряжения на анодах фототирнсторов

Выход-налиц. тока в катушке 3 электромагнитного контактора

Линейное напряжение, подаваемое на катумку 3 зл.иагн,контакт и его полярность на входе цепочки

Трансформаторы 10, 11 тока (ТТ) установлены в фазах тт 11

8 9 тт 10 о о о

-а с

+ .с

-1 с в

+". а

-1

6 с

+1, «т с

А

+4

-1

А

+1A

14.

А

+ A

-14 в

+1в

-1 в с

+ьс

-i с

-о

-о о о о

-а

-о

-о

При обрыве провода в фазе, где нет трансформатора тока, в оставшихся в работе фазах протекает одинаковый по величине ток, При этом в одном и трансформаторов тока ток во вторичной обмотке меняет фазу на 180 по сравнению с другим трансформатором тока, что приводит к запиранию электронных ключей 24 и 25 и тиристоров оптронов 8 и 9. Цепь питания обмотки 3 электромагнитного контактора разрывается и электроустановка 2 отключается от сети, Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазной электроустановки от обрыва фаз, содержащее контактор, силовые контакты которого предназначены для включения в цепь нагрузки, источник оперативного тока, включенный параллельно обмотке контактора, подключенного к клеммам для соединения с сетью через цепь из последовательно включенных кнопок управления "Стоп" и

"Пуск", замыкающий блок-контакт контактора, включенный параллельно кнопке

"Пуск" через два встречно-параллельно включенных фототиристора оптронов, два трансформатора тока, измерительные преобразователи, входы которых подключены к началам и концам вторичных обмоток трансформаторов тока, два электронных ключа, входы которых соединены с выходами соответствующих измерительных преобразователей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения защиты от изменения чередования фаз, каждый фазный измерительный преобразователь выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных диода, резистора и стабилит15

35 рона, включенного встречно с диодом, а электронные ключи выполнены в виде двух последовательно-согласно включенных оптоэлектронных транзисторов, каждый светодиод которого шунти рован стабилитроном измерительного преобразователя, к вторичной обмотке каждого трансформатора тока подключены две встречно-параллельные укаэанные цепи, при этом к началам вторичных обмоток трансформаторов тока подключены диоды, а к концам вторичных обмоток, соединенных между собой и подключенных к клемме заземления, подсоединены светодиоды транзисторных onTpoHQB, катоды светодиодов тиристорных оптронов подключены к минусовому зажиму источника оперативного тока, анод фототиристора первого тиристорного оптрона подключен к второму зажиму блок-контакта контактора и катоду фототиристора второго тиристорного оптрона, светодиоды оптронов первого электронного ключа подключены катодами к клемме для соединения с общим проводом, а светодиоды опронов второго электронного ключа подсоединены анодами к клемме для соединения с общим проводом, коллекторы фототранзисторов подключены к положительному зажиму источника оперативного тока, а эмиттеры первого и второго электронных ключей подключены соответственно к анодам светодиодов первого и второго тиристорного оптрона, при этом вывод кнопки "Стоп" соединен с клеммой для подключения к опережающей фазе, а вывод обмотки контактора — с клеммой для подключения к отстающей фазе сети, в которые включены трансформаторы тока.Состояние фототранзисторое

" (" Р " Г -" о. о о а о о о о о о о

О О О 1 1 1 О о о о о

О О О 1 1 1 О

1758758

1758758 и,<

Ю у

Фиг. t

Составитель М, Зубко

Техред M.Moðãåíòçë Корректор И..Муска

Редактор А. Огар

Заказ 3006 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10