Устройство для защиты нагрузки трехфазного тока от неисправностей в питающей сети

 

Использование: для защиты потребителя от изменения напряжения в каждой фазе трехфазной сети сверхзаданных значений, от перегрузки по току, от неправильной последовательности фаз и от обрыва любой из фаз. Сущность изобретения: за счет применения в устройстве квадратических преобразователей напряжения 1,2,3 и тока 4,5,6, вырабатывающих сигналы, пропорциональные среднеквадратическим значениям напряжения и тока, которые с помощью компараторов 18,19,20,21 сравниваются с эталонным напряжением источника опорного напряжения 22 и воздействуют на исполнительный орган 23, если контролируемые напряжения и токи выходят за пределы номинальных значений. Устройство также осуществляет защиту от неправильной последовательности фаз контролируемой сети, а также от обрыва любой из фаз благодаря применению фазочувствительного блока 24, выполненного на трехфазной фазочувствительной цепи - двух резисторах и конденсаторе, соединенных звездой и включенной в трехфазную сеть, а в качестве исполнительного элемента фазочувствительного блока - оптоэлектронной пары, которая своим выходом связана с входом компаратора напряжения. 1 ил. . И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s Н 02 Н 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 (:) (21) 4906899/07 .(22) 01.02,91 (46) 15.11.92. Бюл. hh 42 (71) Научно-исследовательский институт

"Экран" (72) В,П.Тибушкин (56) Авторское свидетельство СССР

М 754550, кл. Н 02 Н 3/24, 1980.

Авторское свидетельство СССР

hL 11118855447755, кл. Н 02 Н 3/24, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ОТ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ (57) Использование: для защиты потребителя от изменения напряжения в каждой фазе трехфазной сети сверхзаданных значений, от перегрузки по току, от неправильной последовательности фаз и от обрыва любой из фаз, Сущность изобретения: за счет применения в устройстве квадратических преобразователей напряжения 1,2,3 и тока 4,5,6, „„Я „„1775786 А1 вырабатывающих сигналы, пропорциональные среднеквадратическим значениям напряжения и тока, которые с помощью компараторов 18,19,20,21 сравниваются с эталонным напряжением источника опорного напряжения 22 и воздействуют на исполнительный орган 23, есликонтролируемые напряжения и токи выходят за пределы номинальных значений. Устройство также осуществляет защиту от неправильной последовательности фаз контролируемой сети, а также от обрыва любой из фаз благодаря применению фазочувствительного блока 24, выполненного на трехфаэной фазочувствительной цепи — двух резисторах и конденсаторе, соединенных З звездой и включенной в трехфазную сеть, а в качестве исполнительного элемента фаэочувствительного блока — оптоэлектронной пары, которая своим выходом связана с входом компаратора напряжения. 1 ил.

1775786

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты нагрузки трехфазного тока при отклонении напряжений орт номинальных значений, от неправильнс:i последовательности фаз, от обрыва любой из фаз, от перегрузки по току в каждой фазе.

Известно устройство для защиты аппаратуры от неисправностей в трехфазной сети.

Недостатки известного устройства характеризуются низкой точностью срабаты. вания защиты и ограниченной областью применения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты аппаратуры от неисправностей в трехфазной сети, содержащее первый, второй и третий выпрямители, входами подключенные к фазам А. В, С контролируемой сети„а выходами соответственно через первый, второй, третий блоки стабилизации — к первому, второму, третьему делителям напряжения, каждый из которых шунтирован сглаживающим конденсатором, и первыми выходами подключены к неинвертирующим входам соответственно первого, второго, третьего компараторов, выходы которых соединены с входами исполнительного органа; к соответствующему входу которого подключен выход четвертого компаратора, кроме того, в устройстве имеются два источника опорного напряжения; источник питания, три импульсных усилителя, пороговый усилитель, две диодных сборки, транзисторный ключ, функционально связанные диоды и резисторы и RC-цепь.

Недостатки известного устройства заключаются в его сложности, низкой точности срабатывания защиты, в ограниченных функциональных возможностях, Например, компенсация погрешности контроля действующего значения напряжения фазы при наличии нелинейных искажений в питающей сети в известном устройстве реализуется с помощью блоков стабилизации, выполненных в виде резонансных С контуров, настроенных на частоту 2-й гармоники питающей сети, которые, имея большие габариты и массу, не обеспечивают функционального преобразования среднеквадратического значения напряжения в постоянное напряжение, что вызывает повышенную погрешность срабатывания защиты при наличии нелинейных искажений в контролируемой сети. Кроме того, известное устройство содержит громоздкую схему из трех импульсных и одного порогового усилителей, обеспечивающих защиту от пропадания фазы, что усложняет устройство и снижает его надежность, чему способствует также наличие двух источников опорного напряжения. Кроме того, известное устройство не обеспечивает защиту от неправильной последовательности фаз от перегрузки по току.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности срабатывания защиты.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее исполнительный орган, четыре компаратора напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами исполнительного органа, источник питания, источник опорного напряжения, выход которого соединен с инвертирующими входами 1-го, 2го,3-го компараторов напряжения, диодную сборку, выполненную по схеме ИЛИ, и три делителя напряжения, имеющие по одному входу и по два выхода, причем вторые выходы делителей соответственно соединенные с первым, вторым и третьим входами диодной сборки, дополнительно вводят первый, второй и третий квадратические преобразователи напряжения, первый, второй и третий квадратические преобразователи тока, четвертый, пятый и шестой делители напряжения, первый, второй, третий и четвертый интеграторы и фазочувствительный блок, при этом входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей соответственно соединяют с зажимами фазных напряжений первой, второй и третьей фазы контролируемой сети, а выходы квадратических преобразователей напряжения соответственно соединяют с входами первого, второго и третьего делителей напряжения, первые выходы которых соответственно соединяют с входами первого, второго и третьего интеграторов, выходы которых соответственносоединяютс неинвертирующими входами первого, второго и третьего компараторов; входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединяют с токовыми зажимами первой, второй и третьей фазы контролируемой сети, а выходы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединяют с входами четвертого, пятого и шестого делителей напряжения, выходы которых соответственно соединяют с четвертым, пятым и шестым входами диодной сборки, выход которой соединяют с входом четвертого интегратора, выход которого соединяют с инвертирующим входом четвертого компаратора напряжения, неинвертирующий вход которого соединяют с выходом источника опорного напряжения; первый, второй

1775786 и третий входы фазочувствительного блока соответственно подключают к первой, второй и третьей фазам контролируемой сети, а выход фазочувствительного блока соединяют первым выводом с выходом источника питания, а вторым выводом — с выходом диодной сборки; причем фазочувствительный блок выполняют на терморезисторе, конденсаторе, диоде и оптроне; которые соединяютт следующим образом: первые выводы терморезистора, резистора и конденсатора соответственно соединяют с первым, вторым и третьим входами фазочувствительного блока, вход оптрона; параллельно которому встречно включен диод, соединяют первым выводом с вторым выводом терморезистора, а вторым выводом — с точкой соединения вторых выводов резистора и конденсатора, а выход оптрона соответственно соединяют с выходом фазочувствительного блока.

На чертеже приведена схема устройства для защиты нагрузки трехфазного тока от неисправностей в питающей сети. Устройство содержит три квадратических преобразователя напряжения 1,2,3 и три квадратических преобразователя тока 4,5,6, шесть делителей напряжения

7,8,9,10,11,12, диодную сборку 13; четыре интегратора 14,15,16,17; четыре компаратора напряжения 18,19,20,21, источник опорного напряжения 22; исполнительный орган

23, фазочувствительный блок 24 и источник питания 25, Устройство работает следующим образом.

При номинальных значениях фазных напряжений на неинвертирующих входах компараторов напряжения 18,19,20 устанавливается напряжение большее, чем на инвертирующих входах этих компараторов, а на инвертирующем входе компаратора 21 устанавливается напряжение меньшее, чем на неинвертирующем. В этом случае на входах всех четырех компараторов устанавливаются напряжения высоких уровней, которые разрушают включение исполнительного органа 23 для подачи трехфазного напряжения в нагрузку, Если напряжение любой фазы не соответствует номинальному значению, например. в фазе

А менее допустимого значения, то на неинвертирущем входе компарэтора 18 устанавливается напряжение меньшее, чем на инвертирующем, что приводит к установлению на выходе компаратора 18 напряжения низкого уровня, которое приводит исполнительный орган 23 в состояние отключения.

При повышенном напряжении в любой фазе на инвертирующем входе компаратора 21

55 устанавливается напряжение большее, чем на неинвертирующем входе этого компаратора, что приводит к установлению на выходе компаратора 21 напряжения низкого уровня. отключающего исполнительный орган 23.

При токовой перегрузке в любой из фаэ на выходах квадратических преобразователей тока 4,5.6 формируются напряжения, которые через делители 10,11,12 и диодную сборку 13 поступают на инвертирующий вход компаратора 21, и при превышении напряжения на инвертирующем входе компаратора 21 уровня напряжения на неинвертирующем входе нв:выходе компаратора

21 устанавливается низкий уровень напряжения, отключающий исполнительный орган 23.

При правильной последовательности фаз в фазочувствительном блоке 24 входной ток оптрона недостаточен для срабатывания последнего, поэтому выходной каскад оптрона находится в выключенном состоянии, не воздействуя на компаратор 21 и не отключая исполнительный орган 23.

При неправильной последовательности фаз входной ток оптрона в значительной степени возрастает, и отпирает выходной каскад оптрона, который подает напряжение питания от источника питающего напряжения 25 на инвертирующий вход компаратора 21, что приводит к отключению исполнительного органа 23.

Квадратические преобразователи

1,2.3,4,5,6 в совокупности с делителями

7,8,9,10,11.12 и интеграторами 14,15,16,17 осуществляют преобразование среднеквадратических значений переменных напряжений и токов в пропорциональные постоянные напряжения, управляющие компараторами 18,19,20,21. Кроме того, интеграторы 14,15,16,17 обеспечивают временную задержку срабатывания защиты при кратковременных нестабильностях s контролируемой сети. Диодная сборка 13, выполненная на диодах, соединяемых по схеме ИЛИ, объединяет сигналы, сформированные на выходах делителей 7,8,9,10,11,12 при превышении напряжений или токов в любой фазе контролируемой сети, Источник опорного напряжения 22 формирует опорное напряжение для подачи на входы компараторов 18,19.20,21, а источник напряжения питания 25 формирует напря- . жение, питающее элементы схемы устройства.

Положительный эффект от предлагаемого изобретения заключается в повышенной точности срабатывания защиты эа счет применения среднеквадратических преоб1775786 разователей напряжения и тока, в расширении функциональных воэможностей устройства, обеспечивающих дополнительно защиту от токовой перегрузки и от неправильной последовательности фаз.

В процессе разработки устройства был изготовлен и испытан лабораторный макет, выполненный на следующих элементах:

1,2,3 — квадратические преобразователи напряжения, состоящие из входных резистивных делителей и перемножителей типа

К525ПС2;

4,5.6 — квадратические преобразователи тока, состоящие из трансформаторов тока, резисторных шунтов и перемножителей типа К525ПС2;

7,8,9 — делители напряжения, состоящие из двух соединенных последовательно переменных резисторов типа СП5-34,7к ч-5 ;

10,11,12 — делители напряжения, выполненные на переменном резисторе типа

СП5-3-10к +5%;

13 - шестивходовая диодная сборка, выполненная по схеме ИЛИ на диодах типа

2Д102Б;

14,15,16,17 — интеграторы, выполненные по схеме интегрирующей PC-цепи с сопротивлением резисторов 10к и емкостью конденсаторов 100 мкф;

18,19,20,21 " компараторы напряжения типа 521САЗ;

22 — источник опорного напряжения, выполненный на стабилитроне типа

2С191Т;

23 — исполнительный орган, выполненный на транзисторе 2Т630Б и контакторе

КНЕОЗО, 27В;

24 — фазочувствительный блок, выполненный на терморезисторе типа ММТ68к, резисторе 68к, конденсаторе 0,005мкф, диоде 2Д102Б и оптроне ЗОТ127А;

25 — источник напряжения питания

+128, +27В, работающий на нагрузку с током не более 0,25 А.

Лабораторные испытания макета устройства подтвердили работоспособность последнего, параметры которого соответст. вуют значениям:

Напряжение срабатывания, 8 115 25%, Ток срабатывания, А 5,10,15,20,25

Погрешность срабатывания, не более 2.

Выдержка времени срабатывания защиты, с 1 +0,3

Частота питающей сети, Гц 400 м О;

Температура окружающей среды, С +5 -+40.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известными заключаются в простоте схемы и конструкции, а следовательно, в его надежности. Блэгодаря применению миниатюрных электронных элементов и микросхем, устройство имеет габариты стандартной платы с размерами

200 х 170 мм. Кроме того, устройство отличает малое электропотребление от питающей сети, а также то обстоятельство, что оно может быть широко применено как в маломощных электрических установках, так и в больших энергетических системах при использовании для подключения устройства соответствующих разделительных приборов высоковольтных трансформаторов напряжения и тока, Формула изобретения

Устройство для защиты нагрузки трехфазного тока от неисправностей в питающей сети, содержащее исполнительный орган, четыре компаратора напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами исполнительного органа. источник питания, источник опорного напряжения, выход которого соединен с инвертирующими входами первого, второго и третьего компараторов напряжения, блок диодной сборки, выполненную по схеме

ИЛИ, и три делителя напряжения, имеющих по одному входу и по два выхода, причем вторые выходы делителей соответственно соединены с первым, вторым и третьим входами диодной сборки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности срабатывания защиты, в устройство дополнительно введены первый, второй и третий квадратические преобразователи напряжения, первый, второй и третий квадратические преобразователи тока, четвертый, пятый и шестой делители напряжения, первый, второй, третий и четвертый интеграторы и фазочувствительный блок, при этом входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей напряжения соответственно соединены с зажимами фазных напряжений первой, второй и третьей фаз контролируемой сети, а выходы квадратических преобразователей напряжения соответственно соединены с входами первого, второго и третьего делителей напряжения, первые выходы которых соответственно соединены с входами первого, второго и третьего интеграторов, выходы которых соответственно соединены с неинвертирующими входами первого, второго и третьего компараторов, входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединены с токовыми

1775786

Составитель В.Тибушкин

Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица

Редактор

Заказ 4038 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, 101 зажимами первой. второй и третьей фаэ контролируемой сети, а выходы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединены с входами четвертого, пятого и шестого делителей напряжения, выходы которых соответственно соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока диодной сборки, первый выход которой соединен с входом четвертого интегратора, выход которого соединен с инвертирующим входом четвертого компаратора напряжения, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый, второй и третий входы фазочувствительного блока соответственно подключены к клеммам для подключения к первой, второй и третьей фазам контролируемой сети, а выход фазочувствительного блока соединен первым выводом с выходом источника питания, а вторым выводом — с вторым выходом блока диодной сборки, причем фа5 зочувствительный блок выполнен на терморезисторе, резисторе, конденсаторе. диоде и оптроне, которые соединены следующим образом: первые выводы терморезистора, резистора и конденсатора соответственно

10 соединены с первым, вторым и третьим входами фазочувствительного блока, вход оптрона, параллельно которому встречно включен диод, соединен первым выводом с вторым выводом терморезистора, а вторым

15 выводом — с точкой соединения вторых выводов резистора и конденсатора, а выход оптрона соответственно соединен с выходом фаэочувствительного блока.