Устройство для токовой защиты электроустановки

 

Сущность изобретения: дополнительно введенные второй анализирующий узел, настроенный на больший отключающий ток, а также резисторный оптрон, подключенный через конденсатор к чувствительным элементам, вы.- ходная цепь которого является задатчиком частоты генератора прямоугольных импульсов, способствуют непосредственному замеру коммутируемого электроаппаратом тока, что повышает надежность в работе. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5U„„1777195 А1 (st)s Н 02 Н 3/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ь

К А BT0PCROMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828001/07 (22) 02, 04,90 (46) 23.11.92, Вюл. t 43 (71) Кузбасский политехнический институт (72) В.Н.Матвеев (56) Авторское свидетельство СССР

h" 1470978, кл. E 21 Н 9/00, 1985.

Дробан В.С, "Справочник энергетика угольной шахты. - М.: Недра, 1983, с. 278,,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЭАРИТЫ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ (57) Сущность изобретения: дополнительно введенные второй анализирующий узел, настроенный на больший отключающий ток, а также резисторный оптрон, подключенный через конденсатор к чувствительным элементам, вы.ходная цепь которого является задатчиком частоты генератора прямоугольных импульсов, способствуют непосредственному замеру коммутируемого электроаппаратом тока, что повышает надежность в работе. 5 ил.

Изобретение относится к средствам безопасного применения электроэнергии в угольных шахтах, а также во взрывоопасных помещениях, атмосфера которых может содер>нать горючие газы и пары, обладающие в смеси с воздухом взрывчатыми свойствами, Известен взрывобезопасный магнитный пускатель, содержащий корпус, внутри которого размещены разъединитель с механической блокировкой, блоки контактора, максимальной токовой, тепловой защит и защиты от утечек, индикации„ управления, подключенные к блоку питания, кнопки дистанционного управления, чувствительные элементы блоков защит, причем блоки защит выполнены из соединенных последовательно анализирующих узлов и генераторов прямоугольных импульсов.

Известное устройство производит выработку управляющего сигнала в виде фиксированной частоты следования прямоугольных импульсов при превышении максимального значения током,коммутируемым пускателем. Устройство ис" ключает закорачивание выходных зажи-! мов блока максимальной токовой защиты без отключения электроэнергии, поступающей потребителю. Недостатком из" вестного устройства являются: возможность умышленного отключения чувствительных элементов от схемы максимальной токовой защиты при работе выходного генератора прямоугольных импульсов блока, а также - возможность быстрого включения электроэнергии после срабатывания блока максимальной токовой защиты в связи с отсутствием у него защелки и — невозможность непосредственной оценки коммутируемого пускателем тока.

Известен также блок максимальной токовой защиты ПМР, содержащий чувствительные элементы - трансформаторы тока, выпрямитель, реостат токоОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1777195 вой уставки, анализирующий узел на основе стабилитрона, исполнительный элемент на основе электромеханического реле, узел управления исполнительным элементом с защелкой, кнопку взвода защиты и узел проверки работы защиты.

Известное устройство позволяет производить отключение электроэнер- 10 гии при возникновении короткого замыкания или недопустимо больших токов при перегрузке, разрешает включение электроэнергии потребителю после срабатывания защиты лишь при взводе защелки. блока, а также - проверку работы блока защиты, Недостат» ками устройства являются возможность умышленного отключения блока защиты персоналом (при частом срабатывании блока ПИЗ) за счет либо отсоединения трансформаторов тока от схемы защиты, либо закорачивания контактов электромеханического реле, при этом электроэнергия продолжает поступать к 25 потребителю при недопустимо больших токах, а следовательно, при многократно увеличившейся вероятности возникновения аварийной ситуации, недостаточная надежность блока ПИЗ за gg счет наличия электромеханических элементов,(особенно контактов реле), невозможность оценки коммутируемого электроаппаратом (в котором действует блок ПИЗ) тока.

Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства, Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем датчики тока, к выходам котоРых 40 подключен выпрямитель с переменным резистором на выходе, к выводам которого подключен вход первого анализирующего узла, исполнительный элемент, счетный вход которого соединен с выходом узла управления исполнительным элементом, управляющий вход которого соединен с кнопкой "Взвод" защиты, дополнительно введены второй анализи" рующий узел, два элемента И, последовательно включенные резистор, резисторный оптрон и конденсатор, генератор прямоугольных импульсов и диод, при этом вход второго анализирующего узла подключен параллельно первому анализирующему узлу, выходы которых подключены к входам первого элемента

И, инверсный выход которого соединен с первым входом узла управления исполнительным элементом и с входом

"Сброс" исполнительного элемента, выход которого подключен ко второму входу своего узла управления и через диод в прямом направлении с входом "Запуск" .генератора прямоугольных импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом резисторного оптрона, второй вывод резистора и вторая обкладка конденсатора соединены с выходами датчиков тока, инверсный выход второго элемента И является выходом устройства.

-Фиг. 1 - 5 поясняют изобретение.

Устфойство для токовой защиты электроустановки (кроме чувствительных элементов) выполнено в виде неразборного (залитого компаундом) блока. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства. Чувствительные элементы

1, в качестве которых используются трансформаторы тока, замеряющие ток в силовых шинах, например, фаз А и В токоприемника, через двухполупериодный выпрямитель 2 подключены к реостату 3 токовой уставки, движок от которого выведен на лицевую панель блока устройства для токовой защиты электроустановки. К зажиму реостата

3 с большим потенциалом и движку подключены параллельно два анализирующих узла 4, каждый из которых содержит по ограничивающему резистору R1 и R2 соответственно,стабилитрону VD1 и VD2 (npweM,Hànðÿæåíèå стабилизации у стабилитронов различно), резисторному оптрону 01 v U2, выходные сопротивления которых включены в цепи делите» лей напряжения R3 и R4 соответствен" но. Таким образом, в анализирующих узлах 4 происходит сравнение падения напряжения на части сопротивления 3, заданной его движком, с напряжением стабилизации соответствующего стабилитрона, Выходы анализирующих узлов 4 подключены к двухвходовому логическому элементу И 5, выход которого подключен к входу "Сброс" R исполнительного элемента 6, выполненного на триггере, и к узлу управления 7 исполнительным элементом 6, содержащему за» щелку, кнопку взвода защиты, привод которой выведен на лицевую панель блока. На фиг.2 показана функцио7195

5 177 нальная схема узла управления 7. На фиг.1 и 2 привод кнопки взвода защиты показан стрелкой с надпИсью "

"Взвод".

Узел управления 7 содержит диод

VD3, ограничивающий резистор R5, разделительные конденсаторы С1 и С3, цепочку взвода С2, R6, усилители

У1, У2 и У3, запоминающий элемент Т на основе ферромагнитного кольца с двумя обмотками и кнопку БА! "Взвод" с двумя контактными группами SA1,1 и SA1.2. Рыход узла управления 7 подключен к счетному входу С триггера 6, а прямой выход триггера 6 непосредственно йорключен к входу узла управления 7.

От чувствительных элементов l запитана также входная цепь резисторного оптрона 8 через ограничивающий резистор 9 и конденсатор 10, причем емкостное сопротивление конденсатора

10 подобрано таким образом, что оно равно индуктивному сопротивлению последовательно включенных чувствительных элементов 1 в режиме срабатывания устройства.. Зависимость индуктивности каждого из чувствительных элементов 1 Ь от тока I в силовых шинах имеет вид, показанный на фиг.3: с увеличением тока I индуктивность I, падает и при токе отключения. I чувствительные элементы 1 имеют суммарное индуктивное сопротивление Х! гц oTKA где o Kn - индуктивность чувствительного элемента 1 в режиме отключения. Тогда конденсатор

10 должен иметь емкостное сопротивление Х = Х = 2QI, z откуда емкость конденсатора 10 составит величину

1 с

29 Т. op K„.

Выходное сопротивление оптрона 8 является задатчиком частоты генератора прямоугольных импульсов 11, схема которого показана на фиг.4. Он представляет собой мультивибратор, выходная частота импульсов которого определяется по формуле

1,ЗВ R C где С - емкость конденсатора С4, R - сопротивление выходного резистора оптрона 8, 5

1

6

Выходное сопротивление резистора оптрона 8, который выполнен на оптроне типа ОЭП-1, имеет характеристику зависимости выходного сопротивления оТ входного тока, показанную на фиг.5, Следовательно, с изменением входного тока оптрона 8 меняется и частота генератора 11 соответствующим, поддающимся точной оценке образом.

Выход генератора 11 подключен к первому входу выходного логического элемента И 12, а второй вход элемента 12 и вход запуска генератора 11 соединены с прямым выходом триггера

6 через диод 13, включенный в прямом направлении. Выход элемента 12 является выходом устройства для токовой защиты электроустановки, Для функционирования на устройство требуется по" дать два уровня постоянного напряжения по трем проводам: +U, -U è общую точку (на фиг, блок питания уст-. ройства не показан).

Устройство работает следующим образом, При подаче от блока питания постоянного напряжения выходы анализирующих узлов 4 приобретают высокие уровни (уровни логических "1"), а на выходе элемента 5 устанавливается уровень логического "0", который посту-. пая на вход R триггера б обеспечивает последнему режим переключения. При подаче уровня +Uä на цепочку взвода

С2, R6 узла управления 7 возникает импульс положительной полярности, который запускает в работу усилитель

У.1. В результате по обмотке 1 запо" минающего элемента Т проходит импульс тока, который переводит сердечник в намагниченное состояние с индукцией (+В ), одновременно наведенная ЭДС на обмотке 11 элемента Т, усиленная У3, производит переключение триггера 6, при котором на прямом его выходе устанавливается уровень логической

"1", Этот уровень, преобразованнйй конденсатором . С3 узла управления 7 в импульс и усиленный У2, производит перемагничивание сердечника элемента Т в состояние с индукцией (-Р ), (Так как у усилителей У1 и У2 различные уровни питания — (+Uq) и (-!!я) соответственно, то импулЬсы тока от них проходят через обмотку 1 элемента Т в разных направлениях). При про хождении импульса в обмотке 1 от У2

1777195 наведенная ЭПС в обмотке 11 имеет противоположное направление и не включает усилитель У3, а значит, триггер 6 от этого импульса не пере« ключается,Кроме того, высокий уро5 вень прямого выхода триггера 6 через диод 13, который осуществляет развязку цепей узла управления 7 и блоков ll и 12, запускает в работу генератор 11 (при низком уровне прямого выхода триггера 6 происходит срыв генерации генератора 11) и открывает для прохождения импульсов генератора 11 выходной элемент И 12 (при низком уровне прямого выхода триггера 6 на выходе элемента 12 ус-.танавливается уровень логической "1" независимо от того, поступают импульсы от генератора 11 на вход эле" мента 12 или нет), На этом подготовительная работа схемы закончена, В запоминающем элементе Т индукция сменилась с (+В„) на (-Ви), что соответствует услов- 25 ной записи и стиранию логической "1" из сердечника, Вырабатываемая генера тором 11 частота f, (при максимальном выходном сопротивлении оптрона 8, т,к, его входной ток равен нулю - 30 см. фиг. 5) проходит через выходной элемент 12 и разрешает включение электроэнергии потребителю.

При протекании тока по силовым шинам на выходных зажимах чувстви" тельных элементов 1 устанавливается переменное напряжение. После выпрямления элементом 2 оно прикладывается к резистору 3, по которому начинает протекать ток. После установления на резисторе 3 заданной уставки с помощью движка падение напряжения на резисторе 3 сравнивается с напряжением стабилизации стабилитронов VD1 и VD2 анализирующих узлов 4, Пока напряжение стабилизации больше падения напряжения на резисторе 3 входной ток через оптроны 01 и U2 равен нулю, выходные сопротивления оптронов U1 и U2 максимальны, на входы элемента 5 продолжают поступать уровни логической "1" от анализирующих узлов 4.

Одновременно переменное напряжение от чувствительных элементов 1 прикладывается к входной цепи оптрона 8, по которой течет переменный ток. Конденсатор 10 предохраняет входную цепь оптрона 8 от подачи на нее постоянного напряжения (имеется в виду умышленное изменение схемы, когда уровень постоянного напряжения может подаваться на входную цепь опт" рона S с целью включения электроэнергии при отключенных чувствительных элементах 1): в этом случае входной ток оптрона 8 будет равен нулю. При протекании переменного тока по входной цепи оптрона 8 его выходное сопротивление уменьшается, изменяется выходная частота генератора 11 и со" ответственно - выходной сигнал элемента 12, что воспринимается как сигнал нормального включения токоприемника. При изменении входного тока оптрона 8 (т.е. изменении тока в силовых шинах токоприемника) выходной сигнал устройства изменяется в диапазоне f -f, это изменение частоты может быть преобразовано в численное значение" тока потребителя (см.фиг.5), При превышении током потребителя предельно допустимого значения практически могут возникнуть три ситуации:

1) при увеличении тока потребителя увеличивающееся падение напряжения на реостате 3 сначала превышает лишь напряжение стабилизации стабилитрона

VD1 (у которого напряжение стабилизации меньше, чем у стабилитрона VD2);

2) если анализирующий узел 4 со стабилитроном VD1 не сработает (при выходе его из строя), при дальнейшем повышении падения напряжения на реостате 3 должен сработать стабилитрон

VD2 анализирующего узла 4;

3) если оба анализирующих узла 4 вышли из строя, вступает в действие оптрон 8: при данном токе потребителя суммарное индуктивное сопротивление элементов 1 Х1, сравнивается с емкостным сопротивлением X конденсатора

10, т.е. наступает резонанс напряжений, при котором резко возрастает входной ток оптрона 8. Одновременно скачком меняется и выходная частота устройства до значения f< (см. фиг,.5), что воспринимается как сигнал отключения электроэнергии.

Если же частота генератора 11 вообще не поступает от устройства (при умышленном закорачивании его выходных зажимов или обрыве проводов), это также приводит к немедленному отключению электроэнергии.

1777195

Рассмотрим работу схемы при первой ситуации. При превышении падения напряжения на реостате 3 напряжения стабилизации стабилитрона VD 1 послед-. ! ний пробивается и по входной цепи оптрона Vl потечет ток, который приводит к резкому уменьшению выходного сопротивления оптрона Vl, При этом на выходе данного анализирующего узла 4 устанавливает я уровень логического

"0", что приводит к появлению на выходе элемента 5 высокого уровня - триггер 6 сбрасывает свой уровень "1" с прямого выхода (т.е. возвращается 15 в исходное состояние), Высокий выходной уровень элемента 5 через цепочку 703, R5, С1 приводит к кратковременному включению усилителя Yl, который переводит сердечник элемента 20

Т в состояние (+В ), т.е. в него записывается логическая "1", Однако наведенная в обмотке 11 элемента Т

ЭЛС не сможет переключить триггер 6, т.к. на входе R триггера 6 существует уровень "1" от элемента 5. Следовательно, усилитель У2 не откроется и сердечник элемента Т остается в состоянии (+Вм). Низкии" уровень на прямом выходе триггера 6 останавлива- 30 ет генератор 11 и закрывает прохождение через элемент 12 импульсов (при условии, что генератор 11 даже продолжит выработку импульсов, его импульсы через элемент 12 не пройдут).

Электроэнергия после этого должна отключиться от потребителя, Для того, чтобы вновь подать электроэнергию потребителю, необходимо нажать на кнопку "Взвод" на лицевой панели блока устройства. При этом конденсатор С2 разряжается, но усилитель Yl от этого не открывается. От уровня (+U ) через SA1.2 открывается усилитель У2 и перемагничивает сер- 4> дечник элемента Т, т,е. стирает записанную "1" в сердечнике, После отпускания кнопки "Взвод" усилитель У2 закрывается, а от импульса цепочки взвода С2, R6 открывается усилитель

У1 и производит запись "1 в сердеч1! 11

50 ник, Т,к, напряжения на силовых шинах еще нет, ток через оптроны Ul и U2 не идет и на выходах анализиру" ющих узлов 4 - логические "l", а на выходе элемента 5 — логический "0", Поэтому триггер 6 от наведенно" Э, С в обмотке 11 элемента Т переключается, а усилитель У2 осуществляет стирание

"1" из сердечника элемента T. И далее - генератор 11 начинает вырабатывать частоту f, При повторном превы-, шении тока в силовых шинах своего максимально допустимого значения работа устройства повторяется по первой ситуации.

Рассмотрим работу схемы при второй ситуации, Если оптрон Ul вышел из строя, при дальнейшем увеличении падения напряжения на резисторе 3 пробивается стабилитрон VD2 анализирующего узла 4, по входной цепи оптрона

U2 потечет ток, его выходное сопротивление уменьшается, и уже низкий уровень от делителя напряжения R4 переключает выход элемента 5 на высокий логический уровень. А далее работа схемы аналогична первой ситуации, При третьей ситуации (если оба анализирующих узла 4 вышли из строя) работающий генератор 11 будет вырабатывать частоту f< (см. фиг.5), ко" торая также отключает электроэнергию.

Таким образом, закоротка выходных зажимов устройства приводит к отключению электроэнергии, т.к. при этом выходная частота устройства будет, равна нулю, а включение электроэнергии потребителю происходит лишь при выработке частоты устройством. Отключение чувствительных элементов 1 приводит к выработке генератором 11 частоты f 1> поэтому запуск токоприемника в этом случае может производиться.

Однако при включении электроэнергии частота f генератора 11 не меняется, т,к. по-прежнему ток через входную цепь оптрона 8 равен нулю, Неизменность частоты Еt после включения электроэнергии воспринимается как сигнал отключения электроэнергии, Проверка устройства заключается в том, что реостат 3 устанавливается в положение максимального падения на нем напряжения, Поэтому даже при нормальном токе в силовых шинах падение напряжения на реостате 3 будет превышать напряжение стабилизации обоих стабилитронов узлов 4, При этом происходит срабатывание устройства по первой ситуации, --4-.

Формула изобретения

Устройство для токовой защиты электроустановки, содержащее датчики то"

11

17 ка, к выходам которых подключен выпрямитель с переменным резистором на выходе, к выводам которого подключен вход первого анализирующего узла, ис« полнительный элемент, счетный вход которого соединен с выходом узла управления исполнительным элементом, управляющий вход которого соединен с кнопкой "8звод" защиты, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, дополнительно введены второй анализирующий узел, два элемента И, последовательно включенные резистор, резис торный оптрон и конденсатор, генератор прямоугольных импульсов и диод, при этом вход второго анализирующего узла подключен параллельно первому анализирующему узлу, выходы которых

77195 l2 подключены к входам первого элемента

И, инверсный выход которого соединен с первым входом узла управления ис" полнительным элементом, и с входом

"Сброс" исполнительного элемента, выход которого подключен к второму входу своего узла управления и через диод s прямом направлении - с входом

10 " впуск" генератора прямоугольных импульсов и первым входом второго эле" мента И, второй вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом резисторного оптрона, второй вывод резистора и вторая обкладка конденсатора соединены с выходами датчиков тока, инверсный выход второ. го элемента И является выходом уст20 ройства.

1777195

foal а

6 8 /О /2 Я у6 ах

Ууг, 5

Составитель В,Матвеев ,Редактор Т,Иванова Техред М.Иоргентал Корректор Э.Лончакова

Заказ 4125 Тираж Подписное

BIIHHIIH Государственного комитета .по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101