Реле перегрузки

 

Использование: электротехника, а именно техника релейной защиты электрических сетей. Реле предназначено для защиты электрических сетей и контактных сетей электрического транспорта от токов длительных и пов-; теряющихся перегрузок. Сущность изобретения: реле перегрузки содержит датчик тока, функциональный преобразователь частоты, реверсивный счетчик импульсов, логические элементы и дешифратор, Новым в реле является применение датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, квадратора , умножителя, второго преобразователя напряжения в частоту, двух сумматоров, второго дешифратора, логических элементов ИЛИ и НЕ, источника стабильного напряжения, трех блоков переменного коэффициента и функционального преобразователя напряжения . При исчезновении перегрузки реверсивный счетчик импульсов опорожняется со скоростью, определяемой скоростью остывания защищаемого провода с учетом величины тока в нем, скорости охлаждающего ветра, и температуры окружающей среды. 3 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАП И СТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g Н 02 Н 3/08, 5/04

Н 01 Н 83/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕ Н Н ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4903820/07 (22) 22. 01. 91 (46) 23,11,92. Бюл; Г 43 (71) Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) E.Ï,ÔèãóðíoB и Т,F.Ïåòðîâà (56) 1. Паперно Л.Б, Бесконтактные токовые защиты электроустановок. - M.:

Энергоиздат, 19 3.

2, Авторское свидетельство СССР ;" 1398011, 3. Авторское свидетел ьство СССР

Г 1381640, кл. H 02 Í 3/08, 7/26;

Н 01 Н РЗ/20, 1987. (54) РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ (57) Использование: электротехника, а именно техника релейной защиты электрических сетей. Реле предназначено для защиты электрических сетей и контактных сетей электрического транспорта от токов длительных и пов-,:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты электрических сетей, и предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов длительных и повторяющихся перегрузок, При коротких замыканиях, возникающих вне защищаемого участка сети, или при длительных перегрузках, когда ток в линии существенно превосходит номинальное значение, происходит черезмерный нагрев проводов. Нагрев свыше,, SU „„1777196А1 торяющихся перегрузок, Сущность изобретения: реле перегрузки содержит датчик тока, функциональный преобразователь частоты, реверсивный счетчик импульсов, логические элементы и дешифратор, Новым в реле является применение датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, квадратора, умножителя, второго преобразователя напряжения s частоту, двух сумматоров, второго дешифратора, логических элементов ИЛИ и НЕ, источника стабильного напряжения, трех блоков переменного коэффициента и функционального преобразователя напряжения. При исчезновении перегрузки реверсивный счетчик импульсов опорожняется со скоростью, определяемой: скоростью остывания защищаемого про", вода с учетом величины тока в нем, скорости охлаждающего ветра, и температуры окружающей среды. 3 ил, допустимой температуры, если он про должается достаточно продолжительное время, приводит к потере проводами механической прочности и их разрыву, т,е. аварии электрической сети. Для предотвращения таких аварий служат реле перегрузки — токовые реле с зависимой выдержкой времени $1) .

Известно реле перегрузки с зависимой выдержкой времени, величина ко-. торой автоматически сокращается при повторной перегрузке на величину, зависящую от интервала времени между повторными перегрузками (2) . Этим са1777>96 мым учитывается процесс остывания проводов Сети между повторными перегрузками, Устройство содержит входной блок (датчик тока), функциональный преобразователь, реверсивный счетчик, генератор импульсов и регистрирующий блок.

В том случае, если перегрузка была не долгой и реле по подало команды на реагирующий блок, в реверсивном счетчике оказалось накоплено по импульсов. При исчезновении перегрузки генератора импульсов с постоянной частотой f опорожняет реверсивный счетчик за время ь",3= п,И, и где Ь С - величина сокращения времени срабатывания защиты, учитывающая процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой.

Недостатком известного устройства является неточное определение времени

Ь .с, поскольку при этом не учитыва- 25 л ются климатические условия охлаждения провода, а также величина тока в сети в промежутке между смежными перегрузками.

ЗО

Сказанное иллюстрируется графиком на фиг.2, где по оси абсцисс отложены время о, а по оси ординат темпел ратура провода. На этом графике показана длительно допустимая температура в виде горизонтальной линии, Пусть в результате перегрузки провод нагрелся до температуры t, затем перегрузка закончилась и провод начинает остывать. Кривая изменения температуры провода при отсутствии в нем тока обозначена цифрой 1. Кривая изменения температуры провода при наличии в нем тока (меньшего тока перегрузки) обозначена цифрой 2. Время снижения температуры провода от С 1 до ty в первом

45 и. л случае равно Ьь py = c l, во втором случае 6 с =, Как видно из фиг.2, и л времена с . и существенно различны и могут отличаться в несколько раз и далее на порядок, В то же время в известном устройстве такое различие не учитывается, а для надежности приходится устанавливать 6 максимально возможным, иначе не может быть гарантирована защита от перегрева при 55 повторных нагрузках, В реальных условиях это может приводить к неоправданным лишним отклюцениям Линии, тле ° к снижению устойчивости электроснабжения потребителей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа реле перегрузки (3Q, содержащее датчик тока (входной блок), Функциональный преобразователь напряжения в частоту, реверсивный счетчик, порогрвый элемент, дешифратор, первый и второй логические элементы И. Принцип формирования величины 4 ь сокращения времени срабатывания защиты, учитывающей процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой, такой же как в (2). Накопленное в реверсивном счетчике число импульсов и постоянно уменьшается до нуля путем подключения генератора стабильной частоты Г к входу обратного счета реверсивного счетчика, При этом 4 с с = q /f, Недостатком известного устройства является неточное определение величины сокращения времени срабатывания защиты, учитывающей процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой, поскольку при этом не принимаются во внимание главные условия охлаждения провода . наличие или отсутствие ветра, тока в проводе, а также температуры окружающей среды.

Целью изобретения является повышение точности работы за счет автоматического сокращения времени срабатывания, учитывающего процесс охлаждения провода после его нагрева преды" дущей перегрузкой.

Поставленная цель достигается тем, цто в известное устройство, содержащее датчик тока, первый функциональный преобразователь напряжения в частоту, первуЮ и вторую логические ячейки, пороговый элемент, реверсивный счетчик импульсов и первый дешифратор дополнительно включены датчиI ки скорости ветра и температуры окружающей среды, квадратор, умножитель, первый и второй сумматоры, второй преобразователь напряжения в час" тоту, второй дешифратор, логические ячейки ИЛИ и НЕ, источник стабильного напряжения, первый, второй и третий блоки переменного коэффициента и

Функциональный преобразователь напряжения, причем вход второго дешифратора присоединен к выходу реверсивного счетчика импульсов, выход этого

5 17 дешифратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого присоединен к выходу порогового элемента, а выходподключен через логический элемент HE к первому входу второго логического элемента И, к второму входу которого подключен выход второго преобразователя напряжения в частоту, вход квадратора подключен к выходу датчика тока, а его выход через первый блок переменного коэффициента присоединен к первому блоку первого сумматора, к выходу которого подключен вход второго преобразователя напряжения в частоту, датчик скорости ветра через функциональный преобразователь напряжения подключен к первому входу умножителя, выход которого присоединен ко второму входу первого сумматора, источник стабильного напряжения через третий блок переменного коэффициента присоединен ко второму, входу второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу умножителя, Реле перегрузки (см. Фиг. 1) содержит следующие блоки: 1 - датчик тока в защищаемом проводе (преобразователь переменного или постоянного тока в постоянное напряжение), 2функциональный преобразователь напряжения в частоту, формирующий необходимую для реле зависимость между током провода и частотой импульсов, определяющих выдержку времени на срабатывание при перегрузке провода, 3,9 - логические элементы И, . 4 - реверсивный счетчик числа им- пульсов, 5 - дешифратор условий срабатывания (нахождения в счетчике заданного числа импульсов И), 6 - пороговый элемент, 7 - логический элемент ИЛИ< 8 - логический элемент НЕ, 10 - дешифратор полностью опорожнен, ного состояния реверсивного счетчика импульсов, 11 - квадратор, 12, 14, 19 - первый, второй и третий блоки переменного коэффициента, 13 - датчик скорости ветра (преобразователь скорости ветра в пропорциональное напряжение), 14 - функциональный преобразователь напряжения, с нелинейной характеристикой вход-выход, отражающий зависимость коэффициента теплоотдачи провода от скорости ветра, 15 - умножитель> 16,22 - первый и второй сумматоры, 17 - преобразо77196 6

55 ватель напря>кения в пропорциональную частоту, 18 - датчик температуры окружающей среды (преобразователь температуры в пропорциональное напря>ке" ние), 20 — источник стабильного напряжения.

Устройство работает следующим образом. Функциональный преобразователь напряжения в частоту 2 формирует импульсы напряжения с частотой, которая заданным образом зависит от величины тока в защищаемом проводе,измеряемым датчиком тока 1,.Если ток в проводе превысит заранее заданное значение, что сработает пороговый элемент, который откроет логический элемент И 3. При этом импульсы преобразователя 2 поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 4. Когда число импульсов в счетчике 4 достигает заданной величины N, дешифратор 5 подает сигнал на отключение тока в проводе, Выдержка времени на срабатывание реле определяется частотой преобразователя 2, т.е. временем накоп" ления числа импульсов N если счетР чик 4 предварительно был полностью опорожнен, Однако, если перегрузка исчезла раньше, чем в счетчике 4 накопилось

N импульсов, то пороговый элемент б вернется в исходное положение и запрет логическую ячейку И 3. При этом поступление импульса на вход прямого счета счетчика 4 прекращается, Поскольку перегрузка закончилась, то провод начинает остывать, Но если вновь возникает перегрузка при еще не остывшем проводе, то выдержку времени на срабатывание надо сокращать и тем больше, чем меньше остыл провод.

Иначе возможен пережог провода.

Сокращение выдержки времени осуществляется следующим образом. При исчезновении перегрузки, когда пороговый элемент б вернется в исходное положение, он через логические элементы ИЛИ 7 и HE 8 открывает логическую ячейку И 9, Импульсы напряжения преобразователя напряжения lj с определенной частотой поступают на вход обратного счета реверсивного счетчика

4, опорожняя его, Время опорожнения счетчика 4 определяется временем ос- тывания провода, Когда счетчик 4 полностью опорожнится, второй дешиф" ратор 10 подает сигнал "логическая единица" на вход логического элемен1777196 та ИЛИ 7, что привелет, с учетом действия логического элемента НЕ 8 к запиранию логического элемента И 9 и устройство перейдет в режим ожидания, 5

Бсли же повторная перегрузка по"явится до того, как счетчик 4 полностью опорожнится, то вновь сработает пороговый элемент 6, откроет ло" гическую ячейку 3 и счетчик 4 вновь 1ð будет заполняться импульсами, Однако в этом случае накопление импульсов в счетчике начинается не от нуля, а от того начального числа импульсов, которые остались в счетчике в процессе 15

HenoflHofo его опорожнения. Из-за этого накопления N импульсов в счетчике

4 происходит за. более короткое время, т,е, происходит автоматическое сокращение времени срабатывания, учиты- 2р вающего процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой, Формирование требуемой частоты импульсов преобразователя напряжения s частоту 17 осуществляется квадратором 11, умножителем 15, датчиками скорости ветра 13 и температуры окружающей среды 18, функциональным преобразователем напряжения 14, сум- 30 маторами 16 и 22, а также блоками переменных коэффициентов 12, 19, 21.

Сигнал на выходе блока 12 равен U g =

= К Х » где I - ток защищаемого провода. Сигнал на выходе функцио- 35 нального преобразователя 14 равен

U1g - = где OC - коэффициент теплоотдачи провода. Сигнал на выходе бло19 Равен U fg = Kg окг rpe t f»pp температура окружающей среды. Сигнал 4р на выходе блока 21 равен U = Kf.

Коэффициенты К, К, K> - постоянные, величина которых может регулироваться.

Сигнал на выходе сумматора 22 равен

Ugg Uzf 11 9 1 — Kz toap . Сигнал 45 на выходе умножителя 15 paaes U<

Up>Uf4 =(Kf Kzt (f

=(K1-Kktoffp) М- 1 К . Сигнал Uf6 пре- образуется в пропорциональную ему 5р чаСтоту преобразователем l7. 1аким образом моделирование процесса охлаждения провода осуществляется частотой импулЬсов преобразователя 17, прапор . циональных напряжению Uf6 . 55

f p =К ((К -К» < « » -К <1 <

= (К,-К,„ ) -К,т, где К,1 - коэффициент пропорциональности между напряжением Uf и частотой преобразовате" ля 17, f »

К ». К

К вЂ” постоянные коэффициенты.

Известно, что процесс нагревания (или остывания) проводника с током описывается выражением

g =" g + (Я -9 ) е (2)

1 где 0 - перегрев проводника, т.е. превышение его температуры над температурой окружающей среды, С, y - установившийся перегрев, С, 8f - начальный перегрев, С;

A - величина, обратная постоянной времени нагрева, 1/с, .- текущее время, с.

При этом величины Й и А вычисляются по формулам л I r

А = С»« (3) Cm $ 0F где F - площадь поверхности единицы длины проводника, м /м»

С - удельная теплоемкость металла проводника, Вт-с/(кг С), m — масса единицы длины проводника, кг/м, М вЂ” коэффициент теплообмена,вклю" чающий все виды охлаждения (коэффициент теплоотдачи), Вт/(м2 С), I — ток, протекающмй по проводнику, А, r - сопротивление единицы длины проводника, Ом/м .

Гсли начальный перегрев проводни" ка был 6 » то время, в течение кол торого перегрев снизится до 8, определится из (2)

9 --e3

6 = — In — — "- (4)

А Q-Oy

Время а = Ьс е » в течение которого температура проводника снизится от начального значения tq до длительно допустимой температуры t t (см. фиг,2), получим из (4), имея в виду, что + t0xp» где Е „ — температура окружающей среды, С

17771Э6 (6) и 1 t< — t+ " с lп Ь A е — с

1 С - /t

A 1 - t>/t где и - установившаяся температура л при = х, определяемая прибавлением t к величине

За время 6<съ, необходимо сбросить л до нуля максимально возможное число импульсов в реверсивном счетчике 4, которое не привело к срабатыванию реле из"за того, что перегрузка прекратилась. Это число импульсов равно

N-1. Для того, чтобы сбросить N-1 импУльсов за вРемЯ Лс с необходима частота преобразователя 17, равная — (N-1)/Дь, или учитывая выра л жение (5) А(И-1)

1n ---- †-

1 — t /t

Обозначим р = f „т /A(N-1) .

На фиг.3 приведена зависимость р от ty/tq, из которой следует, что с высокой степенью точности имеет место следующая аппроксимация

Ф

p=a(1-tg/t ) =.а-Ь t =а-Ь(9" +t ) окр а = 1/ln(t< /t )

b = 1/t, (7) Учитывая выражения (3), (6) и (7)

/ имеем: 7 =pA(N-1)

Р(И-1)

С min(t /t )

Г (N-1) х (N-1) — t I2

Сmt «Р С mt

= (К вЂ” К с )С(— К 1

I (8)

К F(N-1)

С min(t q/t )

F(N-1)

К

2. Сmt

r (N-1)

К

Стп tg

Для надежности t выбирается равной допустимому значению при минимальной выдержке времени на срабатывание реле, Выражение (8) совпадает с (1), что обосновывает получение устройством (см. Фиг,1) положительного эффекта, заключающегося в повы10

55 шении точности работы реле перегрузки при автоматическом выборе величины сокращения времени срабатывания при повторяющихся перегрузках °

Формула изобретения

Реле перегрузки, содержащее датчик тока, первый функциональный преобразователь напряжения s частоту, первую и вTîðóþ гlогическче ячейки И, пoðo говый элемент, реверсивный счетчик импульсов и первый дешифратор, при этом вход первого функционального преобразователя напряжения в частоту и пороговый элемент подключены к дат" чику тока, выход функционального пре" образователя напряжения в частоту подключен к первому входу первой логической ячейки И, второй вход которой подключен к выходу порогового элемента, а выход присоединен к входу прямого счета реверсивного счетчика импульсов, к входу обратного счета которого подключен выход второй логической ячейки И, а к его выходу присоединен первый дешифратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы при автоматическом выборе вепичины сокращения времени срабатывания, учитывающей процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой, в него дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, квадратор, умножитель, первый и второй сумматор, второй преобразователь напряжения в частоту, второ дешифратор, логические ячейки ИЛИ и НЕ, источник стабильного напряжения, первый, второй и третий блоки переменного коэффициента и функциональный преобразователь напряжения, при этом вход второго дешифратора присоединен к выходу реверсивного счетчика импульсов, выход второго дешифратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого присоединен к выходу порогового элемента, а выход подключен через логический элемент HE к первому входу второго логического элемента И, к второму входу которого подключен выход второго преобразователя напряжения в цастоту, вход квадратора подключен к выходу датчика тока, а его выход через первый блок переменного коэффициента присоединен к первому входу

I777796

Ю 04 067 08 g0

У6/g, 5

Составитель Т.Петрова

Редактор Г,Мельникова Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица

Заказ 4125 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )!(-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 первого сумматора, к выходу которого подключен вход, второго преобразователя напряжения в частоту, датчик ско. рости ветра через функциональный преобразователь напряжения подключен к первому входу умнойителя, выход которого присоединен к второму входу первого сумматора, датчик температуры

t окружающей среды через второй блок . переменного коэффициента присоединен к первому входу второго сумматора, источник стабильного напряжения через третий блок переменного коэффициента присоединен к второму входу второго суМматора, выход которого подключен к второму входу умножителя.

Реле перегрузки Реле перегрузки Реле перегрузки Реле перегрузки Реле перегрузки Реле перегрузки 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты обмоток электродвигателей от конденсации влаги, Цель изобретения -уменьшение расхода электроэнергии в широком диапазоне изменения температуры и влажности окружающей среды

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для защиты и контроля мощности активной нагрузки в процессе ее эксплуатации

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для защиты и контроля мощности активной нагрузки в процессе ее эксплуатации

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты электрических аппаратов, в т.ч
Наверх