Устройство для максимальной токовой защиты электроустановки переменного тока

 

Устройство относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам токовой защиты, и может быть применено в качестве максимального расцепителя тока в автоматических выключателях. Содержит трансформаторы тока, выпрямитель, измерительный элемент и исполнительный орган. Измерительный элемент состоит из стабилизатора напряжения, двух компараторов, резистивного делителя, времязадающего органа и выходного органа. Дополнительно введен транзистор, включенный между выходом первого компаратора и конденсатором времязащищающей цепи. Технический результат заключается в уменьшении отрицательных последствий от токов короткого замыкания в защищаемой цепи. 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам защиты от токов короткого замыкания, и может быть применено в качестве максимального расцепителя тока в автоматических выключателях.

Известны устройства для максимальной токовой защиты от короткого замыкания, содержащие датчики тока, измерительный элемент с времязадающим органом, включающим в себя резистор и конденсатор, выходной орган и исполнительный орган, например [1-5].

В этих устройствах для обеспечения селективности отключение токов короткого замыкания происходит всегда с независимой от тока выдержкой времени - как в операции включения выключателя на ток короткого замыкания (операция ВО), так и в операции отключения тока короткого замыкания, возникшего при включенном положении выключателя (операция О). Это является недостатком названных устройств, т. к. неоправданно возрастают отрицательные последствия задержки отключения аварийного режима.

Известно устройства [6], в котором для устранения этого недостатка устанавливается специальный электромеханической расцепитель тока включения, который срабатывает без выдержки времени в цикле ВО и не срабатывает в операции О, однако такой расцепитель имеет большие габариты, достаточно сложную и ненадежную конструкцию.

Известно устройство [7] , в котором дополнительно к релейному органу короткого замыкания, работающему всегда с выдержкой времени, введен дополнительный релейный орган мгновенного действия, срабатывающий без выдержки времени, если ток короткого замыкания превысит его уставку. Этот дополнительный релейный орган срабатывает без выдержки времени как в операции ВО, так и в операции О, что приводит к неселективному отключению и в тех случаях, когда это не допустимо.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [3], схема которого приведена на фиг. 1. Оно содержит трансформаторы тока 1, выходы которых подключены ко входам выпрямителя 2, плюсовой вывод которого соединен с первыми входами измерительного элемента 3 и исполнительного органа 4, минусовой вывод выпрямителя 2 соединен со вторыми входами измерительного элемента 3 и исполнительного органа 4.

Измерительный элемент 3 включает в себя стабилизатор напряжения 5, первый 6 и второй 7 компараторы, резистивный делитель 8, времязадающий орган 9 и выходной орган 10. К первому входу измерительного элемента 3 подключены первые входы стабилизатора 5 и первого компаратора 6. Ко второму входу измерительного элемента 3 подключены второй вход стабилизатора 5, первые входы питания первого 6 и второго 7 компараторов и выходного органа 10 и первый вывод конденсатора 11 времязадающего органа 9. К выходу стабилизатора 5 подключены вторые входы питания первого 6 и второго 7 компараторов и выходного органа 10, первый вывод резистивного делителя 8 и эмиттер транзистора 12 времязадающего органа 9; первый вход второго компаратора 7 подключен ко второму выводу конденсатора 11 и первому выводу переменного резистора 13 времязадающего органа 9. Вторые входы первого 6 и второго 7 компараторов подключены к источникам опорных напряжений 14 и 15. База транзистора 12 времязадающего органа 9 подключена к средней точке резистивного делителя 8. Выход второго компаратора 7 соединен со входом выходного органа 10, выход которого является выходом измерительного элемента 3 и соединен с исполнительным органом 4. Второй вывод делителя напряжения 8 подключен к выходу первого компаратора 6. Во времязадающем органе 9 коллектор транзистора 12 соединен со вторым выводом переменного резистора 13.

Если при включении выключателя 16 (операция B) в защищаемой цепи нет короткого замыкания, напряжение на первом входе компаратора 6, поступающее от трансформаторов тока 1 через выпрямитель 2, ниже опорного напряжения от источника 14, компаратор 6 не переключается, транзистор 12 закрыт, конденсатор 11 разряжен, компаратор 7 также не переключается, выходной орган 10 и исполнительный орган 4 не срабатывают. Если после включения выключателя 16 через некоторое время произойдет короткое замыкание, возрастает напряжение на выходах трансформаторов 1 и выпрямителя 2, переключится компаратор 6, откроется транзистор 12, и после заряда конденсатора 11 через транзистор 12 и резистор 13 до напряжения опорного источника 15 переключится компаратор 7, сработают выходной орган 10 и исполнительный орган 4, и выключатель 16 отключит защищаемую цепь (операция О с выдержкой времени).

Если ток короткого замыкания возникает сразу при включении выключателя 16, устройство работает аналогично, т.е. в операции ВО отключение произойдет также с выдержкой времени, определяемой времязадающим органом 9, что является недостатком устройства [3]. Вторым недостатком этого устройства является отсутствие цепи для быстрого разряда конденсатора 11 после отключения тока короткого замыкания другим выключателем и возврата компаратора 6 в исходное состояние, что ухудшает условия обеспечения селективности.

Задача предлагаемого устройства - устранение указанных недостатков.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройство для максимальной токовой защиты электроустановки переменного тока от коротких замыканий, содержащем трансформаторы тока, выходы которых подключены ко входам выпрямителя, плюсовой вывод которого соединен с первыми входами измерительного элемента и исполнительного органа, минусовой вывод выпрямителя - со вторыми входами измерительного элемента и исполнительного органа, измерительный элемент включает в себя стабилизатор напряжения, первый и второй компараторы, резистивный делитель, времязадающий орган и выходной орган, к первому входу измерительного элемента подключены первые входы стабилизатора и первого компаратора, ко второму входу измерительного элемента подключены второй вход стабилизатора, первые входы питания первого и второго компараторов и выходного органа и первый вывод конденсатора времязадающего органа, к выходу стабилизатора подключены вторые входы питания первого и второго компараторов и выходного органа, первый вывод резистивного делителя и эмиттер транзистора времязадающего органа, первый вход второго компаратора подключен ко второму выводу конденсатора и первому выводу переменного резистора времязадающего органа, вторые входы первого и второго компараторов подключены к источникам опорного напряжения, база транзистора времязадающего органа подключена к средней точке резистивного делителя, а выход второго компаратора соединен со входом выходного органа, выход которого является выходом измерительного элемента и соединен с исполнительным органом, в этом устройстве во времязадающем органе коллектор транзистора подключен к конденсатору через дополнительный токоограничивающий резистор, а второй вывод переменного резистора подключен к выходу стабилизатора, в резистивном делителе второй вывод через дополнительный конденсатор подключен ко второму входу измерительного элемента, дополнительно введен транзистор, эмиттер которого подключен ко второму входу измерительного элемента, к переходу эмиттер-база транзистора подключен резистор, база транзистора через резистор подключена к выходу первого компаратора, а коллектор транзистора через резистор подключен к выходу стабилизатора и через диод - ко второму выводу конденсатора времязадающего органа.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. Оно содержит трансформаторы тока 1, выходы которых подключены ко входам выпрямителя 2, плюсовой вывод которого соединен с первыми входами измерительного элемента 3 и исполнительного органа 4, минусовой вывод выпрямителя 2 - со вторыми входами измерительного элемента 3 и исполнительного органа 4. Измерительный элемент 3 включает в себя стабилизатор напряжения 5, первый 6 и второй 7 компараторы, резистивный делитель 8, времязадающий орган 9 и выходной орган 10. К первому входу измерительного элемента 3 подключены первые входы стабилизатора 5 и первого компаратора 6; ко второму входу измерительного элемента 3 подключены второй вход стабилизатора 5, первые входы питания первого 6 и второго 7 компараторов и выходного органа 10 и первый вывод конденсатора 11 времязадающего органа 9. К выходу стабилизатора 5 подключены вторые входы питания первого 6 и второго 7 компараторов и выходного органа 10, первый вывод резистивного делителя 8 и эмиттер транзистора 12 времязадающего органа 9. Первый вход второго компаратора 7 подключен ко второму выводу конденсатора 11 и первому выводу переменного резистора 13 времязадающего органа 9. Вторые входы первого 6 и второго 7 компараторов подключены к источникам 14 и 15 опорного напряжения. База транзистора 12 времязадающего органа 9 подключена к средней точке резистивного делителя 8, а выход второго компаратора 7 соединен со входом выходного органа 10, выход которого является выходом измерительного элемента 3 и соединен с исполнительным органом 4. Во времязадающем органе 9 коллектор транзистора 12 подключен к конденсатору 11 через дополнительный токоограничивающий резистор 17, а второй вывод переменного резистора 13 подключен к выходу стабилизатора 5. В резистивном делителе 8 второй вывод через дополнительный конденсатор 18 подключен ко второму входу измерительного элемента 3. Дополнительно введен транзистор 19, эмиттер которого подключен ко второму входу измерительного элемента 3. К переходу эмиттер - база транзистора 19 подключен резистор 20, база транзистора 19 через резистор 21 подключена к выходу первого компаратора 6, а коллектор транзистора 19 через резистор 22 подключен к выходу стабилизатора 5 и через диод 23 - ко второму выводу конденсатора 11 времязадающего органа 9.

Если при включении выключателя 16 (операция B) в защищаемой цепи нет короткого замыкания, напряжение от трансформаторов тока 1 и выпрямителя 2 на первом входе первого компаратора 6 меньше напряжения от источника опорного напряжения 14 на втором входе, на выходе компаратора 6 - напряжение высокого уровня, транзистор 19 открыт. Транзистор 12 открывается в первый момент послевключения и остается открытым до заряда конденсатора 18 в цепи его базы, а затем закрывается. Открытый транзистор 19 через диод 23 шунтирует конденсатор 11, не давая ему зарядиться, в результате чего компаратор 7 не переключается, выходной орган 10 и исполнительный орган 4 не срабатывают, включатель 16 остается включенным.

Если после включения выключателя 16 через некоторое время произойдет короткое замыкание в защищаемой цепи, возрастет напряжение на выходах трансформаторов тока 1 и выпрямителя 2, переключится компаратор 6, закроется транзистор 19, начнется заряд конденсатора 11 через переменный резистор 13. После выдержки времени, определяемой параметрами резистора 13 и конденсатора 11 времязадающего органа 9 и опорным напряжением от источника 15, переключится компаратор 7, сработают выходной орган 10 и исполнительный орган 4, отключится выключатель 16. Таким образом, в операции О отключение короткого замыкания происходит с выдержкой времени.

Если ток короткого замыкания возникает сразу при включении выключателя 16, также переключается компаратор 6, закрывается транзистор 19, давая возможность заряжаться конденсатору 11. Во это время происходит и заряд конденсатора 18, в результате чего открывается транзистор 12, и конденсатор 11 быстро заряжается коллекторным током транзистора 12 через малое сопротивление токоограничивающего резистора 17, в результате чего происходит быстрое, без выдержки времени, отключение выключателя 16. Таким образом, в операции ВО отключение короткого замыкания происходит без выдержки времени. Небольшая задержка срабатывания, определяемая параметрами резистора 17, конденсатор 11 и опорного напряжения от источника 15, используется для отстройки от действия апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Если ток короткого замыкания до окончания выдержки времени будет, например, отключен другим выключателем, компаратор 6 возвращается в исходное состояние, открывается транзистор 19, конденсатор 11 быстро разряжается через переход эмиттер-коллектор транзистора 19 и диод 23, что улучшает условия обеспечения селективности.

Следовательно, предлагаемое устройство решает поставленные задачи - в операции О отключает ток короткого замыкания с выдержкой времени, обеспечивая селективность, а в операции ВО отключает ток короткого замыкания без выдержки времени, уменьшая отрицательные последствия от задержки отключения аварийного режима.

Источники информации 1. А.С. СССР N 236606, кл. 21с, 68/60, 1969 г.

2. А.С. СССР N 807425, H 02 H 3/08, 1981 г.

3. А.С. СССР N 1808163, H 02 H 3/08, 1993 г.

4. А.С. СССР N 1833510, H 02 H 3/08, 1993 г.

5. Патент РФ N 2050658, H 02 H 3/09, 1995 г.

6. ОБЕ 463.003 ТО. Выключатели АВМ15, АВМ20. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

7. 2КМ 349.130 ТО. Расцепителя максимального тока серии РМТ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Формула изобретения

Устройство для максимальной токовой защиты электроустановки переменного тока от коротких замыканий, содержащее трансформаторы тока, выходы которых подключены ко входам выпрямителя, плюсовой вывод которого соединен с первыми входами измерительного элемента и исполнительного органа, минусовой вывод выпрямителя - со вторыми входами измерительного элемента и исполнительного органа, измерительный элемент включает в себя стабилизатор напряжения, первый и второй компараторы, резистивный делитель, времязадающий орган и выходной орган, к первому входу измерительного элемента подключены первые входы стабилизатора и первого компаратора, ко второму входу измерительного элемента подключены второй вход стабилизатора, первые входы питания первого и второго компараторов и выходного органа и первый вывод конденсатора времязадающего органа, к выходу стабилизатора подключены вторые входы питания первого и второго компараторов и выходного органа, первый вывод резистивного делителя и эмиттер транзистора времязадающего органа, первый вход второго компаратора подключен ко второму выводу конденсатора и первому выводу переменного резистора времязадающего органа, вторые входы первого и второго компараторов подключены к источникам опорного напряжения, база транзистора времязадающего органа подключена к средней точке резистивного делителя, а выход второго компаратора соединен со входом выходного органа, выход которого является выходом измерительного элемента и соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что во времязадающем органе коллектор транзистора подключен к конденсатору через первый дополнительный токоограничивающий резистор таким образом, что при открытии транзистора происходит заряд конденсатора через указанный дополнительный токоограничивающий резистор, а второй вывод переменного резистора подключен к выходу стабилизатора, в резистивном делителе второй вывод через дополнительный конденсатор подключен ко второму входу измерительного элемента, дополнительно введен транзистор, эмиттер которого подключен ко второму входу измерительного элемента, к переходу эмиттер - база транзистора подключен второй дополнительный резистор, база транзистора через третий дополнительный резистор подключена к выходу первого компаратора, а коллектор дополнительного транзистора через четвертый дополнительный резистор подключен к выходу стабилизатора и через диод - ко второму выводу конденсатора времязадающего органа таким образом, что открытый транзистор через диод шунтирует конденсатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2