Электронное устройство расцепления для автоматического выключателя

Использование: в микропроцессорных расцепителях сверхтоков. Технический результат: повышение точности срабатывания микропроцессорного расцепителя благодаря улучшенному алгоритму обработки токового сигнала. В устройство расцепления пофазно введены электронные ключи, которые управляются микропроцессором, причем в каждой фазе один ключ подсоединен между выпрямителем измеряемого тока и накопительным конденсатором, а второй ключ подсоединен между трансформатором тока и измерительным резистором. Измерение величины тока осуществляется поочередно для каждой фазы в момент принудительной коммутации измерительного резистора на вторичную обмотку трансформатора тока, что позволяет измерять неискаженную величину тока за счет прекращения подзарядки накопительного конденсатора во время измерения тока. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в микропроцессорных расцепителях сверхтоков.

Известно электронное устройство расцепления для автоматического выключателя, содержащее в каждой фазе датчик тока для получения вторичного тока, представляющего ток в проводнике защищаемой электроустановки, блок обработки сигналов вторичного тока и подачи команды расцепления, первое средство электропитания, имеющее вход, подсоединенный к датчику тока, выход для подключения к шине электропитания и регулятор, подсоединенный между входом и выходом первого средства электропитания, а также второе средство электропитания, содержащее вход, подключенный к внешнему источнику электроэнергии, и выход для подсоединения к шине электропитания [1].

Второе средство электропитания служит для восполнения недостатка тока, получаемого от трансформатора. Источник внешнего напряжения позволяет осуществлять непрерывное снабжение автомата электроэнергией даже при пониженном напряжении в проводниках защищаемой электроустановки. Однако при встраивании дополнительного средства электропитания габариты и масса автоматического выключателя существенно увеличиваются.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является схема электропитания электронных устройств расцепления [2], состоящая из трансформатора тока для выработки вторичного тока, представляющего ток в проводнике защищаемой электроустановки, выпрямитель вторичного тока и подсоединенный к нему измерительный резистор, микропроцессорный контроллер для обработки токовых сигналов с измерительного резистора и подачи команды расцепления, а также подсоединенный к выпрямителю тока накопительный конденсатор для снабжения электропитанием схем устройства расцепления. Выпрямленное выходное напряжение при помощи транзистора подается через диод на зарядный конденсатор таким образом, что при помощи блока сравнения напряжение на зарядном конденсаторе уменьшается при превышении порогового значения и возрастает, когда напряжение снижается ниже порогового значения.

Недостатком электронного устройства расцепления с такой схемой электроснабжения является большая погрешность измерения величины тока в проводниках защищаемой электроустановки. Погрешность измерения связана с искажением токового сигнала при пониженном напряжении в защищаемой сети и отбором электроэнергии на подзаряд накопительного конденсатора. Указанная погрешность измерения токового сигнала приводит к снижению точности срабатывания электронного устройства расцепления.

В основу изобретения поставлена задача создать электронное устройство расцепления, в котором недостаток тока, поступающего с трансформатора, компенсируется принудительной коммутацией измерительного резистора на вторичную обмотку трансформатора при измерении величины тока, позволяющей прекращать подзарядку накопительного конденсатора на время измерения величины тока, и этим уменьшить погрешность измерения.

Поставленная задача решается за счет того, что в электронное устройство расцепления для автоматического выключателя, содержащее в каждой фазе трансформатор тока для выработки вторичного тока, представляющего ток в проводнике защищаемой электроустановки, выпрямитель вторичного тока и подсоединенный к нему измерительный резистор, микропроцессорный контроллер для обработки токовых сигналов с измерительного резистора и подачи команды расцепления, а также подсоединенный к выпрямителю тока накопительный конденсатор для снабжения электропитанием схем устройства расцепления, пофазно введены два электронных ключа, один ключ подсоединен между выпрямителем и накопительным конденсатором, а второй - между трансформатором тока и измерительным резистором, управляемые микропроцессорным контроллером с возможностью поочередной для каждой фазы принудительной коммутации измерительного резистора на вторичную обмотку трансформатора при измерении величины тока.

Введенные электронные ключи, управляемые микропроцессорным контроллером с поочередной для каждой фазы принудительной коммутацией измерительного резистора на вторичную обмотку трансформатора при измерении величины тока, позволяют прекращать подзарядку накопительного конденсатора на время измерения, обеспечивать измерение неискаженной величины тока и, как следствие, повышать точность срабатывания микропроцессорного расцепителя.

На чертеже представлена схема электронного устройств расцепления для автоматического выключателя.

Защищаемая электроустановка содержит электрические проводники с токами I₁, I₂, I₃. Трансформаторы тока ТТ1, ТТ2, ТТ3, связанные с проводниками, превращают первичные токи высокого уровня во вторичные токи, совместимые с электронным устройством расцепления. Вторичные тока подаются на мостовые выпрямители B1, B2, В3, а потом на измерительные резисторы R_n1, R_n2, R_n3, ограничительные резисторы R_д1, R_д2, R_д3 и дальше на детекторы Д1, Д2, Д3, а также на микропроцессорный контроллер 8051F000. Ограничительные резисторы ограничивают напряжение, которое подается на аналого-цифровой преобразователь микропроцессорного контроллера, до безопасного уровня (например, 3В).

Команда расцепления вырабатывается микропроцессорным контроллером в результате обработки токовых сигналов по определенному алгоритму. Эта команда подается на вход исполнительного элемента ИЭ, который размыкает контакты автоматического выключателя.

Электропитание исполнительного элемента и схем устройства расцепления осуществляется от накопительного конденсатора С1. Заранее установленное пороговое напряжение на клеммах конденсатора С1 поддерживается при помощи схемы сравнения с гистерезисом (компаратора) СС1. Величина необходимого для расцепления напряжения на клеммах конденсатора С1 может равняться, например, 70 В.

Электронное устройство расцепления пофазно содержит два электронных ключа (силовой ЭК1, ЭК2, ЭК3 и слаботочный ЭК4, ЭК5, ЭК6). В каждой фазе один ключ размещен между выпрямителем и накопительным конденсатором, а второй ключ - между трансформатором тока и измерительным резистором. Для поочередного управления ключами каждой фазы, в соответствии с требуемым алгоритмом, служат логические элементы "или", "не". Питание логических элементов, схемы сравнения, микропроцессорного контроллера и вспомогательных схем осуществляется от схемы формирования напряжения (опорного U_оп и питания U_п).

Измерение величины тока в предложенном электронном устройстве расцепления происходит поочередно для каждой фазы в момент принудительной коммутации измерительного резистора на вторичную обмотку трансформатора тока. Такой алгоритм работы микропроцессорного расцепителя практически не сказывается на процессе зарядки конденсатора С1, так как его подзарядка прерывается на очень малый промежуток времени (порядка периода переменного тока 40 мс). По этой же причине не нарушается расцепление сверхтока при перегрузке в момент измерения тока. Благодаря улучшенному алгоритму обработки токового сигнала достигается повышение точности срабатывания микропроцессорного расцепителя сверхтоков.

Источники информации

1. Патент Украины №39140 С2, кл. Н 02 H 1/06,

H 01 H 71/10, 2001.

2. 3аявка ФРГ №19641187 А1, кл. Н 02 Н 1/06, 1998.

Электронное устройство расцепления для автоматического выключателя, содержащее в каждой фазе трансформатор тока для выработки вторичного тока, представляющего ток в проводнике защищаемой электроустановки, выпрямитель вторичного тока и подсоединенный к нему измерительный резистор, микропроцессорный контроллер для обработки токовых сигналов с измерительного резистора и подачи команды расцепления, а также подсоединенный к выпрямителю тока накопительный конденсатор для снабжения электропитанием схем устройства расцепления, отличающееся тем, что пофазно введены два электронных ключа, один ключ подсоединен между выпрямителем и накопительным конденсатором, а второй - между трансформатором тока и измерительным резистором, управляемые микропроцессорным контролером с возможностью поочередной для каждой фазы принудительной коммутации измерительного резистора на вторичную обмотку трансформатора при измерении величины тока.