Устройство дуговой защиты с определением местоположения и мощности электрической дуги

Авторы патента:

H02H7/26 - секционированная защита кабельных или воздушных сетей, например для отключения участка, на котором произошло короткое замыкание, замыкание на землю или дуговой разряд (определение местоположения повреждений в кабелях G01R 31/08)

Владельцы патента RU 2446535:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Устройство содержит N фотодетекторов, подключенных к входам аналого-цифровых преобразователей (АЦП) микропроцессора, N выходов которого подключены к входам соответствующих N исполнительных органов, а также дополнительно содержит N+1 резисторов одинакового сопротивления, причем фотодетекторы являются преобразователями оптического потока в электрический ток и соединены между собой параллельно через резисторы 2,…, N, фотодетекторы 1, N подключены через резисторы 1, N+1 к входам первого и второго АЦП микропроцессора, а микропроцессор выполнен с возможностью определения номера k сработавшего фотодетектора по формуле

где round(x) функция округления до ближайшего целого, U₁, U₂ напряжения на входах первого и второго АЦП соответственно, а также оценки мощности электрической дуги по формуле

где W - оценочное значение мощности дуги, R - сопротивление резисторов, S - коэффициент преобразования тока фотодетектора в мощность электрической дуги, цифровой выход микропроцессора подключен к индикатору электрической мощности дуги. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты комплектных распределительных устройств (КРУ) для обнаружения факта возникновения, определения местоположения и оценки мощности электрической дуги.

В настоящее время дуговые замыкания в шкафах комплектных распределительных устройств являются наиболее разрушительным видом аварий, происходящих в электроэнергетике. Полное исключение таких аварий за счет технических средств невозможно по экономическим причинам. Единственное средство, позволяющее существенно уменьшить разрушения является применение устройств дуговой защиты, осуществляющих быстрое отключение питания с аварийных цепей КРУ.

В современных условиях устройство дуговой защиты должно фиксировать момент возникновения дуги, определять ее местоположение внутри КРУ с точностью до отсека и оценивать ее мощность. Это позволяет минимизировать повреждения от электрической дуги, а также по известному местоположению и мощности дугового замыкания определять алгоритм действия релейной защиты (селективность отключения, работу аппаратов повторного включения, включения резерва и т.д.).

Известен волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги [1], в которых чувствительным элементом, реагирующим на световую вспышку электрической дуги, является протяженный волоконный световод со светопроницаемой оболочкой, противоположные концы которого оптически подключены к соответствующим фотодетекторам. Определение местоположения электрической дуги производится по логарифму отношения мощностей оптических сигналов на противоположных концах световода. Оценка мощности электрической дуги осуществляется по логарифму произведения мощностей оптических сигналов на противоположных концах световода. Недостатком данного устройства является низкая точность определения местоположения электрической дуги из-за неоднородных дефектов по длине волоконного световода, которые не позволяют точно определить отсек, в котором произошла дуга.

Известно устройство дуговой защиты комплектного распредустройства [2], состоящего из фотодатчиков, включенных по балансовой схеме и измерительного органа, реагирующего на напряжение различной полярности. Данное устройство позволяет селективно определять ячейки четных и нечетных номеров. Недостатком данного устройства является недостаточная селективность и невозможность оценивать мощность электрической дуги.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство централизованной дуговой защиты электроустановок корпусной конструкции [3], в котором три фотодатчика подключены через балластные резисторы входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен через дешифратор к трем выходным органам. Данное устройство позволяет определять отсек, в котором произошла электрическая дуга.

Недостатком прототипа является отсутствие информации о мощности электрической дуги.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является расширение функциональных возможностей устройства, а именно обеспечение возможности одновременного определения отсека КРУ, в котором произошла электрическая дуга, и оценки мощности электрической дуги.

Технический результат достигается тем, что устройство дуговой защиты с определением местоположения и мощности электрической дуги, содержащее N фотодетекторов, подключенных к входам аналого-цифровых преобразователей микропроцессора, N выходов которого подключены к входам соответствующих N исполнительных органов, дополнительно содержит N+1 резисторов одинакового сопротивления, причем фотодетекторы являются преобразователями оптического потока в электрический ток и соединены между собой параллельно через резисторы 2,…, N, фотодетекторы 1, N подключены через резисторы 1, N+1 к входам первого и второго аналого-цифрового преобразователя микропроцессора, а микропроцессор выполнен с возможностью определения номера k сработавшего фотодетектора по формуле

где round(x) - функция округления до ближайшего целого,

U₁, U₂ - напряжения на входах первого и второго аналого-цифровых преобразователя соответственно, а также оценки мощности электрической дуги по формуле

где W - оценочное значение мощности дуги,

R - сопротивление резисторов,

S - коэффициент преобразования тока фотодетектора в мощность электрической дуги, цифровой выход микропроцессора подключен к индикатору электрической мощности дуги.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже Фиг.1.

Устройство состоит из N фотодетекторов 1_1,…,N, являющихся преобразователями оптического потока в электрический ток, которые соединены между собой параллельно через резисторы 2_2,…,N. Фотодетекторы 1₁ и 1_N параллельно подключены через резисторы 2₁, 2_N+1 к входам аналого-цифровых преобразователей АЦП1 и АЦП2 микропроцессора 5, соответственно. Выходы микропроцессора KAHAЛ_1,…,N подключены к входам соответствующих исполнительных органов 6_1,...,N. Фотодетекторы 1_1,…,N расположены в отсеках КРУ, в которых может возникнуть электрическая дуга. Сопротивление всех резисторов одинаково 2_1,…,N+1 и равно R. К цифровому выходу микропроцессора 5 подключен индикатор мощности электрической дуги 7.

В отсутствие электрической дуги фотодетекторы 1_1,…,N не выдают электрического тока, напряжения на резисторах 2₁, 2_N+1 равно нулю. Микропроцессор 5 осуществляет циклический опрос аналого-цифровых преобразователей АЦП1 и АЦП2 с преобразованием напряжения на резисторах 2₁, 2_N+1 в цифровой код. Цифровые сигналы, полученные на каждом цикле опроса, сравниваются с пороговыми уровнями. Если пороговые уровни не превышаются, то пусковые сигналы на исполнительные органы не выдаются. В отсутствие пусковых сигналов исполнительные органы находятся в режиме ожидания и никаких действий не выполняют, а индикатор мощности электрической дуги 7 отображает сигнал отсутствия дуги.

При возникновении электрической дуги, например, в k-ом отсеке одного из шкафов КРУ, оптический поток световой вспышки от нее попадает на расположенный в этом отсеке фотодетектор 1_k, где преобразуется в электрический ток I_ph. Этот ток разбивается на два сигнала I_ph1 и I_ph2:

Сигнал тока I_ph1 распространяется по резисторам 2_1,…k-1 и создает на резисторе 2₁ напряжение U₁.

U₁=I_ph1·R.

Сигнал тока I_ph2 распространяется по резисторам 2_k,…,N-1 и создает на резисторе 2_N+1 напряжение U₂:

U₂=I_ph2·R.

Подставляя значения U₁, U₂ в формулу (1), нетрудно получить величину тока фотодетектора I_ph:

Полагая, что ток фотодетектора пропорционален падающему на его светочувствительный слой световому потоку, а поток, в свою очередь, функционально связан с мощностью электрической дуги, то по определенному значению I_ph можно оценить мощность электрической дуги по формуле:

где W - оценочное значение мощности дуги; R - сопротивление резисторов; S - коэффициент преобразования тока фотодетектора в мощность электрической дуги. Зарегистрированное значение W отображается на индикаторе мощности электрической дуги 7.

Напряжение U на выходе фотодетектора 1_k, будет равно

U=I_ph1·kR=I_ph2·(N-k+1)R.

Отсюда по измеренным значениям U₁, U₂ можно найти значение для k:

Микропроцессор 5 измеряет значения U₁, U₂, проводит сравнение их с пороговыми значениями. При возникновении электрической дуги эти значения должны быть выше пороговых величин. Если это так, то микропроцессор вычисляет по формуле (3) значение k и выдает сигнал по выходу КАНАЛ_k в исполнительный орган 6_k, который производит отключение k-го отсека одного из шкафов КРУ, где произошла дуга, от высоковольтного питания, а также по формуле (2) вычисляет величину W и визуализирует ее на индикаторе 7.

В заявляемом устройстве в качестве фотодетекторов 1₁,…,_N может быть использован фотодиод ФД7К.

В качестве резисторов 2_1,…,N+1 можно использовать любые резисторы с номиналом, меньшим 10 кОм, и рассеиваемой мощностью до 3 Вт.

Микропроцессор 5 может быть построен на базе микросхемы ADUC841 фирмы AnalogDevuces, имеющий встроенные аналого-цифровые преобразователи.

В качестве исполнительных органов 6_1,…,6_N можно использовать промежуточное электромеханическое реле РП21.

В качестве индикатора мощности электрической дуги 7 можно использовать жидкокристаллический модуль МТ-16S2H.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет одновременно определять светоизолированный отсек КРУ, в котором произошла электрическая дуга с оценкой ее мощности.

Источники информации

1. Волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги. Патент РФ на изобретение №2237332, 07.10.2002, МКИ⁷ Н02Н 7/26.

2. Устройство дуговой защиты комплектного распредустройства. Патент РФ на изобретение №2024148, 09.03.1992, МКИ⁵ Н02Н 7/22.

3. Устройство централизованной дуговой защиты электроустановок корпусной конструкции. Патент РФ на изобретение №2024149, 03.04.1992, МКИ⁵ Н02Н 7/22.

Устройство дуговой защиты с определением местоположения и мощности электрической дуги, содержащее N фотодетекторов, подключенных к входам аналого-цифровых преобразователей микропроцессора, N выходов которого подключены к входам соответствующих N исполнительных органов, отличающееся тем, что дополнительно содержит N+1 резисторов одинакового сопротивления, причем фотодетекторы являются преобразователями оптического потока в электрический ток и соединены между собой параллельно через резисторы 2, …, N, фотодетекторы 1, N подключены через резисторы 1, N+1 к входам первого и второго аналого-цифрового преобразователя микропроцессора, а микропроцессор выполнен с возможностью определения номера k сработавшего фотодетектора по формуле

где round(x) - функция округления до ближайшего целого;
U₁, U₂ - напряжения на входах первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно, а также оценки мощности электрической дуги по формуле
,
где W - оценочное значение мощности дуги;
R - сопротивление резисторов;
S - коэффициент преобразования тока фотодетектора в мощность электрической дуги, цифровой выход микропроцессора подключен к индикатору электрической мощности дуги.

Изобретение относится к технике связи и предназначено для выравнивания времени измерения первого и второго измерения электрической величины и для защиты электрической сети.

Совмещенный датчик электрической дуги // 2419941

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной дуговой защиты комплектного распределительного устройства (КРУ) для обнаружения факта возникновения электрической дуги.

Устройство управления и защиты присоединений переменного тока системы тягового электроснабжения и система управления тяговой подстанцией с использованием устройств управления и защиты присоединений переменного тока // 2414720

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления и релейной защиты оборудования системы тягового электроснабжения железных дорог переменного тока напряжением 27,5 кВ.

Способ и устройство защиты от подачи напряжения на отключенный и заземленный участок контактной сети с постом секционирования // 2407126

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к системам питания контактной сети электрифицированных железных дорог. .

Распределенный датчик открытой электрической дуги // 2401495

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах релейной защиты комплектных распределительных устройств (КРУ) для обнаружения факта возникновения, местоположения и мощности электрической дуги в отсеках сборных шин ячеек секции КРУ.

Способ сверхбыстродействующей аварийной защиты элементов электроэнергетических систем переменного тока и устройство для его осуществления // 2400899

Система передачи // 2397591

Контактная сеть // 2383982

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроснабжению электрифицированных железных дорог, и может найти применение в контактных сетях, имеющих устройства для защиты от коротких замыканий при нарушении изоляции на опорах контактной сети.

Устройство дуговой защиты // 2379811

Способ определения короткого замыкания в электроэнергетической системе // 2374733

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к технологии выявления короткого замыкания при аварийном процессе в электроэнергетической системе. .

Способ и устройство быстрой разблокировки дистанционной защиты при качании мощности в энергосистеме // 2471274

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты энергетической системы

Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики // 2479903

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей с возможностью автоматизированного управления

Устройство контроля и управления сигналами релейной защиты и противоаварийной автоматики // 2479904

Изобретение относится к области электротехники, и в частности к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей с возможностью автоматизированного управления

Способ и устройство защиты для контроля сборных шин электрической сети энергоснабжения // 2483411

Изобретение относится к способу контроля сборных шин электрической сети энергоснабжения по отношению к возникающим коротким замыканиям, причем сборная шина имеет ввод и по меньшей мере два ответвления, в каждом ответвлении предусмотрено устройство защиты ответвления, которое контролирует соответствующее ответвление на короткие замыкания, и на вводе предусмотрено устройство защиты ввода, которое контролирует сборную шину на короткие замыкания

Быстродействующее переключающее устройство для аккумуляторной батареи высокой мощности в изолированной сети постоянного тока // 2500062

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия коммутации токов разряда. Предложено быстродействующее переключающее устройство (1) для аккумуляторной батареи (2) высокой мощности в изолированной сети (3) постоянного тока, особенно сети постоянного тока подводной лодки, причем аккумуляторная батарея (2) высокой мощности содержит несколько параллельно включенных аккумуляторных модулей (4) с соответственно одной ветвью (5) или несколькими параллельно включенными ветвями (5) последовательно соединенных аккумуляторных элементов (6) высокой мощности, причем одна или каждая из ветвей (5) имеет сетевое напряжение изолированной сети (2) постоянного тока, содержит для каждого из аккумуляторных модулей (4) соответствующий быстродействующий переключающий блок (12), который содержит схему (8) параллельного соединения из диода (9), включенного в направлении пропускания тока заряда аккумуляторного модуля (4), и силового полупроводникового переключателя (10), включенного в направлении пропускания тока разряда, причем схема (8) параллельного соединения размещена в соединительном проводнике аккумуляторного модуля (4) к сети (2) постоянного тока и состояние переключения силового полупроводникового переключателя (10) может управляться посредством устройства (11) контроля и управления, причем устройство (11) контроля и управления выполнено таким образом, что оно для отключения тока разряда аккумуляторного модуля (4) в соединительном проводнике (7) посредством переключения силового полупроводникового переключателя (10) в непроводящее состояние прерывает ток разряда, протекающий в соединительном проводнике (7). 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

Устройство гарантированного питания // 2504065

Изобретение относится к области электротехники может быть использовано в качестве установки гарантированного питания переменным током трехфазных потребителей, не допускающих перерывов в электроснабжении. Технический результат заключается в снижении перерыва в электроснабжении потребителей при переходе от сети к аккумуляторной батареи. Для этого заявленное устройство содержит трехфазную сеть, пускатель, аккумуляторную батарею, выпрямитель, коммутатор тока, автомат включения резерва, электромашинный агрегат, содержащий первый вентильный двигатель, синхронный генератор и второй вентильный двигатель, и трехфазный потребитель, при этом выпрямитель снабжен двумя выходами, из которых первый для подзаряда аккумуляторной батареи, а второй - для подачи напряжения на первый вентильный двигатель, автомат включения резерва содержит замыкающий и размыкающий контакторы, выполненные на тиристорных коммутирующих элементах, и трехфазное реле контроля напряжения сети. Коммутатор тока выполнен на диоде, который не дает возможности разряжаться аккумуляторной батарее при наличии напряжения сети. Установка работает в двух режимах: при наличии напряжения сети, при котором потребители подключены к сети, первый вентильный двигатель работает при заданной скорости, синхронный генератор работает на холостом ходу, а аккумуляторная батарея подзаряжается и при отсутствии напряжения сети, от которого аккумуляторная батарея разряжается, на второй вентильный двигатель, а синхронный генератор нагружен полностью. 2 ил.

Устройство для защиты трех параллельных линий // 2506674

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты трех параллельных линий от коротких замыканий. Технический результат заключается в повышении селективности работы устройства. Для этого заявленное устройство содержит для одноименных фаз всех линий по максиселектору, для каждой фазы по элементу сравнения, реле тока и трансреактору, общий для всех линий блок логики, причем реле тока и трансреакторы подключены к первичным обмоткам соответствующих трансформаторов тока, входы максиселекторов и первые входы элементов сравнения подключены к вторичным обмоткам соответствующих трансреакторов одноименных фаз, а выходы максиселекторов подключены ко вторым входам элементов сравнения, выходы элементов сравнения и реле тока подключены к входам блока логики, выходы которого подключены в цепи отключения выключателей первой, второй и третьей линий. 6 ил.

Детектор повреждения линии // 2516299

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе обнаружения повреждения для обнаружения повреждений линии на электродной линии в системе HVDC. Техническим результатом является повышение надежности системы обнаружения повреждения. Электродная линия содержит первое и второе ответвления, соединенные параллельно. Система обнаружения повреждения содержит первую и вторую схемы генерации импульсов, выполненные с возможностью генерации электрических импульсов в первое и второе ответвления соответственно, а также первое и второе устройства измерения тока, выполненные с возможностью генерации сигналов, указывающих электрические сигналы, имеющие место в первой и второй линиях ввода соответственно. Возможность независимой генерации электрических импульсов в первое и второе ответвления соответственно, а также независимой регистрации первой и второй структур сигнала, представляющих электрические сигналы на первой и второй линиях ввода соответственно, повышает информационное наполнение в собранных данных, что позволяет более надежно анализировать, присутствует ли повреждение на электродной линии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

Способ быстрого трехфазного повторного включения линий передач с компенсацией посредством шунтирующего реактора // 2518480

Изобретение относится к области электротехники и предлагает адаптивный способ коммутации для управления перенапряжениями, вызванными трехфазным повторным включением линий передачи (ЛП) с компенсацией посредством шунтирующего реактора. После того, как автоматический выключатель (АВ) выключает линию, взаимодействие между поперечной полной проводимостью ЛП и индуктивностью устройства компенсации реактивной мощности заставляет напряжение между полюсами АВ принимать колебательную форму (биения). Оптимальный участок для повторного включения АВ соответствует участку, на котором амплитуда биений напряжения между контактами АВ минимальна. Способ обеспечивает технический результат - высокую надежность при определении первого участка минимальных биений напряжения независимо от перехода напряжения через нуль. Это также позволяет получить больший интервал времени для работы АВ после обнаружения оптимального участка для повторного включения, при этом впереди еще остается несколько периодов основной частоты. Алгоритм способа встроен в управляющее логическое устройство цифрового реле трехфазного повторного включения ЛП, создав тем самым новое цифровое реле для адаптивного трехфазного повторного включения линий передачи с компенсацией посредством шунтирующего реактора. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ выявления поврежденного участка в секционированной линии кольцевой сети // 2521968

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение реализации и расширение функциональных возможностей способа. Согласно способу с момента отключения броска тока короткого замыкания (КЗ), возникшего в линии основного источника питания, начинают отсчет времени, равный времени выдержки автоматического включения резерва (АВР), при этом контролируют наличие рабочего тока в этой линии и, если он равен нулю, а в момент окончания отсчета времени в линии резервного источника питания появляется бросок рабочего тока значением, определяемым нагрузкой участка линии основного источника питания, смежного с пунктом АВР, то делают вывод о повреждении головного участка этой линии, а если рабочий ток не равен нулю и определяется нагрузкой, подключенной к головному участку линии основного источника питания, а в момент окончания отсчета времени в линии резервного источника питания появляется бросок тока КЗ, то делают вывод о повреждении участка линии основного источника питания, смежного с пунктом АВР. 3 ил.