Комбинированное устройство защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети



Комбинированное устройство защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети

 


Владельцы патента RU 2551438:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ (RU)

Использование: в области электротехники для защиты от импульсных перенапряжений радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат заключается в обеспечении отвода больших импульсных токов и ограничении импульсных перенапряжений. Устройство содержит: варистор, датчик тока, два датчика напряжения, микроконтроллер, регистр результата, конденсатор, резистор и элемент, поглощающий энергию импульса, а для расширения области применения в устройство введены: разрядник, полупроводниковое защитное устройство - ограничительный диод, три разъединителя, две индуктивности, два дополнительных датчика тока, три диода. Входы устройств защиты от перенапряжений присоединены к защищаемому объекту через коммутационные аппараты - разъединители, а выходы - к входу элемента, поглощающего энергию импульса, через датчики тока и диоды. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, электроники, может быть использовано для защиты электроустановок и сетей постоянного и переменного тока от импульсных перенапряжений.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты от перенапряжений сетей постоянного тока (патент RU №2432655 от 2011 г., патент RU №2022437 от 1991 г.).

Устройство защиты от перенапряжений содержит полупроводниковый элемент - варистор, один из электродов которого соединен с защищаемым объектом, а второй подключен к одному из выводов первого конденсатора. Второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения, второй вывод которого заземлен. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения, использован трансформатор с первичной и вторичной обмотками, нагрузкой которого является второй конденсатор. Параллельно первичной обмотке трансформатора включен первый резистор, а параллельно второму конденсатору на вторичную обмотку трансформатора подключен второй резистор, датчик тока, который регистрирует ток при срабатывании устройства и регистрирует токи утечки при неисправности его. Датчики напряжения контролируют величину перенапряжения при срабатывании защитного устройства, а также осуществляют контроль наличия напряжения сети. Контроль величин воздействующих на устройство перенапряжений и тока осуществляет микроконтроллер, который производит количественную оценку срабатываний данного устройства, однако оно имеет узкий диапазон работы и при отказе устройства защиты от перенапряжений - варистора - будет негативно влиять на качество электрической энергии, поступающей потребителю.

Целью изобретения является создание устройства защиты от перенапряжений, способного отводить большие импульсные токи и быстро ограничивать импульсные перенапряжения, близкие по значениям к рабочим напряжениям, для повышения надежности защиты радиоэлектронной аппаратуры, расширение области применения устройства защиты за счет введения в устройство разрядника, ограничительного диода, коммутационных аппаратов - разъединителей - и двух датчиков тока.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемое устройство защиты от перенапряжений позволяет отводить большие импульсные токи и быстро ограничивать импульсные перенапряжения, близкие по значениям к рабочим напряжениям, при этом осуществляется контроль исправности устройства защиты и параметров сети, а также снижается влияние недостатков отдельных устройств защиты от перенапряжений.

С ухудшением технического состояния защитного устройства возрастает риск прохождения импульсов перенапряжения к потребителям электроэнергии, а также снижается качество электрической энергии, поступающей потребителю, что может привести к сбою в работе или отказу радиоэлектронной аппаратуры и аппаратуры управления. Для обеспечения надежной работы потребителей электроэнергии необходимо знать достоверную информацию о работоспособности защитного устройства, что позволит своевременно производить его отключение или замену.

Заявляемое решение отличается от прототипа наличием разрядника, ограничительного диода, разъединителей, индуктивностей, датчиков тока, диодов. Проведение оценки технического состояния устройства защиты со своими связями между собой, функции контроля срабатывания устройства и его технического состояния выполняет программа микроконтроллера путем сравнения напряжений или токов.

Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».

Поиск технических решений в смежных и других областях техники выявил уникальность отличительных признаков заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сравнение заявляемого решения с указанным устройством показывает, что совокупность устройств, блоков в указанном устройстве отсутствует и не связана между собой так, как в предложенном устройстве с введенными и исключенными элементами, что не позволяет в указанном устройстве достичь необходимый технический результат. Заявляемое устройство содержит в своем составе стандартные блоки вычислительной и измерительной техники. Следовательно, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена структурная схема комбинированного устройства защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети с фиксацией его работы, где обозначено:

1 - разрядник;

2 - датчик тока;

3 - полупроводниковое защитное устройство - варистор;

4 - датчик тока;

5 - конденсатор;

6 - элемент, поглощающий энергию импульса перенапряжения;

7 - трансформатор;

8 - первичная обмотка трансформатора;

9 - вторичная обмотка трансформатора;

10 - конденсатор;

11 - резистор;

12 - резистор;

13 - датчик напряжения;

14 - ограничительный диод;

15 - датчик тока;

16 - датчик напряжения;

17 - микроконтроллер;

18 - регистр результата;

QS1-QS3 - коммутационный аппарат - разъединитель;

L1, L2 - индуктивность;

VD1-VD2 - диод.

Элементы комбинированного устройства защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети связаны следующим образом. Разъединитель QS1 входом подключен к защищаемому объекту и первому выводу индуктивности L1, а выходом к разряднику 1, разрядник 1 выходом подключен к одному из выводов датчика тока 2. Второй вывод датчика тока 2 подключен к входу диода VD1, а выходом диод VD1 подключен к выводу первого конденсатора 5 и выводу первого датчика напряжения 13, а информационный канал датчика тока 2 подключен к входу микроконтроллера 17. Индуктивность L1 одним выводом подключена к входу разъединителя QS1, а другим к входу разъединителя QS2, индуктивность L2 одним выводом подключена к входу разъединителя QS2, а другим к входу разъединителя QS3 и выводу второго датчика напряжения 16, который подключен к защищаемому объекту. Разъединитель QS2 входом подключен к второму выводу индуктивности L1 и первому выводу индуктивности L2, а выходом к варистору 3, варистор 3 выходом подключен к одному из выводов датчика тока 4. Второй вывод датчика тока 4 подключен к входу диода VD2, а выходом диод VD2 подключен к выводу первого конденсатора 5 и выводу первого датчика напряжения 13, а информационный канал датчика тока 4 подключен к входу микроконтроллера 17. Разъединитель QS3 входом подключен к второму выводу индуктивности L2 и выводу второго датчика напряжения 16, который подключен к защищаемому объекту, а выходом к ограничительному диоду 14, ограничительный диод 14 выходом подключен к одному из выводов датчика тока 15. Второй вывод датчика тока 15 подключен к входу диода VD3, а выходом диод VD3 подключен к выводу первого конденсатора 5 и выводу первого датчика напряжения 13, а информационный канал датчика тока 15 подключен к входу микроконтроллера 17. Второй вывод первого конденсатора 5 соединен с первым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения 6, второй вывод которого заземлен. Второй вывод первого датчика напряжения 13 соединен со вторым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения 6, а информационный канал первого датчика напряжения 13 подключен к входу микроконтроллера 17. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения 6, использован трансформатор 7 с первичной 8 и вторичной 9 обмотками, нагрузкой которого является второй конденсатор 10. Параллельно первичной обмотке 8 трансформатора включен первый резистор 12, а параллельно второму конденсатору 10 на вторичную обмотку трансформатора подключен второй резистор 11. Второй датчик напряжения 16 подключен к защищаемому объекту, а информационный канал датчика напряжения подключен к входу микроконтроллера 17. Выход микроконтроллера 17 соединен с регистром результатов 18.

Комбинированное устройство защиты от перенапряжений снижает влияние недостатков отдельных устройств защиты и позволяет использовать их полезные свойства. Учитывая, что устройства защиты от перенапряжений - разрядник, варистор и ограничительный диод - имеют определенное число срабатываний, то для контроля технического состояния и регистрации срабатывания устройства используются микроконтроллер с собственным источником питания, датчики тока, датчики напряжения, регистр результата. При выходе из строя любого из устройств защиты его можно заменить без отключения потребителя за счет введения коммутационных аппаратов - разъединителей QS1, QS2, QS3.

Устройство работает следующим образом. При появлении импульса перенапряжения первым срабатывает ограничительный диод 14 и в цепи, состоящей из последовательно включенных первого конденсатора 5 и элемента 6, поглощающего энергию перенапряжения, возникает ток, который фиксирует датчик тока 15. Ток вызывает падение напряжения на индуктивности L1 Δ U L 1 = L 1 d i 1 d t , что приводит к срабатыванию варистора 3. К варистору 3 будет приложено напряжение U3=U14+ΔUL1. Под действием напряжения Δ U L 2 = L 2 d i 2 d t разрядник 1 пробивается, если приложенное напряжение к разряднику 1 U1=U3+ΔUL2 достигает напряжения пробоя разрядника 1, он срабатывает и отводит дополнительный ток. Возникающий потенциал напряжения фиксирует датчик напряжения 13. Данные с датчиков тока 2, 4, 15 и датчика напряжения 13 поступают на микроконтроллер 17, который обрабатывает их и выдает на регистр результатов 18 величину воздействующего тока и напряжения при срабатывании устройств защиты 1, 3, 14. Микроконтроллер 17 считает количество срабатываний устройств защиты 1, 3, 14 путем сравнения напряжений, а также осуществляет контроль их исправности, контролируя ток утечки. В случае выхода из строя устройств защиты 1, 3, 14 или ухудшения их характеристик датчики тока 2, 4, 15 фиксируют увеличение токов утечки и выдают их величину на микроконтроллер 17, а тот в свою очередь на регистр результатов 18. Путем сравнения величин токов утечки микроконтроллер 17 выдает заключение о исправности устройств защиты. С помощью датчика напряжения 16 осуществляется контроль наличия напряжения в сети питания потребителей, а также величины отклонения напряжения от номинального значения, величина данных значений поступает на микроконтроллер 17. Микроконтроллер 17 фиксирует величину отклонения напряжения, его значение в цифровом коде передается на регистр результатов 18 для визуального отображения и сохранения.

Таким образом, осуществляется постоянный контроль исправности устройств защиты 1, 3, 14 и наличия напряжения в сети питания защищаемого объекта, а импульс перенапряжения (10 кВ) ступенчато ограничивается до напряжения 35 В.

Относительно малая длительность импульса требует небольшого значения разделительных индуктивностей L1, L2 (7-15 мкГн), поэтому их роль выполняют провода цепей электропитания.

Датчики тока и напряжения зафиксируют соответствующие импульсы, программа микроконтроллера зафиксирует срабатывание устройств защиты от перенапряжений, обеспечивая комбинированному устройству защиты от перенапряжений более высокую надежность и информативность.

Комбинированное устройство защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети, содержащее варистор, датчик тока, два датчика напряжения, микроконтроллер, регистр результата, конденсатор, резистор и элемент, поглощающий энергию импульса, отличающееся тем, что в него дополнительно введены разрядник, первый, второй и третий разъединители, два дополнительных датчика тока, ограничительный диод, две индуктивности и три диода, при этом первый разъединитель входом подключен к защищаемому объекту и первому выводу первой индуктивности, а выходом - к разряднику, выход которого подключен к одному из выводов первого датчика тока, второй вывод которого подключен к входу первого диода, выход которого подключен к выводу конденсатора и выводу первого датчика напряжения, первая индуктивность вторым выводом подключена к входу второго разъединителя, вторая индуктивность одним выводом подключена к входу второго разъединителя, а другим к входу третьего разъединителя и выводу второго датчика напряжения, который подключен к защищаемому объекту, второй разъединитель выводом подключен к варистору, который выходом подключен к одному из выводов второго датчика тока, второй вывод которого подключен к входу второго диода, выход которого подключен к выводу конденсатора и выводу первого датчика напряжения, третий разъединитель входом подключен к выводу второго датчика напряжения, а выходом к ограничительному диоду, выход которого подключен к одному из выводов третьего датчика тока, второй вывод которого подключен к входу третьего диода, выход третьего диода подключен к выводу конденсатора и выводу первого датчика напряжения, информационные каналы первого, второго и третьего датчиков тока подключены к входу микроконтроллера, второй вывод конденсатора подключен к первому выводу элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения, второй вывод которого заземлен, второй вывод первого датчика напряжения соединен со вторым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения, информационные каналы первого и второго датчиков напряжения подключены к входу микроконтроллера, выход микроконтроллера соединен с регистром результатов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Способ позволяет получить технический результат - повысить эффективность токоограничения и стабилизировать напряжение сети.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей электроэнергии.

Изобретение относится к средствам коммутации силовых энергетических цепей постоянного и переменного тока. Технический результат заключается в упрощении устройства и обеспечении возможности коммутации силовых энергетических цепей постоянного и переменного тока.

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение способа фильтрации сигналов промышленной частоты.

Изобретение относится к коммутационным устройствам для прерывания постоянных токов. Технический результат - обеспечение оптимизации работы в соответствии с напряжением на выводах и уменьшение громоздкости.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности подключения оборудования, превышающего лимит установленной мощности без модернизации электрической сети.

Изобретение относится к области электротехники, к устройствам, повышающим эффективность использования выделенной электрической мощности, и, в частности, к устройствам лимитирования потребляемой от сети электрической мощности с помощью автоматического отключения неприоритетных нагрузок.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к вторичным источникам питания, а его использование позволяет обеспечивать устойчивый режим питания автономных автоматических измерительных устройств, размещенных под высоким потенциалом проводов высоких линий.

Изобретение относится к защите однофазных электроустановок напряжением до 1000 В от аварийных режимов, которые могут вызвать электропоражения людей и животных, а также пожары от коротких замыканий.

Изобретение относится к релейной защите и автоматике распределительных электрических сетей и может быть использовано в городских распределительных кабельных сетях. Сущность изобретения состоит в выборе уставок токовой отсечки как основной защиты кабельных линий, питающих две и более трансформаторных подстанций (ТП), с коэффициентом чувствительности 1,5 в минимальном режиме питающей сети, с выбором максимальной токовой защиты (МТЗ) в качестве резервной защиты ТП 6(10)/0,4 кВ и одновременным введением на вводе 6(10) кВ питающих подстанций дополнительной ступени МТЗ как резервной защиты кабельной линии (КЛ) по условиям невозгорания, согласованной по времени срабатывания с токовой отсечкой (ТО), отходящих от шин кабельных фидеров, а также одновременным вводом автоматики повторного включения (АПВ), работающей в зависимости от зоны короткого замыкания - Зонное АПВ (ЗАПВ). При значениях токов КЗ более минимального значения междуфазного КЗ в самом дальнем конце защищаемого кабельного фидера 6(10) кВ выполняют блокировку (вывод) работы АПВ. Технический результат заключается в минимизации времени отключения поврежденной кабельной линии (фидера) при КЗ, как следствие, снижение разрушающего воздействия на изоляцию факторов, обусловленных токами КЗ, термического (нагрев изоляции) и электродинамического воздействия на изоляцию кабелей 6(10) кВ фидера при коротких замыканиях в кабельной распределительной сети и времени пребывания оперативного персонала в опасных зонах действующих электроустановок за счет повышения селективности работы защит. 6 ил., 2 табл.

Устройство относится к области систем управления силовыми преобразователями. Техническим результатом является повышение точности работы и расширение функциональных возможностей устройства. Результат достигается тем, что устройство контроля амплитудной асимметрии напряжений содержит последовательно включенные первый демодулятор, первый сглаживающий фильтр, а также первый пороговый элемент, причем вход первого демодулятора соединен с первой входной клеммой устройства, вторая и третья входные клеммы устройства, выходная клемма, причем согласно изобретению в него введены последовательно включенные второй демодулятор и второй сглаживающий фильтр, последовательно включенные третий демодулятор и третий сглаживающий фильтр, а также первый, второй и третий сумматоры, первый второй и третий пороговые элементы, логический элемент «3И», при этом вход второго и третьего демодулятора подключен к второй и третьей входной клемме устройства соответственно, выход логического элемента «3И» соединен с выходной клеммой устройства, выход первого сглаживающего фильтра соединен с первым входом первого сумматора и подключен ко второму входу третьего сумматора, выход второго сглаживающего фильтра подключен к первому входу второго сумматора и соединен со вторым входом первого сумматора, выход третьего сглаживающего фильтра подключен к первому входу третьего сумматора и соединен со вторым входом второго сумматора, выход первого, второго и третьего сумматоров подключены к входу первого, второго и третьего пороговых элементов соответственно, а выходы пороговых элементов подключены к соответствующему входу логического элемента «3И». 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение защиты блока питания от повреждения при уменьшении автоматического выключателя. Блок питания постоянного тока (9-1) содержит первое устройство (17) блокирования тока, выполненное с возможностью обеспечения протекания тока в первом направлении (19-1) через (17) первое устройство блокирования тока и блокирования тока, который течет во втором направлении (19-2), противоположном первому направлению (19-1). Первое направление является направлением протекания тока во время нормальной работы сети питания постоянного тока. Блок (9-1) питания постоянного тока дополнительно содержит первый блок (21) переключения, размещенный во встречно-параллельном соединении с первым устройством (17) блокирования тока, который является управляемым в его открытом состоянии для выборочного обеспечения возможности протекания обратного тока во время нормальной работы сети питания постоянного тока через первый блок (21) переключения во втором направлении (19-2), чтобы обойти первое устройство (17) блокирования тока, и в закрытом состоянии для блокирования тока во втором направлении (19-2), когда возникает неисправность в сети питания постоянного тока. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах переключения силовых линий постоянного напряжения. Переключатель 100 постоянного напряжения содержит по меньшей мере один прерыватель 120 и коммутаторное устройство, подключенное параллельно прерывателю, при этом коммутаторное устройство содержит конденсаторную схему, состоящую из параллельно соединенных по меньшей мере двух конденсаторных ветвей. Каждая конденсаторная ветвь содержит конденсатор 170…175, включенный последовательно с переключателем 190…195 конденсаторной ветви. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат: обеспечение регулирования уставок срабатывания защит в отсеках ячеек комплектных распределительных устройств напряжением 6-10 кВ. Устройство для максимальной токовой защиты электроустановок содержит три устройства для крепления и регулирования, каждое из которых, предназначенное для соответствующей фазы А, В, С, содержит стержень с резьбой, на который надет барашек, один конец стержня вставлен в полый цилиндр, который жестко закреплен на планке так, что стержень перпендикулярен ей, а планка прикреплена к пластине, которая прикреплена к корпусу выкатной тележки комплектного распределительного устройства. К планке параллельно стержню, по разные стороны от него, прикреплены две рейки, на наружную сторону одной из которых нанесена шкала. На эти рейки надета пластина через вертикальные прорези в ней, перпендикулярно плоскости поперечного сечения токоведущей шины и с возможностью перемещения по рейкам относительно токоведущей шины. На наружной стороне пластины закреплены шесть герконов на одинаковом расстоянии друг от друга и под разными углами к плоскости поперечного сечения токоведущей шины. Герконы всех устройств для крепления и регулирования подключены к входу времязадающего блока, к выходу которого подключен исполнительный блок. 4 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение чувствительности и надежности защиты. Система детектирования на основе контроллера, сконфигурированная с возможностью адаптивного исследования различия между детектированным светом, который указывает на событие дугового короткого замыкания, и детектированным светом, который не относится к событию дугового короткого замыкания. В частности, система детектирования сконфигурирована с возможностью наблюдения за электроэнергетической системой, для генерирования световых событий, которые не связаны с событиями дугового короткого замыкания. Используя полученную информацию о событиях появления света, которые не связаны с событиями дугового короткого замыкания, система детектирования определяет один или более алгоритмов детектирования. В ходе нормальной работы электроэнергетической системы адаптивно определенный один или более алгоритм детектирования используется для идентификации событий дугового короткого замыкания в электроэнергетической системе. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх