Устройство управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз

Авторы патента:

H02H7/00 - Схемы защиты для конкретных типов электрических машин и аппаратов или для секционированной защиты кабельных и воздушных сетей, осуществляющие автоматическую коммутацию в случае недопустимого отклонения от нормальных рабочих параметров (конструктивное сопряжение защитных устройств с конкретными машинами или аппаратами и их защита, без автоматического отключения - см. в подклассе, соответствующем этой машине или этому аппарату)

H02H3/353 - в которых сравниваются фазы напряжений

Владельцы патента RU 2633393:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II" МГУПС (МИИТ) (RU)

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы устройства как с четырехпроводной, так и с трехпроводной трехфазной сетью, а также повышение надежности устройства за счет обеспечения бесконтактного контроля величины перекоса фаз, который в режиме реального времени позволяет следить за изменением величины перекоса. Согласно изобретению устройство управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз содержит: искусственную нейтраль, реле, контакты которого разрывают цепь для отключения нагрузки от сети, заземление, дополнительную катушку индуктивности, измерительное устройство, содержащее феррозонд, который содержит обмотку возбуждения, измерительную обмотку и компенсационную обмотку, генератор прямоугольных импульсов, соединительный конденсатор, блок регистрации с измерительным прибором и компенсатор, при этом измерительное устройство выполнено с возможностью контроля величины перекоса фаз на основании величины постоянного магнитного поля дополнительной катушки индуктивности, а реле и дополнительная катушка индуктивности подключены параллельно друг другу к выпрямленному напряжению между искусственной нейтралью и землей. 3 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз питающей трехфазной сети.

Уровень техники

Известно устройство защиты трехфазных потребителей от несимметричных режимов работы (RU 2269191). Данное устройство сети рассчитано на четырехпроводную трехфазную сеть и предполагает наличие нулевого рабочего провода, что является недостатком. Кроме того, устройство не позволяет контролировать величину перекоса фаз.

Известно устройство для управления трехфазной нагрузкой с защитой от перекоса фаз и сигнализацией (RU 2285320). Устройство также предполагает наличие нулевого провода и, следовательно, обладает тем же недостатком. Устройство обеспечивает контроль каждой фазы в отдельности с помощью двухцветных светодиодных индикаторов, сигнализирующих об отсутствии или о наличии перекоса конкретной фазы. Недостаток устройства заключается в том, что сигнализация является двухуровневой, что позволяет фиксировать только наличие перекоса, но не его величину.

Аналогичными возможностями и теми же недостатками обладает устройство для управления трехфазной нагрузкой с защитой от перекоса фаз и сигнализацией (RU 2291539).

За прототип изобретения принято устройство, приведенное в литературе [Бастанов В.Г. 300 практических советов. М.: Московский рабочий, 352 с. (С. 17-19)] или в интернете по электронному адресу: http://cxema.in/radio-shema120.html. Предлагаемое изобретение строится на базе схемы устройства-прототипа, доработка которого расширяет функциональные возможности и позволяет ликвидировать недостатки, характерные прототипу. Эти недостатки следующие.

Во-первых, для работы устройства-прототипа необходим нулевой провод, которого может не быть в случае использования для питания нагрузки трехпроводной трехфазной сети. И, во-вторых, отсутствует контроль величины перекоса фаз.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы устройства как с четырехпроводной, так и с трехпроводной трехфазной сетью, а также повышение надежности устройства за счет обеспечения бесконтактного контроля величины перекоса фаз, который в режиме реального времени позволяет следить за изменением величины перекоса.

Для достижения вышеуказанного технического результата предложено устройство управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз, включающая феррозонд, содержащий обмотку возбуждения, измерительную обмотку и компенсационную обмотку, генератор прямоугольных импульсов, соединительный конденсатор, блок регистрации с измерительным прибором и компенсатор, при этом оно содержит заземление и дополнительную катушку индуктивности, подключенную к выпрямленному напряжению между искусственной нейтралью и землей и выполненную с возможностью определения величины перекоса фаз в контролируемой трехфазной сети по величине напряженности собственного магнитного поля.

Технический результат достигается следующим образом.

1. С помощью создания дополнительного заземления, позволяющего устройству работать без нулевого провода.

2. С помощью введения в устройство специальной катушки индуктивности, подключаемой к выпрямленному напряжению между искусственной нейтралью и землей. При наличии перекоса фаз в трехфазной сети (четырехпроводной или трехпроводной) в катушке возникает постоянное магнитное поле, величина напряженности которого пропорциональна величине перекоса фаз. Напряженность можно контролировать бесконтактно с помощью измерительного устройства, построенного на базе феррозондового преобразователя. И, следовательно, можно контролировать величину перекоса фаз.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена схема устройства управления и защиты трехфазной нагрузки.

На Фиг. 2 представлено измерительное устройство для контроля величины перекоса фаз.

На Фиг. 3 представлена схема генератора прямоугольных импульсов.

Сущность изобретения

Устройство работает на принципе создания искусственной нейтрали с помощью трех конденсаторов C1, С2, С3 (см. Фиг. 1). В результате перегрузки одной из фаз и, тем более, ее обрыва возникает напряжение между искусственной нейтралью и землей. При этом в отличие от прототипа предлагается использовать дополнительное заземление, обеспечивающее работу устройства также и в трехпроводной трехфазной сети. Возникающее напряжение выпрямляется с помощью диодного моста (VD1-VD4). Выпрямленное напряжение подается на параллельно включенные реле K1, катушку L1 и емкость С4. При обрыве одной из фаз срабатывает реле К1, которое своими контактами разрывает цепь питания катушки магнитного пускателя КМ, и нагрузка, например электродвигатель М, отключается от сети. Предусмотрено также и отключение катушки магнитного пускателя с помощью теплового реле КК. Емкость конденсатора С4 подбирается таким образом, чтобы исключить срабатывание реле в пусковом режиме.

Основной отличительной особенностью схемы, кроме дополнительного заземления, является наличие катушки индуктивности L1, создающей постоянное магнитное поле, напряженность которого пропорциональна величине выпрямленного напряжения между искусственной нейтралью и землей. Эта напряженность, характеризующая перекос фаз, может быть измерена бесконтактно устройством на базе феррозондового преобразователя.

Вопросы использования феррозондов для измерения постоянного магнитного поля подробно описаны в литературе: Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. Л.: Энергоатомиздат. 1986. 188 с., Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. Учебник для студентов специальности «Автоматика и телемеханика» вузов. М.: Высш. школа, 1974. 416 с. Эти устройства хорошо зарекомендовали себя в различных схемах автоматизации и контроля. Устройства компактны, отличаются простотой и малым потреблением энергии.

Использование измерителей напряженности магнитного поля позволяет дистанционно, без вмешательства в электрические цепи контролировать в реальном времени величину перекоса фаз трехфазной сети. Шкала измерительного прибора градуируется в уровнях опасности перекоса фаз для трехфазных потребителей. Таким образом, при высоких уровнях опасности нагрузка может быть отключена также и оператором нажатием кнопки Стоп в цепи питания катушки магнитного пускателя.

В устройстве использовано реле постоянного тока типа РП21 (с рабочим напряжением 24 В) и сопротивлением обмотки 200 Ом. Конденсаторы С1-С3 бумажные емкостью 4-10 мкФ на напряжение не менее удвоенного фазного. Катушка индуктивности L1 содержит 4500 витков провода ПЭВ-2, диаметр 0,2 мм. Сопротивление катушки 330 Ом. Сердечник катушки разомкнут.

Схема измерительного устройства (см. Фиг. 2), построенная на базе феррозондового преобразователя, содержит следующие компоненты:

- феррозонд с тремя обмотками - обмоткой возбуждения L1, состоящей из двух встречно намотанных одинаковых половин L1' и L1'', измерительной обмоткой L2 и компенсационной обмоткой L3;

- генератор прямоугольных импульсов, выполненный, к примеру, на элементах НЕ, с возможностью регулирования частоты в пределах 2-200 кГц (Фиг. 3);

- соединительный конденсатор С1, передающий сигнал с выхода генератора на обмотку возбуждения феррозонда, позволяющий исключить постоянную составляющую сигнала с генератора и, как следствие, уменьшить потребляемую генератором мощность;

- блок регистрации, подключаемое к выходу измерительной обмотки, с любым измерительным прибором - вольтметром или амперметром - и с соответствующей схемой включения. Показания измерительного прибора соответствуют величине перекоса фаз;

- компенсатор для установки нулевого значения регистрирующего прибора с помощью переменного резистора R2 при отсутствии измеряемой напряженности магнитного поля, что исключает влияние посторонних источников магнитного поля на результаты измерений.

Генератор прямоугольных импульсов приведен на Фиг. 3 и содержит четыре элемента НЕ (микросхема К561 ЛН2), питающихся от источника 9 вольт. При этом напряжении микросхемы серии К561 на частотах свыше 2 кГц работают устойчиво. Собственно генератор - первые три элемента НЕ. Четвертый элемент НЕ (DD1.4) полезен для исключения влияния обмотки возбуждения феррозонда на работу генератора. Резистор R1 и емкость С1 - частотозадающие элементы. Резистор R1 обеспечивает регулировку частоты генератора. Частота подбирается для получения наибольшей чувствительности феррозонда. Схема генератора простая, отличается малым потреблением мощности и позволяет обеспечить компактную и экономную реализацию всего измерительного устройства в целом.

Измерительное устройство с феррозондом устанавливается в непосредственной близости от обмотки L1 устройства управления и защиты трехфазной нагрузки. Место расположения измерительного устройства определяется чувствительностью феррозонда и удобством его размещения. Выбранное место установки должно сохраняться постоянным в процессе контроля.

Таким образом, предлагаемое устройство управления и защиты трехфазной нагрузки обладает возможностью бесконтактного и непрерывного контроля уровня опасности перекоса фаз. Предварительные испытания устройства показали надежную защиту асинхронных двигателей от перекоса фаз, а также удобство и необходимость бесконтактного контроля в реальном времени трехфазной сети с целью анализа ее неисправности. Такой анализ полезен для понимания причин срабатывания защиты.

Устройство управления и защиты трехфазной нагрузки с возможностью бесконтактного контроля перекоса фаз, содержащее искусственную нейтраль и реле, контакты которого разрывают цепь для отключения нагрузки от сети, отличающееся тем, что содержит заземление, дополнительную катушку индуктивности, измерительное устройство, содержащее феррозонд, который содержит обмотку возбуждения, измерительную обмотку и компенсационную обмотку, генератор прямоугольных импульсов, соединительный конденсатор, блок регистрации с измерительным прибором и компенсатор, при этом измерительное устройство выполнено с возможностью контроля величины перекоса фаз на основании величины постоянного магнитного поля дополнительной катушки индуктивности, а реле и дополнительная катушка индуктивности подключены параллельно друг другу к выпрямленному напряжению между искусственной нейтралью и землей.

Изобретение используется в области электротехники и электромашиностроения. Технический результат: повышение эксплуатационного ресурса обмотки статора, повышение надежности и пожаробезопасности магнитоэлектрического генератора при его минимальных массогабаритных показателях.

Блок источника постоянного тока для блока обеспечения энергии // 2577031

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение защиты блока питания от повреждения при уменьшении автоматического выключателя.

Инвертор напряжения и способ управления таким инвертором // 2567738

Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к реверсивным инверторам напряжения для преобразования постоянного напряжения в переменное, допускающими неисправности в виде короткого замыкания или размыкания цепи, и к способам управления такими инверторами.

Устройство защиты гидротурбины от выхода из строя опорного подшипника // 2566613

Изобретение относится к устройствам защиты гидротурбины от механических поломок. Устройство защиты гидротурбины от выхода из строя опорного подшипника содержит датчики тока 1, выполненные на базе установленных в цепь статора синхронного генератора измерительных трансформаторов тока по одному на каждую фазу, датчик давления 2, блок 3 сравнения с нормальными значениями тока статора генератора, блок 4 сравнения с нормальным значениям давления в напорном водоводе, блок 5 задания нормального значения тока статора генератора, блок 6 задания нормального значения давления, блок 7 сравнения с уставкой и определения знака отклонения по току статора генератора, блок 8 сравнения с уставкой и определения знака отклонения давления в напорном водоводе, блок 9 задания уставки по отклонению тока статора генератора, блок 10 задания уставки по отклонению давления в напорном водоводе, блок 11 выработки аварийного сигнала, блок 12 управления системами гидротурбины и генератора.

Устройство для защиты от дуговых замыканий ячеек комплектных распределительных устройств // 2559817

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат: повышение быстродействия защиты при дуговых замыканиях в ячейках комплектных распределительных устройств.

Устройство для защиты электродвигателей от коротких замыканий // 2553665

Использование: в области электротехники. Технический результат: повышение чувствительности устройства при двухфазных коротких замыканиях.

Устройство для защиты от коротких замыканий n присоединений, отходящих от общих шин // 2550084

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты присоединений подстанции от коротких замыканий. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства и расширении области его использования.

Устройство защиты аккумуляторных батарей от глубокого разряда // 2549349

Изобретение относится к источникам электропитания и может быть использовано в составе бортовой аппаратуры радиоэлектронных аэрокосмических комплексов. Технический результат заключается в создании эффективного устройства защиты аккумуляторных батарей от глубокого разряда.

Волоконно-оптическое устройство дуговой защиты с определением местоположения электрической дуги // 2539963

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты от электрической дуги короткого замыкания в электрооборудовании, в частности в комплектных распределительных устройствах (КРУ) 0,4-40 кВ.

Сверхвысокочастотное циклотронное защитное устройство // 2530746

Изобретение относится к области высокочастотной радиоэлектроники, а именно - к устройствам защиты СВЧ-радиоприемных устройств, в частности, приемников радиолокационных станций, от воздействия входной мощности большого уровня в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.

Устройство для контроля состояния трехфазного оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа // 2265860

Изобретение относится к технике диагностирования электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

Устройство для защиты потребителя трехфазного напряжения от обрыва и изменения чередования фаз // 1119116

Способ защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием // 2640353

Использование – в области электротехники. Технический результат - повышение надежности защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием. Согласно способу защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием измеряют мгновенные значения тока i1 и i2 на первой и второй линии в положительную и отрицательную полуволны тока при нарастании тока. Затем сравнивают мгновенное значение тока в первой линии i1 с заданной величиной тока iэт, и при i1=iэт, продолжая измерять i1, начинают отсчитывать время ti1 до того момента, когда в следующую положительную/отрицательную полуволну тока при нарастании тока i1=iэт. Затем повторяют отсчет времени, сравнивают t1 с первой tэт1 и второй tэт2 заданными величинам времени, и если t1≤tэт1 или t1≥tэт2, то отключают выключатель первой линии. Одновременно сравнивают мгновенное значении тока во второй линии i2 с заданной величиной тока iэт, и при i2=iэт, продолжая измерять i2, начинают отсчитывать время t2 до того момента, когда в следующую положительную/отрицательную полуволну тока при нарастании тока i2=iэт. Затем повторяют отсчет времени, сравнивают t2 с первой tэт1 и второй tэт2 заданными величинам времени, и если t2≤tэт1 или t2≥tэт2, то отключают выключатель второй линии. 3 ил.

Устройство и способы для восстановления функциональности элементов питания в многоэлементных источниках питания // 2644009

Использование – в области электротехники. Технический результат – восстановление функциональности элементов питания в многоэлементных источниках питания. Предоставляется способ для управления многоэлементным источником питания, который включает в себя несколько последовательно подключенных элементов питания в каждом из нескольких плеч. Каждый элемент питания включает в себя обходное устройство, которое может использоваться для того, чтобы избирательно обходить и отменять обход элемента питания. После того как первый элемент питания отказывает и обходится в результате отказа, способ включает в себя отмену обхода первого элемента питания без прекращения работы многоэлементного источника питания, если отказ первого элемента питания вызван посредством предварительно определенного рабочего состояния. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 24 ил.

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики // 2645750

Использование: в области электротехники для защиты электрических линий и приборов. Технический результат - повышение надежности работы электрических сетей 6-35 кВ за счет реализация функции контроля напряжения. Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики (МУРЗ) содержит: корпус, в котором установлены объединенные общей шиной данных: процессорный модуль, содержащий один или более процессоров, осуществляющий основную вычислительную обработку, и модуль часов реального времени; блок памяти, содержащий ПЗУ и ОЗУ; интерфейсы связи, выполненные с возможностью связи с внешними вычислительными устройствами; модули релейной защитной автоматики (РЗА), соединенные с процессорным модулем и включающие в себя измерительные модули, состоящие из модуля аналоговых входов и модуля дискретных входов, модуля реле, представлявшего собой модуль дискретных выходов, и совмещенный модуль дискретных входов/выходов; блок питания, выполненный с возможностью сохранения работоспособности устройства при потере оперативного питания; причем модуль аналоговых входов содержит АЦП, предназначенный для преобразования поступающих аналоговых сигналов, содержит гальванически развязанные входные каналы и служит для измерения токов и напряжений по трем фазам и нулевой последовательности; лицевую панель, подключаемую посредством USB интерфейса связи к процессорному модулю, причем лицевая панель содержит микроконтроллер, интерфейсы связи с внешними вычислительными устройствами, дисплей, светодиоды, клавиатуру и лицевая панель выполнена съемной с возможностью удаленного управления МУРЗ. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.