Устройство токовой защиты с функцией математического анализа
Владельцы патента RU 2741063:
Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для защиты оборудования тягового подвижного состава (ТПС) или моторвагонного подвижного состава (МВПС) от коротких замыканий и перегрузки в электрических сетях. Технический результат - обеспечение мониторинга скорости изменения функции тока во времени, предотвращая выход из строя внешнего оборудования. Устройство токовой защиты содержит модуль коммутации, включающий в себя измерительный датчик на эффекте Холла или измерительный шунт и электромагнитное реле или контактор, модуль управления, включающий в себя аналого-цифровой тракт, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, схему управления устройствами коммутации, преобразователь питания, микросхему энергонезависимой памяти и микросхему драйвера линии передачи данных. В результате модуль управления производит управление устройствами коммутации и обеспечивает измерение, сохранение и анализ функции тока во времени. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для защиты оборудования тягового подвижного состава (ТПС) или моторвагонного подвижного состава (МВПС) от коротких замыканий и перегрузки в электрических сетях.
Известно устройство - устройство токовой защиты (патент №2706421 RU), содержащее фазный проводник, нулевой проводник, силовые контакты с катушкой независимого расцепителя, датчик тока, соединенный с третьим входом микроконтроллера, нагрузку, блок питания, орган усиления, соединенный с первым выходом микроконтроллера, датчик напряжения, соединенный с первым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль, соединенный со вторым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды тока через нуль, соединенный с четвертым входом микроконтроллера, орган индикации состояния электрической сети, соединенный со вторым выходом микроконтроллера. В результате в микроконтроллере происходит непрерывное алгоритмическое обрабатывание поступающих значений и выделение приращений тока в электрической сети. По вычисленным значениям приращения тока и коэффициента мощности электрической сети микроконтроллер подает сигнал на отключение нагрузки через выдержку времени или мгновенно.
Недостатком данного устройства является отсутствие анализа математической функции постоянного тока на основе накопленных данных по значениям приращения тока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (патент №2715909 RU), содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, измерительный трансформатор напряжения, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, содержащий набор датчиков контроля параметров внешней среды.
Недостатком данного устройства является также отсутствие анализа математической функции постоянного тока, что не позволяет проанализировать предысторию какого-либо события, вызвавшего переход системы в защитное состояние.
Технической задачей изобретения является устранение системных недостатков аппаратуры и алгоритмов управления в результате анализа математической функции тока во времени, позволяющего находить закономерности в алгоритме работы локомотива и переходами в защитный режим.
Технический результат достигается тем, что устройство токовой защиты с функцией математического анализа, содержит модуль коммутации, включающий в себя измерительный датчик на эффекте Холла или измерительный шунт и электромагнитное реле или контактор, модуль управления, включающий в себя аналого-цифровой тракт, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, схему управления устройствами коммутации, преобразователь питания, микросхему энергонезависимой памяти и микросхему драйвера линии передачи данных.
Предлагаемое устройство выполняет следующие функции:
- измерение протекающего в цепи постоянного или переменного тока, измерение напряжения и сохранение измеренных значений в энергонезависимой памяти;
- математический анализ функции напряжения и тока в цепи:
- анализ динамики изменения величины пульсаций напряжения и тока;
- анализа динамики изменения тока или величины напряжения;
- вычисления спектра частот сигналов тока и напряжения;
- управление внешними или внутренними устройствами коммутации цепей по командам, полученным из линии связи;
- автоматическое снятия напряжения с устройств коммутации при нарушении условий, описываемых программным алгоритмом.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства токовой защиты с функцией математического анализа.
Устройство состоит из модуля коммутации, выполняющий функцию коммутации внешних электрических цепей, а также преобразование величины тока в выходное напряжение посредством датчиков на эффекте Холла или измерительного шунта, и модуля управления, который производит управление устройствами коммутации и обеспечивает измерение, сохранение и анализ функций тока и напряжения во времени.
Модуль коммутации включает в себя измерительный датчик 1 на эффекте Холла или измерительный шунт (выбирается на основе уровня протекающего тока в анализируемой цепи) и электромагнитную катушку 2.1, управляющую нормально-замкнутым и/или нормально-разомкнутым контактами реле (контактором) 2.2.
Модуль управления включает в себя аналого-цифровой тракт 3, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер 4, схему управления устройствами коммутации 5, преобразователь питания 6, микросхему энергонезависимой памяти 7 и микросхему драйвера линии передачи данных 8 интерфейсов CAN или RS485.
Устройство токовой защиты с функцией математического анализа можно настраивать на выполнение перехода в защитное состояние коммутируемых цепей, программно задав пороги для данного события - в абсолютном или относительном значении. На фиг. 2 показаны различные графики функции тока во времени, соответствующие: а - лавинообразному росту тока; b -экспоненциальному росту тока; с - медленному росту тока; d - медленному убыванию тока. Устройство позволяет задать оконную функцию тока, и таким образом позволяет оповестить какую-либо функцию диагностики или управления о скорости изменения параметра, тем самым, предотвращая выход из строя какого-либо внешнего оборудования.
При этом программно можно настраивать шаг дискретизации входных измеряемых сигналов тока и напряжения. В энергонезависимую память блока будет записываться три значения: временная метка, величины тока и напряжения. Запись в память будет производиться непрерывно циклически, при этом в определенной области памяти будет храниться массив точек, соответствующих переходу внешней коммутируемой цепи в защитное состояние, которая может быть очищена только обслуживающим персоналом. Длина участков памяти и ширина сохраняемых фрагментов определяются при программной конфигурации блока.
1. Устройство токовой защиты с функцией математического анализа, содержащее модуль коммутации, включающий в себя измерительный датчик на эффекте Холла или измерительный шунт и электромагнитное реле или контактор, модуль управления, включающий в себя аналого-цифровой тракт, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, схему управления устройствами коммутации, преобразователь питания, отличающееся тем, что в модуль управления включена микросхема энергонезависимой памяти, позволяющая сохранять измерения напряжения и протекающего в цепи постоянного или переменного тока с последующим их анализом микроконтроллером, и микросхема драйвера линии передачи данных, посредством которой осуществляется оповещение функции диагностики или управления о скорости изменения параметров, тем самым позволяя предотвратить выход из строя внешнего оборудования локомотива или электропоезда.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позволяет вычислять спектр частот сигналов тока и напряжения.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позволяет анализировать динамику изменения величины пульсаций напряжения и тока.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позволяет анализировать динамику изменения тока или величины напряжения.
