Устройство для защиты электроустановки от перегрузки

 

О П И С А Н И Е (,748630

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к. авт. свил-ву (51)М. Кл.

Н 02 Н 3/08

Н 02 Н 3/20 (22) Заявлено 21.06.78 (21) 2631985/24 — 07 с присоединением заявки ¹

Гоеудзрстввииый комитет

СССР во делам извбретеиий

l и открытий (28) Приоритет (53) УДК 621316..925 (088.8) Опубликовано 15.07.80. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описанив 15.07.80 (72 ) А втори изобретения

E. М. Куличев и А. П. Белоусов (7I) Заявитель

Научно-исследовательский гидрохимический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Изобретение относится к релейной защите и предназначено для использования в схемах лтключения энергосистем при токах короткого замыкания, ограниченных электрической дугой.

Известны устройства, используемые в схемах, отключаюших энергосистемы при коротких замыканиях в них. Эти устройства состоят из блцка управления, в котором происходит сравнение выходного сигнала датчика входного тока с пороговым или опорным напряжением

10 элемента сравнения, и двухкаскадного усилителя медленно изменяющегося сигнала, на выходе которого появляется сигнал при превыше,нии выходным сигналом датчика входного тока порогового или опорного напряжения (1) и (2).

Соответствуюшая задержка для устранения влияния пульсаций выходного сигнала датчика входного тока обеспечивается конденсатором.

Часто в энергосистемах после момента короткого замыкания ток короткого замыкания, ограничейный электрической дугой, значительно уменьшается, что приводит к уменыпению выходного сигнала датчика входного тока в процессе короткого замыкания. Так как работа указанных устройств основана на сравнении выходного датчика входного тока с пороговым напряжением, то при уменьшении указанного сигнала возможно повторное включение системы на существующее короткое замыкание, которое приводит к аварии. Поэтому в указанных системах такие устройства применять нельзя.

Известно также устройство, содержащее клемму для подключения датчика входного тока, который представлен трансформаторами тока, токозадающий переменный резистор, активный делитель из двух последовательно соединенных рсзисторов, нелинейный мост, именуемый специальной схемой возврата полупроводникового реле, пороговый элемент и полупроводниковое реле. Пороговый элемент устройства включает в себя активный делитель, стабилитрон, подключенный между средней точкой активного делителя и входом полупроводникового реле, а также последовательно соединенные между собои резистор и диод, подключенные между нелинейным мостом и входом полупроводникового реле. Полупро74863 водниковое реле устройства представляет собой двухкаскадный усилитель медленно изменяющихся сигналов на двух транзисторах р-п-р и п-р-п типов проводимости. Часть сигнала с выхода усилителя подается на его вход с помощью цепи подхвата, основйым элементом которой является параллельная

RC-цепь. Для обеспечения работы полупроводникового реле на переменном токе параллельно ему подключен накопительный конденсатор, 10 в цепи заряда которого включен диод, предотвращающий разряд конденсатора при паузах выходного сигнала датчика входного тока через последний (3).

Блок управления указанного устройства, 15 включающий в себя токозадающий переменный резистор, активный делитель из двух последовательно соединенных резисторов, нелинейный мост, именуемый специальной схемой возврата полупроводникового реле, пороговый элемент, содержит большое количество элементов, что значительно снижает надежность работы устройства. Кроме того, для работы устройства необходим источник отрицательного напряжения смещения, подаваемого на вход полупро- 25 водникового реле. Наличие большого количества цепей значительно увеличивает ток утечки устройства, что повышает потребляемую мощность и увеличивает габаритные размеры датчиков входного тока, а также повышает их стоимость. КПД устройства невысок.

Пель изобретения — повышение надежности работы и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее включенный между клеммой для подключения датчика входного сигнала и общим выводом токозадающий переменный резистор, параллельно которому включен делитель напряжения на двух резисторах, средняя точка которого соединена с первым выводом стабилитрона; выходной орган, выполненный на двух транзисторах, конденсатор, два диода, введен дополнительный нелинейный элемент, выполненный на обращенном диоде, подключенном одновременно через первый резистор параллельно база-эмиттерному переходу первого транзистора выходного органа и через второй резистор ко второму выводу стабилитрона, соединенному с общим выводом через

50 третий резистор, при этом первый вывод стабилитрона подключен также через дополнительно введенный переменный резистор к коллек тору второго транзистора выходного органа, эмиттер которого через первый диод соединен

55 с клеммой для подключения датчика входного сигнала и через конденсатор с общим выводом, причем база второго транзистора подключена через резистор к коллектору первого транзисо 4 тора выходного органа, соединенному через второй диод с выходной клеммой.

Указанные отличительные элементы обеспечивают регулируемый коэффициент возврата устройства и эффект положительной обратной связи при переходе устройства из одного установившегося состояния в друтое. При указанной схеме соединения до момента срабатывания устройства и после его возврата существует следующее соотношение

Рк (-гр где R — сопротивление резистора блока

h управления, соединенного одним концом с клеммой для подключения датчика входного сигнала, а другим —,, к переменному резистору в цепи коллектора транзистора р-и-р типа проводимости;

Р— переменное сопротивление в цепи

К коллектора указанного транзистора, ",Р— сопротивление закрытого транзистора, которое имеет большую величину 1 т >> Ра

R> — прямое сопротивлейие диода.

После срабатывания устройства соотношение сопротивлений между указанными элементами принимает вид

P„)> T ФР ФР

Ч где R сопротивление того же транзистора в режиме насыщения.

Можно считать, что если Р >>тфйс, тогда

Rh>> R . Величина последнего неравенства определяет соотношение выходных токов датчика входйого тока соответственно в моменты срабатывания и возврата переключающего устройства, Эффект положительной обратной связи обеспечивается схемой соединения транзисторов полупроводникового реле и наличием обращенного диода в блоке управления. Конденсатор с момента переключения и до момента возврата обеспечивает работу устройства в паузах выходного тока датчика входного тока.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для защиты электроустановки от перегрузки.

Устройство содержит клемму 1 для подключения датчика входного сигнала, блок 2 управления, состоящий из токозадающего переменного резистора 3, параллельно которому подключены два соединенных последовательно между собой резистора 4 и 5, между средней точкой которых и общим, выводом 6 устройства подключены последовательно соединенные ж с другом стабилитроны 7 и дополнительный

74863

: мый коэффициент возврата указанного устрой1, ства.

5 элемент 8, включающий в себя резистор 9; параллельно которому подключена цепь из последовательно соединенных между собой резистора 10 и обращенного диода ll, выходной орган 12, состоящий из транзистора 13, в цепи коллектора которого имеется переменный резистор 14, а эмиттер соединен с конденсатором 15 и диодом 16, а также транзистора 17, база которого подключена к резистору 18, а коллектор соединен с резистором 19 и дио- lg дом 20, подключенным к выходному выводу 21.

Устройство работает следующим образом, От клеммы 1 часть выпрямленного тока датчикй входного тока протекает по блоку 2 через резисторы 4 и 5 в общий выход 6 устройства и, кроме того,. заряжает конденсатор

15 через диод 16. Величина уставки выпрямленного тока датчика входного тока устайавливается переменным резистором 3. Напряжение 2О на резисторе 5 в установившемся режиме цропорционально величине выпрямленного тока датчика входного тока, так как конденсатор

l$ не имеет цепей разряда для этого момента.

При этом напряжение на резисторе 5 меньше напря- 2 женил пробоя стабилитрона 7, а токи утечки его почти полностью проходят через резистор 9 и лишь незначительная часть этих токов утечки, определяемая соотношением сопротивлений резисторов 9 и 10, проходит через обращенный диод l l „создавая на нем падение напряжения намного меньше напряжения открывания транзистора 17, который закрыт. В этот момент обращенный диод 11 работает на начальном участке характеристики

J=-f М, который с достаточной степенью точности можно охарактеризовать так, что с изменением .1 напряжение 0-сопМпри 0«gaW„ где .1 и U соответственно ток и напряжение обращенного диода 11, Ue,> — напряжение на входе транзистора 17, необходимое для его открывания. Транзистор 13 также закрыт, так как по его входной цепи протекают только обратные токи коллектора транзистора 17 и диода 20. Отсюда следует, что цепь, состоящая из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, подключенная параллельно резистору 4, имеет очень большое сопротивление за счет закрытого транзистора 13, не оказывает никакого влияния на процессы в устройстве для этого режима. При этом выход 21 не влияет на работу устройств, подключеннь1х к нему.

В случае короткого замыкания в системе выпрямленный ток датчика входного тока начинает увеличиваться, заряжая конденсатор

15. Напряжение на резисторе 5 возрастает. До момента пробоя стабилитрона 7 ток утечки последнего увеличивается незначительно и поэтому никаких изменений в работе устрой-, ства не происходит. В результате пробоя

6 ! стабилитрона 7 протекающий через резистор 9 большой ток значительно увеличивает напряжение на нем, что.обеспечивает увеличение тока через обращенный диод 11. После пробоя стабилитрона 7 при некотором токе через него, величина которого задается резистором

10, протекающий ток через обращенный диод

11 становится равным его пиковому току.

В результате обращенный диод 11 переходит на третий участок характеристики. Переход с первого на третий участок происходит довольно быстро за счет незначительного отрицательного сопротивления второго участка характеристики. При этом на обращенном диоде 11 напряжение резко возрастает и подается через резистор 18 на вход транзистора 17, который открывае гся.

В результате открывается транзистор 13 выпрямленным током датчика входного сигнала по цепи, включающей клемму 1, диод 16, вход транзистора 13, резистор 19, транзистор

17, общий вывод 6. Вследствие этого сопротивление цепи, состоящей из диода 16, транзистора 13 и резистора 14, уменьшается, а значит, уменьшается суммарное сопротивление параллельного соединения указанной цепи и резистора 4, что обеспечивает появление и рост дополнительной составляющей тока через стабилитрон 7 и вход транзистора 17, которая суммируясь с приращением выпрямленного тока датчика входного тока быстро вводит транзистор 17 в режим насьицения, что обеспечивает и насыщение транзистора 13.

Таким образом, начиная с момента насыщения транзистора 13, напряжение на резисторе 5, обеспечивающее пробой стабилитрона 7 и насыщение транзистора 17, создается током, протекающим по цепи, состоящей из клеммы 1, диода 16, транзистора 13, резистора 14, резистора 5 и общего вывода 6, а в паузах выпрямленного тока датчика входного тока — за счет запасенной энергии конденсатора 15 по участку этой же цепи. В установившемся режиме, когда транзистор 13 насыщен, выпрямленный ток датчика

t входного тока, при котором его составляющая еще создает на резисторе 5 напряжение, обеспечивающее пробой стабилитрона 7 и насыщение транзистора 17, тем меньше тока уставки, задаваемое резистором 3 для момента переключения устройства, т.е. момента начала открывания транзистора 13, чем меньше сопротивление резистора 14 в сравнении с резистором 4.

Отсюда следует, что варьируя сопротивлением

l резистора 14, можно изменять ток уставки возврата устройства, т.е. выбирать необходи630 8

Таким образом, использование дополнитель. ной цепи управления полупроводниковым реле через нелинейный элемент блока управления и дополнительного нелинейного элемента блока управления, подключаемого выходом к входу полупроводникового реле, значительно упрощает принципиальную схему устройства, что, тем самым, повышает надежность КПД.

Устройство для защиты электроустановки от перегрузки, содержащее включенный между

15 клеммой для подключения датчика входного сигнала и общим выводом токозадающий переменный резистор, параллельно которому

-. включен делитель напряжения на двух резисторах, средняя точка которого соединена с

20 первым выводом стабилитрона, выходной орган, выполненный на двух транзисторах, конденсатор, два диода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы и повышения КПД, введен дополнитель25 ный нелинейный элемент, выполненным на обращенном диоде, подключенном одновременно через первый резистор параллельно базаэмиттерному переходу первого транзистора выходного органа и через второй резистор ко

30 второму выводу стабилитрона, соединенному с общим выводом через третий резистор, при этом первый вывод стабилитрона подключен через дополнительно введенный переменный резистор к коллектору второго транзистора выходного органа, эмиттер которого через первый диод соединен с клеммой для подключения датчика входного сигнала и через конденсатор с общим выводом, причем база второго транзистора подключена через резистор к коллектору первого транзистора выходного органа, соединенному через второй диод с выходной клеммой.

Источники информации, прийятые во внимание при экспертизе

1. Грейвулие А. П. и др. Полупроводниковые реле тока и напряжения. М., "Энергия", 1970, т с. 38, рис. 19.

2. Федосеев А. М. Релейная защита электрических систем. М., "Энергия", 1976, с. 119, 5п рис, 2 — 52.

3. Труды ВНИИэлектроаппарат, Выпуск 2, Низковольтное электроаппаратостроение. M., "Энергия", 1970, с. 17 — 22, рис. 1.

7 748

Резистор 19 выбирается исходя из условий I насыщения транзистора 13. В режиме работы устройства, когда транзисторы 13 и 17 насыщены, выходной вывод 21 шунтирует через диод 20 и транзистор 17 входную цепь на. грузки, подключенную к нему, изменяя режим работ этой нагрузки, Процесс возврата устройства происходит в обратном порядке. При уменьшении выпрямленного тока датчика входl0 ного GHrHaJla уменьшается базовыи ток транзистора 17. Когда выпрямленный ток датчика входного сигнала достигает тока уставки, оп- . ределяемого резистором 14, обращенный диод

11 выходит вновь на первый участок характеристики 4=% (U) на котором падение напряжения на обращенном диоде 11 значительно меньше напряжения для поддержания транзистора 17 в открытом состоянии, и он закрывается, В результате обрывается цепь базы транзистора 13, последний также закрывается.

Суммарное сопротивление участка дополнительной цепи управления, состоящего из диода

16, транзистора 13 и резистора 14, становится намного больше сопротивления резистора 4 и не влияет на работу устройства после момента его возврата. Вследствие этого напряжение на резисторе 5 меньше напряжения пробоя стабилитрона 7, через который протекает, начиная с этого момента, толька незначительный ток утечки, часть которого, протекающая через резистор 10, полностью ответвляется в обращенный диод 11.

Цепь, состоящая из клеммы 1, диода 16, транзистора 13, резистора 14, стабилитрона 7, резисторов 10 и 18, входа транзистора 17 и общего вывода 6, отличительными элементами которой являются диод 16, транзистор 13 и резистор 14, не влияющие на процессы в устройстве до его срабатывания и после возврата и определяющие режим работы указанного устройства после момента срабатывания и до его возврата, можно именовать как дополнительную цепь управления полупроводниковым реле через нелинейный элемент блока управления„отличительные элементы которой обеспечивают эффект положительной обратной связи в моменты срабатывания и возврата ус ройства. Поэтому время срабатывания и возврата устройства незначительно. Кроме того, эти процессы ускоряются за счет незначительного отрицательного сопротивления обращенного диода 11 на втором участке его характе ристики.

Формула изобретения

748630

:Составитель Л. Васькова

Техред Ж. Кастелевич

Корректор М. Коста

Редактор С. Лыжова

Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4378/16

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул; Проектная, 4