Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОЬ ЕтИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз (. оветскки

Соцкалисткческкк

Республик (iii 748631 (61) Дополиительное к авт. свид-ву (22) Зая алеко 26.06.78 (21) 2635134/24 — 07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51) М. Кл.

Н 02 Н 3/08

Гасударственный комитет

СССР

rto Аеиаи изобретений и открытий

ОпУбликовано 15.07.80. Бюллетень ¹ 26 (53 ) УД К, 621316..925 (088.8) ° Дата опубликования описания 15,07.80 (72) Автор изобретения

В. Е. Чернохлебов (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ОТ ПЕРЕГРЕВА ТОКОМ

Изобретение относится к электротехнике

3 и предназначено для защиты от перегрева we- ментов электрооборудования.

Известно устройство защиты элементов электрооборудования от перегрева, действие которого основано на моделировании теплового состояния защищаемого элемента при помощи нелинейных элементов и конденсаторов. Это устройство содержит датчик тока, выход которого подключен к органу с зависимой выдержкой времени, состоящему из соединенных последовательно функционального преобразователя и емкостного накопителя, к которому подключен вход исполнительного элемента (1) Однако вследствие изменения сопротивления утечки накопительных ко|щенсаторов боль шой емкости и входного сопротивления полупроводникового порогового элемента в диапазоне температур окружающей среды от. — 60 до +60 С практически невозможно обеспечить надежное срабатывание защиты в зоне перегрузок (1,1 — 1,5) 3, а в зоне (1,5 — 2,5) Э„, устройство работает с недопустимой погрешностью. Особенно это относится к электродви2 ,гателям с большой постоянной времени (более

1000 с), В этом случае защита становится неработоспособной даже при кратностях перегрузки (2 — 2,5)2„По этой же причине в диапазоне температур окружающей среды от -60 до

+60 С также практически невозможно обеспечить надежную защиту электрооборудования в повторно-кратковременном режиме.

Для повышения надежности и стабильности устройств защиты при перегрузках, близких

10 к номинальному режиму в широком диапазоне температур, применяются счетные накопители на магнитных элементах и интегральных микросхемах, Наиболее близким к изобретению по техни15 ческой сущности является устройство дтй защиты элементов электрооборудования от перегрева, Содержащее датчик тока, вход которого подключен последовательно в цепь эащищаемо20 го элемента, а выход ко входу пускового органа и органа с зависимой от тока выдерж, кой времени, состоящего из функционального преобразователя, генератора импульсов и счетного накопителя, выполненного в виде асин8631 ляет частотой генератора 5 импульсов в определенной функциональной зависимости от тока

5 защищаемого элемента 2 и заполнения счетного накопителя 6 импульсов, состоящего из реверсивного счетчика 7 и дешифратора 8.

Для управления работой генератора 5 импульсов при отсутствии перегрузки служит цифроаналоговый преобразователь 9, разрешающий вход которого подключен к выходу инвертора 10, а управляющие входы — к выходам

11 и 12 дешифратора 8. Для управления ра15 ботой функционального преобразователя 4 тока в режиме перегрузки в зависимости от заполнения реверсивного счетчика 7 функцио..нальный преобразователь 4 тока снабжен дополнительными входами, соединенными с вы20 ходами 13 и 14 дешифратора. Выходы 11, 12 и 13, 14 определяют соответственно точность моделирования процессов охлаждения и нагрева защищаемого электрооборудования. Для фиксации момента заполнения реверсивного счетчика 7 служит исполнительный орган 15.

Источник 16 опорного напряжения подключен ко входу генератора 5 импульсов. Он же мо. жет быть источником питания всех элементов схемы. Логические элементы 17 и 18 И подключены соответственно к суммирующему и вы. читающему входам счетного накопителя импульсов.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания от источника 16 опорного напряжения реверсивный счетчик 7 устанавливается в нулевое положение. Соответственно от дешифратора 8 поступает сигнал

"нуль" на логический элемент 18 И. При отсутствии перегрузки в защищаемой цепи

40 пусковой орган 3 закрыт, на его выходе сигнал "нуль", а на выходе инвертора 10 "еди— ница". Генератор импульсов питается от источника 16 опорного напряжения. Опорное напряжение соответствует напряжению на выходе функционального преобразователя 4 в режиме работы зашиты на грани срабатывания.

Этому напряжению соответствует предельно

1 допустимый ток защищаемого элемента. Напряжение на выходе цифроаналогового преобразо50 вателя устанавливается s минимальное значение, т.е. опорное напряжение генератора им пульсов 5 минимально. Генератор 5 импульсов работает с частотой, соответствующей режиму работы защиты на грани срабатывания. Так как на входах логических элементов 17 и

18 И присутствуют "нули" с пускового органа 3 и дешифратора 8, то импульсы с генератора 5 на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 7 не проходят.

3 74 хронного двоичного счетчика, последний разряд которого подключен, ко входу исполнительного элемента, и источник оперативного питания (2).

Недостатком указайного устройства является то, что в нем не учитывается дополнительный нагрев защищаемого элемента, обусловленный повторно-кратковременным режимом рабопя, а это может привести в некоторых случаях к недопустимому перегреву защищаемого элемента.

11ель изобретения — повышение точности путем моделирования теплового процесса в защищаемом электрооборудовании.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты электрооборудования от перегрева током, содержащее включенный в цепи нагрузки датчик тока, подключенный фрез пусковой орган к первому входу логического элемента И, через функциональный преобразователь тока и генератор импульсов— ко второму входу логического элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу счетного накопителя импульсов с исполнительным органом на выходе, и источник опорного напряжения, подключенный ко входу указанного генератора импульсов, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные инвертор и логический элемент И, включенные между вы- ходом пускового органа и вычитающим входом счетного накопителя импульсов, причем второй вход дополнительного логического элемента И подключен к выходу генератора импульсов, а третий — к выходу младшего разряда счетного накопителя импульсов, разрешающий вход цифроаналогового преобразователя подключен к выходу инвертора, его дополнительные входы, число которых определено заданной точностью моделирования процесса охлаждения электрооборудования, под ключены к соответствующим разрядным выходам счетного накопителя импульсов, выход к дополнительному входу генератора импульсов, а дополнительные разрядные выходы счетного накопителя импульсов, число которых определено заданной точностью моделирования процесса нагрева электрооборудования подключены к дополнительным входам функционального преобразов ателя.

Счепый накопитель импульсов может быть выполнен в виде входного реверсивного счетчика, подключенного поразрядно к выходному дешифратору.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 — диаграммы напряжений на выходе счетного накопителя импульсов.

Устройство содержит датчик 1 тока, включенный в цепь защищаемого электрооборудова

4 ния 2. Выход датчика 1 тока подключен к пусковому органу 3, а также функциональному преобразователю 4 тока, который управПроцессы, происходящие в устройстве за щиты при повторно-кратковременном режиме, I ничем ие отличаются от рассмотренных выше

5 74863

При превышении тока в зашишаемой цепи - предельно допустимой величины напряжение на выходе датчика 1 тока превышает уровень срабатывания пускового органа 3, в результате чего на выходе логического элемента 17 И появляется сигнал "единица", а на выходе инвертора 10 — сигнал "нуль". Через логический элемент 17 И импульсы с генератора 5 начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 7. Так как на выходе 1ð инвертора 10 позволяется сигнал "нуль", то запрещено управление цифроаналоговым преобразователем от дешифратора 8, и он продолжает работать с минимальным опорным напряжением. Напряжение на выходе функциональ-1s ного преобразователя 4 тока превышает уровень источника 16 опорного напряжения. Следовательно, частота работы генератора 5 импульсов теперь зависит только от выходного напряжения функционального преобразователя щ

4 тока.

На фиг. 2 (кривая 1) показан процесс заполнения реверсивного счетчика 7 при кратности перегрузки порядка 1,41„(пунктиром показаны кривые нагрева и охлаждения защищаемого объекта) . Максимальное,заполнение счетного накопителя 6 импульсов (Q соответствует предельному перегреву, при котором необходимо отключение электрооборудования 2. На диаграмме фиг. 2 максимальное 3п заполнение счетного накопителя 6 импульсов обозначено („, „. что соответствует появлению сигнала на входе исполнительного органа 15.

Подобным образом обозначены и остальные уровни заполнения реверсивного счетчика 7. 35

Заполнение счетного накопителя 6 импульсов при постоянной частоте генератора 5 импульсов может идти только по прямой, а нагрев защищаемого элемента происходит по экспоненте. Для максимального приближения кривой,ц1 заполнения реверсивного счетчика 7 к кривой перегрева — заполнение идет с переменной скоростью. При появлении сигнала на выходе

13 дешифратора 8 на вход функционального преобразователя 4 поступает сигнал на уменьшение частоты генератора 5, а следовательно, и скорости заполнения в соответствии с новой ступенью аппроксимации. При появлении сигнала на шине 14 дешифратора 8 поступает сигнал на следующее уменьшение скорости заполнения. При достижении счетным накопителем предельного заполнения С1,,,с,.„(момент

), соответствующего перегреву, при котором должно произойти отключение защин(аемого элемента, на входе исполнительного органа 15 появляется отключающий сигнал от дешифратора 8. В этот момент напряжение .. на выходе датчика 1 тока, а следовательно, и функционального преобразователя 4 становит1 6 ся равным нулю, и генератор 5 получает питание от источника 16 опорного напряжения.

Так как ток в защищаемой цепи прекращается, пусковой орган 3 переходит в состояние "нуль",. логический элемент 17 И закрывается, на выходе инвертора 10 появляется сигнал "единица", а так как счетчик заполнен, то на выходе младшего разряда дешифратора 8 также "единица". Таким образом, логический элемент

18 И оказывается открытым для импульсов с генератора 5 импульсов, которые поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 7.

Одновременно на входе цифроаналогового преобразователя 9 появляется сигнал "единица", разрешающий его управление от дешифратора 8. На участкеg 9 „опорное напряжение генератора импульсов с выхода преобразователя 9 остается таким же, что и при прямом счете. Реверсивный счетчик 7 сбрасывает информацию со скоростью аппроксимированной кривой охлаждения защищаемого объекта, который предварительно нагрет до предельно допустимой температуры. При достижении определенного кода на выходе 11 дешифратора 8 появляется сигнал, увеличивающий опорное напряжение генератора 5, н, тем самым, уменьшающий частоту вычитания. Точно также этот процесс идет на участке 0, -Q<> а затем и 42 4,1в . Появление сигнала нуль на. выходе младшего разряда дешифратора 8 соответствует моменту, когда заполнение счетчика 7 оказывается равным нулю, логический элемент 18 И закрывается и импульсы на вычитающий вход счетчика 7 не поступают. Таким образом, с определенной степенью точности, зависящей от количества ступеней аппроксимации, поделируется как процесс нагрева, так и охлаждения защищаемого элемента. Практически для кривой охлаждения достаточно три-четыре ступени аппроксима. ции. Для кривой нагрева действие ступеней аппроксимации наиболее существенно для кратности тока перегрузки ниже 1,7.1 . При дальнейшем увеличении перегрузки кривую нагрева можно аппроксимировать одной прямой. Функциональный преобразователь 4 должен быть рассчитан так, чтобы при увеличсйии напряжения с датчика 1 тока действие цепей аппроксимации ослаблялось. Кривая 2 иллюстрирует работу устройства в повторно-кратковременном режиме при той же перегрузке.

Во время цикла t p происходит заполнение счетного накопителя импульсов 6 (нагрев), а во время, — вычитание накопленной информации (охлаждение), 7 7486 процессов при однократном нагреве и охлаждении.

Использование изобретения позволяет уменьшить ущерб от повреждения элементов электрооборудования.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током, содержащее включенный в цепи нагрузки датчик тока, подключенный через пусковой орган к первому входу логического элемента И, а также через функциональный преобразователь тока и генератор импульсов — ко второму входу логического элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу счетного накопителя импульсов с Исполнительным органом на выходе, и источник опорного напряжения, подключенный ко входу укаэанного генератора импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем моделирования теплового процесса в защищаемом электрооборудовании, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные инвертор и логический элемент И, включенные между выходом пускового органа и вычитающим входом счет ного накопителя импульсов, причем второй

31 .. 8 вход дополнительного логического элемента И подключен к выходу генератора импульсов, а третий — к выходу младшего разряда счетного накопителя импульсов, разрешающий вход цифроаналогового преобразователя подключен к выходу инвертора, дополнительйые входы, число которых определено заданной точностью моделирования процесса охлаждения электрооборудования, подключены к соответствующим разрядным выходам счетного накопителя импульсов, а выход — к дополнительному входу генератора импульсов, причем дополнительные разрядные выходы счетного накопителя импульсов, число которых определено заданной. точностью моделирования процесса нагрева электрооборудования, подключены к дополнительным входам функционального преобразо..вателя.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что счетный накопитель импульсов выполнен в виде входного реверсивного счетчика, подключенного поразрядно к выходному дешифратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 233052, кл. Н 02 Н 3/08, 05.09.67, 2, Иванов Г. В, Реле защиты от перегрузки со счетным накопителем. Известия ВУЗов, сер. "Электромеханика", 1972, Р S,c.530 — 533,