Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п>792397 (63) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 08. 12. 78 (2! ) 2693875/24-07 с присоединением заявки ¹ —, (23) Приоритет

Опубликовано 301280, Бюллетень № 48 (51}РА. Кл.З

Н 02 Н 3/00

Н 02 Н 7/09

G 01 R 31/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

{53) УДК 621. 316. .925(088.8) Дата опубликования описания 30. 12. 80 (72) Авторы изобретения

P. A. Нелегин и Б. В. Юхтанов

Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный. институт (7t) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к системам автоматического управления, а именно к информационно-измерительным устройствам, осуществляющим непрерывный процесс автоматического контроля и защиты многофазных систем.

Известны устройства и сгособы защиты многофаэных систем переменного тока, работающие на принципе сравнения величин Напряжений или токов !О в фазах.

Устройство для обнаружения обрыва фазы (1), содержащее цепи иэ последовательно соединенных измерителей тока с различными уставками, подключенными параллельно фазам питающей линии, отличающееся тем, что с целью обнаружения обрыва фазы в труд-. нодоступном потребителе, цепи одной стороной подключены ко входу потре- 20 бителя, а другой к соответствующим фазам источника питания. Измерителями тока в устройстве являются чувствительные токовые реле и предохранители, которые попарно и параллель- 25 но включены в каждую иэ фаэ контролируемой системы. Между собой токовые реле и предохранитель соединены последовательно и при помощи проводников включены параллельно про- gg воду соответствующей линии фазы на его концах у потребителя и источника.

Наиболее близким к описываемому является устройство защиты (2), определяющее перегорание одного или нескольких плавких предохранителей, встроенных в фазы контролируемой системы.. Известное устройство защиты содержит токовые трансформаторы, выпрямительные мосты и блоки, вырабатывающие сигналы функции фазных токов или напряжений.

Основным недостатком известного устройства защиты является необходимость перестройки схемы устройства при изменении включения нагрузки контролируемой трехфазной системы переменного тока. Кроме того, в зависимости от мест включения нагрузок по токовым трансформаторам будут протекать различные токи, что приведет.к перегоранию предохранителей, при этом устройство защиты не срабатывает.

Цель изобретения — повышение надежности и растаирение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты

792397 трехфазной системы переменного то ка, содержащее Фазные трансформаторы, первичные обмотки которых включены н контролирующую систему, выпрямители, логические элементы НЕ, логический элемент И и индикаторный элемент подключенный к исполнительному органу, снабжено трехфазным фазасднигающим блоком, с ротором .и статором фазовым детектором при этом вторичные обмотки трансформаторов с разным количеством витков, соединены между собой и подключены ко входам обмоток статора трехфазного фазосдвигающего блока,две иэ которых подключены к двух входам фазового детектора, а к двум другим его входам подключены выходы обмоток ротора фазосдвигающего блока, выходы фазового детектора соединены с двумя входами инцикаторнога элемента, на третий вход которого подключен выход логического элемента И входы которой параллельно через ло.гические элементы И соединены с выходами выпрямителзй, включенных в контролируемую систему.

На чертеже изображена схема устройства защиты.

Устройство содержит три фазовых трансформатора 1-3, первичные обмотки которых включены в Фазы А, В, С трехфазной системь1 переменного тока . Вторичные обмотки трансформаторов, отличающиеся друг от. друга количеством витков, соединены сноими началами па схеме звезда в точке 4, а концами соединены соответственно с точками 5-7 статора фазосдвигающего блока 8. Фазосднигающий блок состоит из статора

9 и ротора 10, которые имеют трехфазные обмотки, соединенные по схеме звезда в точке 4 и 11 соответст-. венна. Ротор с Фазными обмотками может разворачиваться на любой угол по отношению к статорным обмоткам.

Между началами фазных обмоток статора 9 включены резисторы 12-14, а у обмоток ротора 10 включены резисторы

15-17 . Начала 6 и 7 фазных обмоток статора 9 подключены на одни входы фазового детектора 18, на другие входы которого подключены начала фазовых обмоток 19 и 20 ротора 10.

Выходы фазового детектора 18 подключены на два входа индикаторного элемента 21, на другой вход которого подключен выход логического элемента И 22. Ка входам элемента 22 подключены параллельно выходы трех логических элементов НЕ 23-25 .. Ко входу элемента 23 подключен выход выпрямителя 26, включенного в фазу

A контролируемой системы. Ко входу элемента 24 подключен выход выпрямителя 27, включенного в фазу B контролируемой системы. Ко входу элемента 25 подключен выход ныпрямителя 28, включенного в фазу С контролируемой системы. Ка входам исполнительного органа 29 подключены все выходы индикаторного элемента 21.

Работа устройства защиты.

При нормальной работе контролируемой системы переменного тока со вторичных обмоток Фазовых трансформаторов 1-3, соединенных между собой по схеме звезда, снимаются напряжения, сдвинутые по фазе на 120© относительно друг друга. Эти напряжения поступают в фазосдвигающий блок

8 на соответствующие Фазы 5, 6 и 7 обмотах статора, соединенных по схе35 ме звезда. При этом с трехфазнай ротарной обмотки снимаются напряжения, о смещенные на угол 90 относительно напряжений статора. Указанное смещение достигается путем разворота

20 ротора 10 относительно статара 9 на угол 90О. Трехфазный фазосдвигающий блох 8 является электрической машиной с трехфазным статаром 9 и ротором 10. При подаче трехфазного

25 напряжения на статор возникает вращающееся электромагнитное поле, которое, пересекая фазные обмотки ротора, индуктирует н них напряжения, сдвинутые на 120 относительно друг друга. В связи с этим напряжением в соответственных друг другу .. Фазах статора и ротора будут сдвинуты на угол, равный 90, т.е. смещение будет соответствовать углу поворота ротора относительно статора. Линей35 ное напряжение ме,у фазами статора

U c > подается на один из входов фазового детектора 18, на другой вход которого подается линейное напряжение U>> c,снимаемое с соответ40 ственных фазных обмоток ротора. Эти линейные напряжения также смещены между собой по фазе на 90 . В резульо тате имеем математическую зависимость:

45 х Uac® т> >> с (19,20> о 0 где U . > U< << О, — линейные напряжеBc ь, ) > ьс М, о> ния на входах детектора;

Ч вЂ” угол сдвига фаз между входными

50 напряжениями детектора.

При нормальной работе трехфазной контролируемой системы напряжение на выходе Фазового детектора 18 будет отсутствовать, т.к. cos 90 = О. о

В случае же выхода из строя контролируемой системы из-за короткого замыкания или обрыва фазы блок 8 превращается в обычный трансформатор, у которого входное и выходное напряжения совпадают по фазе, так как вместо вращающегося электромагнитного. поля появляется некоторый магнитный поток; изменяющийся в соответствии с изменением переменного

792397

d0 тока. Этот поток наводит ЭДС в роторных обмотк ах, в которых напряжения не имеют фазовых смещений. В результате этого напряжения между соответствующими входными клеммами статора и ротора будут находиться в фазе. Выходные линейные напряжения фазосдвигающего блока 8 поступают на входы фазового детектора

18, образуя на его выходе напряжение. Это выходное напряжение через индикаторный элемент 21, служащий для своевременной сигнализации аварийного состояния контролируемой системы, оступает на исполнительный орган 29, служащий для выработки сигнала резервирования или защиты контролируемой системы.

В случае обрыва или короткого замыкания одновременно всех фаз контролируемой системы на выходах выпрямителей 26 сигналы отсутствуют. Это приводит к тому, что логические элементы: HE 23-25 выдают выходные сигналы, которые поступают на элемент

И 22, с выхода которого сигнал через индикаторный элемент 21 поступает на вход исполнительного органа

29, в результате чего происходит своевременная защита вышедшей из строя контролируемой системы.

Рассмотрим работу устройства защиты при различных случаях аварийного состояния трехфазной системы переменного тока.

1. Короткое замыкание или обрыв одной из фаз.

При коротком замыкании одной из фаз, например фазы В, напряжения в двух других Фазах А,С системы совпадут по фазе,а напряжения,снимаемые со вторичных обмоток фазных трансформаторов 1 и 3 будут отличаться по величине и находиться в противофазе. В результате появления разностного напряжения будет происходить обтекание фаз токами по закону Кирхгофа,и в каждой из обмоток статора 9 будет создаваться свой магнитный поток. Эти потоки образуют результирующий магнитный поток статора, который, воздействуя на обмотки ротора 10, будет наводить.в каждый иэ них разные по величине, но одинаковые по фазе ЭДС. Сдвига по фазе между соответственными обмоточными напряжениями статора и ротора не будет, .поэтому входные напряжения фазового детектора 18 также будут находиться в фазе с напряжениями статора и ротора. B результате на выходе детектора 18 появится напРяжение, Равное НВы = вс(е,v> "ac, (ß Þ так как cos 0 = 1.. Напряжение Нвь,„ является сигнальным для срабатывания индикаторного элемента 21 и исполнительного органа 29.

2. Короткое замыкание или обрыв двух фаэ.

35 га

В случае замылания между собой двух фаз (В, С) контролируемой системы токи в первичных обмотках трансформаторов 3, 2 будут протекать в одном направлении, а в первичной обмотке трансформатора 1 — в обратном направлении. В связи с этим во вторичных обмотках трансформаторов 1-3 появятся разностные напряжения, что приводит к появлению соответствующих разностных токов обтекания. Эти токи будут проходить по обмоткам статора 9, создавая неподвижный поток переменной величины. Последующее получение в фазосдвигающем блоке 8 сигнального напряжения, его прохождение, срабатывания индикаторного элемента 21 и исполнительного органа 29 происходят аналогично изложенному выше.

3. Короткое замыкание или обрыв трех фаз.

В этом случае происходит обесточивание первичных обмоток трансформаторов 1-3, в результате чего сигналы на фазовый детектор не поступают. В то же время происходит обесточивание выпрямителей 26-28, на выходах которых сигнальные напряжения будут отсутствовать . Это приводит к тому, что соответствующие элементы HE 23-25 выдают сигнальные напряжения на элементы 22, который выдает сигнальное напряжение на индикаторный элемент 21 и вызывает срабатывание исполнительного органа 29.

Использование данного устройства по сравнению с аналогами и прототипом позволяет расширить функциональные возможности устройства защиты, так как измеряемая и передаваемая им информация о коротком замыкании или обрыве фаз в конт" ролируемой системе не зависит от мест включения, числа и вида нагрузок; повысить надежность контроля, так как составные элементы устройства защиты обеспечивают обязательное срабатывание устройства при всех случаях аварийного состояния контролируемой,системы обеспечить универсальность в работе, так как схема устройства защиты не требует своей перестройки; осуществлять защиту и резервирование контролируемой системы, а не только своевременную информацию и сигнализацию о аварийном ее состоянии осуществлять непрерывный контроль за состоянием контролируемой системы, имеющей различные места включения и виды нагрузок.

Формула изобретения

Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока, содер792397

Составитель Т..Шеголькова

Редактор Л. Гольдина Тех ед Н. Граб КорректорВ. Напп

Заказ 9590 55 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб. д, 4 5 филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жащее фазные трансформаторы, первичные обмотки которых включены в контролируемую систему, выпрямители, логические элементы НЕ, логический элемент И и индикаторный элемент, подключенный к исполнительному органу, отличающееся тем, 5 что,с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено трехфазным фазосдвигающим блоком с ротором и статором, фазовым детектором, при этом вторичные обмотки трансформаторов, с разным количеством витков, соединены между собой и подключены ко входам обмоток статора трехфазного фазосдвигающего блока, две из кото- 15 рых подключены к двум входам фазовоro детектора,.а к двум другим его входам подключены выходы обмоток ротора фазосдвигающего блока, выходы, фазового детектора соединены с двумя входами индикаторного элемента, третий вход которого подключен к выходу логического элемента И, выходы которого параллельно через логические элементы НЕ соединены с выходами выпрямителей, включенных в контролируемую систему.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 373815, кл. Н 03 Н 7/09, 1973.

2. Патент Великобритании

9 1302303, кл. Н 02 Н 3/00, Н 02 Н 3/08, Н 02 Н 7/09, 1943.

Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока Устройство для защиты трехфазной системы переменного тока 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проверки исправности вторичных цепей трансформаторов тока без отключения электрического присоединения
Наверх