Устройство для защиты сети постоянного тока от токов короткого замыкания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Своз Советскик

Социалистических

Республик (1792420 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 181278 (21) 2698424/24-07 с присоединением заявки ¹ 2752269/07 (23) Приоритет

Опубликовано 30.1280. Бюллетень №

Дата опубликования описания 10 . 01. 81 (51)М Клз

Н 02 Н 3/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621, 316. . 925 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю.Л.Беньяш и В.Н.Пупынин (71) 3 а яв ител ь

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТ61 СЕТИ ПОСТОЯННОГО

ТОКА ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для защиты сетей постоянного тока от токов короткого замыкания и может быть использовано для защиты тяговых сетей постоянного тока, электроприводов прокатных станов и т. п.

Известны устройства для защиты сети постоянного тока, содержащие интегрирующее звено с большой постоянной времени и компаратор, которые реагируют на импульс (приращение) тока f13.

Наиболее блйзким к описываемому устройству по технической сущности является устройство, содержащее ин тегрирующее звено с большой постоянной времени, подключенное к датчику скорости тока, включенным в защищаемую сеть и, компаратор, соединенный с исполнительным органом, однако известное устройство не обеспечивает необходимой быстроты отключения, особенно при сопровождающихся большой постоянной времени приращениях тока короткого замыкания, кроме того, оно может ложно срабатывать при наличии в контролируемом токе гармонических составляющих . 23, Целью настоящего изобретения является повышение быстродействия устройства защиты и повышение надежности, путем исключения гармонических составляющих контролируемого тока.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для защиты сети постоянного тока дополнительно снабжено дифференциатором контролируемого тока, включенным в защищаемую сеть, промежуточным дифференциатором и сумматором, выход которого подключен к упомянутому компаратору, один вход сумматора подключен к дифференциатору контролируемого тока, а другой вход через промежуточный дифференциатор подключен к выходу упомянутого интегрирую-. щего звена.

Такое устройство позволяет уже в бамом начале изменения тока получить величину Ъ62 пропорциональную ожидаемому приращению тока, чем дос25 тигается высокое быстродействие устройства для защиты от токов короткого замыкания. Получение величины Аа,3. оказывается возможным благодаря следующим преобразованиям входных сиг30 налов

792420

Выходной сигнал Х устройства для защиты, содержащего интегрирующее звено с большой постоянной времени, изменяется следующим образом:

КТ2 -Ф х=т.„(е -е ),(q)

2. 1 где К - коэффициент пропорциональности; постоянная времени интегрирующего звена; постоянная времени приращения тока; величина приращения ,тока; — текущее время.

При дифференциировании этого сигнала, на выходе дифференциатора появится сигнал Х, изменяющийся во времени согласно следующему выражению

20 т

« 6

КЕ . 40

Отсюда найдем величину 4 «Тпропорциональную Ь 1, которую и обозначим как ЬЬ Э . Таким образом: лдпя= ьэ — В . -х=(к -х ) (4)

Из (4) видно что если в самом начале изменения тока при t = 0 получить величины К1 и х и вычесть иэ пер1 вой величины вторую, то получим величину 50

К (о) Т2 пропорциональную ожидаемому приращению тока. Если ожидаемое приращение тока велико и очевидно соответствует начавшемуся короткому замыканию, то можно, используя величину ДЬ ц,отключить сеть, не ожидая развития процесса короткого замыкания и свя. ° занных с ним повреждений. Очевидно, щ для этого пороговому устройству защиты, на которое поступает входная величина ЬЬ 1, следует дать уставку

К д ч ч )

КТ Ь.3 -С Кь ф — е - — е z(g)

= Т-т т т;т„

При Т »Ту величиной 7 в раз25

1 ности à — Т„ можно пренебречь.

1. 1 А1

Если учесть, что отношение — если величина производной контролируемого тока в момент начала изменения г g тока, то есть при t = 0 — < 1 )e можно видеть, что первый член правой части выражения (2) представляет собой произведение постоянного коэффициента К на текущую величину производной тока 1 . Тогда вместо (2) 35 можно записать следующее соотношение:

К б х =к1 дэба (3) и требовать отключения линии, если удовлетворяется соотношение

1 л3 лдпя (7)

J где d J — величина устанки по при-

Y ращению тока в защищаемой линии.

На основании условия срабатывания (7) и выражения (4) определено выражение для неравенства, решаемого уст. ройством защиты в целом:

ДИ вЂ” Т. ЙК1"-X ) (8)

3 Ь

Указанная н этой формуле величина

Х получается путем дифференцирования сигнала получаемого на выходе ин/ тегрируемого звена с большой постоянной времени Т промежуточным дифференциатором, а величина 1 — не Г посредственным дифференцированием то. ка защищаемого цепи дифференциатором контролируемого тока. Вычитание

I из ki производится сумматором.

Сигнал на его выходе сравнивается с помощью компаратора с величиной уставки Ь1 или A, по току защищаемои линии, умноженной на постоянный коэффициент.

Затухание величины (К;- М ) в праной части (8) в соответствии с (4) происходит с постоянной времени Ò .

Величина ее у устройств по прототипу принимается порядка секунды, поэтому затухание достаточно медленное, что позволяет не выдвигать к компаратору особых требований по быстродействию.

При этом в сигнале, поступающем на компаратор,отсутствуют гармонические составляющие °

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 приведены криные изменения сигналов в данном устройстве; на фиг. 3 приведен пример выполнения устройства, содержащего интегрирующее звено с большой постоянной времени.

Устройство для защиты содержит интегрирующее звено с большой посто яннай времени 1, промежуточный дифференциатор 2, дифференциатор контролируемого тока 3, сумматор 4 и ком паратор 5.

При появлении аварийного режима, контролируемый ток начинает увеличиваться, его увеличение характеризуется приращением тока d J с постоянной времени Т(. При увеличении тока, на входе устройстна появляется сигнал — Х, поступающий в промежуточный дифференциатор 2. Сигнал на выходе промежуточного дифференциатора, предстанляющий собой производную сигнала Х, поступает на один вход сумматора 4 ° Одновременно с этим, при увеличении тока, на выходе днфференциатора контролируемого тока 3 появляется сигнал, предстанляющий собой производную контролируемого тока

792420 минимальную частоту гармонической составляющей контролируемого тока примем равной 50 Гц, тогда очевидно что. L>) R

Поэтому величину К н выражении (11) можно пренебречь по сравнению с величиной (оэ).)< и, кроме того можно считать. что со А 11 сц сС а

Тогда ток i запишем так м

Ь 4 А

Напряжение на резисторе R будет равно

М6

U = ) k3 Sinmt, (13) Сигнал на выходе промежуточного дифференциатора 2, равный производной величины, определяемый согласно выражению (13), с учетом соотношения

4 @ = Т1 выразится так: м

U =< „.-,С«) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Сигнал на выходе дифференциатора контролируемого тока 3, будет равен

Сигнал на выходе сумматора 4 равен разности величин, определяемых по выражениям (14) и (15) ц =М3 -юсова,(ю) 60 (4) — величина сигнала гармонической составляющей на выходе дифференциатора б;

М - величина вэаимоиндукции диф, ференциатора б. 65 где (. . Этот сигнал. подают на второй вход сумматора, причем выбором соответствующего масштаба яа входе увеличивают его в К раз.

Полярность сигналов сумматора 4 задают такую, что сумматор производит вычитание сигналов на его входах.

Сигнал на выходе сумматора 4 соответствует величине (К - Х ), пропорциональной Ь 3 и затухает с постоянной времени Т1 .

Этот сигнал поступает на компаратор 5. При превышении величиной это-, го сигнала величины уставки 4 ( умноженной на коэффициент К/-г, на . выходе компаратора 5 появляется сигнал, приводящий к срабатыванию ис- 15 полнительного органа и отключению выключателя защищаемой линии.

Компаратор срабатывает в первый момент появления приращения тока, так как в соответствии с (.4), максималь- Щ ная величина сигнала, соответствующего приращению тока, появляется в начале изменения тока

На фиг. 2 кривая б показывает изменение во времени величины контролируемого тока ; кривая 7 — изменение во времени величины сигнала

Х на выходе устройства для защиты, содержащего интегрирующее звено с большой постоянной времени; кривая

8 — изменение во времени производной величины на выходе промежуточного дифференциатора 2; кривая 9 — изме- . нение во времени величины производной контролируемого тока на выходе дифференциатора 3, криная 10 — величину (Ki " Х ), выделенную устройством пропорциональную ЬЗ, отрезок

11 — время достижения величиной Х максимального значения, т. е. время срабатывания устройства по прототипу. 40

Теперь, используя метод наложения, рассмотрим работу данного устройства сначала при наличии только гармонической составляющей с частотой затем при наличии аварийного режима, не сопровождающегося гармоническими составляющими.

Гармоническая составляющая в контролируемом токе 1 характеризует, ся амплитудоя 3 A и частотой ы

50 = 3„упи)4 (9) Сигнал на выходе дифференциатора контролируемого тока, входящего в 55 устройство, пропорционален производной тока

Ток iy протекающий по интегрирующему звену и вызванный гармоническими составляющими, будет равен м з, m сов(шт,+arch/ («)

Ь 2(ЮЕУ

<.О

При постоянной времени )1, порядка 0,3 с, или большей, принимаемой обычно для устройств защиты по прототипу, величина индуктинности ) выразится через неличину сопротивления так

) = 03R ц =М жсози А (1Ю) Мб

U<.=(K ò -М о соъА 0 ) При соотношении между величинами взаимоиндуктинностей, описываемому так: Ц = М Т1 /<,. выходной сигнал будет равен ну по, то есть будет содержать гармонических составляющих.

При появлении приращения тока, ток, протекающий по интегрирующему

792420 звену 1 изменяется следующим об e1 разом: !ь

- — ь — Ce -е ") !7,)

8е К Т-Г

С где J — постоянная времени интегрирующего звена; постоянная времени приращения тока; дТ вЂ” величина приращения тока; текущее время: величина сопротивления резистора интегрирующего звена.

Напряжение на резисторе k, на основании (9), будет равно:

-С . -й ц„,= т»". (е -е ) C78) с

Сигнал на выходе промежуточного дифференциатора, равный производной величины, определяемой согласно выражению (18), выразится так

М лЭ - Ь д

4 С С

При соблюдении условия Т ) 1с выражение 19 преобразуется так

M ЛJ -„- М,,Ь о =к — — а" к — — г (zo) т„ т, т, т

Сигнал на выходе дифференциатора контролируемого тока 3 определяется так

-Ф

u =v е .(2f)

3С 3 Т

Сигнал на выходе сумматора 4 ра вен разности выражений (20) и (21), и при соблюдении приведенного выше соотношения М < = M) Tj / К, определится так

M л и =К вЂ” д Е,сг2

+С CT ) то есть этот сигнал пропорционален приращению тока.

И в то же время, в этом сигнале, согласно (15), нет гармонических со.ставляющих.

Повышение быстродействия и чувствительности защиты с помощью предлагаемого устройства позволяет уменьщить аварийные токи, протекающие по оборудованию сетей постоянного тока, () в частности увеличивает ресурс и токоограничивающую способность быстродействующих выключателей постоянного тока, что повышает надежность работы системы электроснабжения постоянного !

5 тока.

Формула изобретения

Устройство для защиты сети постоянного тока от токов короткого замыкания, содержащее интегрирующее звено с большой постоянной времени, подключенное к датчику скорости тока, включенным в защищаемую сеть,и компаратор, соединенный с исполнительным элементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, путем исключения гармонических составляющих конт- ролируемого тока, оно дополнительно снабжено дифференциатором контролируемого тока, включенным,в защищаемую сеть, промежуточным дифференциатором и сумматором, выход которого подключен к упомянутому компаратору, один вход сумматора подключен к дифференциатору контролируемого тока., а другой вход через промежуточный дифференциатор подключен к выходу УПомянутого интегрирующего звена.

4Q Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Л 229571, кл. H 02 H 3/08, 1974.

2. Кучма К.Г. и др. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети. M. Трансжелдориздат, 1960, 7 с. 185.

792420 а,Уt тд

IPvt. Я

Составитель Т.Цеголькова

Редактор Л.Гольдина Техред М.Табакович Корректор Л.Иван

Заказ 9592 7 Тираж 7 3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,