Устройство для защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах и обратного чередования фаз

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение надежности защиты при обрыве питающей фазы при групповой работе по крайней мере двух трехфазных потребителей . Устройство содержит токовый аналог 7 нагрузки, присоединяемый к сети через трансформаторы 1-3 тока, фазочувствительный блок 8, переключатель 9, пороговый блок 10, блоки 15 преобразования серии импульсов, блок 20 индикации и исполнительный элемент 21. Повьппение надежности защиты достигается введением блока 13 совмещения импульса, блока 14 формирования импульсов двух логических элементов ЗИ 12 и 15, инвертор 17 и второго блока 16 преобразования импульсов . Блок 16 преобразования импульсов выполнен на пяти элементах ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах .. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. % (Л J - I I Ibfenputop rupfn/ufcp ruponpufop Ч1ч | MufaJium Hatfjijxu tuponputopof со 00 ГЧЭ N 4 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (И) (Çö4 Н02 Н 7 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 3734973/24-07 (22) 29.04.84 (46) 23.08.87. Бюл, М- 31 (72) Э.Г.Бут

"(53) 621. 316.925 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 836718, кл. Н 02 Н 7/09, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1124850, кл. Н 02 Н 7/08, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗА111ИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ОТ РАБОТЫ НА ДВУХ

ФАЗАХ И ОБРАТНОГО ЧЕРЕДОВАНИЯ ФАЗ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение надежности защиты при обрыве питающей фазы при групповой работе по крайней мере двух трехфазных потребителей. Устройство содержит токовый аналог 7 нагрузки, присоединяемый к сети через трансформаторы 1-3 тока, фазочувствительный блок 8, переключатель 9, пороговый блок 10, блоки

15 преобразования серии импульсов, блок 20 индикации и исполнительный элемент 21, Повышение надежности защиты достигается введением блока 13 совмещения импульса, блока 14 формирования импульсов двух логических элементов ЗИ 12 и 15, инвертор 17 и второго блока 16 преобразования импульсов. Блок 16 преобразования импульсов выполнен на пяти элементах

ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1332445 г

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для контроля и защиты трехфазной электроустановки от работы на двух фазах и обратного чередования фаз °

Цель изобретения — повьппение надежности защиты электроустановки при обрыве фазы питающего напряжения при групповой работе по крайней мере двух трехфазных потребителей.

На фиг. 1 изображена блочная схема предлагаемого устройства; на

Фиг ° 2 — схема блока совмещения импульсов; на фиг, 3 — схема блока формирования импульсов; на фиг. 4 — схема фазочувствительного блока; на фиг. 5 — схема первого и второго блоков преобразования, серии импульсов в постоянный логический уровень; на фиг, 6 и 7 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы блоков.

Устройство для защиты трехфазной электроустановки содержит вспомогательные трансформаторы 1-3 тока, входные трансформаторы 4 — 6 тока, токовый аналог 7 нагрузки,фазочувс твительный блок 8, переключатель 9, пороговый блок 10, первый блок 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, первый логический элемент ЗИ 12, блок 13 совмещения импульсов, блок 14 формирования импульсов, второй логический элемент ЗИ 15, второй блок 16 преобразо— вания серии импульсов в постоянный логический уровень, третий инвертор

17, второй инвертор 18, первый инвертор 19, блок 20 индикации, исполнительный элемент 2 1.

Первичные обмотки входных 4-6 и вспомогательных 1-3 трансформаторов тока одними выводами пофазно объединены между собой и подключены к питающей сети, а другими выводами подключены соответственно к защищаемой электроустановке и к аналогу нагрузки 7. Вторичные обмотки вспомогательных 1-3 и входных 4-6 трансформаторов тока через контакты переключателя 9 подключены к фазочувствительному блоку 8, выход которого подключен к управляющему входу переключателя 9

Выход фаэочувствительного блока 8 подключен к пороговому элементу 10, выход которого соединен с входом перного блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, выходы порогового элемента

10 и первого блока 11 преобразования подключены на вход первого логического элемента ЗИ 12.

Блок 13 совмещения импульсов подсоединен к вторичным обмоткам входных трансформаторов 4-6 тока, а выход блока 13 совмещения импульсов подключен к входу блока 14 формирования импульсов, выходы которого соединены с входами второго логического элемента ЗИ 15, а выход второго логического элемента ЗИ 15 соединен с входом второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, выход второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соединен с входом третьего инвертора 17 и блоком 20 индикации, выход порогового элемента 10 и первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень через второй инвертор 18 и первый инвертор 19 подключены к блоку 20 индикации. Выход третьего инвертора 17 подключен к третьему входу первого логического элемента ЗИ 12.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в питающую сеть через токовый аналог 7 нагрузки и вспомогательные трансформаторы 1-3 тока протекает ток, вспомогательными трансформаторами 1-3, вырабатываются импульсы, которые, пройдя через переключатель 9, попадают на соответствующие входы фазочувствительного блока 8, Включатель

22 при этом должен находиться во включенном состоянии, Если чередование фаз в питающей сети правильное,на выходе фаэочувствительного блока 8 (фиг, 4) имеется высокий логический уровень, котОрый поступает на вход порогового элемента 10, и с выхода последнего поступает единичный сигнал на первый блок 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень.

В результате единичный сигнал с выхода порогового элемента 10 поступает на один вход первого логического элемента ЗИ 12, а так как отсутствуют на входе первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, на второй вход первого логического элемента

133244

ЗИ 12 также поступает единичный сигнал, При групповой работе нескольких трехфазных потребителей, содержащих, например, гидродвигатели в электроустановках, при обрыве общей фазы недогруженный разогнанный гидродвигатель продолжает вращаться, íà оборванной фазе существует напряжение за счет генераторного эффекта разогнанного гидродвигателя, которое с двумя другими фазами образует несимметричную трехфазную систему напряжений.

Включение в фазы трехфазной пита10

15 ющей сети блока 13 совмещения импульсов (фиг, 2) позволяет при симметричной трехфазной системе напряжений подавать на вход блока 14 формирования импульсов одновременно три импульса. В блоке 14 формирования импульсов (фиг. 3) уменьшается дли20 тельность импульсов в каждой фазе, а затем импульсы без изменения фазы поступают на вход второго логического элемента ЗИ 15 тоже одновремен25 но, в результате чего при нормальной работе устройства с выхода второго логического элемента ЗИ 15 на вход второго. блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный уровень логический поступает последовательность импульсов, второй блок преобразования 16 серии импульсов в постоянный логический уровень через, третий инвертор 17 вьдает на вход первого логического элемента ЗИ 12 высокий логический уровень, а если на остальные два входа первого логического элемента ЗИ 12 поступают то же два высоких логических уровня, что соответствует тому, что через три фазы электроустановки протекает ток, чередование фаз трехфазовой пи30

40 ческий элемент ЗИ 12 через исполнительный элемент 21 подключает электроустановку к питающей сети °

Если трехфазная питающая сеть образует несимметричную трехфазную систему напряжений, с выхода блока 13 совмещения импульсов через блок 14 формирования импульсов на вход второго логического элемента ЗИ 15 не пос- 55 тупают одновременного три импульса, а,с выхода второго логического элемента ЗИ 15 вьдается низкий логический уровень. Низкий логический уротающей сети не обратное, первый логи- 45

4 вень поступает на вход второго олокв

16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, а с выхода второго блока 16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень на вход третьего инвертора 17 и блок 20 индикации поступает высокий логический уровень. В результате на третий вход первого логического элемента ЗИ 12 поступает с третьего инвертора 17 низкий логический уровень. Первый логический элемент ЗИ 12 отключает электроустановку от питающей сети, одновременно поступивший с выхода второго блока

16 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, высокий логический уровень в блоке 20 индикации сигнализирует об аварийном режиме.

Если чередование фаз питающей сети становится обратным, с выхода фазочувствительного блока 8 на выходе порогового элемента 10 формируется сигнал логического "0", а через второй инвертор 18 зажигается светодиод блока 20 индикации. На два входа первого логического элемента

ЗИ 12 поступает сигнал логического 0", первый логический элемент ЗИ

12 через исполнительный элемент 21 отключает электроустановку. С выхода фазочувствительного блока 8 формируется сигнал переключателю 9, который отключает входы фазочувствительного блока 8 от вторичных обмоток трансформаторов 4-6 тока и подключает их к вторичным обмоткам вспомогательных трансформаторов 1-3 тока. Так как чередование фаз питающей сети также обратное, электроустановка остается отключенной от питающей сети.

Если во время работы электроустановки происходит обрыв одной фазы, в которую включен выходной трансформатор 5, исполнительный элемент 2 1, аналогично случаю обратного чередования фаз, отключает электроустановку от питающей сети и формирует сигнал переключателю 9, который отключает входы фазочувствительного блока 8 от вторичных обмоток входных трансформаторов 4-6 и подключает их к вторичным обмоткам вспомогательных трансформаторов 1-3 тока.

Так как через аналог 7 нагрузки по всем трем фазам протекает ток, 13 происходит повторное подключение ьходных трансформаторов 1-3 к питающей сети и отключение их, если обрыв не устранен. В результате на выходе фазочувствительного блока 8 формируется периодический сигнал, который первым блоком 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень независимо от логического уровня на его входе, выдает на выходе постоянный нулевой логический сигнал. На вход первого логического элемента ЗИ 12 с выхода первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень поступает логический

"0" и исполнительный элемент 2 1 удеркпвает элеIcTроустановку отключенной и на нремя обрыва фазы в питающей сети. Одновременно в блок 20 индикации поступает единичный логический си пал с первого инвертора 19, на вход которого поступает нулевой логический сигнал с первого блока

11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень. Блок

20 индикации сигнализирует об обрыве фазы трехфазной питающей сети.

Пр;- необходимости включателем 22 можно вручную отключить электроустановку от питающей сети. В этом случае на один из входов фазочувствительного блока 8 сигнал с переключателя 9 не поступает. На выходе фазочувствительного блока 8 имеется низкий логический уровень, исполнительный элемент 21 отключает электроустановку °

Одним из примеров конкретного выполнения фазочувствительного блока 8 (фиг. 4) может быть выполнение его на RS- u IK-триггерах, выход триггера последовательно соединен через конденсатор с выпрямителем и усилителем, при этом выходные обмотки двух, например, вспомогательных трансформаторов 1 и 2 соединены с входами R u S КБ-триггера, выход которого присоединен к входу С IK-. триггера, а выходная обмотка третьего вспомогательного трансформатора

3 соединена одновременно с входами 1.К-триггера, выход которого через конденсатор соединен с выпрямителем и усилителем.

Рассмотрим сначала алгоритм работы

IK-триггера. Переход из одного сос32445 е тояния в другое происходит только в момент изменения потенциала на входе С положительного (единицы) в ноль, т,е ° задним фронтом, если во время

5 действия положительного потенциала на входе С приходит или есть положительный потенциал на информационных входах I и К, обуславливающий (подготавливающий) переход триггера в противоположное состояние.

Приход положительного импульса на вход I, когда есть положительный потенциал на входе С, подготавливает переход триггера в состояние "1" на выходе, приход положительного импульса на вход К подготавливает переход триггера в состояние 0" на выходе, приход положительных импульсов одновременно на входы 1 и К подготавливает переход триггера в противоположное состояние.

Приход импульсов в любой указанной комбинации на входы I n К при

25 нулевом потенциале на входе С не влияет на дальнейшее состояние триггера, т.е. в этом случае, как и в случае полного отсутствия импульсов на входах I и К, задний фронт импульса на входе М не переводит триггер в другое состояние.

Принцип работы RS-триггера заключается в том, что положительный импульс на входе R и нулевой потенциал

З5 на входе 8 переводит триггер в нулевое состояние, а положительный импульс на входе S и нулевой потенциал на входе К переводят триггер в единичное состояние (положительный

40 потенциал на выходе).

Принцип работы пиковых трансформаторов заключается в том, что при прохождении синусоидального тока через первичную обмотку на вторичной обмотке ноявляются импульсы напряжения в момент перехода тока фазы через ноль.

Пусть правильному чередованию фаз соответствует (фиг. 6) последовательное появление импульсов в выходных обмотках вспомогательных трансформаторов 1 — 3 (фиг. 6а-в) в порядке

А, В, С, и пусть в момент до t, IKтриггер находится в единичном состо55 янии, тогда после прихода импульса в момент, на вход R RS-триггера последний переходит в нулевое состояние (4, фиг. 6). В момент времени после прихода импульса на вход

3244

15 щателей (фиг. 2) 30

40

7 13

S RS-триггера, триггер переходит в единичное состояние, которое сохраняется до момента t4, соответствующее приходу нового импульса на вход

К RS-триггера, после чего он переходит в нулевое состояние. Так будет повторяться каждый период (фиг. 6 г).

Из диаграммы видно, что такой последовательности импульсов (такому чередованию фаз) соответствует появление положительного потенциала на выходе RS-триггера большую часть периода, а именно 2/3 периода.

Если поменять местами фазы А и В то можно увидеть, что импульсы фазы

В переводят RS-триггер в нулевое состояние, импульсы фазы А в единичное состояние (фиг.6 е) и этому чередованию фаз соответствует появление положительного потенциала на выходе триггера на 1/3 периода.

Принимая во внимание, что выход

RS-триггера соединен с входом С IKтриггера, и, рассматривая диаграмму дальше, можно установить, что при правильном чередовании фаэ появление импульса в фазе С, т.е ° на выходах I и К IK-триггера, соответствует наличию положительного потенциала на входе С IK-триггера, т.е. при изменении потенциала на входе С с

"1" на "О" в моменты времени и так как IK-триггер переключает3 ся после каждого периода и на его выходе имеется переменное напряжение с частотой в два раза меньше частоты питающей сети (фиг ° 6 е).

Если порядок чередования фаз обратный, то положительный импульс на входе I и К IK-триггера появляется в момент нулевого потенциала на входе С IK-триггера и последний не подготавливается к переключению в связи с чем он не переключается в моменты времени 14, tz и так далее и íà его выходе имеется или нулевой потенциал, или положительный потенциал (фиг. 6ж), которые не пропускают дальше конденсатором.

8 входах I и К ° Если обрывается фаза

С, то на входах I и К нет положительных импульсов, IK-триггер не подготавливается к переключению и не переключается,и на его выходе имеется постоянный потенциал, не пропускаемый дальше конденсатором.

Обрыв выходных обмоток трансформаторов 1-3, неисправность RS-триггера или IK-триггера фазочувствительного блока 8 приводит к тому, что с выхода фазочувствительного блока 8 поступает низкий логический уровень.

Одним из конкретных примеров выполнения блока совмещения импульсов

13 является выполнение его на активных фильтрах, построенных на основе операционных усилителей (ОУ), кото20. рые использованы в качестве фаэовраРассмотрим схему простого всепропускного фильтра. Его передаточная функция равна отношению (pcñ-1) и (р7+1), где = RC. Комплексный коэффициент передачи, соответствующий этой функции, имеет вид е" где ц> = — 2 arcts (27f<.).

Таким образом, при любых значениях частоты входного сигнала сопротивления резистора, выходное напряжение преобразователя по модулю равно входному напряжению, а по фазе сдвинуто относительно входного на угол, При постоянной частоте f изменяя сопротивление резистора R от нуля до весьма больших значений, можно регулировать угол ц от Т до величины, почти равной нулю.

В блоке 13 совмещения импульсов в фазе С перед фазовращателем, построенным на ОУ, дополнительно установлен инвертирующий усилитель, ОУ здесь охвачен параллельной ООС по напряжению, позволяющей инвертировать фазу на угол ц = . Блок 13 соВ мещения импульсов позволяет совместить три фазы эа счет инверторов, которые смещают фазу на постоянный угол установленный с помощью сопротив55

При обрыве любой из фаз питающего напряжения, фаз А или В, на входе

R или S КБ-триггера отсутствуют положительные импульсы и RS-триггер не переключается, т.е, на входе С

IK-триггера нет перепадов напряжения и он также не переключается, несмотря на наличие импульсов с фазы С на ления R при регулировке устройства.

Диаграмма работы блока 13 совмещения импульсов приведена на фиг. 7.

Одним из конкретных примеров выполнения блока 14 формирования импульсов является выполнение его на трех элементах И-HF. и конденсаторе (фиг. 3). Короткие импульсы формируются благодаря использованию задерж9 13324 ки в логических элементах. Приведенные диаграммы поясняют принцип действия блока 14 формирования импульсов (фиг. 6) °

Одним из конкретных примеров выполнения первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень (фиг. 5) является выполнение его на пяти элементах 10

ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах, причем входной зажим первого блока 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соединен с входом первого 15 элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через последовательно соединенные первый диод и второй элемент ИЛИ-HP. подклн чеп к «ppI30"1у «ходу третьего элемента 11ЛИ-FJF., выход которого через 2р пятый элемент ИЛИ вЂ F. подключен к выходу первого блока 11 преобразования с рии импульсов в постоянный .логический уровень, а второй вход соединен через второй диод с входным 25 зажимом первого блока 11 преобразоBà«èë серии логических импульсо« в по< тоя«ный логический уровень, причем параллельно входам второго и чет«ертого -лементов ИЛИ вЂ  подключен 3Q перв« и и второй конденсаторы.

Если на вход первого блока 11 преобраэо«ания серии импульсов в постоянный логический уровень поступает последовательность импульсов, то на выходе имеется нулевой сигнал. Если же импульсы на вход не поступают, то независимо от уровня входного сигнала ("О" или "1") на выходе первого блока 11 преобразования серии импуль — 4п сов в постоянный логический уровень имеется единичный уровень.

Второй блок 16 преобразования < ерии импульсов в постоянный логичес- 4

5 кий уровень выполнен аналогично первому блоку 11 преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень.

Применение предлагаемого устройства в сравнении с известным устройством защиты позволяет обеспечить надежную защиту электроустановки, содержащей группу работающих трехфаз-, ных потребителей, например гидродви55 гателей, при неисправной питающей сети, обеспечивает визуальную индика цию любого аварийного режима питающей сети °

1О

Так как предлагаемое устройство не предназначено для самостоятельного использования и не может давать прямого экономического эффекта, а используется в качестве устройства защиты различных трехфазных электроустановок, эффект от использования предлагаемого устройства эависит от важности выполняемых защищаемой электроустановкой задач.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для защиты трехфаэной электроустановки от работы на двух фазах и обратного чередования фаэ, содержащее входные и вспомогательные трансформаторы тока, первичные обмотки которых одними выводами пофазно объединены между собой и подключены к питающей сети, а другими выводами подключены соответственно к защищаемой электроустановке и к токовому аналогу нагрузки, вторичные обмотки упомянутых трансформаторов подключены через контакты переключателя к фазочувствительному блоку, выход которого подключен к управляющему входу переключателя и связан с исполнительным элементом, первый блок преобразования серии импульсов « постоянный логический уровень, пороговый блок, два инвертора и блок индикации, выход фаэочувствительного блока подключен к пороговому блоку, а выход порогового блока соединен с «ходом первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, выходы порогового блока и первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень через инверторы подключены к блоку индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности защиты электроустановки при обрыве фазы питающего напряжения при групповой работе по крайней мере двух трехфазных потребителей, дополнительно введены блок совмещения импульсов, блок формирования импульсов, два логических элемента ЗИ, второй блок преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, третий инвертор, причем блок совмещения импульсов подсоединен к вторичным обмоткам входных трансформаторов тока, а «ыход блока сонмещения импульсов

11 1З подключен к входу блока формирования импульсов, выходы которого соединены с входами второго логического элемента ЗИ, выход которого соединен с входом второго блока 1 реобразования серии импульсов в постоянный логический уровень, выход третьего инвертора соединен с третьим входом первого логического элемента ЗИ, выход порогового блока соединен с вторым входом первого логического элемента ЗИ, а выход первого блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соединен с первым входом первого логического элемента ЗИ, выход второго блока преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень соединен с блоком индикации и с входом третьего инвертора, а выход первого логического элемента ЗИ сое32445

12 динен с исполнительным элемен том.

2. Устройство по п. 1, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок преобразования серии импульсов в постоянный логический уровень выполнен на пяти элементах ИЛИ-НЕ, двух диодах и двух конденсаторах, причем входной зажим блока соединен с входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через последовательно соединенный первый диод и второй элемент ИЛИ-НЕ подключен к первому входу третьего

15 элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через пятый элемент ИЛИ-НЕ подключен к выходу блока,а второй вход третьего элемента ИЛИ-НЕ соединен через второй . диод с входным зажимом блока, причем

2п параллельно входам второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕ подключены первый ивторой конденсаторысоответственно.

Фиг,2

1332445

Фиг.З

Фиг. 7

ВНИИПИ Закаэ 3843/51 Тираж 617 Подписное

Проиэв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4