Устройство для защиты электрического двигателя от перегрузки и сверхтоков

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к релейной защите электрических машин, и может быть использовано на электрических станциях , подстанциях, в районных электрических сетях, а также системах электроснабжения промышленнь1Х предприятий . Цель изобретения - повьшение чувствительности и надежности за щиты, расширение области применения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены последовательно соединенные мно гоконтурный КС-аналог теплового состояния электродвигателя 8 и формирователь 9 сигнала, пропорционального сумме действзтощего значения периодической сосчовляющей тока статора и ее производной, второй компаратор 10 и транзисторный ключ 12. Вход транзисторного ключа 12 подключен к выходу первого элемента вьщержки време ни 11, а выход его связан с цепью питания блокирующего ключа 14. Вход блока 8 соединен с выходами формирователей выпрямленных сигналов 4 и 5, а выход блока 9 - с первым входом второго компаратора 10. 2 ил. - S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 Н 02 Н 7 085 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4157646/24-07 (22) 10. 12. 87 (46) 23. 05. 88. Бюл. Р 19 (71) Ставропольский политехнический институт и Северо-Кавказский научноисследовательский институт природных газов (72) В.Ф.Минаков, Е.Ф.Минаков, И.А.Шихкеримов, В.А.Мамаев и С.Л.Кужеков (53) 621. 316. 925 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 930482, кл. Н 02 Н 7/08, !980.

Авторское свидетельство СССР

М 1319132, кл. Н 02 Н 3/08, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ И

СВЕ РХТОКОВ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите электрических машин, и может быть использовано на электрических станциях, подстанциях, в районных электрических сетях, а также системах электроснабжения промьппленных предприятий. Цель изобретения — повышение чувствительности и надежности защиты, расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены последовательно соединенные многоконтурный RC-аналог теплового состояния электродвигателя 8 и формирователь 9 сигнала, пропорционального сумме действующего значения периодической сос);)вляющей тока статора и ее производной, второй компаратор 10 и транзисторный ключ 12. Вход транзисторного ключа 12 подключен к выходу первого элемента выдержки времени 11, а выход его связан с цепью питания блокирующего ключа 14. Вход блока 8 соединен с выходами формирователей выпрямленных сигналов 4 и 5, а выход блока 9 — с первым входом второго компаратора 10. 2 ил.

1398016

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите эле ктриче ских машин., и коже т быть использовано на электрических станциях, подстанциях, в районных электрических сетях, атакже системах электроснабжения промышленных предприятий.

Цель изобретения — повышение чувствительности и надежности защиты, расширение области применения.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства защиты, на фиг.2 — диаграммы, характеризующие функционирование устройства защиты при пуске защищаемого электродвигателя.

Устройство содержит датчик 1 тока электродвигателя, включающий в себя трансформатор 2 тока и преобразователь 3 ток — напряжение (промежуточ" ный трансформатор, нагруженный резистором). К выходу последнего подсоединены формирователи выпрямленных сигналов, выполненные по схеме однополупериодных выпрямителей 4 и 5 со сглаживающими конден:саторами и разрядными резисторами, соединенными между собой согласно и последовательно, причем точка их соединения является. общей шиной схемы.

К выходам формирователей 4 и 5.выпрямленных сигналов присоединены формирователь 6 сигнала, пропорционального сумме полуволн тока статора, и формирователь 7 сигнала, пропорционального разности полуволн тоха статора, выполненные на операционных усилителях, причем формирователь 6 выполнен на операционном усилителе с ненулевым опорным потенциалом. Устройство содержит также многоконтурный RC-аналог 8 теплового состояния двигателя и последовательно соединенный с ним формирователь 9 сигнала, пропорционального сумме действующего значения периодической составляющей тока машины и ее производной.

11ри этом операционный усилитель формирователя 6 подключен неинвертирующим входом к конденсатору выпрямителя отрицательной полуволны тока, а инвертирующим — к конденсатору выпрямителя положительной полуволны, формирователь 7 подсоединен неинвертирующим входом по схеме суммирования к выходам выпрямителей положительной и отрицательной полуволны тока, аналог теплового состояния машины включен на суммарное напряжение выпрямителей, формирователь сигнала, пропорционального току двигателя и

его производной, связывает раздельно инвертирующий вход второго (выходного) компаратора 10 с выходом выпрямителя отрицательной полуволны тока, а неинвертирующий — с выходом выпрямителя положительной полуволны тока. Формирователь 6 сигнала, пропорционального сумме полуволн тока статора, через первый элемент 11 выдержки времени соединен с входной цепью транзисторного ключа 12, через исполнительную цепь которого к источнику постоянного тока подключен второй элемент 13 выдержки времени

20 и исполнительная цепь блокирующего ключа (аналога тиристора) 14. Формирователь 7 сигнала, пропорционального разности полуволн тока статора г через выпрямитель 15 подключен к входу первого компаратора 16, нагруженного управляющей цепью блокирующего ключа 14. Второй компаратор 10 соединен с входом исполнительного органа 17 устройства защиты, воздействующего на выключатель 18 в цепи статора двигателя 19.

Устройство работает следующим образом.

Ток защищаемого электродвигателя

19 трансформатором 2 тока преобразуется по величине и уровню номинального первичного тока промежуточного трансформатора 3, который вместе с нагрузочиым регулировочным резистором вторичной цепи образует преобразователь тока в напряжение. Формирователями

4 и 5 выпрямленных сигналов осуществляется преобразование переменного напряжения, пропорционального первич45 ному току, а сигналы, пропорциональные его амплитудам " отрицательной и положительной. Выходы формиров ателей

4 и 5 соединены последовательно и согласно. Точка их соединения является общей шиной и для остальных блоИ ков схемы.

К общей шине подключен движок подстроечного резистора делителя, обеспечивающего точную балансировку напряжений сглаживающих конденсаторов указанных однополупериодных выпрямителей, а следовательно, минимизацию небаланса обусловленного неравенством параметров элементов выпрямитель1398016

4 ных схем 4 и 5. Относительно общей Таким образом, рассмотренный канал шины на противоположных обкладках устройства защ и ы со здае т у слов ия конденсаторов формирователей 4 и 5 для отпирания блокирующего ключа 14 действуют, следовательно, напряжения . при содержании в перв

5 первичном токе апепропорциональные амплитудам отрица- риодической или б сво однои периодичестельной и положительной полуволн то- кой составляющей В торым условием ка, причем относительно общей шины протекания тока чере б е еэ локирующий напряжения конденсаторов имеют проти- ключ 14 являетс я наличие его анодновоположные знаки. го и а пряже н ия.

Если первичный ток не содержит . Чтобы определить режимы работы апериодических субгармонических сос- устройства защить при которых вытавляющих, то максимальные положи- полняется второе условие протекания тельное и отрицательное значения то- тока через блокирующий ключ J4, расков на периоде равны по модулю, а их 15 смотрим Работу блоков 6, 11 и 12. разность равна нулю. Апериодический Входными сигналами (фиг. 1) Формироток смещает принужденную составляю- вателя 6 сигнала пр опорциональноro щую частотой 50 Гц, и амплитудные сумме полуволн тока статора, также значения полуволн тока на периоде, являются напряжения сглаживающих кона следовательно, и напряжения рас- >0 денсаторов Формирователей 4 и 5,имеюсматриваемых конденсаторов не равны щие разную полярность относительно друг другу по модулю. То же имеет общей шины. Напряжения конденсаторов место и при действии субгармоничес- подают на входы формирователя 6: откой составляющей в переходном токе рицательное — на неинве ти ий (фиг.2). в е р тир ующ

25 положителЬное - на инвертирующий (на

Напряжения сглаживающих конденса- этот же вход подается отрицательное торов формирователей 4 и 5 подаются напряжение смещения движка подстроечна вход формирователя 7 сигнала, про- ного резистора) . Следовательно, если порционального разности полуволн то- конденсаторы не заряже з ряжены, выходное ка статора. На неинвертирующем входе -З0 напряжение инерционного звена полоэтого формирователя напряжения кон- жительно То же е е имеет место в случае, денсаторов имеют противоположные зна- если сумма модулей нап ий н пряжен конденки. Поэтому при равенстве разности саторов меньше уставки (задаваемой потенциалов конденсаторов выходное подстроечным резистором, связывающим напряжение формирователя 7 равно ну- . инвертирующий вход усилителя с минулЮ. B том случае, когда амплитуды сом источника питания) . Уставка выполуволн тока i, (фиг ° 2) не равны бирается на уровне 707. от напряжения, у собой, выходной потенциал фор- соответствующего периодической примирователя 7 увеличивается по модулю нужденной составляющей пускового то(он может иметь как положительный

40 ка. Именно этой составляющей п ей пропортак и отрицательный знак). В составе циональна сумма модулей напряжений разностного .входного сигнала, кроме . конденсаторов выпрямителей 4 и 5 в составляющей, пропорциональной апе- пусковом режиме двигателя. риодическому или субгармоническому В тех режимах, когда первичный TQK току, действует напряжение частотой превышает 0,7 К I где K

45 и О@ где р

50 Гц (U< фиг.2), являющееся неба- кратность пускового тока. I лансом. Использование формирователя минальный ток машины, выходное напря7, наряду с резистивной обратной жение формирователя 6 начинает уменьсвязью и емкостной, позволяет снизить шаться, переходит через нулевое знадолю напряжения частотой 50 Гц в сос- чение и далее достигает предельн

50 дельнои таве его выходного напряжения (Us, отрицательной величины. Время практифиг.2). Последнее через выпрямители чески полного изменения напряжения

15 подается на первый компаратор 16 инерционного звена при пусковом токе и в алучае превышения его уставки составляет 50 — 60 мс (из этого усвыэывает переключение компаратора ловия выбирается емкость обратной

16, íà его выходе формируется поло- 5 связи звена) . Уменьшение выходного жительный сигнал, подаваемый на уп- напряжения формирователя 6 вызывает равляющий вход блокнрующего ключа 14 разряд конденсатора первого элемен(транзисторного аналога тиристора). та 11 выдержки времени. Его разность

1398016 по тенциалов доходит до нуля, затем меняет свой знак. При определенной величине его отрицательного потенциала происходит пробой стабилитрона первого элемента 11 выдержки времени и по управляющему переходу транзисторного ключа 12 проходит ток. Использование для заряда времязадающего конденсатора, изменяющего напряжение, позволяет сделать начальную часть кривой его разряда более пологой, а конечную часть, определяющую срабатывание, — более крутой и тем самым повысить точность отработки выдержки времени.

Переход транзисторного ключа 12 в проводящее состояние обеспечивает заряд конденсатора второго элемента

13 выдержки времени и является дос таточным условием включения блокирующего ключа 14. Последний, таким образом, включается в тех случаях, когда ток защищаемого электродвигателя

20 на интервале времени, большем выдерж- 25 ки первого элемента времени (0,1

0,3 с), превышает значение 0,7 K I, и в его составе спустя указанное время содержится низкочастотная составяяющая. Перечисленные условия являютя признаками успешного пуска элект,:, двигателя. Следовательно, блокирующий ключ 14 блокирует устройство за.циты в пусковом режиме электродви . ателя.

Если ротор машины остается в заторможенном состоянии, конденсатор второго элемента 13 выдержки времени продолжает заряжаться и спустя 0 15—

0,55 с достигает порога переключения компаратора 10; Последний своим поло40 жительным выходным потенциалом вызывает переключение транзистора и сра" батывание исполнительного реле выходного органа t 7, воздействующего на элементы отключения защищаемого 45 электродвигателя. Время срабатывания защиты при этом составляет 0,25—

0„85 с (меньшая выдержка времени относится и может быть установлена для электродвигателей мощностью до 200 — 50

250 кВт, большая — для крупных машин).

Устройство защиты электродвигателя, кроме того, снабжено органом 8, сбеспечивающим срабатывание с обрат- 55 но зависимой от тока выдержкой времени. Времязадающая схема такого органа содержит трехконтурную RC-цепь, заряд каждого из конденсаторов которой эквивалентирует нагрев соответственно обмоток статора, стали машины, обмоток ротора (в том числе взаимный обмен тепловой энергией, передаваемой от одной части машины к другой). Вход данной времязадаюцей цепи подключен к конденсаторам формирователей 4 и 5 выпрямленных сигналов. В качестве выходного сигнала используется половина напряжения последнего конденсатора, т.е. потенциал его обкладки относительно общей шины схемы (деление напряжения указанного конденсатора осуществляется симметричной резисторной цепочкой).

В момент времени, когда отрицательный выходной потенциал превышает по модулю уставку компаратора, происходит срабатывание защиты. Орган с зависимой выдержкой времени ответственен за отключение электродвигателя при затянувшихся пусках, .а также при перегрузках с кратностями тока, меньшими 0,7 Ко Тном

На входы, второго компаратора 10, кроме того, подаются сигналы положительной и отрицательной полярностей, каждый из которых пропорционален величине первичного тока и его производной. Компаратор действует на сумму модулей данных сигналов, и, таким образом, обеспечивается его срабатывание при превышении сигналом п„

К„ I„+ K2 " (Где К1 и К2 — дейстдс вительные коэффициенты, определяемые соотношением параметров резисторов. и конденсаторов фо рмиров ателя 9; I периодическая составляющая тока статора электродвигателя) заданной величины — уставки компаратора. Соотношение формируемого сигнала и уставки выбирается таким, чтобы срабатывание происходило только при токах, больших пускового (т.е. при коротких замыканиях с кратностями тока, большими пусковых). Этот сигнал подается на второй компаратор 10 без .временной задержки и обеспечивает, таким образом, срабатывание защиты без выдержки времени.

Таким образом, обеспечивается повышение чувствительности устройства к свободным периодическим составляющим переходного тока электрической машины, а также возможность 398016 использования устройства для защиты двигателя различных мощностей.

Подключение управляющей цепи ключа 12 только к выходу первого органа выдержки времени обеспечивает высокий коэффициент усиления транзисторного каскада (e известном устройстве управляющий ток одновременно проходит и по цепи нагрузки ключа, что создает отрицательную обратную связь, не позволяя получить четкое переключение исполнительной цепи ключа)..Кроме того, исполнительная цепь соединяет последующие элементы непосред-. ственно с положительным полюсом источника питания, в результате чего не только разгружается операционный усилитель, но и улучшаются условия работы блокирующего ключа, создается необходимый запас по току его исполнительной части, обеспечивая надежное удержание блокирующего ключа в открытом состоянии.

Средства обеспечения надежного вы- 5 явления свободной периодической составляющей переходного тока гарантируют, кроме того, исключение ложных срабатываний защиты при отсутствии повреждений электродвигателя, т.е. обеспечивают повышение надежности его защиты.

Формула изобретения

Устройство для защиты электричес- З5 кого двигателя от перегрузки и сверхтоков, содержащее датчик тока, первичная обмотка которого имеет клеммы для подключения в статорную цепь электродвигателя, а вторичная обмот- 4О ка через преобразователь ток — напряжение подключена к соответствующим входам формирователей положительных и отрицательных полуволн выпрямленных сигналов, выходы послед- 4 них присоединены к соответствующим входам формирователей сигналов, про-. порциональных соответственно сумме и разности полуволн тока статора, при этом выход формирователя сигнала, пропорционального сумме полуволн тока статора, соединен с входом первоо го элеме нта выдержки в реме ни, а выход формирователя сигнала, пропорционал ного разности полуволн тока статора, через последовательно соединенные выпрямитель и первый компаратор присоединен к управляющему входу блокирующего ключа, подключенного параллельно второму элементу выдержки времени, а также исполнительный орган, о т л и ч а ю щ е е с я тем,-что, с целью повышения чувствительности и надежности защиты, расширения области применения, в устройство дополнительно введены транзисторный ключ, второй комнаратор и последовательно Соединенные многоконтурный RC-аналог теплового состояния электродвигателя и формирователь сигнала, пропорционального сумме действующего значения периодической составляющей тока статора и ее производной, вход многоконтурного RC-аналога теплового состояния электродвигателя соединен с выходами формирователей выпрямленных сигналов, а выход формирователя сигнала, пропорционального сумме действующего значение периодической составляющей тока статора и ее производной,- к первому входу второго компаратора, вход транзисторного ключа подсоединен к выходу первого элемента выдержки времени, а выход соединен с цепью питания блокирующего ключа, выход которого подключен к второму входу второго компаратора, выход последнего соединен с входом исполнителЬного органа, при этом преобразователи выпрямленных сигналов соединены между собой последовательно согласно и точка их соединения является общей шиной для всех операционных усилителей, а в цепь отрицательной обратной связи преобразователя сигнала, пропорционального сумме полуволн тока статора, подключен конденсатор.

1398016

Составитель Р.Апокина

Редактор В.Петраш Техред Л.Олийнык Корректор В,Бутяга

Заказ 2605/53 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4