Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током

 

Изобретение относится к релейной защите электроустановок. Цель изобретения - повышение точности функционирования и быстродействия защиты путем моделирования совместного действия процессов адиабатического нагрева электроустановки током нагрузки и ее свободного охлаждения - достигается тем, что значение моделируемой устройством температуры хранятся в регистре памяти. Нагрев электроустановки моделируется накоплением за равные промежутки времени в регистре памяти суммы слагаемых, числовые значения которых пропорциональны квадрату значений входного тока. Охлаждению электроустановки соответствует многократное уменьшение за равные промежутки времени внутри каждого цикла преобразования аналого-цифрового преобразователя содержимого регистра памяти на величины, отношение которых между собой постоянно. В зависимости от режима работы электроустановки автоматически выбирается одно из двух заданных значений постоянной времени ее охлаждения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1. SÛUÀ, 1541701 (51)з П 02 Н 3/08, 5/дд

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t (2I) 4445595/24-07

Г?2) 22.06.88 (46) 07.02.90. Бюл. Р 5 (71) Рижский политехнический институт им, А.Я. Пельше (72) А.Л. Новогрудский, Л,B. Паперно и А.-С.С. Саухатас (53) 62!.3!6.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 748631, кл. Н 02 Н 3/08, 1980, Авторское свидетельство СССР !! !274052, кл. H 02 Н 3/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛГКТРООБОРУДОВАНИЯ ОТ ПГРГГРЕВА ТОКОЧ (57) Изобретение относится к релейной .защите электроустановок, Цель изобретения — повышение точности функционирования и быстродействия защиты путем моделирования совместного действия процессов адиабатнческого

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты, которые контролируют ток нагрузки защищаемой электроустановки, моделируют процессы ее нагрева и охлаждения и воздействуют на отключение с выдержкой времени, зависящей от интенсивности этих процессов, в случае, когда перегрев превьппает допустимый.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия °

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства, нагрева электроустановки током нагрузки и ее свободного охлаждениядостигается тем, что значение моделируемой устройством температуры хранится в регистре памяти. Нагрев электроустановки моделируется накоплением за равные промежутки времени в регистре памяти суммы слагаемых, числовые значения которых пропорциональ" ны квадрату значений входного тока.

Охлаждению электроустановки соответствует многократное уменьшение эа равные промежутки времени внутри каждого цикла преобразования аналого-цифрового преобразователя содержимого регистра памяти на величины, отношение ф которых между собой постоянно, В зависимости от режима работы электроуста-, новки автоматически выбирается одно из двух заданных значений постоянной времени ее охлаждения. 1 нл.

Устройство содержит преобразова" тель 1 входного тока в напряжение, подключенные к его выходу нуль-оргап 2 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 3, цифровой квадратор 4, входы которого подключены к информационным выходам АЦП 3, мультиплексор ф

5, сумматор 6, регистр 7 памяти, сдвигатель 8, цифровой компаратор 9, saдатчик !О уставки, исполнительный орган 11, причем выходы сдвигателя 8 и цифрового квадратора 4 через муль типлексор 5 подключены к входам первого слагаемого сумматора 6, выходы

l5417A) регистра 7 памяти подк,ючены к входам второго слагаемого сум атора б и к входам сдвигателя 8, в ходы сумматора б подключены к инфо мационным вхо5 дам регистра 7 памяти и к первым входам цифрового комля атора 9, вторые входы которого подключены к задатчику 10 уставки, а ыход цифрового компаратора 9 — к вход исполнитель- lp ного органа 11, выход оторого является выходом устройств в целом, а также задатчик 12 пост янной времени охлаждения, коммутатор 13, счетный таймер 14 и формироват ль 15 сигнала начальной установки, причем выход нуль-органа 2 подключен к управляющему входу коммутатора 13„ а выходы эадатчика 12 постоянной времени охлаждения через коммутатор 13 под- 7п ключены к соответствующим входам счетного таймера 14, первый выход которого подключен к входу 7,1 "Запись" регистра 7 памяти, второй выход — к тактовому входу 3.2 АЦП 3, третий выход — к входу 3.1 запуска

АЦП 3, а выход 3,3 "Конец преобразования" АЦП 3 подключен к управляющему входу мультиплексора 5, выход формирователя 15 сигнала начальной уста- 3О нонки подключен к входу 14.1 запуска счетного таймера 14 и к входу 7.2 установки нулей регистра 7 памяти.

Устройство работает следующим образом. 35

При включении питания устройства формирователь 15 сигнала начальной установки вырабатывает импульс, поступающий на вход 14.1 запуска счетного таймера 14 и на вход 7.2 уста-,4О новки нулей регистра 7 памяти. При этом происходит очистка содержимого регистра 7 памяти и запускается счетный таймер 14, например типа XP 2240.

Так как вход сброса счетного таймера 14 соединен с общей шиной схемы, он, начиная с момента запуска, непрерывно работает с автоклебательном режиме, и его задающий генератор ге-. нерирует колебания с периодом

T=R С (1)

Регулировка параметров резистора R и конденсатора С эадатчика 12 постоянной времени охлаждения позволяет выполнить условие 55 -=а Т, (2) где — постоянная времени охлаждения защищаемого объекта; (3}

Б=b I% где Ъ вЂ” коэффициент пропорциональности.

Это напряжение поступает на информационный вход АЦП 3. Запуск АЦП 3 осуществляется подачей на его управляюций вход 3.1 выходных импульсов счетного таймера 14 с периодом, равным времени полного цикла преобразования информации устройством. На вход

3.2 AIIII 3 с выхода счетного таймера

14 подается последовательность тактовых импульсов. На информационнъгх выходах АЦП 3 по окончании каждого

i-го цикла преобразования появляется в виде двоичного кода результат и

АЦП напряжения П;, а значит, то" ка т.;

1 и,. =с .I. (4) где с — коэффициент пропорциональ" ности.

При этом на выходах цифрового квадратора 4 в виде цифрового слова формируется число

A;=n .. (5)

Сигнал окончания преобразования

АЦП 3 с его выхода 3.3 поступает на управляюций вход мультиплексора 5, используемого в качестве логического а — коэффициент пропорциональности.

На выходах счетного таймера 14 формируются последовательности импульсов с периодами следования от 2Т

М до 2 Т (k=2,3,...,1), используемые для синхронизации АЦП 3 и регистра 7 патяти. Значение числа 1 определяется конструкцией счетного таймера 14.

B устройстве моделируется изменение температуры защищаемой электроустановки как результат совместного действия двух процессов. ее адиабатического нагрева током нагрузки I и свободного охлаждения под действием окружаюцей среды. Адиабатический нагрев моделируется накоплением суммы в регистре 7 памяти, возрастающей после окончания каждого цикла преобразования входного сигнала АЦП 3, реализованного,например, на базе микросхемы типа 572 ПВ1. Преобразователь 1 преобразует ток нагрузки I защищаемой электроустановки в однополяриое сглаженное, напряжение U, пропорциональное току Х:

l 54 l 701 переключателя. При этом информационные входы сумматора б подключаются через мультиплексор 5.к выходам цифрового квадратора 4. В сумматоре 6 происходит сложение числа A с чис1 лом Б;„, хранящимся в данный момент

Г в регистре 7 памяти.

Свободное охлаждение электроустановки моделируется многократным уменьшением содержимого регистра 7 памяти g раз эа время формирования выходного сигнала АЦП 3. Таким образом, каждый полный цикл преобразования информации в устройстве складывается из g последовательных циклов уменьшения содержимого регистра 7 памяти и однократного суммирования выходного сигнала цифрового квадратора 4 с содержимым регистра 7 памяти.

От счетного таймера 14 на вход

7.1 регистра 7 памяти поступают управляющие импульсы с частотой, вдвое превышающей тактовую частоту АЦП 3, Внутри 1-ro цикла работы устройства по окончании каждого, например 1-го, цикла записи на выходах регистра 7 памяти хранится число S 11 в виде (1- Д двоичного кода. Этот код одновременно подается на входы 8 сдвигателя, реализованного, например, на микросхемах типа 155 KII7 и на вторые вход сумматора 6. Сдвигатель 8 осуществля ет сдвиг входной информации на в раз рядов вправо (m=1,2,3,4), тем самым преобразуя число 8„, к виду

S.

1-1, )

1-1, 1 (6) S, =А,+O.

Б;= Х А,-Q Q - --1- (B) ((-1! (j )

Уменьшаемое правей части выражения (8) представляет собой температу- . ру адиабатического нагрева электроы установки. Действительно,с учетом

35 (4 ) (1 (5)

A.-- Q (т.= — —,, т ° т., (9)

2 с % 2 где Т вЂ” время цикла преобразования

АЦП 3.

40 При увеличении тактовой частоты сумма, входящая в правую часть выражения (9), приближается к интегралу, т ° . °

lim «т*1,=.l l*dt, (10)

Т -«О где t — время работы АЦП 3 за i циклов преобразования.

Вычитаемое правой части выражения (8) представляет собой температуру, на которую электроустановка охлаждается под действием окружающей среды

sa i циклов работы устройства.

Полученное в соответствии с выражением (8) в сумматоре 6 число посту-.. пает на первые входы цифрового компаратора 9 и сравнивается с его уставкой К, поданной с выходов задатчика 10 уставки на вторые входы цифрового

30 и за счет использования инвертирующих выходов составляющих его мультиплексоров формирует обратный код

S, „- этого числа, причем для сохранения точности разрядность сдвигателя 8 должна быть на m больше разрядности регистра 7 памяти. С выходов сдвигателя 8 информация поступает через мультиплексор 5 на первые входы сумматора 6. Последний осуществляет сложение поСтупающих на его входы чисел в обратном коде с циклическим переносом из старшего разряда в младший. На выходах сумматора 6 образуется двоичная сумма

S. ° .=Я- - +Я +1=S ° .-S1 f j1l 1 ",! 1 11 11 ) 11j

= S;,, (1 — >), (7) которая с приходом очередного управ- ляющего импульса записи записывается: в регистр 7 памяти. Таким образом, . в регистре 7. памяти образуется послеS довательность чисел, за равные промежутки времени уменьшающихся в

1 (!††) раз, что дает ступенчатую аппроксимацию экспоненциально убывающей функции изменения температуры электроустановки во времени.

Так как после включения устройства регистр 7 памяти обнуляется, по окончании первого цикла работы уст" ройства в сумматоре 6 получаем число

После второго и третьего циклов

20 с учетом формулы (б) получаем соответственно

S =А+А—

2 1 . ? 11)

jm1

S, 25 S =A g+A A1 - - ? - 2 и) °

1 11

По окончании i-го цикла работы устройства в .сумматоре 6 формируется число

1541701 компаратора 9. Задатчик 10 уставки может быть выполнен в виде набора пе-, ремычек или тумблеров, с помощью которых отдельные разряды его выхода подключаются к соответствующему логическому уровню напряжения "О" или "1".

При выполнении условия

S.) К (1) )

10 цифровой компаратор 9 выдает управляющий сигнал на исполнительный орган 11, действующий на отключение за" щищаемого объекта. После отключения электроустановки срабатывает нуль-opf5 ган 2 и выдает на управляющий вход коммутатора 13 сигнал, под действием которого через коммутатор 13 к входам времязадающей цепи счетного таймеIpa 14 подключаются резистор и конденсатор с параметрами, соответствующими постоянной времени охлаждения отключенной электроустановки без принудительной вентиляции. На выходах цифро аого квадратора 4 получается число, 25 равное нулю, и устройство вплоть до последующего включения электроуста,новки моделирует только. ее свободное !

;охлаждение. После включения электро установкии нуль-орган 2 снимает управ- 30 ляющий сигнал с коммутатора 13, и к входам времязадающей цепи счетного таймера 14 через коммутатор 13 подключается резистор и конденсатор за, датчика постоянной времени охлажде( ния, соответствующие рабочему режиму

| электроустановки с принудительной

" вентиляцией. При работе электроустановки в режиме частых пусков и остановок накопление суммы в регистре 7 памяти после пуска начинается не с нуля, а со значения температуры электроустановки в момент ее очередного включения, Предлагаемое устройство обладает большей по сравнению с известным точностью действия за счет раздельного моделирования адиабатического нагрева и свободного охлаждения защищаемой электроустановки с различными в зависимости от режима работы значениями постоянной времени, а также за счет введения синхронизации работы AUII 3 и регистра 7 памяти.

По сравнению с известным предла55 гаемое устройство имеет меньшее время срабатывания на величину задержки при записи информации из сумматора 6 в регистр 7 памяти. Повьппение точности и быстродействия защиты позволяет снизить ущерб от аварий и неполного использования перегрузочной способности защищаемой электроустановки.

Формула изобретения

Устройство для защиты электрооборудования от перегрева током, содержащее преобразователь тока в напряжение, аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр памяти, цифровой компаратор, задатчик уставки, исполнительный орган, формирователь сигнала начальной установки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в устройство дополнительно введены цифровой квадратор, мультиплексор, сдвигатель, нуль-орган, задатчик постоянной времени охлаждения, коммутатор и счетный таймер, при этой выход преобразователя тока в напряжение подключен к входу нуль-органа и к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к входам цифрового квадратора, выходы цифрового квадратора и сдвигатечя через мультиплексор подключены к входам первого слагаемого сумматора, выходы регистра памяти подключены к входам второго сла" гаемого сумматора и к входам сдвигателя, выходы сумматора подключены к информационным входам регистра памяти и к первым .входам. цифрового компаратора, вторые входы которого подключе" ны к выходам задатчика уставки, а выход цифрового компаратора — к входу исполнительного органа, выход нульоргана подключен к управляющему входу коммутатора, а выходы задатчика постоянного времени охлаждения-через коммутатор подключены к соответствующим входам счетного таймера, первый выход которого подключен к управляющему входу записи регистра памяти, второй выход — к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, третий выход — к входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания преобразования аналого-цифрового преобразователя подключен к управляющему входу мультиплексора, выход формирователя сигнала начальной установки подключен к входу запуска счетного таймера,,и входу установки нулей регистра памяти.! 541 70!

Составитель Г. Ермаков

Редактор Н. Яцола Техред А.Кравчук Корректор М. Кучерявая

Заказ 286 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101