Устройство для защиты электрической сети от повреждений

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты от коротких замыканий и токов утечки. Цель изобретения - повышение надежности работы путем повышения точности измерения контролируемых параметров. Поставленная цель достигается за счет измерения средних значений за заданное время интегрирования и периодического обнуления интеграторов, введения операции измерения параметров сети и вычисления активной составляющей сопротивления утечки для конкретной протяженности сети. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g!) g Н 02 Н 3/08, 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4172620/24-07 (22) 10.09.86 (46) 23.06.90. Бюп. ¹ 23 (71) Институт горного дела им.А.А.Скочинского (72) В.А.Коровкин (53) 621.316.925(088.8) (56) Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок. — M.

Недра, 1980, с.143-147, 177-178.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1275624, кл. Н 02 Н 3/17, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Изобретение относится к электротехнике.и может быть использовано для защиты электрических сетей с изолированной нейтрапью от токов утечки и коротких замыканий, в том числе и для горных машин с регулируемым электроприводом.

Целью изобретения является повышение надежности работы путем повышения точности измерения и контролируемых пар аметров.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 оперативного напряжения переменного тока с разделительным трансформатором на выходе, датчики сетевого напряжения 2 и тока нагрузки 3, первый 4 и второй 5 ключи, первый 6 и второй 7 интеграторы, первый 8 и второй 9 эле„„SU„„1 7 49 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной зашиты от коротких замыканий и токов утечки. Цель изобретения — повышение надежности работы путем повышения точности измерения контролируемых параметров . Поставленная цель достигается за счет измерения средних значений за заданное время интегрирования и периодического обнуления интеграторов, введения операции измерения параметров сети и вычисления активной составляющей сопротивления утечки для конкретной протяженности сети. ил. менты,ПАМЯТЪ, блок 10 установки в

"О", триггер 11 формирователь 12 импульсов, делитель 13 импульсов, разделительно-усилительный блок 14, блоки индикацни 15 и присоединения 16, резистор 17 нагрузки, третий 18 и четвертый 19 интеграторы, первый 20 и второй 21 пороговые элементы,первый 22, второй 23 и третий 24 делители напряжений, первый 25 и второй

26 сумматоры, первый 27 и второй 28 блоки задания уставок, перемножитель

29, элемент 30 сравнения, элемент

И 31, датчики сетевого напряжения 32 и тока нагрузки 33, силовой источник

34 — управляемый выпрямитель, выходной исполнительный блок 35, диод 36, резистор 37. На чертеже обозначены сопротивление R изоляции жил кабеля относительно земли, емкость С к жил

1573497 кабеля относительно земли, сопротивление R изоляции и емкость

С между силовыми жилами кабеля, сопротивление 5R, участка сети длиной ill, электродвигатель 38 постоян-. ного тока, шунтирующий электродвигатель 39 — полупроводниковый диод.

Источник 1 оперативного напряжения имеет трансформаторный выход.

Первая выходная обмотка разделитЕльного трансформатора через второй ключ 5 подключается к жилам силовой сети. Выходные параметры этого источ- 15 н ка измеряются датчиками оператив—

»bro напряжения 2 и тока..3. Управле е вторым ключом 5 осуществляется посредством разделительно-усилитель:«ого блока 14.

Первый интегратор 6 служит для суммирования величины тока нагрузки генератора оперативного напряжения

«а з ц,«нный промежуток времени, опре- g5 деляемый задержкой времени t,: создаваемой последовательно включенным форырователем импульсов 12 и делителем импульсов с первого его выхода. Величина задержки t для повышения достоверности измерений может быть принята в пределах от единиц до десятков периодов сетевого или оперативного напряжения. Первый ключ 4 при его открывании соединяет выход пер35 вого интегратора б с входом первого элемента ПАМЯТЬ 8, который спух<ит для запоминания величины тока с выхода первого интегратора б. Второй элемент ПАМЯТЬ 9 служит для запомина- А йия величины выходного напряжения оперативного генератора 1. Второй интегратор 7 служит для суммирования сигнала, пропорционального величине суммарного (активной и емкостной составляющей) тока утечки, создаваемого силовым источником 37 в контролируемой

"ети. Третий интегратор 18 служит для суммирования величины тока нагрузки

=илового источника 34, Четвертый интегратор 19 служит для суммирования сигнала, пропорционального выходному сетевому напряжению силового источника 34. Суммирование производится за промежуток времени, задаваемый

55 делителем 13 импульсов с второго его выходB с

Схема 10 установки в "0" служит для,первоначальной установки в нулевое состояние интеграторов, элементов памяти и триггера 11„ Последний определяет режим работы разделительно-усилительного блока 14 и элементов И 31.

Формирователь 12 импульсов и делитель 13 импульсов служат для формирования временного интервала t„, в течение которого источник опорно.-о напряжения подключается к сети, и временного интервала t<, за который измеряются токи нагрузки и утечки в сиJIoBoH сети,-. Введение однополупериодного выпрямителя с нагрузочным резистором в входную цепь формирователя импульсов позволяет получать выдержку времени, кратную целому числу периодов оперативнот о напряжения.

Разделительно-усилительный блок

14 служит для согласования выходной цепи триггера 11 с входными цепями второго ключа 5 и гальванической развязки между высоковольтными цепями этого ключа и низ.;овольтными цепями управления.

Блок 15 индикации обеспечивает обслуживающий персонал информацией о срабатывании защиты при возникновении аварийных режнмов.

Блок 16 присоединения выполняет функции разделения силовых и измерительных цепей защиты от утечек тока.

Резистор 17 нагрузки является измерительным элементом тока утечки силового источника 34 на землю.

Первый пороговый элемент 20 служит для установки порога срабатываьшя, соответствующего величине оперативного тока при коротком замыкании в обесточенной силовой сети. Уставка второго порогового элемента 21 соответствует уровню срабатывания защиты от утечки тока. на землю.

Первый делитель 22 напряжений служит для вычисления величины сопротивления цепи нагрузки оперативного генератора 1.

С помощью второго делителя 23 напряжений вычисляется уставка срабатывания защиты от короткого замыкания в силовой сети, соответствующая минимальному значению тока короткого замыкания при действующем напряжении на выходе силового источника 34. Третий делитель 24 напряжений служит для вычисления, комплексного сопротивления утечки на землю в элементах силовой

73497 6 ния генер атор а 1 опер ативно го напряжения к контролируемой сети.

Величина напряжения оперативного источника с датчика 2 оперативного напряжения подается на второй элемент ПАМЯТЬ 9 и запоминается в нем.

Ток в цепи источника 1 оперативного напряжения создается за счет распределенного сопротивления утечки, емкости сети, сопротивления обмотки двигателя и тока через диод 39. Этот ток содержит постоянную и переменную составляющие. Переменная составляю15 щая определяется комплексными сопротивлениями утечки и якорной цепи электродвигателя. Постоянная составляющая I „ определяется сопротивлением жил кабеля, сопротивлением элементов второго ключа 5 и диода 39 в проводящем состоянии и равна

Перемножитель 29 с вторым блоком

28 уставок служит для вычисления емкостной составляющей сопротивления утечки на землю элементов силовой сети. В блок 28 уставок введена характеристика силового кабеля Х /Кк,сокм км ответствующая отношению емкостной Х и активной R составляющих километрического сопротивления жил силового кабеля.

С помощью элемента 30 сравнения выполняется сравнение текущего значения тока нагрузки с величиной уставки, рассчитываемой во втором делителе 23 напряжений.

Во втором сумматоре 26 вычисляется активная составляющая сопротивления утечки R

Элемент И 31 служит для блокировки, исключающей подачу сигналов управления., на выходной исполнительный блок 35 на время подключения к сети источника 1 оперативного напряжения.

Выходной исполнительный блок 35 обеспечивает управление силовым источником 34 по заданному закону.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на вход устройства сетевого напряжения начинает работать источник 1 оперативного напряжения.

Ключи 4 и 5 находятся в закрытом состоянии. Блок 10 установки в "0" устанавливает в нулевое состояние интеграторы 6, 7, 28 и 19, элементы ПАМЯТЬ

8 и 9 и включает триггер 11. В результате включения триггера 11 сигналом с первого его выхода через разделительно-усилительный блок 14 включается второй ключ 5 и генератор 1 оперативного напряжения подключается к жилам контролируемой силовой сети. На втором выходе триггера ll формируется сигнал логического нуля и запрещается подача сигналов управления электроприводом блокировкой эле5 мента И 31.

С помощью формирователя 12 импульсов и делителя 13 импульсов отсчитывается выдержка времени t< подключеUon

25 Rc+ R, + R>g где U — величина выходного напряжеоп ния оперативного генератора 1;

30 Ro — сопротивление жил кабеля силовой сети;

R „, R>> — соответственно сопротивлеI ния элементов ключа 5 и диода 39 в проводящем на35 пр авлении.

В первом интеграторе 6 суммируется сигнал, пропорционапьный току источника 1 оперативного напряжения. Выходное напряжение первого интегратора 6 за период оперативного напряжения пропорционально постоянной составляющей тока. Суммирование величины тока за отрезок времени „ обеспечивает получение среднего значения величины

45 тока, что снижает вероятность ошибки.

По истечении выдержки времени определенной формирователем 12 и делителем 13 импульсов, на его первом выходе формируется импульс, который переключает триггер 11 во второе состояние. Напряжение на выходе первого интегратора за это время достигает уровня

U(5 где К1— оп Тп 7

5 15 сети. Первый сумматор 25 служит для вычисления значения сопротивления жил силового кабеля с учетом сопротивлений второго ключа 5 и силовых диодов

39, величины которых определены за ранее и введены в первый блок 27 уставок.

1 коэффициент пропорциональности; частота напряжения оперативного генератора, 1573497 и через первый ключ 4 записывается в первый элемент IIANHTb 8. Триггер 11, переключившись первым своим выходом, отключает разделительно-усилительный

5 блок 14, а вторым выходом формирует логическую единицу на первом входе элемента И 31. В результате выключаестся второй ключ 5, прекращая подачу о еративногс напряжения на контролиру-Ið е ю сеть, и снимается блокировка, зап ещающая прохождение команды управления в выходной исполнительный блок

35.

Сигнал с первого элемента ПАМЯТЬ 8 подается на первый пороговый элемент

20. При коротком замыкании в силовой сети постоянная составляющая выходного напряжения U, первого интегратора 6 меньше заданной пороговой ве" личины А первого порогового элеь1ента 20, т.е. U, А,. При выполнен и этого условия на выходе первого порогового элемента 20 формируется команда, препятствующая включению 25

1 выходного исполнительного блока 35, и выдается информация на блок 15 .индикации о наличии аварийного режима, что приводит к обесточиванию силового источника 34. 30

При отсутствии короткого замыкания в силовой сети выполняется условие U > А и сигнал на выходе перво о порогового элемента 20 отсутству1зт. На этом заканчивается процесс измерения сопротивления жил силовой

Сети и контроль наличия короткого заМыкания в обесточенном состоянии сети и может осуществляться работа электропривода в рабочем режиме. 10

В рабочем режиме с помощью первого делителя 22 напряжений выполняется операция деления напряжений Н„в с выхода второго элемента ПАМЯТЬ 9, соответствующего среднему значению величины оперативного напряжения и напряжения U с выхода первого элемента

ПАМЯТЬ 8, В результате на первом выходе делителя 22 формируется сигнал

Uq1, пропорциональный суммарному сопротивлению В жил силовой сети,ключа 5 и диода 39 оперативному току, т.е. 0 ф U, 2 К> где К вЂ” коэффициент пропорциональ2. ности .

С помощью первого сумматора 25 из суммарного сопротивления R вычитаются значения сопротивлений R к второго

l ключа 5 в открытом состоянии и диода

R ) в проводящем сОстОянии, величины которых установлены в первом блоке 27 задания уставок.

Сигнал на выходе первого сумматора

25 пропорционален сопротивлению жил силового кабеля R, т.е.

"с< К> 11-;- 1 к, Ryq =КРс, где К вЂ” коэффициент передачи сум9 матора.

С помощью второго делителя 23 напряжений вычисляется уставка срабатывания устройства защиты от токов короткого замыкания Хк м„„,соответствующая действующему. напряжению в силовой сети в рабочем режиме U@ и короткому замыканию в наиболее удельной точке сети. т.е.

Нн кз мин 4К ) где К вЂ” коэффициент передачи делителя 29.

Значение U подается с выхода четн вертого интегратора 19.

В элементе 30 сравнения производится сравнение уставки срабатывания

I к1 м„,„, рассчитанной делителем 23 напряжений, с величиной тока нагрузки

I>, значение которого формируется на выходе третьего интегратора 18. При отсутствии короткого замыкания I „( (Х „д „и на выходе элемента 30 сравнения сигнал отсутствует.

При возникновении короткого замыкания I н» I „> ми„и на выходе элемента 30 сравнения формируются команда . на отключение выходного исполнительного блока 35 и сигнал в блок 15 индикации. С помощью перемножителя 29 и второго блока 28 уставок вычисляется емкостная составляющая сопротивления утечки силовой сети Х в соответC ствии с формулой

Xс с

Хк;; где X„„ H R,„ — километрические значения емкостного и омического сопротивлений жил силового кабеля, значение которых для конкретного типа ка" беля известны и заносятся во второй блок 28 задания уставок.

С помощью третьего делителя 24 напряжений вычисляется комплексное сопротивление утечки в силовой сети К„ в соответствии с формулой

1573497

Uн

I) где I — ток утечки, значение кото— рого подается на второй вход 5 делителя 24 с выхода второго интегратора 7.

Во втором сумматоре 26 вычисляется активная составляющая сопротивления утечки R< равная R> =R — Хс.

С помощью второго порогового элемента 21 величина активной составляющей сопротивления утечки К сравнивается с уставкой защиты от утечек

R <, и при выполнении условия К (15

6 К на выходе порогового элемента

21 формируются команда на отключение выходного исполнительного блока 35 и сигнал в блок 15 индикации.

Таким образом, изобретение позволяет контролировать возникновение аварийных режимов в электрической сети горных машин с регулируемым приводом — короткие замыкания и утечки на землю.

Формул а и з обре т е н и я

Устройство для защиты электрической сети от повреждений, содержащее источник оперативного напряжения переменного тока с разделительным трансформатором на выходе и с клеммами для подключения к контролируемой сети, блок присоединения с клеммами для подключения к фазам контролируемой сети и через резистор нагрузки к земле, датчик сетевого напряжения, датчик тока нагрузки„ датчик оперативного тока, последовательно соединенные первый интегратор и первый ключ, а также второй и третий интеграторы, второй ключ, два пороговых элемента, два сумматора, перемножитель, элемент

И, два делителя напряжения и выходной исполнительный блок, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы путем повышения точности измерения контролируемых параметров, дополнительно введены датчик оперативного напряжения, два элемента ПАМЯТЬ, блок установки в "0", последовательно соединенные формирователь импульсов и делитель импульсов, 55 третий делитель напряжения, два блока задания уставок, элемент сравнения, триггер, разделительно-усилительный блок, четвертый интегратор и блок индикации, при этом к первой выходной обмотке разделительного трансформатора подключены датчик оперативного напряжения и первый вывод датчика оперативного тока, второй вывод которого и второй вывод датчика оперативного напряжения подключены к входам второго ключа, выходы которого предназначены для подключения к контролируемой сети, выход датчика оперативного тока подключен к входу первого интегратора, выход первого ключа соединен с первым входом первого элемента ПАМЯТЬ, выход датчика оперативного напряжения подключен к первому входу второго элемента ПАМЯТЬ, выход блока установки в "0" соединен с входами установки в "0" первого интегратора, первого элемента ПАМЯТЬ, второго элемента ПАМЯТЬ, второго интегратора, третьего интегратора, четвертого интегратора и с установочным входом триггера, выход первого элемента ПАМЯТЬ соединен с входом первого порогового элемента и первым входом первого делителя напряжения, с вторым входом которого соединен выход второго элемента ПАМЯТЬ; к второй выходной обмотке разделительного трансформатора через диод подключен шунтирующий резистор, к выходным зажимам которого подключены входы формирователя импульсов, первый выход делителя импульсов соединен с управляющим входом первого ключа и счетным входом триггера, первый выход которого через разделительно-усилительный блок подключен к управляющему входу второго ключа, а второй выход подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к кнопке "Пуск", второй выход делителя импульсов соединен с первым входом второго интегратора, первым входом четвертого интегратора и первым входом третьего интегратора, второй вход последнего подключен к выходу датчика тока нагрузки, к выходу датчика сетевого напряжения подключен второй вход четвертого интегратора, к выходу блока присоединения подключен второй вход второго интегратора, выход второго интегратора подключен к первому входу третьего делителя напряжения, первый вход второго делителя напряжения соединен с вторым входом третьего делителя напряжения и выходом первого сумматора, а выход — с первым

1573497

Составитель Л, Воропаева

Редактор Н.Лазаренко Техред M.Õoäàíè÷ Корректор С.Шекмар

Заказ 1645 Тираж 478 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу третьего интегратора, а выход — к выходу первого порогового элемента, при этом выход первого. делителя напряжения через последовательно соединенные первый сумматор, перемножитель, второй сумматор и второй пороговый элемент подключен к выходу первого порогового элемента, к вторым входам первого сумматора, перемножителя и второго сумматора подключены соответственно выходы первого блока задания уставки, второго блока задания уставки и выход третьего делителя напряжения, выход первого порогового элемента подключен к входу блока индикации и первому входу выходного исполнительного блока, соединенному с выходом элемента И.