Устройство для защиты нагрузки трехфазной сети от последствий отказов силового коммутатора

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в схемах релейной защиты и автоматики. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматического отключения нагрузки от питающей сети с нулевым проводом при несанкционированных включениях и отключениях силового коммутатора. При нормальном режиме работы силового коммутатора при включенном питании нагрузки на первом и втором входах логического блока (Л Б) формируются единичные потенциалы, при этом на выходе Л Б формируется нулевой потенциал, и исполнительный блок (ИБ), подключенный к выходу ЛБ, находится в исходном состоянии, разрешающем дальнейшую работу нагрузки. В случае возникновения любого отказа коммутатора (неполнофазное включение нагрузки, несанкционированное включение и отключение нагрузки) изменяются1 потенциалы на первом - четвертом входах Л Б, и на его выходе формируется единичный уровень потенциала, что приводит к срабатыванию ИБ и отключению нагрузки от сети. Повторное включение нагрузки возможно после сброса памяти в ИБ. 2 ил. СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 Н 7/08, 7/09

ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4659122/07 (22) 06.03.89 (46) 07.11.91. Бюл. ¹ 41 (71) Пензенский политехнический институт (72) А,M,Ëåâèí, Ю.Г.Кирюхин, А,В.Печерский и В.И.Комаров (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1229887, кл. Н 02 Н 7/08, 1986.

Авторское свидетельство СССР № 936190, кл. Н 02 Н 7/09, 1982.

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ОТ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТКАЗОВ СИЛОВОГО

КОММУТАТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в схемах релейной защиты и автоматики.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматического отключения нагрузки от

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в схемах релейной защиты и автоматики.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения автоматического отключения нагрузки от питающей сети с нулевым проводом при несанкционированных включениях и отключениях силового коммутатора.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие его работу, Устройство 1 для защиты нагрузки 2, подключаемой через силовой коммутатор 3 к трехфазной сети, от последствий отказов,, Ы „, 1690066 А1 питающей сети с нулевым проводом при несанкционированных включениях и отключениях силового коммутатора, При нормальном режиме работы силового коммутатора при включенном питании нагрузки на первом и втором входах логического блока (Л Б) формируются единичные потенциалы, .при этом на выходе ЛБ формируется нулевой потенциал, и исполнительный блок (ИБ), подключенный к выходу ЛБ, находится в исходном состоянии, разрешающем дальнейшую работу нагрузки. B случае возникновения любого отказа коммутатора (неполнофазное включение нагрузки, несанкционированное включение и отключение нагрузки) изменяются потенциалы на первом — четвертом входах ЛБ, и на его выходе формируется единичный уровень потенциала, что приводит к срабатыванию

ИБ и отключению нагрузки от сети. Повторное включение нагрузки возможно после сброса памяти в ИБ. 2 ил. силового коммутатора содержит двухполупериодный трехфазный выпрямитель 4 с входными выводами 5, 6, 7, предназначенными для подключения к линиям питания фаз нагрузки 2 между нагрузкой 2 и коммутатором 3, и с положительным 8 и отрицательным 9 выходными выводами, логический блок 10 с первым 11 и вторым 12 входами и выходом 13. реализующий функцию логического умножения с инвертированием, первый резистор 14, первый оп трон н ый формирователь l 5 логического сигнала, осуществляющий преобразование его входного тока в заданное значение выходного двоичного сигнала, и эапоминаю1690066 щий исполнительный блок 16 с управляющим входом 17 и принудительным (ручным) сбросом памяти путем отключения питания.

Положительный 8 и отрицательный 9 выходные выводы трехфазного выпрямителя 4 связаны соответственно с первым 11 и вторым 12 входами логического блока 10, к выходу 13 которого подключен управляющий вход 17 исполнительного блока 16, а первый резистор 14 включен последовательно в управляющую цепь первого оптронного формирователя 15 логического сигнала.

В устройстве имеются второй резистор

18, второй оптронный формирователь 19 логического сигнала, осуществляющий преобразование ео входного тока в значение двоичного выходного сигнала, одноименное заданному значению двоичного сигнала на выходе первого оптронного формирователя 15 логического сигнала, блок 20 временной задержки и дополнительные входные выводы 21 для подключения к нулевому проводу питающей сети и 22 — для подключения к управляющей шине "Включение коммутатора".

Управляющая цепь первого оптронного формирователя 15 логического сигнала через первый резистор 14 включена между положительным выходным выводом 8 трехфазного выпрямителя 4 и выводом 21 для подключения к нулевому проводу питающей сети, Управляющая цепь второго оптронного формирователя 19 логического сигнала через второй резистор 18 включена между отрицательным выходным выводом 9 трехфазного выпрямителя 4 и выводом 21 для подключения к нулевому проводу питающей сети, В ыходы первого 15 и второго 19 оптронных формирователей логических сигналов подключены соответственно к первому 11 и второму 12 входам логического блока 10, который дополнительно снабжен третьим 23 и четвертым 24 входами. При этом третий вход 23 логического блока 10 и вход блока 20 временной задержки соединены с дополнительным входным выводом

22 для подключения к управляющей шине

"Включение коммутатора;". Четвертый 24 вход логического блока 10 подключен к выходу блока 20 временной задержки, выполненного в виде логического повторителя с временными задержками срабатывания по переднему и отпускания по заднему фронтам входного сигнала "Включение коммутатора", Логический блок 10 выполнен в виде комбинационного блока, реализующего функцию

Y = X1X2XgX4 + (Х1 + Х )ХзХ4, (1) Y — двоичная переменная на выходе 13 логического блока 10;

Х1, Х, Хз и X4 — двоичные переменные соответственно на первом 11, втором 12, 5 третьем 23 и четвертом 24 входах логического блока 10, Это выражение имеет множество эквивалентных записей. Комбинационный логический блок 10 на фиг.1 аппаратурно

10 реализует одну из них, имеющую следующий вид

v =(х х,)(хз Г4)х х хзх4 (г)

Исполнительный блок 16 выполнен на последовательно включенных исполнитель15 ном реле 25, светодиоде 26 "Авария", тиристоре 27, выполняющем функцию элемента памяти, и кнопка 28 "Сброс" для принудительного (ручного) сброса памяти.

Устройство 1 работает следующим об20 разом.

Для нормальной работы устройства необходимо обеспечить формирование единичного потенциала на шине 22 "Включение коммутатора" при подаче на коммутатор ко25 манды включения и нулевого потенциала при подаче команды на выключение.

Если коммутатор 3 находится в состоянии "Выключен", то потенциал шины 22

"Включение коммутатора" — нулевой, напря30 жение на входах и выходах выпрямителя 4 равно нулю. Ток в управляющих цепях оптронных формирователей 15,19 отсутствует, а потенциал их выходных цепей 11,12 равен нулю (фиг,2 а,б,д участки г ыкд, исключая

35 участок 11; штриховыми лйниями показано отсутствующее на входах 5,6,7 выпрямителя напряжение сети).

Если коммутатор 3 находится в состоянии "Включен", то потенциал шины 22

40 "Включение коммутатора" будет единичным, на нагрузке 2, а следовательно, на входах и выходах выпрямителя 4 будет соответственно переменное и выпрямленное напряжение. Через управляющие цепи

45 оптронных формирователей 15, 19 при этом протекает ток, обеспечивающий наличие единичного потенциала на входах 11, 12 логического блока 10 (фиг.2а, б, д, участок wit<, исключая интервал I).

В случае возникновения любого отказа коммутатора 3, сопровождающегося неполнофазным включением нагрузки 2, изменяется значение логического сигнала хотя бы на одном из входов 11 и 12, Так, например, если в коммутаторе 3 произошел отказ типа

"полуобрыв" силового контакта фазы С, исключающий прохождение отрицательной полуволны напряжения фазы, тогда в состоянии "Включен" коммутатора 3 сформирует1690066 ся режим неполнофазного включения как нагрузки 2, так и выпрямителя 4, и на выходе

9 вып рямителя 4 сформируется интервал нулевого напряжения, преобразуемый резистором 18 и оптронным формирователем 19 в нулевой участок на входе 12 логического блока 10 (фиг.2б, r, интервал 1). При полном

"обрыве" этого контакта или обрыва фазы сети нулевой интервал будет иметь место не только на входе 12, но и на входе 11. Если в коммутаторе 3 произойдет отказ типа "Короткое замыкание" силового контакта фазы

В, то соответствующее неполнофазное включение нагрузки 2 и выпрямителя 4 возникнет в состоянии коммутатора 3 "Выключен". При этом на выходах выпрямителя 4 будут иметь место полупериоды напряжения фазы поврежденного силового контакта, преобразуемые резисторами и оптронными логическими повторителями

14, 15 и 18, 19 в участки единичного сигнала на входах 11 и 12 логического блока. 10 (фиг.2а, б, в, г, интервал II).

Таким образом, изменение сигнала на входах 11 и 12 логического блока 10 при неизменном значении сигнала на шине 22

"Включение коммутатора" является признаком неполнофазного включения нагрузки, т.е, аварийной ситуации.

B моменты санкционированных переключения силового коммутатора 3 соотношения сигналов на входах 11, 12 блока 10 и шине 22 "Включение коммутатора" будут кратковременно соответствовать неполнофазному включению, Причинами этого могут быть несогласованность моментов переключений коммутатора в силовой сети и сигнала на шине "Включение коммутатора", высокочастотные (искрение) и низкочастотные (работа индуктивной нагрузки на выпрямитель) переходные процессы в силовой сети, применение коммутации с синхронизацией моментов подключения каждой фазы с моментами перехода соответствующих фазных напряжений через ноль и т.д.

Для исключения срабатывания защиты по причине переходных процессов в устройстве имеется блок 20 задержки, а реализуемой логическим блоком 10 функцией предусмотрен запрет на выдачу сигнала на

-срабатывание исполнительного блока 16 в случае различных сигналов на его входах 23 и 24. По этой причине на фиг,2 участок короткого замыкания фазы В (интервал li) не совпадает по длительности с соответствующим участком появления сигнала на выходе

13 интервал II). Очевидно, длительность задержки должна быть больше времени переходного процесса r> > г . щее к срабатыванию исполнительного блока 16 и отключению сети:

40

55 аварий оборудования.

Таким образом, единичный сигнал на выходе 13 логического блока 10 согласно выражению (1) формируется при наличии единичных уровней на его входах 23, 24 и нулевом хотя бы на одном из входов 11, 12 или при наличии нулевых уровней на входах

23, 24 и единичном хотя бы на одном из входов 11, 12 .

При появлении единичного сигнала на выходе 13 логического блока 10 тиристор 27 исполнительного блока 16 отпирается, реле

25 срабатывает, производя соответствующее отключение сети, а светодиод 26 обеспечивает индикацию срабатывания защиты.

В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока не будет нажата кнопка 28 "Сброс".

Срабатывание устройства при несанкционированном полнофазном включении нагрузки происходит аналогично. В этом случае на входах 11 и 12 логического блока

10 возникнут не импульсные, а потенциальные сигналы аварийных значений. Несанкционированное включение — это включение силового коммутатора 3 при нулевом сигнале на шине 22 "Включение коммутатора".

При этом нагрузка 2 и выпрямитель 4 подключаются к питающей сети, на входах 11, 12 логического блока 10 формируются единичные потенциалы, а сигнал на выходе 13 блока 10 в соответствии с выражением (1) принимает единичное значение, приводяV = 1. 1 О. 0+ (1+ 1) 0 О = 1.

Аналогично отключение сети происходит и в случае несанкционированного отключения коммутатора, т.е. в том случае, когда последний не включается несмотря на наличие команды на включение, В этом случае

Y = 0 0 1 1 + (О + О) 1 1 = 1

Отключение сети от невключившегося коммутатора служит индикатором его неисправности, а если это по какой-либо причине опасно„ то признаком возникновения аварийной ситуации, Использование предлагаемого устройства позволяет исключить несанкционированное включение нагрузки и сигнализирует о ее несанкционированном включении. В результате повышается безопасность работы обслуживающего персонала и снижается вероятность поломок и

1690066

Формула изобретения

Устройство для защиты нагрузки трехфазной сети от последствий отказов силового коммутатора, содержащее двухполупериодный трехфазный выпрями- 5 тель с входными выводами, предназначенными для подключения к линиям питания фаз нагрузки между нагрузкой и коммутатором. и с положительным и отрицательным выходными выводами, логический блок с 10 первым и вторым входами и выходом, реализующий функцию логического умножения с инвертированием, первый резистор, первый оптронный формирователь логического сигнала и запоминающий исполнительный 15 блок с управляющим входом и сбросом памяти при отключении питания, к выходу логического блока подключен управляющий вход исполнительного блока, а первый резистор включен последовательно в управляю- 20 щую цепь первого оптронного формирователя логического сигнала, о т л ич а ю щ е e c я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения автоматического отключения на- 25 грузки от питающей сети с нулевым проводом при несанкционированных вклю-. чениях и отключениях силового коммутатора, в устройство введены второй резистор, второй оптронный формирователь логиче- 30 ского сигнала, блок временной задержки и дополнительные входные выводы для подключения к нулевому проводу питающей сети и к управляющей шине "Включение коммутатора", управляющая цепь первого 35 оптронного формирователя логического сигнала через первый резистор включена между положительным выходным выводом трехфазного выпрямителя и выводом для подключения к нулевому проводу питающей сети, управляющая цепь второго оптронного формирователя через второй резистор включена между отрицательным выходным выводом трехфазного выпрямителя и выводом для подключения к нулевому проводу питающей сети, выходы первого и второго оптронных формирователей логических сигналов подключены соответственно к первому и второму входам логического блока, который дополнительно снабжен третьим и четвертым входами, причем третий вход логического блока и вход блока временной задержки соединены с дополнительным входным выводом для подключения к управляющей шине "Включение коммутатора", четвертый вход логического блока подключен к выходу блока временной задержки, выполненного в виде логического повторителя с временными задержками срабатывания по переднему и отпускания по заднему фронтам входного сигнала "Включение коммутатора", а логический блок выполнен в виде комбинационного блока, реализующего функцию

Y = Х 1Х2ХзХ4 + (X) + Хг)ХзХд. где Y — двоичная переменная на выходе логического блока;

Х>, Х, Хз и Х4 — двоичные переменные соответственно на первом, втором, третьем и четвертом входах логического блока.

1690066

Составитель О.Орлов

Техред M.Ìoðãåíòàë

Корректор Т.Малец

Редактор Е.Хорина

Заказ 3820 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго од, ул.Гагарина, 101