Устройство быстродействующего автоматического включения резерва

 

Изобретение относится к элe^cтpoтexнике, а именно к автоматическому включению резерва при наличии подпитки защищаемых шин асинхронными двигателями. Цель .изобретения - повышение надежностиэлектроснабжения асинхронных двигателей путем повышения быстродействия И из- , бирательности срабатывания. Устройство содержит две секции шин, соединенных секционным выключателем, на каждой секции шин - орган контроля снижения напряжения, орган контроля режима системы, орган выдержки времени, датчики тока и напряжения, орган контроля направления мощности, элемент ПАМЯТЬ, трехвходовой логический элемент И, а также орган разности напряжений, два логических элемента ИЛИ, третий логический элемент И. параллельно секционному выключателю включен тирцсторный коммутатор. Устройство срабатывает при внешних коротких замыканиях (к.з.) и неуспешном самозапуске, не срабатывает при к.з. на шинах и успешном самозапуске. Возможность успешности сапозапуска определяется до начала процесса. 8 ил., •^^Изобретение относится к электротехнике. а именно к устройствам автоматического включения резерва (АВР) при наличии подпитки защищаемых шин асинхронными двигателями.Целью изобретения я1вляется повышение надежности электроснабжения асинхронных электродвигателей путем повышения быстродействия и избирательности срабатывания.На фиг.1 представлена структурная схема устройства .быстродействующего автоматического включения резерва; на фиг.2 -;- структурная схема органа контроля сниже^ния напряжения; на фиг.З -структурная схема органа контроля режима системы; на фиг.4- временные диаграммы сигналов органа контроля снижения напряжения для нормального и аварийного режимов; на фиг.5 - временные диаграммы сигналов органа контроля режима системы в нормальном режиме и при коротком замыкании в точке К1; на фиг.6 - временные диаграммы сигналов органа контроля режима системы в условиях успешного самозапуска электродвигателей; на фиг.7 - временные диаграммысигналовустройства быстродействующего АВР в нормальном ре-VIО soЬ. О»ю

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..Я2 1709462 А1 (st)s Н 02 J 9/06

ГОсУДАРстВенный кОМитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1. 2 (21) 4727170/07 . электроснабжения асинхронных двигате(22) 07.08,89 . лей путем повышения быстродействия и из(46) 30.01,92. Бюл. М 4, бирательности срабатывания. Устройство (71} КраснОдарский политехнический инсти- содержит две секции шин, соединейных тут секционным выключателем, на каждой cei<(72) Б.А.Коробейников, А.И.Ищенко и ции шин — орган контроля снижения напряЕ;А. Беседин жения, орган контроля режима системы, (53) 621.316.925(088.8) орган выдержки времени, датчики тока и (56) Авторское свидетельство СССР, напряжения, орган контроля направления

3Ф 943962, кл. Н 02 Н 3/24, 1980. мощности, элемент ПАМЯТЬ, трехвходовой, Корогодский В.И. и др. Релеййая эащи- логический элемент И, а также орган разнота электродвигателей напряжением выше 1 сти напряжений, два логических элемента кВ. М.: Энергоатомиздат,. 1987, с.182-183, ИЛИ, третий логический элемент И, паралрис.4.40. лельно секционному выключателю включен (54) УСТРОЙСТВО БЫСТРОДEACTBYIO-, тиристорный коммутатор. Устройство сраЩЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ батывает при внешних коротких замыканиРЕЗЕРВА .. ях (к.з.) и неуспешном самозапуске, не (57) Изобретение относится к электротехни- срабатывает при к.з. на шинах и успешном ке, а именно к автоматическому включению самозапуске; Возможность успешности сарезерва при наличии подпитки защищае- йозапуска определяется до начала процесмых шин асинхронными двигателями. Цель са. 8 ил.

-,изобретения - повышение надежности

О

Изобретение относится к электротехни- . ния напряжения; на фиг.3- структурная схе.ке,аименнокустройствамавтоматического ма органа контроля режима системы; на включения резерва (АВР) при наличии.под-: фиг.4- временные диаграммы сигналов орпитки защищаемых. шин асинхронными .. гана контроля снижения напряжения для двигателями.. нормального и аварийного режимов; на

Целью изобретения является повыше-: . фиг.5 — временные диаграммы сигналов орние надежности электроснабжения асинх- - . гана контроля режима системы в нормальронных электродвигателей путем ном режиме.и при коротком замыкании в повышения быстродействия и избиратель- точке К1; на фиг.6 — временные диаграммы ности срабатывания. сигналов органа контроля режима системы.

На фиг.1 представлена структурная схе- в условиях успешного самозапуска электрома устройства, быстродействующего автома- двигателей; на фиг.7 — временные диаграмтического включения резерва; на фиг.2 —;. мы . сигналов устройства структурная схема органа контроля сниже- быстродействующегоАВР в нормальном ре1

1709462 жиме и при коротком замыкании в точке К1; на фиг.8 — временные диаграммы сигналов устройства быстродействующего ABP в условиях успешного самозапуска электродвигателей.

Устройство быстродействующего ABP содержит датчики 1 и 2 тока (фиг.1), установленные на,вводе питания секций 3 и 4 шин соответственно. Питание данных секций шин осуществляется через вводные выключатели 5 и 6. Между этими секциями параллельно включены секционный выключатель

7 и тиристорный коммутатор 8. К секциям 3 и 4 шин подключены датчики 9 и 10 напряжения, а также асинхронные двигательные нагрузки 11 и 12. Выход датчика 9 напряжения соединен с входами элемента ПАМЯТЬ

13 и органа 14 контроля снижения напряжения секции 3 шин. Аналогична выход датчика 10 напряжения. соединен с вхбдами элемента ПАМЯТЬ 15 и органа 16 контроля снижения напряжения секции 4 шин. Выходы элементов ПАМЯТЬ 13 и .15 соответственно соединены .с вторйми входами органов 17 и 18 контроля направления мощности, при этом первые входы последних соединены с выходами датчиков 1 и 2 тока соответственно, Выход органа 14 контроля снискания напряжения соединен с входом. первого порогового элемента 19, первым входом органа 20 контроля режима системы и первым входом органа 21 разности напря. жений. Выход органа 17 контроля направления мощности соединен с вторым входом органа 20 контроля режима системы секции

3 шин. Аналогично выход органа 16 контро1 ля снижения напряжения соединен с входом второго порогового элемента 22, первым входом органа 23 контроля режима системы и вторым входом органа 21 разности напряжений. Выход органа 18 контроля направления мощности соединен с вторым входом органа 23 контроля режима системы. Выход органа 21 разности напряжений соединен с входом третьего порогового элемента 24. Выходы первого порогового элемента 19, органа 20 контроля режима системы и третьего порогового элемента 24 соединены соответственно с первым. вторым, третьим входами первого трехвходового -логического элемента И 25. Выходы второго порогового элемента 22, органа 23 контроля режима системы и третьего порогового элемента 24 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами второго трехвходового логического элемента.И 26. Выход первого логического элемента И 25 соединен с входом органа 27 выдержки времени, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ 28 и с цепью отключения вводного вйключателя 5, Выход второго-логического элемента И 26 соединен с входом органа 29 выдержки времени, выход котороro соединен с вторым входом первого логического элемента ИЛИ 28 и с цепью отключения вводного выключателя 6. Выход первого логического элемента ИЛИ 28 соединен с первым входом третьего логического элемента И 30, второй вход которого соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ 31, а выход — с цепями включения секционного выключателя 7 и тири10 сторного коммутатора 8. При этом первый и извлечения квадратйого корня. Выход по-. следнего является выходом органа 14 контроля снижения напряжения.

Орган 20 контроля режима системы (фиг.3) . содержит второй дифференциатор 38, вход которого одновременно является первым входом органа 20 контроля режима систе- мы, а выход соединен с входом четвертого порогового элемента 39; первым входом четвертого логического элемента И 40 и че40 реэ первый логический элемент HE 41 с пер. 1 вым входом пятого логического элемента И

42. Второй вход четвертого логического элемента И 40 является вторым входом органа

45 20 контроля режима системы и через второй логический элемент НЕ 43 связан с вторым входом пятого логического элемента И 42.

При этом выходы четвертого 40 и пятого 42 логических элементов И.соединены соответ50 ственно с первым и вторым входами третьего логического элемента ИЛИ 44. Выход. i последнего соединен с вторым входом шестого логического элемента И 45, выход которого одновременно является выходом органа

55 20 контроля режима системы, а первый вход соединен с выходом третьего логического элемента HE 46.Вход третьего логического элемента НЕ 46 соединен с выходом одновибратора 47, вход которого соединен с вы- ходом четвертого порогового элемента 39.

15 второй входы второго логического элемента.

ИЛИ 31 соединены с блок-контактами вводных выключателей 5 и 6 соответственно.

Орган 14 контроля снижения напряжения (фиг.2) содержит пропорциональный

20 блок 32 и первый квадратор 33, выходы которых объединены,и образуют вход органа

14 контроля снижения напряжения. Выход пропорционального блока 32 соединен с входом первого дифференциатора 34, вы25 ход которого соединен с входами второго, квадратора 35. Выход последнего соединен с первым входом сумматора 36, второй вход которого соединен с выходом первого квадратора 33, а выход — с входом блока 37

1709462

Конструкция органа 16 контроля снижеогибающая амплитуды сигнала 0> (t); 53 г зависимость изменения во времени сигнала

U< (); 54.— огибающая сигнала (К 0>(t)pj; 55 — зависимость изменения во времени сигнала (К U<(t)p) в нормальном режиме). На вы" ходе сумматора 36 формируется сигнал V>2, равный по величине квадрату амплитуды, сигнала 01(). ЗтОт сигнал поступает на вход блока 37 извлечения квадратного корня, на выходе которого формируется сигнал Ч1. За- висимость изменения во времени сигнала

V< — есть зависимость изменения во времени.огибающей сигнала 01(t). Сигнал V1 по-ступает в первый пороговый элемент 19, где сравнивается с пороговым сигналом Чм. В нормальном режиме Ч ? Чп1. ПОроговый элемент 19 срабатывает при Ч1 с Vot, поэтому в нормальном режиме на его выходе сигнал Vn отсутствует (фиг. 4д, 5а, ба, 7б, 8б при t < to, где 56 — зависимость изменения во времени сигнала V> в нормальном режиме; 57 — уровень порогового сигнала Чл1).

В аварийном режиме при исчезновении питания, либо при резкой посадке питающего напряжения уровень напряжения на секции 3 шин снижается не скачком, а по экспоненциальному закону из -за подпитывающего эффекта двигательной нагрузки

11. При асинхронной двигательной нагрузкес скорость изменения амплитуды напряжения значительно больше скорости изменения

его частоты. Поэтому на интервале времени работы устройства частоту напряжения с до статочной степенью точности можно считать неизменной (фиг,4а, 7а при t >to, где 58 — огибающая амплитуды сигнала 01(1); 59— зависимость изменения во времени сигнала

U<(t) в аварийном режиме). При этом снижа- . ются и уровни сигналов К 0 (1), 01 (t), К

-Uq(t)p, (КО<(t)pj (фиг.4б, 4в,4г при t > to, где

60 — огибающая амплитуды сигнала К Us(t)p;

61 — зависимость во.времени сигнала К Иф)р; 62 — огибающая аыллигуды сигнала

01 (t); 63,— зависимость измеНения во времени сигнала 01 (t); 64 — огибающая ампли2 туды сигнала (К 01(т)р) : 65 — зависимость изменения во времени сигнала (К 01(т)р) в аварийном режиме); Следовательно, сигнал

Vt также убывает по зкспоненциальному закону. В момент времени tp сигнал V> снижается до уровня порогового сигнала V» в пороговом элементе 19 и на выходе последнего появляется сигнал Vn (фиг.4д, 4е, 5а, 7б, 7д при t > to, где 66 = зависимость изменения во времени сигнала Ни в аварийном режиме).

Работа органа 16 контроля снижения напряжения и временные диаграммы его работы аналогичны работе органа 14: контроля снижения напряжения и временным ния напряжения секции 4 шин полностью соответствует, конструкции органа 14-контроля снижения напряжения. Конструкция органа 23 контроля, режима системы секции 5

4 шин полностью соответствует конструкции органа 20 контроля режйма системы.

Блоки устройства могут быть получены на оСнове существующей элементной базы:

10 квадраторы — на базе перемножителя с параллельным соединением его входов; пропорциональный блок — на основе операционного усилителя постоянного тока с резисторами на входе и в цепи обратной связи; дифференциатор — на основе. операционного усилителя постоянного тока с резистором в цепи обратной связи,и конденсатором на входе; блок извлечения квадратного корня — на базе операционного усилителя постоянного тока с включением в цепь обратной связи перемножителя; пороговые элементы — на основе компаратора: органы выдержки времени- на базе интегрального таймера.

Устройство работает следующим обра- 25 зом.

Вначале рассмотрим работу первого ор; гана 14 контроля снижения напряжения (фиг,1 и 2) совместно.с первым пороговым элементом 19. В нормальном режиме работы вводные выключатели 5 и 6 замкнуты, секционный выключатель 7 и тиристорный коммутатор 8 отключены. Сигнал 01(t) с датчика 9 напряжения поступает на вход органа 14 контроля снижения напряжения, где

35 разветвляется на вход пропорционального блока 32 и входы первого квадратора 33 (фиг.4а, 7а и 8а при t < to, где 48 — огибающая амплитуды сигнала 01(т); 49 — зависимость изменения во времени сигнала Ut(t) 40 в нормальном, режиме). С выхода,пропорционального блока 32 сигнал К 01(т) поступает на вход дифференциатора 34 (К=фо — коэф-. фициент усиления пропорционального блока), и на выходе последнего формируется 45 сигнал К 01()р, который rio амплитуде равен сигналу %(т) и опережает его по фазе.на 90 . (фиг.4б при t < to, где 50 — огибающая амп.литуды сигнала К U<(t)p;51 — зависимость . изменения во времени сигнала К 01(т)р в 50 . нормальном, режиме). Поступая на входы второго квадратора 35, сигнал К Оф) в нем возводится в квадрат, и на выходе квадра тора формирует.ся сигнал (К Ut(t)p), пост Гпающий на первый вход сумматора 36. В 55 первом квадраторе 33 возводится в квадрат сигнал U t(t); поступающий на его вхЬды, При этом на выходе квадратора формируется сигнал,01 (t), поступающий на второй вход. сумматора 36 (фиг.4в, 4г при t < to, где 52—

1709462 диаграммам его работы. При этом аналогом сигнала U>(t) является сигнал Uz(t), аналогами сигналов К 01(т) и K U g(t)p — сигналы К Uz(t) и К Uz(t)p соответственно; аналогами сигналов (К U>(t)pj и Ut (1) — сигналы |K U>(t)pj и

° U (с) соответственно а аналогами сигналов .

V> и V — сигналы Ч2 и,Ч2 соответственно, Далее рассмотрим работу органа 20 контроля режима системы секции шин 3 (фиг.1 и 3). Сигнал Vt от органа 14 контроля снижения напряжения подается на первый вход органа 20 контроля режима системы, на второй вход которого поступает сигнал.

Чв с выхода органа 17 контроля направления мощности. В нормальном режиме изменение сигнала V> отсутствует и отсутствует сигнал Vs, так как направление мощности— от источника к потребителю. При неизменном сигнале Ч1 на выходе второго дифференциатора 38 сигнал Ч1 равен нулю.

Поэтому. на выходе четвертого логического элемента И 40 сигнал Ve отсутствует, При этом на.выходах первого 41 и второго 43 логических. элементов НЕ имеют место сигналы Ч4 и Ve. Следовательно, на выходе пятого логического элемента И 42 присутствует сигнал Чт(фиг.5а, б, г, д, е при

t < t0, где 68 — зависимость изменения во времени сигнала V1; 69 — уровень порого1. вого сигнала Члз четвертого порогового элемента 39; 70 — зависимость изменения во времени сигнала Ч ; 72 — зависимость изменения во времени сигнала V7 в нормальном режиме). При этом на выходе третьего логи- ческого.элемента ИЛИ 44 появляется сигнал

Ч9 (фиг.5ж при t < to, где 73 — зависимость изменения во времени сигнала Чэ в нормальном режиме). На выходе четвертого порогового элемента 39 сигнал Чз отсутствует, так как данный пороговый элемент срабаты вает при отрицательных значениях сигнала

Vt, когда 1Ч I > I Члз l. На выходе одновибратора 47 сигнал; Ч о также отсутствует, а на выходе третьего логического элемента НЕ 46 сигнал Ч1о имеет место. При одновременном наличии сигналов Ч1о u Vg на выходе шестого логического элемента И

45 имеет место сигнал Ч11 (фиг.5в, з при t.< ъо, где 74 — зависимость изменения во вре.мени сигнала Чю; 75 — зависимость изменения во времени сигнала Чц в нормальном режиме).

При аварийном режиме, при коротком замыкании в точке К1, ток через датчик 1 тока изменяет свое направление на противоположное в связи с подпиткой точки К1, асинхронными двигателями 11 (фиг.1, где 76 — направление подпиты вающего тока двигателей 11 при коротком замыкании s точке

К1); Одновременно по экспоненциальному закону снижается и сигнал V>. Дифференциатор 38 выполнен инвертирующим, поэтому на его выходе появляется положительный сигнал Vt . На выходе органа 17 направле1 ния мощности появляется сигнал V5 (фиг.5а, б, в, г при t > to, где 77 — зависимость изменения во времени сигнала Чь; 78 — зависимость изменения во времени сигнала

Ч5 в аварийном режиме). При этом сигналы

10 Чд и Ve отсуствуют, и на выходе пятого логического элемента.И 42 сигнал Чу тактике отсутствует. Однако на выходе четвертого логического элемента И 40 сигнал Ve имеет место (фиг.5д, е при1 > со, где 79 — зависимость

15 изменения во времени сигнала Ve; 80 — зависимость изменения во времени сигнала

Ч7 в аварийном режиме). Следовательно, присутствует сигнал Vg на выходе третьего логического элемента ИЛИ 44 (фиг.5ж, при t > то, 20 где 81- зависимость изменения во времени сигнала Vg в аварийном режиме). Сигнал Чз, на выходе четвертого порогового элемента

39 отсутствует, так как сигнал Чь положи1 тельный. Поэтому отсутствует сигнал V

25 выходе одновибратора 47, а на выходе третьего логического элемента HE 46 сигнал

V1p имеет место (фиг.5в при t > to, где 82— . зависимость изменения во времени сигнала

Vto в аварийном режиме). Следовательно, 30 при коротком замыкании в точке К1 на выходе шестого логического элемента И 45 имеет место сигнал Ч1 (фиг,5з при t >tp, где

83 — зависимость изменения во времени сигнала Ч 1 в аварийном режиме).35 При коротком замыкании в точке К2 на секции 3 шин работа блоков 38., 39, 41,46 и

47 и временные диаграммы сигналов V>, V<1, Чз, Чю, Ч1о аналогичны режиму короткого замыкания в точке К1. Однако ток е точке

40 К2 складывается из тока от системы элект-. роснабжения и тока подпитки асинхронных двигателей(фиг.1, где 84 — направление тока . от системы электроснабжения; 85 — направление тока подпитки асинхронных двигате45 лей при коротком замыкании в точке К2).

При:этом ток через. датчик 1 тока направлен от системы к секции 3 шин, поэтому на выходе органа 17 направления мощности сигнал Vs в этом режиме отсутствует. На

50 выходе второго логического элемента НЕ 43 имеет место сигнал Ve. однако сигнал V4 на выходе йервого логического элемента HE 41 отсутствует как и при коротком замыкании в точке К1. Поэтому отсутствует и сигнал Ч7

55 на выходе пятого логического элемента И

47, Кроме того, из-за отсутствия сигнала Ve не будет сигнала Чз на выходе четвертого логического элемента И 40. Следовательно, будут отсутствовать сигналы Vg на выходе третьего логического элемента ИЛИ 44 и Vi>.1 7094

1 на выходе шестого логического элемента И

45.

Рассмотрим работу органа 20 контроля режима системы в режиме самозапуска электродвигателей 11 при кратковремен- 5 ных снижениях напряжения, Этот процесс состоит из двух этапов- снижения напряжения и последующего его нарастания. На первом этапе при значительном снижении, либо исчезновении напряжения в сети на- 10 пряжение на секции 3 шин-уменьшается по экспоненциальному закону, так и при коротком замыкании в точке К1. На -этом этапе режим работы органа 20 контроля режима системы и его временные диаграммы анало- 15 гичны режиму работы и временным диаграммам при коротком замыкании в точке К1 (фиг.6а-з при tn < t <. ta, где 86 — зависимость изменения во времени сигнала V1; 87 — зависимость изменения во времени сигна- 20 ла V< ; 88 — зависимость изменения во вре-. мени сигнала Чк; 89 — зависимость изменения во времени сигнала.Vg; 90 — зависимость изменения во времени сигнала

Чз; 91 — зависимость изменения во времени 25 сигнала Чт; 92 — зависимость изменения во, времени сигнала Vg; 93- зависимость Изменения во времени сигнала U>> в режиме самозапуска). При восстановлении в момент времени з напряжения в сети на секции 3 30 шин оно нарастает не скачком, а по экспоненциальному закону. При этом по экспоненциальному закону нарастает и сигнал VV1 (фиг.6а при t >ta). Это ведет к изменению знака сигнала Vq на противоположный 35 (фиг.бб при t > ta). Сигнал Vs npu t > 1з также отсутствует, так как на втором этапе самозапуска происходит потребление энергии из сети (фиг.бг и ри t > тз). Следовательно, на выходе четвертого логического 40 элемента И 40 при отсутствии сигнала Чв и отрицательном сигнале Vt (что соответст1 вует логическому нулю) сигнал Чз отсутствует (фиг.6д и ри t ) t3). Однако имеют место сигналы V4 и Чз на выходах первого 41 и 45 второго 43 логических элементов НЕ соответственно. Поэтому будут иметь место сигналы Ч7 на выходе пятого логического элемента И 42 и Vg на выходе третьего логического элемента ИЛИ 44 (фиг.бе, ж при t > 50

t0). При этом появление сигнала Ч11 на выходе шестого логического элемента И 45 зависит от появления сигнала V>o. При возможности успешного самозапуска уровень сигнала Ч1 в отрицательной области в мо- 55 мент времени и превышает по модулю пороговый сигнал в четвертом пороговом элементе 39. На выходе последнего в этот момент времени появляется сигнал Чз, который исчезает, в момент времени tn npu IVt

62

< Чпз !. При значениях сигнала Vt

1 близких к значению порогового сигнала Члз, интервал времени (з, tnl очень мал и недостаточен для согласованной работы с другими блоками устройства. Поэтому в. одновибраторе 47 импульс сигнала Чз расширяется до необходимой длительности (тз, tn) по заднему фронту, образуя сигнал. Чю; В третьем логическом элементе Н Е 46 формируется сигнал Чю, противоположный сигналу Чя (фиг.бв при t > тз), который на интервале времени fta, tn) равен нулю. Поэтому и сигнал Чц на выходе шестого логйчес;-<ого элемента 45 на этом же интервале времени отсутствует (фиг.бз при t. > з).

В случае, если скорость нарастания напряжения при самозапуске меньше допустимой, возможны перегрев и выход из строя силового оборудования. Величина порогового сигнала выбирается из этих соображений, При неуспешном самозапуске в отрицательной области сигнал V1 < Члз!, 1 поэтому на выходе четвертого порогового элемента 39 при t > ta сигнал Чз отсутствует, также отсутствует и сигнал U

V>p имеет место и на выходе шестого логического элемента И 45 при t > з присутствует сигнал V>>.

Работа органа 23 контроля режима системы аналогична работе органа 20 контроля режима системы, При этом аналогами сигналов Ч и Чь являются сигналы Ч2 и V)g соответственно, а аналогом сигнала Чд— сигнал Ч2 . Временные диаграммы органа

23 контроля режима системы полностью соответствуют временным диаграммам органа 20 контроля режима системы. При этом аналогами сигналов Ч1, Чз и Чпз являются

1 соответственно сигналы Ч2, Ч1з и Vn q, аналогами сигналов V4 и Че — сигналы Ч 4 и Чи соответственно, аналогами сигналов Чт и Чз — сигналы V>y и Ч а соответственно, аналогами сигналов V10 и Чю — сигналы V20 и (/м соответственно, аналогом сигнала Vg — сигнал U>g.

Рассмотрим совместную работу отдельных блоков устройства в вышеописанных. режимах. Для секции 3 шин в нормальном режиме работы на выходе органа 14 контроля снижения напряжения сигнал V< имеет постоянную величину и превышает значение порогового сигнала Vn1(фиг,7 б при;i <,to).

Поэтому на выходе первого порогового элемента.19 сигнал Чи отсутствует(фиг.7д при t < to).

Аналогично для секции 4 шин сигнал. Vg на выходе органа 16 контроля снижения напряжения будет также неизменным и по величине больше порогового значения Чл2, и на выходе второго порогового элемента 22 сигнал Чд также будетотсутствовать. Величины сигналов Ч1

1709462

12 и Ч вычитаются в органе 21 разности йа- ИЛИ 28 (фиг;7з при t > t, где 99 — зависи. пряжений, при этом их разность близка к мость изменения во времени сигнала Vzs в нулю. Поэтому втретьем пороговом элемен- аварийном режиме). На выходе последнего те 24 сигнал V23= IV1- V2! меньше поро- появится сигнал Vy поступающий на пергового сигнала Vn23 и на выходе этого 5 вый вход третьего логического элемента И элемента сигнал Чг4 будет отсутствовать 30. При это с отключением выключателя 5с (фиг.7в, г при t < to, где 94 — уровень порого- его блок-контактов поступит сигнал Vat на ваго сигнала V з; 95 — зависимость изме- первый вход второго логического элемента нениявовременисигналаЧгзвнормальном ИЛИ 31, на выходе которого, будет сигнал режиме). На выходе органов 20 и 23 контро- 10 Va, поступающий на второй вход третьего ля режима системы в нормальном режиме логического элемента И 30. На выходе поимеют место сигналы Чд и V21 соответст- следнего появится сигнал VABp, поступаювенно. Таким образом, в нормальном режи- щий на входы цепей управления ме на входах первого логического элемента секционного выключателя 7 и тиристорного

И 25 из сигналов Ча, V11, V24 присутствует 15 коммутатора 8. Тиристорный коммутатор 8 только сигнал V< >,.а на входах второго логи- включится сразу на время, необходимое для ческого элемента И 26 из сигналов Vzt, Vn, включения секционного выключателя 7, по, Ч 4 присутствует только сигнал V21. Поэтому сле включения которого тиристорный комсигналы Чж и Чи отсутствуют. При этом не мутатор 8 отключится. будет и сигналов Vyt, Vyz, Vy., Ча1, Чса, Va, 20 Если при исчезновении напряжения на

Чдвр, поэтомутиристорный коммутатор8и секции 3 шин снизится и напряжение на секционный выключатель не сработают. секции 4 шин, то включение ABP неэффекПри коротком замыкании в точке К1 сиг- . тивно. В этом случае при снижении сигнала нал Ч на выходе органа 14 контроля сниже- Vt будет снижатся и сигнал V2. Их разность ния напряжения устойчиво снижается и в 25 по модулю. равная величине сигнала Vgq; момент времени t1 становится меньше по- будет недостаточна для срабатывания рогового сигнала Чм (фиг.7б при t > to). В третьего порогового элемента 24, и сигнал этот момент времени на выходе первого по- V24 на его выходе будет отсутствовать. При рогового элемента 19 появляетсясигнал Чи этом не будет и сигналов Чж, Vyq, Vy, Vaq, (фиг.7д при t > tp); На выходе органа 20 30 Va, Чдвр и АВР не сработает. контроля режима системы в данном режиме При коротком замыкании в точке К2 присутствует сигнал V» (фиг.7е при t > tQ. включение ABP недопустимо. В данном реПри сохранении уровня сигнала Uz(t) сигнал жиме сигнал V>t йа выходе органа 20 контЧ2 на выходе органа 16 контроля снижения роля режима системы отсутствует. Поэтому напряжения будет неизменен, поэтому раз- 35 не будет сигналов Vzs, Чл, Чу. Вводной выность сигналов j Ч вЂ” V) ), равная сигналу ключатель 5 будет отключен устройствами

Чгз, при снижении сигнала Ч будет экспо- релейной защиты секции 3 шин. При этом ненциальновозрастать,ивмоментвремени появятся сигналы Va> и Va. однако, из-за

tz уровень сигнала Vn на выходе органа 21 отсутствия сигнала Vv на выходе третьего разности напряжений превысит уровень по- 40 логического элемента И 30 сигнал Чдвр не рогового сигнала Чаз. В этот момент време- появится, ASP не сработает. ни на выходе третьего порогового элемента При кратковременных снижениях на-.

24 появится сигнал Ч 4 (фиг,7в, r npu t >t>, пряжения амплитуда сигнала U1(t) на секции где 96- зависимость изменения во времени 3 шин сначала экспоненциально убывает, а сигнала Ч з; 97- зависимость изменения во 45 затем экспоненциально возрастает: на первремени сигнала Чм в аварийном режиме). вом этапе — из-за подпитывающего эффекта

Следовательно, в момент времени t2 на всех асинхронных двигателей 11, а на втором трех входах первого логического элемента этапе.— из-за самозапуска (фиг.8а при t>t<, И 25 будут иметь место сигналы соответст- где 100 — огибающая амплитуды сигнала веНно Vtz, Vt 1, V24, и на выходе этой схемы 50 Ui(t); 101 — зависимость изменения во врепоявитсясигналЧгь(фиг.7жприt>t,где98 мени сигнала Uq(t) при самозапуске). При

-зависимость изменения во времени сигна- этом сигнал Ч1 также сначала экспоненцила Ч в аварийном режиме). Сигнал Чт на ально убывает, а затем экспоненциально выходе органа 27 выдержки времени поя- возрстает. Сигнал .Чд, наоборот, сначала вится через вьгдержку времени At. равную 55 экспоненциально возрастает, а затем эксI ty - © I и обесйечивающую воэможность поненциально убывает (фиг.8б, в при т >to, самозапуска электродвигателей. Этот сиг- где 102 — зависимость изменения во временал поступит в цепи управления вводным ни сигнала Vza в режиме самозапуска). Сигвыключателем 5, отключая его, а также на нал Vt на выходе органа 14 контроля первый вход первого логического элемента снижения напряжения в момент времени t1

1709462 налов Чу1 и Ча1 — соответственно сигналы

VY2 и ЧО2

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает

5 большей надежностью за счет большей избирательности срабатывания и быстродействия и более .эффективно защищает злектропотребители в переходных режимах

0 Процесс работы органа 14 контроля сни;кения напряжения 14 и второго дифференциатора 38 органа 20 контроля режима системы математически описывается следующим образом, В нормальном режиме сиг, нал 01(1) изменяется по синусоидальному закону и имеет неизменную амплитуду Um, U1(t) = Um ВЗ1П Nl, (1) где в — угловая частота сигнала напряже- . ния U1(t), N =2Rf, (2)

rpе f — частота сигнала U1(t).

Поступая на вход органа 14 контроля снижения напряжения и на вход его пропорционального блока 32, сигнал изменяется по амплитуде в К раз, а затем дифференцируется в первом дифференциаторе 34. При этом сигнал К U1(t) на выходе первого.дифференциатора

KU1(t)p= Ксо0® . cosNt. 3)

Коэффициент К выбирается таким, чтобы

К о = 1. (4)

Тогда имеем

К 01(1) .р = Um соз Nt. (5)

Этот сигнал возводится в квадрат во втором квадраторе 35, на выходе которого сигнал (КО1(1)р) = U cos Nt (б)

На выходе первого квадратора 33 сигнал Оф) равен:

О ()=0 2з п2 1 p)

Сигналы (К U1(t)р)2 и 01 (t) имеют синусоидальную форму с частотой в 2 раза большей, чем частота сигнала U1(t). При этом (фиг.4в,г)

U1 (t)Maze = (К 01(t)P) макс = Оа

012(t) w (К 01(t)P) = 0 {8)

По фазе зти сигналы сдвинут между собой на 180О. Они складываются в сумматоре 36, и их сумма равна го самозапуска исчезает в момент времени

1з (фиг;8г, д, е при t >to, где 103 — эависи- 15 мость изменения во времени сигнала Ч24;

3.0 сработать, и АВ Р не выключается. В против- ном случае, при времени снижения напряжения больше заданного, на выходе органа

27 выдержки времени появляется сигнал Vy1, и АВР срабатывает, как и в случае короткого 35 замыкания в точке К1.

Если самозапуск onðåäeëÿåòñë как неуспешный, то сигнал Ч11 на интервале времени (1з, t4) не исчезает, и ширина импульса

Ч2з определяется интервалом времени (t2, 40

45 режимах полностью соответствуют временным диаграммам блоков секции 3 шин. При 50 снижается ниже уровня порогового сигнала

V 1, а при последующем увеличении сигнара

V1 последний превышает уровень порогового сигнала Чя1 в момент времени 1з, поэтому сигнал V12 на выходе первого порогового элемента 19 имеет место в интервале времени (11, 1з). Аналогично сигнал Ч2з превышает пороговый сигнал Чп2з в момнет времени t2 и снижается ниже этого порогового сигнала в момент времени t4. При этом на выходе третьего порогового элемента 24 си -иал Ч24 имеет место в интервале времени (t2, t4).

Сигнал V11 в случае возможности успешно-.

104 — зависимость изменения во времени сигнала V12; 105 — зависимость изменения во времени сигнала Ч11 при самозапуске), Следовательно, на выходе первого логического зЛемента И 25 сигнал Ч2в появляется на интервале времени (t2, t j, когда одновременно имеют место сигналы Ч12, Ч11, Ч24 (фиг.8ж при t >to, где 106 — зависимость изменения во времени- сигнала Ч25 при самозапуске), при этом чем дольше снижение напряжения U1(t), тем шире интервал време-. ни (12, 1з). Если ширина этого интервала меньше выдержки времени органа 27 выдержки времени, то последний не успевает

t4). При сохранении уровня сигнала U2(t) этот интервал времени будет достаточен для срабатывания органа 27 выдержки времени и включения АВР, что облегчает условия самозапуска двигателей 11 секции 3 шин.

Временные диаграммы работы блоков секции 4 шин во всех рассмотренных выше этом аналогом короткого замыкания в точке, К1 является короткое замыкание перед вводным выключателем 6, а аналогом короткого замыкания в точке К2 — короткое замыкание на секции 4 шин. Аналогами сигналбв

V1 и Чм являются сигналы Ч2 и Чп2 соответственно; аналогами сигналов Ч12 и Ч11— соответственно сигналы V22 и V21, аналогом сигнала V1 — сигнал V2, и наоборот, анало1 1 гом сигнала Ч2з — сигнал Ч2з, аналогами сиг-.

Ч1 = 02 з! и в + 04 соз в =

=C(sin2Nt+cos2cot) =,Й. (9)

На выходе блока 37 извлечения квадратного корня сигнал,V1 = /02 =U . (10)

В аварийном режиме амплитуда сигнала U1(t) изменяется по экспоненциальному

1709462

16 закону и сигнал U1(t) описывается выражением

Uq(t}=e " L4Sln Nt, (11) где Т вЂ” постоянная времени затухания сигнала 0 (1) по амплитуде.

При этом на выходе первого дифферен циатора 34 сигнал равен".

KU1(t)p - — Um e sin Nt + KNUm e coi Nt,(12) к -У т

Для цепей с асинхронными двигателями затухание амплитуды напряжения происходит значительно быстрее уменьшения его частоты, поэтому на рассматрйваемом интервале времени частоту напряжения с достаточной степенью точности можно считать постоянной, тогда

К а= const-1,0, (13)

KUt(t) р = Ume sh Сй +.@ее.сае Nt.(14)

-Ф

ИТ

Выразим постоянную времени через активное и реактивное.сопротивления цепи: (15)

Тогда (16)

В системах электроснабжения и << Х.

Поэтому в выражении (14) первым спагаемым можно пренебречь без существенных погрешностей. Тогда и

K0t(t)р = u е сОз Nt. (17)

При возведении этого сигнала в квадрат на выходе второго квадратора 35 получаем сигнал

fKU>(t)p) = U2m е coS2 Nt. (18)

На выходе первого квадратора 33 сигнал у

Uf(t) =. Lg е sln2 ам . (19)

При сложении этих сигналов в сумматоре 36 суммарный сигнал

Я 0щ e cos + Um е. з1п2

=0ае соз ай+з1п сж) =О4е (20)

На выходе блока 37 извлечения квадратного корня сигнал

Х

Ч = Я е т =.Ume . (21) .

Ф

Таким образом, сигнал Ч1 характеризует изменение во времени огибающей амплитуды сигнала U t(t).

20 V)=0m (Um Uo)e г, и производная его4

Ж = — -t_#_m-(0в-Uo) е )=--е (U -u ) изменяет свой знак на противоположный. При зтам на seличину сигнала решающим образом влияет

30 постоянная времени Т нарастания напряжения 0 (т).

Процесс работы органа 16 контроля снижения напряжения и дифференциатора органа 23 контроля режима системы мате35 матически описывается так же, как органа

14 контроля снижения напряжения 14 и дифференциатора органа 20 контроля режима системы.

Формула изобретения

40 Устройство быстродействующего автоматического включения резерва. содержащее две.секции шин. связанных через секционный выклк)чатель, к каждой из кот©рых подключен вводной выключатель, асий45 хранная двигательная нагрузка, датчие . тока и напряжения, органы контроля сниж®-. ния напряжения и контроля направления мощности, орган выдержки времени, о т л ич а ю щ е еся тем,,что, с целью повышения

50 надежности электроснабжения асинхрон, ных двигателей путем повышения быстродействия и избирательности срабатывания, дополнительно введены на каждой секции шин орган контроля режима" системы, зле55 мент ПАМЯТЬ, првый и второй пороговые элементы; первый и второй трехвходовые логические элементы И соответственно каждой секции-шин. а также орган разности напряжений, третий пороговый элемент, два логических элемента ИЛИ, третий логиВо втором дифференциаторе 38 органа

20 контроля режима системы. определяется производная сигнала Чь. В нормальном режиме производная сигнала Vt с учетом ин5 вертирования выходного сигнала равна:

VI=-,— 0 =0.

1 Й cLt (22)

В аварийном режиме,, а также на этапе

10 снижения напряжения при самозапуке производная равна;

VI — „" 0 е =T0 å )О. (23) .

15 . На втором этапе самозапуска электродвигателей при нарастании напряжения от некоторого уровня Uo сигнал У> изменяется по закономерности 1709462 18 выключателю,-при этом на каждой секции . нального блока и первого квадратора шин выход датчика напряжения соединен .обьединены и образуют вход органа снижес входом органа контроля снижения напря- 5 ния напряжения, выход пропорционального жения и через элемент llAMRTb с вторым блока через первый дифференциатор входом органа контроля направления мощ- соединен с входом второго квадратора, выности, первый входкоторогосоединенс вы- ход которого соединен с первым входом, ходом датчика тока, а выход — с вторым сумматора, второй — с входом блока извлевходом органа контроля режима си:темы, 10 чения квадратного корня, выход которого является выходом органа кон гроля снижепервый вход которого соединен с входам ния напряжения, причем каждый орган коноргана контроля снижения напряжения, который. соединен с первым входом троля режима системы содержит второй о.р r а н а р а з н о с т и н а и р я ж е- дифференциатор,четвертыйпороговыйзлен и и и ч е ре з и е р в ы и и второй 15 мент, одновибратор, первый, второй и трепороговые, элементы — с первыми входами тий логические элементы НЕ, четвертый, первого и второго логических элементов И, пятый и шестой логические элементы И, тревыход органа контроля режима сиСтемы со- тий логический элемент ИЛИ, при этом вход единен с вторыми входами первого и вто- второгодифференциатора является первым рого логических элементов И. третий вход 20 входом органа контроля режима системы, которого соединен с выходом третьего по- выход соединен с входом четвертого поророгового элемента,-а выход — с входом орга- гового элемента, первым входом четвертого на выдержки времени, выход которого логического элемента И и через первыйлосоединен с входом nepsoro логического эле- гический элемент НЕ с первым входом пято-: мента ИЛИ с цепью отключения соответст;. 25 го логического элемента И, второй вход четвертого логического элемента И являетвующего вводного выключателя, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым. ся вторым входом органа контроля режима входом третьего логического элемента И, . системы и через второй логический элемент; второй вход которого соединен с выходом НЕ соединен с вторым входом пятого логивторого логического элемента ИЛИ, а выход. 30 ческого элемента И, выход которого соеди— с цепями включения тиристорного комму.- нен с вторым входом третьего логического татора и секционного выключателя, входы элемента ИЛИ.первыйвходкоторогосоедивторого элемента ИЛИ соединены с блок- нен с выходом четвертого логического элемента И, а выход — с вторым входом шестого контактами соответствующих вводных вы

35 логического элемента И, выход которого явключателей, выход органа разности напряжений соединен с входом третьего по- ляется выходом органа контроля режима сирогового элемента, причем орган контроля ° стемы, а первый вход через третий логический элемент НЕ соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с снижения напряжения каждой секции шин содержит первый. дифференциатор, пропорциональный блок, первый и второй квад40 выходом четвертого порогового элемента.

17

I ческий элемент И, тиристорный коммута- - раторы, сумматор и блок извлечения квад тор, включенный параллельно секционному ратного корня, при этом входы пропорцио1709462 бнг. 1

1709462 (к ч, 1709462

1709462

1709462

Vg

V) 1709462 ч„

g 4Ь

Фиг. 8

Редактор А.Лежнина

Заказ 4дЗ Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Составитель. H.Ïàíòåëååâà

Техред М.Моргентал, Корректор Н.Ревская