Реле перегрузки
Использование: область электротехники , а именно - техника релейной защиты электрических сетей, предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов перегрузки. Сущность изобретения: реле перегрузки содержит датчик тока. первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор . Новым и реле является применение датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения, второго, третьего и четвертого сумматоров, квадратура, умножителя, делителя , функционального преобразователя напряжения и семи блоков переменного коэффициента . При изменении климатических условий автоматически меняется время срабатывания реле, в котором возможна независимая регулировка величины длительно допустимой для запрещаемой линии температуры , сопротивления проводов и их температурного коэффициента, площади единицы длины поверхности проводника, параметров аппроксимирующей зависимости коэффициента теплоотдачи. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
6 (21) 4912199/07 (22) 19;02.91 (46) 30.10.92. Бюл. № 40 (71) Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Е.П.Фигурнов и Т,Е.Петрова (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 828295, кл. Н 02 Н 3/08, 1978.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1265906, кл. Н 02 Н 3/08, 1986.
Авторское свидетельство СССР № 1381640, кл. Н 02 Н 3/08, 1987; (54) РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ (57) Использование: область электротехники. а именно — техника релейной защиты электрических сетей, предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов перегрузки. Сущность изобретения: реле перегрузки содержит датчик тока, Изобретение относится к области электротехники, а именно к технике релейной защиты электрических сетей, и предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов длительной перегруз-. ки.
При коротких замыканиях,. возникающих за пределами защищаемого участка сети, или же при длительных перегрузках, когда ток в линии существенно превосходит номинальное (длительно допустимое) значение, происходит черезмерный нагрев проводов. Нагрев свыше допустимой температуры, если он продолжается достаточно долго, приводит к потере проводами механической прочности и их разрыву,.т.е. ава(s1)s Н 02 Н 3/08, 7/08, 5/04. Н 01 Н 83/20 первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор. Новым в реле является применение датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения, второго, третьего и четвертого сумматоров, квадратура, умножителя, делителя, функционального преобразователя напряжения и семи блоков переменного коэффициента. При изменении климатических условий автоматически меняется время срабатывания реле, в котором возможна независимая регулировка величины длительно. допустимой для запрещаемой линии температуры, сопротивления проводов и их температурного коэффициента, площади единицы длины поверхности проводника, параметров аппроксимирующей зависимости коэффициента теплоотдачи, 2 ил. рии электрической сети. Для предотвращения таких аварий служат реле перегрузкатоковые реле с зависимой выдержкой времени. При этом наиболее точными в настоящее время признаны реле перегрузки (реле тока с зависимой выдержкой времени), выполненные на основе счетчиков и генераторов импуль ов.
Известны реле перегрузки с зависимой выдержкой времени, выполненные на основе счетчиков и генераторов импульсов; содержащие также входной блок (датчик тока), выходной орган, логические элементы, функциональный преобразователь. Их общим недостатком является неточное определение выдержки времени при перегрузках изза неучета фактических условий охлаждения
1772858
20
55 проводов защищаемой сети, а также отсутствие возможности независимой регулировки всех параметров реле, применительно к особенностям каждой конкретной защищаемой линии (имеются в виду такие параметры, как сопротивление, сечение, материал проводов, условия охлаждения).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа реле перегрузки (3), Оно содержит датчик тока (входной блок), первый сумматор, первый блок переменного коэффициента (масштабный преобразователь), преобразователь напряжения в частоту и соединенные с ним счетчик числа импульсов и дешифратор (выходной блок), Недостатком известного устройства является неточное определение выдержки времени из-за неучета фактических условий охлаждения проводов защищаемой сети и отсутствия независимой регулировки всех параметров, отражающих особенности защищаемой линии и влияющих на указанную выдержку времени.
Бремя-токовая характеристика прототипа определяется выражением Г =А/(1-В) (1) где т — время срабатывания (выдержка времени);
А — постоянный коэффициент;
 — длительно допустимое, значение тока для данного типа защищаемого провода, принимаемое постоянной величиной.
Характеристика по указанному выражению не учитывает того обстоятельства, что
В (длительно допустимое значение тока) на самом деле не является постоянной величиной, но зависит, вчастности,,от скорости ветра и температуры окружающей среды, Расчеты показывают, что с изменением В от указа IHblx факторов меняется и величина А.
Закон изменения А от В является достаточно сложным и учесть его схемным путем (автоматически) достаточно сложно.
В предложенном устройстве используется времятоковая характеристика, определяемая выражением г =А!(-B), B=ln (2) где !д — длительное. допустимое значение тока для данных конструктивного выполнения сети и климатических условий.
При изменении В в выражении (2) величина А остается практически постоянной (для электрических сетей), поэтому учет климатических условий в (2) проще, чем в (1), Целью изобретения является повышение точности работы за счет учета климатических условий и конкретных параметров защищаемой линии, влияющих на условия нагрева и охлаждения проводов, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик тока, первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор, дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, источник стабильного напряжения, второй, третий, четвертый сумматор, квадратор, умножитель, делитель, функциональный преобразователь напряжения, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой блоки переменкого" коэффициента, причем выход датчика тока присоединен через квадратор к первому входу первого сумматора, выход которого через первый блок переменного коэффициента присоединен ко входу преобразователя напряжения в частоту, источник стабильного напряжения подключен ко входам второго, третьего и четвертого блоков переменного коэффициента, датчик скорости ветра присоедийен к первому входу второго сумматора через последовательно. соединенные функциональный преобразователь и пятый блок переменного коэффициента, ко. второму входу которого подключен выход второго блока переменного коэффициента, а выход присоединен к первоМу входу множителя через шестой блок переменного коэффициента, датчик температуры подключен первому входу третьего сумматора, ко второму входу которого присоединены выход третьего и вход седьмого блоков переменного коэффициента, а его выход через восьмой блок переменного коэффициента подключен к первому входу делителя, ко второму входу которого подключен выход четвертого сумматора, к первому и второму входу которого присоединены выходы соответственно четвертого и седьмого блоков переменного коэффициента, а выход делителя подключен ко второму входу умножителя, выход которого присоединен ко второму входу первого сумматора.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блок-датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения, трех сумматоров, квадратора,. умножителя, делителя, функционального преобразователя, семи блоков переменного коэффициента, Конструктивное выполнение всех блоков известно, однако предложенные связи между ними обеспечивают проявление нового свойства, не имеющегося у известных устройств аналогичного назначения. Это свойство заключается в более точном учете определяющих климатических и конструк- 5 тивных признаков защищаемой линии, от которых зависит выдержка времени и возможность настраивать реле по каждому из этих признаков независимо от других. Этим обеспечивается достижение главной цели — 10 повышение точности работы.
На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого устройства; на фиг.2— экспериментально снятые зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости ветра 15 для разных марок проводов.
Реле перегрузки (фиг.1) содержит следующие блоки: 1 — датчик скорости ветра;
2 — функциональный преобразователь напряжения; 3, 5, 6, 9, 13, 14, 15, 20.— блоки 20 переменных коэффициентов; 4, 8, 16, 19— сумматоры, 7 — датчик температуры окружающей среды; 10 — делитель, 11 — умножитель; 12 — источник стабильного напряжения; 17 — датчик тока; 18 — квадра- 25 тор; 21 — преобразователь напряжения в частоту. Его особенность заключается в том, что в частоту преобраэовывается напряжение только одной полярности, например, положительной; 22 - счетчик импульсов; 23 — 30 дешифратор (выходной блок).
Элементы 17, 19, 20,21,22, 23 относятся к прототипу и являются известными. Остальные элементы являются новыми.
Устройство работает следующим абра- 35 зом.
На выходе функционального преобразователя 2 формируется сигнал 02=Vq, где
V — скорость ветра; q — показатель степени.
На выходе блока переменного коэффициен- 40 та 3 формируется напряжение Оз=КзФ, где
Кз — постоянный регулируемый коэффициент. На выходе блока 5 формируется напряжение 0 =Кэ. На выходе сумматора .4 напряжение равно 0д=Кэ+КзФ, а на выходе 45 блока 6 — 0е=Ке(К +КзЧ ). На один выход сумматора 8 поступает напряжение 07= «р, где t«p — температура окружающей среды, а на второй его вход напряжение 0з=К з..
Напряжение на выходе сумматора 8 рав- 50 но Оз=К1з-т«р, а на выходе блока 9
0э=Кэ(К1з-2окр). На первый вход сумматора
16 поступает напряжение 0<4=Km К14, а на его второй вход напряжение 0>s=K 016=К15+К1з Kip, а на выходе делителя 10 напряжение равно 01o=Kg(K>g-tp„p)f(K)5+ +Ки Kn). Напряжение на выходе умножитвля 11 соответственно равно Ut>=URDU>o= Ks+ +КзЧ )К9(К1з t«p)/(К15+К1зКи). Это напряжение поступает на один из входов сумматора 19; на второй вход которого поступает напряжение 01а=!, где — ток защищаемой г линии. На выходе сумматора 19 напряжение равно 0 f" Krlbo(I). (3) При изменении тока защищаемой сети, температура окружающей- сети скорости ветра напряжение на выходе блока 20 изменяется по закону 0го=Кго(! -011) и может быть положительным или отрицательным, Напряжение Uff соответствует квадрату длительно допустимого тока, !д . Если в защищаемой линии начинается перегрузка, т.е. >!д, то напряжение U20 становится г г положительным и преобразователем 21 оно преобразовывается в частоту импульсов, которые заполняют счетчик 22. Реле срабатывает, когда в счетчике накопителя N импульсов. Это состояние определяется дешифратором 23, который подает в этом случае сигнал на отключение линии. Выдержка времени (время срабатывания защиты s<. ) определяется временем накопления в счетчике 22 импульсов, т.е. <с.з = = !ч/(! f (4) Процесс нагрева проводника проходящим по нему током описывается выражением Д g=g,е lт+ g (1 е"/т) где О- перегрев проводника, т.е. превышение его температуры над температурой окружающей среды; 64 — начальный перегрев при т=О; д — установившееся превышение температуры при т= со; Т вЂ” постоянная времени нагрева; т- текущее время. При 7 сюимеем О= g, причем бу вычисляется по формуле (там же) Ir l ro +ô ) aF аЕ где — ток линии; г- сопротивление проводчикз; to-сопротивление пронадн.1ка притемпературе О С; 1772858 10 г (6) 20 а-а+ЬЧя 40 - температурный коэффициент сопротивления; с — температура проводника, a — - коэффициент теплоотдачи; F — площадь поверхности проводника. Полагая, что длительнодапустимой температуре тд соответствует длительно допустимый ток!д, получаем Коэффициент теплоотдачи а в диапазоне рабочих температур длительного режима от температуры меняется незначительно и его величину приближенна можно считать от температуры, не зависящей. Экспер лментальная зависимость этого коэффициента ат ветра для разных проводов приведена на фиг.2, Она хорошо аппроксимируется выражением Так, например, для провода МФ100 имеем а-4,6, b-25,5, q-0,6 и расчетные точки для этих условий показаны на фиг.2. Подставив (7) в (6), получим г - а+ЬЮ " (8) Го 1+ t) Обозначим: тд=К1з, a=KG; Ь=Кз: F-Ks, r -1/Kg; t-K>s; р Км. 8 этом случае выражение (8) становится тоджественным напряжению Ом, откуда следует Оц=!д . Обозначим г А-N/ÊfÊ o, в этом случае вместо (4) получим выражение (2), определяющее характеристику реле. Эта характеристика автоматически учитывает климатические условия охлаждения провода и может настраиваться на определяющие эти условия факторы независима друг ат друга. Такими фактора-. ми являются длительно допустимая температура гд, сопротивление проводника ro.и его температурный коэффициент Р, площадь поверхности проводника F,. параметры а, Ь, и q коэффициента теплоотдачи. Положительный эффект заключается в увеличении точности работы реле за счет учета климатических условий и условий ох.лаждения конкретнаго провода, на каждое из которых реле настраивается независимо от других факторов. Более точная работа па сравнению с прототипом обеспечивает такие преимущества, как более надежную защиту перегрузки и повышение устойчивости электроснабжения потребителей, Формула изобретения Реле перегрузки, содержащее датчик тока, первый сумматор, первый. блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы за счет учета климатических условий и конкретных параметров защищаемой линии, влияющих на условия нагрева и.охлаждения проводов, в него дополнительно включены датчики скорости ветра и.температуры окружающей среды, источник стабильного напряжения, второй;.третий и четвертый сумматоры, квадратор, умножитель, делитель, функциональный преобразователь напряжения; с второго по восьмой блоки переменного коэффициента, при этом выход датчйка тока присоединен через квадратор-к.первому входу первого сумматора, выход которого через первый блок переменного коэффициента присоединен к входу преобразователя напряжения в частоту, источник стабильного напряжения подключен ЗО к входам второго, третьего и четвертого блоков. переменного коэффициента, датчик скорости ветра присоединен к первому входу второго сумматора. через последовательно соединенные функциональный преобразователь:и пятый блок переменного коэффициента, к второму входу которого подключен выход второго блока переменного коэффициента, à его выход присоединен к первому входу умножителя через шестой блок. переменного коэффициента, датчик температуры подключен к первому аходу третьего сумматора, к второму входу которого присоединены выход третьего и вход седьмого блоков переменного коэффициен45 та, а ега выход через восьмой блок переменнога коэффициента подключен к первому входу делителя, ко второму входу которого подключен выход четвертага сум- . матора, к первому и второму входам кото50 рого присоединены выходы соответственно четвертого и седьмого блоков переменного коэффициента, а выход делителя подключен к второму входу умножителя. выход котораго присоединен к второму входу. первого 55 сумматора. 1772858 б /с 10 Редактор Т,. Иванова Заказ 3849 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 2 sp Ю бО Составитель Е. Фигурнов Техред М;Моргентал Корректор M. Ткач
