Устройство для максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок

 

Сущность изобретений в режиме минимальной нагрузки группы электроустановок с уменьшением входного сигнала, подаваемого на первый вход второго блока сравнения через резистор, автоматически уменьшается напряжение уставки срабатывания , которое соответствует входному сигналу, подаваемому на второй вход второго блока сравнения через пассивный четырехполюсник. 4 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарнаам знакам

1 (21) 4935758/07 (22) 14.0591 (46) 30.1193 Бюп. ¹ 43-44 (76) Енин Александр Семенович (64) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ.ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ ГРУППЫ

ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК . (57) Сущность изобретения: в режиме минимальной (в) ЩД (11) 2004041 С1 (51) 5 Н02Н3 08 нагрузки группы электроустановок с уменьшением входного сигнала, подаваемого на первый вход второго блока сравнения через резистор, автоматически уменьшается напряжение уставки срабатывания, которое соответствует входному сигналу, подаваемому на второй вход второго блока. сравнения через пассивный четырехполюсник 4 ил.

200Л 011

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования В максимальной токовой защите OT перегрузок группы электроустановок.

Известно устройство максимальной токовой защиты (1), содержащее последовательно соединеннь1е датчик тока (трансформатор тока), блок сравнения (реле тока} и исполнительный (выходной) блок, Такое устройство, Выполненн08 на элактромеханичаских реле, имеет ряд недостатков: большое потрсблание мощности от датчика тока, большие габариты, низкое значение коэффициента возврата.

ПрОтотип (2) содержит последовательно

Включанные датчик тока, преобразователь ток" в напряжение, блок формирования модуля Входного сигнала, блок сравнения, исполниталь1 ый блок, .а также блок задания установки, выход которого подключен к ВТо рому входу блока сравнения, Прл этом основныа блокл выполнены на операцлонных усилителях и элементах вычислительной техники.

НадocTGToK прОтОтипа заклк>чается В значлтельном сни>кении чувстаитальности защигы к перегрузкам., вознлка:ощим в период минимальных нагрузок группы элактQoijcTÿí0Á0K, 3ТG пОдтВержда8тся следующим при ларам. Известно, что суммарная нагрузка группь1 электроустановок изменяется в т чение суток или в теч1анис

Времени прохо>кдения определенного тахнологического процесса, Это изменение

GTo5p8>KBBTcR соотватсгву101ци1и iрафиком нагрузки, например, изображенным на фиг.1. На фиг.1 на оси абсцисс указано ВреМя, а На ОСИ ОрдИНа уКаааН тОК 1н НаГруэКИ группы потребителей и отме1ены его макси143ЛЬНОЕ 1н,макс, И МИНИМВ!1ЬНОЕ 1н,мин. ЗНВЧЕ ния за период изменения нагрузки. При цикличности технологи 18cK01 процесса график нагрузки группы электропотребителей За определенный период Времени поВторяется по форме, т.а. является в зна1итальной степени стабильным, фиксированным для значительной части потребитаЛЕй. В РВССМатРИВааМОМ ПРИМЕРЕ11нкакс =2 1н.мин. ИзВестно, что тОк срабатывания макси! 1альной токовой защит1:I от перагp /3КИ 1с,g, О;1РЕДЕЛЯЕТСЯ ГЫРажЕНИЕМ

1с,з. = 1,2 ° 11 4 1н,макс. т,е. Защита реагирует на перегрузки, ток которых на 20-40 j, превосходит максимальный рвбо 1ий ток нагрузки, Такая защита lie сработает, если аналогичная относительная перегрузка Возникнет Во

Время минимальной нагрузки группы электроус ановок, т.к.

1,2...1.4 1н,мин. = 0,6...0,7 IH,hiàêñ < Ic.ý.

Таким образом, чувствительность прототипа к перегрузкам В ре>киме минимальных нагрузок электроустановок в несколько раз меньше, чем в режиме максимальных нагрузок, Это rao>x8T приводить к перерастанию перегрузок в короткие замыкания, выходу из строя электрооборудования, перерыву в электроснабжении, Целью изобретения является увеличение чувствительности максимальной токоВой защиты от перегрузки группы электроустановок 9 pG>KiAMG млнимальной нагрузки этой группы.

Цель достигается тем, что в устройстве максимальной токовой защиты от перегрузки, содержащем последовательно соединенные датчик тока, преобразователь тока в напряжение, блок формирования мОДуля

Входного сигнала, блок сравнения, исполнительный блок, а также блок задания уставки срабатывания, подключенный к второму

Входу блока сравнения, дополнительно ijcтановлены логический блок ИГ1И, который размешен между блоком сравнения и исполнительнь1м блоком, резистор, пассивный четырехпол1осник с постоянным запаздыванием и Второй блок сравнения, при этом вход резистора и вход пассивного

З0 четырахпол1осника соединены с выходом блока формирования модуля входного сигнала, выход резистора соединен с первым входом второго блока сравнения, выход пассивного четырехполюсника соединен с вторым входом второго блока сравнения, а выход второго блока сравнения соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, Такое решение позволяет повысить чувствительность защиты в режиме минимальной нагрузки группы электроустановок, что достигается за счет автоматического изменения вели п1ны устами срабатывания в со ответствии с изменением графика нагрузки, Автоматическое изменение уставки сраба41> тывания в режиме минлмальной нагрузки группы электроустановок достигается путем подачи на второй вход второго блока сравнения сигнала с выхода блока формирования модуля входного сигнала через пассивный чатырахполюсник с постоянным запазды Ванием.

Новы11 по отношению к прототипу является то, что Входы дополнительно установленных резистора iA пассивног0

- >5 четырехполюсника с постоянным запаздыВанием соединены с Выходом блока формирования модуля входного сигнала. выход резистора соединен с первым входом дополнительно установленного второго блока сравнения, выход пассивного четырехпо2004041 люсника соединен с вторым входом второго блока сравнения, а выход второго блока сравнения соединен с вторым входом логического блока ИЛИ, размещенного между первым блоком сравнения и исполнительным блоком.

Исследования известных устройств максимальной токовой защиты от перегрузки не выявили совместного применения резистора и пассивного четырехполюсника с постоянным запаздыванием, .входы которых соединены с выходом блока формирования модуля входного сигнала, выход резистора соединен с первым входом второго блока сравнения, выход пассивного четырехполюсника соединен с вторым входом второго блока сравнения, а выход второго блока сравнения соединен с вторым входом логического блока ИЛИ, установленного между первым блоком сравнения и исполнительным блоком. Именно совместное применение перечисленных признаков изобретения приводит к достижению поставленной цели.

Было найдено техническое решение, со-, держащее первый и второй блоки сравнения, как и в заявляемом устройстве. Однако в этом решении второй блок сравнения, как и первый, подключен к выходу блока задания уставки срабатывания, т.е. имеет неизменную величину уставки срабатывания, что не позволяет выявлять перегрузки в режиме минимальной нагрузки защищаемой группы электроустановок. В заявляемом устройстве второй блок сравнения благодаря заявляемой схеме его включения дополнительно выполняет новую функцию: автоматическое изменение уставки срабатывания в режиме минимальной нагрузки защищаемой группы электроустановок, что позволяет повысить чувствительность защиты к перегрузкам в указанном режиме.

Это свидетельствует о соответствии заявляемого устройства критерию "Существенные отличия".

Положительный эффект достигается за счет того, что в режиме минимальной нагрузки группы электроустановок с уменьшением входного сигнала, подаваемого на первый вход второго блока сравнения через резистор, автоматически уменьшается (с постоянным временем запаздывания) напряжение уставки срабатывания, которое соответствует входному сигналу, подаваемому на второй вход второго блока сравне. ния через пассивный четырехполюсник.

Наличие положительного эффекта подтверждается результатами сравнительных

20 ствует прототипу. Логический блок ИЛИ 6 и

25 .исполнительный блок 7 выполнены, напри30

5

50 испытаний в лаборатории заявителя прототипа и заявляемого устройства, Сущность изобретения поясняется фиг.2, где приведена блок-схема заявляемого устройства.

В его состав входят датчик 1 тока, выход которого через преобразователь 2 тока в напряжение подключен к блоку 3 формирования модуля входного сигнала, выход которого подключен к первому входу блока 4 сравнения, к второму входу блока 4 сравнения подключен выход блока 5 задания уставки, выход блока 4 соединен с первым входом логического блока ИЛИ 6, выход которого подключен к входу исполнительного блока 7. Кроме того, выход блока 3 формирования модуля через резистор 8 и пассивный четырехполюсник 9 с постоянным запаздыванием подключен соответственно к первому и второму входам второго блока

10 сравнения, выход которого соединен с вторым входом логического блока ИЛИ 6.

Конструкция блоков 1 — 5 полностьюсоответмер, на основе типовых интегральных микросхем серии К511. Блок 10 сравнения выполнен по типовой схеме в виде компаратора на основе операционного усилителя, например, серии К140 с использованием инвертирующего (первого) и неинвертирующего (второго) входов. Пассивный четырехполюсник 9 с постоянным запаздыванием выполняется, например, по Т-образной схеме с двумя резисторами в плечах и конденсатором в основании. При этом реализуется наиболее простая передаточная функция постоянного запаздывания на втором входе компаратора 10:

W(p) = Zo(p)/Zp(p) = 1/А (1 + рТ) где Z<(p), Zb(p) — соответственно сопротивления цепи обратной связи и входной цепи.

Передаточная функция W(p) определяется следующим образом: р б/бт — символ дифференцирования; А — коэффициент передачи; Т вЂ” постоянная времени запаздывания. Значения А и Т определяются параметрами пассивных элементов четырехполюсника 9 и выбираются в соответствии с формой графика нагрузки защищаемой группы электроустановок и с учетом величины R8. В частности, в режиме максимальной нагрузки группы электроустановок должно выполняться условие

Яв) А.

Работа устройства происходит следующим образом. Нэ первый вход блока 4 сравнения от датчика 1 тока через блоки 2 и 3 подается входной сигнал U», пропорциональный току защищаемой группы электро2004041 установок. На второй вход блока 4 сравнения с выхода блока 5 задания уставки подается напряжение уставки Up, величина которого определяет порог срабатывания защиты от перегрузки в соответствии с выражением (1). Если I U x I < I Ug I, блок 4 сравнения находится в исходном состоянии. Если UaxI > I 0в), происходит срабатывание блока 4 сравнения, на его выходе появляется соответствующий сигнал, который через блок ИЛИ 6 поступает на исполнительный блок 7, который осуществляет отключение электроустановок и (или) сигнализацию перегрузки, Таким образом, блок 4 сравнения обеспечивает работу защиты при перегрузках, превышающих максимальный рабочий ток группы электроустановок в 1,2—

1,4 раза и более. Одновременно напряжение U x с выхода блока 3 подается через резистор 8 на первый (инвертирующий) вход второго блока 10 сравнения и через пассивный четырехполюсник 9 — íà второй (неинвертирующий) вход второго блока 10 сравнения, Условие срабатывания второго блока 10 сравнения onрелеляется выражением

U „(p) /нв > ) 09„(p) (/Zg(p) =

= iUax(p) 1/ А (1+ рТ), (2) где Zg(p) = А (1 + рТ) — операторное сопротивление пассивного четырехполюсника 9 с

25 постоянным запаздыванием. Переходя в выражении {2) к единичной временной функции, получим условие срабатывания блока

10 сравнения в виде

I 1(1)l / Й8 > I 1(1)! . (1 — е )/А . (3) 35

Таким образом, сигнал на втором входе блока 10 сравнения появляется с некоторым запаздыванием по отношению к сигналу на первом входе этого блока, что отражено на фиг.3 с учетом определенных выше соотно- 40 шений между йв и А. На фиг.3 на оси абсцисс указана постоянная Т запаздывания, на оси ординат указаны Ugx.öäxñ, Ugx.ìèí входные напряжения, пропорциональные соответственно максимальному и минимальному току 45 нагрузки защищаемой группы электроуста- . новок; U10-1. U10- — сигналы соответственно на первом и втором входах блока 10 сравнения.

В соответствии с выражением (3) и фиг,3 50 порог срабатывания блока 10 сравнения изменяется с изменением нагрузки защищаемой группы электроприемников с запаздыванием по времени, определяемым величиной Т. 55

Уменьшение порога срабатывания приводит к тому, что при возникновении перегрузки в режиме минимальной нагрузки группы электроустановок в соответствии с выражениями (2), (3) происходит срабатывание блока 10 сравнения (см. фиг.4, точка a), на выходе которого. появляется соответствующий сигнал, который подается на второй вход блока ИЛИ 6 и с выхода блока 6 — на вход Исполнительного блока 7. Происходит срабатывание защиты при перегрузках, величина которых меньше максимальной нагрузки группы электроустановок.

Из фиг.3 и 4 следует, что при возникновении перегрузки в минимальном режиме нагрузка защищаемой группы электроустановок срабатывания защиты происходит при определенной скорости нарастания перегрузки. Граничное значение этой скорости определяется соотношением

ЛО/Т = h. 0вх/Ж (4) где Л U =- (А — 1) Uex. к, — превышение напряжения уставки над входным напряжением в режиме максимальной нагрузки группы электроустановок; A Usx — прйращение входного сигнала за время Лt. Выражение (4) позволяет определить дополнительные условия для нахождения значений Т и А пассивного четырехполюсника.

Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает, что при защите группы электроустановок от перегрузки достигается повышение чувствительности защиты в режиме минимальной нагрузки.

Действительно, в рассмотренном выше примере прототип не чувствителен к перегрузкам, величина которых меньше 1,2-1,4х х!н.макс, в то время как заявляемое устройство при тех же условиях обеспечивает срабатывание защиты в режиме максимальной нагрузки группы электроустановок при токах 0,6 — 0,8 4. àxc. Это значительно повышает эффективность максимальной токовой защиты от перегрузки группы электроустановок в режиме минимальных нагрузок эа счет повышения чувствительности, уменьшения тем самым вероятности развития аварии, перерастания режима перегрузки в режим короткого замыкания, перерывов в электроснабжении, (56) 1, Андреев В,А. Бондаренко И,В. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения. M.: Высшая школа, 1975, с.113, рис,5.1.

2. Ванин В,К. и Г,M.ÏàBëoâ. Релейная защита на элементах аналоговой вычислительной техники. Jl.: Энергоатомиздат, 1983, с.127 — 128, рис.3 — 10, 2004041

10

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОЙ

ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

ГРУППЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК, содержащее последовательно соединенные датчик .тока, преобразователь тока в напряжение, блок формирования модуля входного сигнала и первый блок сравнения, исполнительный блок, блок задания уставки срабатывания, подключенный .к второму входу блока сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, защиты к перегрузкам в режиме мини1мальной нагрузки группы электроустановок, дополнительно введены злемент ИЛИ, резистор, пассивный четырехполюсник с постоянным запаздыванием и второй блок сравнения, при этом к выходу блока формирования модуля входного сигнала подключены первый вывод резистора и вход пассивного четырехполюсника с постоянным "àïàçäûâàíèåì,. .выход которого и второй вывод резистора подключены к прямому и инверсному входам второго блока сравнения соответственно, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход - с входом исполнительного блока, 2004041

Составитель А, Енин

Редактор Т. Лошкарева Техред М. Моргентал Корректор Л. Филь

Заказ 332б

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

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