Устройство для проверки токовой защиты

 

Использование: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания испытательного переменного тока, проходящего через проверяемый аппарат токовой защиты (электромагнитное реле тока максимальное, электротепловое реле или максимальный расцепитель автоматического выключателя), а также для измерения тока и времени срабатывания такого аппарата. Задача: снижение массы силового трансформатора, облегчение и ускорение процедуры проверки токовой защиты. Сущность изобретения: устройство представляет собой систему автоматического регулирования, замкнутую отрицательной обратной связью по регулируемой величине - испытательному току. Весь диапазон изменения испытательного тока перекрывается путем регулирования угла управления тиристоров. Благодаря введению корректирующего устройства и соответствующего выбора структуры и параметров регулятора тока возможное перерегулирование испытательного тока не превосходит 10 - 20% его установившегося значения, а переходной процесс его установления заканчивается за один-два периода переменного тока источника. Практически синусоидальная форма испытательного тока достигается введением силового фильтра, благодаря которому устройство может подавлять также высшие гармоники, обусловленные искажением напряжения сети, чем расширяет возможности использования предлагаемого устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания испытательного переменного тока, проходящего через проверяемый аппарат токовой защиты (электромагнитное реле тока максимальное, электротепловое реле или максимальный расценитель автоматического выключателя), а также для измерения тока и времени срабатывания такого аппарата. Устройство для проверки токовой защиты должно обеспечивать изменение испытательного тока в широких пределах. Так как различные аппараты токовой защиты реагируют на разные значения переменного тока, то форма испытательного тока должна быть практически синусоидальной.

Известны устройства для проверки токовой защиты, содержащие силовой трансформатор, ко вторичной обмотке которого подключается проверяемый аппарат, блоки измерения испытательного тока и времени его прохождения и регулятор напряжения, в качестве которого использован автотрансформатор, вход которого соединен с сетью, а выход с первичной обмоткой силового трансформатора.

В таких устройствах испытательный ток регулируется вручную, что приводит к пониженной точности установки и поддержания этого тока. Большая погрешность измерения испытательного тока имеет место при проверке аппаратов в зоне токовой отсечки, когда время срабатывания составляет сотые доли секунды и что меньше времени затухания переходного процесса, возникающего после включения устройства. Максимальное значение испытательного тока при этом представляет собой случайную величину, верхний предел которой почти в два раза превосходит нижний, равный установившемуся значению. Таким образом, измеренное значение тока срабатывания проверяемого аппарата может быть почти вдвое ниже, чем то, которое вызвало это срабатывание.

От последнего недостатка свободно устройство для проверки токовой защиты, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству и выбранное в качестве прототипа, содержащее силовой трансфоматор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный первым входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, выход которого связан с первым входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, командный блок и блок управления, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй вход соединен с третьим через контакт проверяемого аппарата токовой защиты, первый выход подключен ко второму входу системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход ко второму входу блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а третий выход к первому входу блока измерения, хранения и отображения времени.

В тиристорный регулятор напряжения входят четыре тиристора, включенные попарно встречно-параллельно. Одна пара тиристоров подключает всю первичную обмотку силового трансформатора к сети, а другая ее половину. Угол управления тиристорами первой пары равен нулю, а второй может изменяться, обеспечивая тем самым плавное регулирование испытательного тока в два раза. Для расширения диапазона регулирования обе обмотки силового трансформатора разделены на секции, которые могут с помощью перемычек включаться последовательно или параллельно. Последняя особенность затрудняет работу с устройством и значительно увеличивает время проведения проверки. Другой недостаток заключается в увеличении массы силового трансформатора, так как полное напряжение сети является номинальным для половины его первичной обмотки, при включении второй пары тиристоров половина первичной обмотки обесточена. Этот недостаток является весьма существенным для переносных устройств, масса которых не должна выходить за допустимые пределы. Еще одним недостатком известного устройства является низкая точность установки и измерения испытательного тока, что снижает качество проверки токовой защиты, увеличивает время проверки и может вызвать необходимость повторного пропускания тока через проверяемый аппарат. Указанный недостаток и перечисленные отрицательные последствия объясняются следующим. Испытательный ток зависит от напряжения источника, коэффициента трансформации силового трансформатора, угла управления тиристорами и сопротивлений силового трансформатора, проверяемого аппарата и соединительных кабелей. До подачи команды на включение испытательного тока он неизвестен и может значительно отличаться от желаемого. Подрегулирование этого тока в процессе проверки возможно только при большом времени срабатывания проверяемого аппарата. Из-за нагрева силового трансформатора, соединительных кабелей и проверяемого аппарата испытательный ток нестабилен. Время срабатывания аппарата определяется интегральными показателями испытательного тока, а устройство фиксирует значение испытательного тока, непосредственно предшествующее моменту срабатывания аппарата. Последний недостаток этого устройства заключается в искажении формы испытательного тока при промежуточных между 0^o и 180^o значениями угла управления тиристоров второй пары, что приводит к снижению точности измерения испытательного тока. Так при угле управления 90^o и коэффициенте мощности цепи нагрузки тиристорного регулятора напряжения равном 0,7, коэффициент гармонных испытательного тока составляет 10,7% что значительно превышает норму для практически синусоидального тока.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение массы силового трансформатора, облегчение и ускорение процедуры проверки токовой защиты.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении точности установки и измерения испытательного тока, улучшении его формы.

Поставленная задача решается тем, что устройство для проверки токовой защиты, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный первым входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, выход которого связан с первым входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, командный блок и блок управления, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй вход соединен с третьим через контакт проверяемого аппарата токовой защиты, первый выход подключен ко второму входу системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход ко второму входу блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а третий выход к первому входу блока измерения, хранения и отображения времени отличается тем, что оно снабжено силовым фильтром, включенным между выходными зажимами тиристорного регулятора напряжения и первичной обмоткой силового трансформатора, блоком задания времени, выход которого подключен ко второму входу блока измерения, хранения и отображения времени, регулятором тока, включенным последовательно с блоком коррекции, выход которого соединен с первым входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, причем выход блока задания тока подключен к первому входу регулятора тока, второй вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя тока, третий вход с четвертым выходом блока управления, а выход блока измерения, хранения и отображения времени подключен к четвертому входу блока управления.

При этом силовой фильтр содержит реактор, включенный между входным и выходным зажимами силового фильтра, а также подключенные к выходным зажимам силового фильтра конденсатор и последовательные резонансные контуры высших гармоник.

Кроме того устройство снабжено блоком защиты от перенапряжений, вход которого подключен к выходным зажимам силового фильтра, а выход к пятому входу блока управления.

Весь диапазон измерения испытательного тока перекрывается путем регулирования угла управления тиристоров и отпадает необходимость секционирования обмоток силового трансформатора и использования перемычек, что упрощает и ускоряет работу с устройством. На такое напряжение рассчитана не часть, а вся первичная обмотка силового трансформатора, чем достигается снижение его массы.

Устройство представляет собой систему автоматического регулирования, замкнутую отрицательной обработкой связью по регулируемой величине - испытательному току. Поэтому установившееся значение испытательного тока равно установленной с помощью блока задания тока величине и не зависит как от напряжения источника, так и от нагрева элементов устройства, кабелей и проверяемого аппарата, чем повышается точность установки испытательного тока в зоне перегрузки проверяемого аппарата.

Благодаря введению корректирующего устройства и соответствующего выбора структуры и параметров регулятора тока возможное перерегулирование испытательного тока не превосходит 10 20% его установившегося значения, а переходный процесс его установления заканчивается за один-два периода переменного тока источника. Тем самым повышается точность устройства в зоне отсечки проверяемого аппарата.

Практически синусоидальная форма испытательного тока достигается введением силового фильтра, благодаря которому устройство может подавлять также высшие гармоники, обусловленные искажением напряжения сети, что расширяет возможности использования предлагаемого устройства.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для проверки токовой защиты с одним последовательным резонансным контуром высшей (третьей) гармоники, входящими в силовой фильтр.

Устройство для проверки токовой защиты содержит силовой трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, которая через силовой фильтр 3 и тиристорный регулятор 4 напряжения подключена к источнику 5 напряжения переменного тока. Тиристорный регулятор состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров 6, подключенных между входным и выходным зажимами регулятора 4, и системы 7 импульсно-фазового управления. Вторичная обмотка 8 трансформатора 1 вместе со входной цепью измерительного преобразователя 9 тока и проверяемым аппаратом 10 токовой защиты образует контур испытательного тока. Устройство содержит также последовательно включенные блок 11 задания тока, регулятор 12 тока, блок 13 коррекции, выход которого соединен с первым входом системы 7 импульсно-фазового управления. Кроме того устройство для проверки токовой защиты содержит командный блок 14, выход которого соединен с первым входом блока 15 управления, включением блок 16 выборки, хранения и отображения испытательного тока, блока 17 измерения, хранения и отображения времени и блок 18 задания времени. Второй выход блока 15 управления соединен с его третьим входом через контакт проверяемого аппарата 10 токовой защиты. Первый вход блока 16 выборки, хранения и отображения испытательного тока подключен к выходу измерительного преобразователя 9. Первый, второй и третий входы блока 15 управления соединены соответственно со вторым входом системы 7 импульсно-фазового управления, вторым входом блока 16 выборки, хранения и отображения испытательного тока и первым входом блока 17 измерения, хранения и отображения времени, второй вход которого подключен к выходу блока 18 задания времени, а выход к четвертому входу блока 115 управления. Регулятор 12 тока имеет три входа. Первый из них подключен к выходу блока 11 задания тока, второй к выходу измерительного преобразователя 9, а третий к четвертому выходу блока 15 управления. Силовой фильтр 3 содержит реактор 19, включенный между входным и выходным зажимами этого фильтра, а также подключенные к выходным зажимам силового фильтра конденсатор 20 и последовательный резонансный контур, состоящий из реактора 21 и конденсатора 22, настроенный на третью гармонику. Устройство содержит также блок 23 защиты от перенапряжений, вход которого подключен к выходным зажимам силового фильтра 3, а выход к пятому входу блока 15 управления.

Устройство для проверки токовой защиты работает следующим образом.

Блоком 18 задают время, в течение которого через проверяемый аппарат будет протекать испытательный ток, если этот аппарат не сработает ранее. Блоком 11 устанавливают действующее значение испытательного тока в виде сигнала постоянного тока соответствующего уровня. До подачи команды "включение" с блока 14 выходной сигнал регулятора 12 тока не изменяется и равен такому значению, которое, пройдя через блок 13 и систему 7 импульсно-фазового управления, соответствует углу управления тиристорами 6, равному 180^o. При этом тиристоры находятся все время в закрытом состоянии. При подаче с командного блока 14 команды "включение" блок 15 управления подает на третий вход регулятора 12 тока управляющий сигнал, переводящий регулятор 12 в состояние, в котором его выходной сигнал является функцией времени от разности сигналов задающего, подаваемого от блока 11 на первый вход, и обратной связи, приходящего от измерительного преобразователя 9 на второй вход. Одновременно поступает управляющий сигнал на вход блока 17, при этом начинается отсчет и индикация времени. В первый момент времени выходной сигнал регулятора 12 определяется только задающим сигналом. При этом на входе системы 7 импульсно-фазового управления появляется сигнал, которому соответствует угол управления тиристорами 6, близкий к величине, необходимой для получения заданного значения испытательного тока. Такая связь между задающим сигналом, поступающим от блока 111 и испытательным током обеспечивается включением блока 13 коррекции между регулятором 12 и системой 7. Зависимость выходного сигнала блока 13 коррекции от его входного сигнала обратна зависимости выходного сигнала измерительного преобразователя 9 от входного сигнала системы 7 импульсно-фазового управления при среднем для различных проверяемых аппаратах токовой защиты значений напряжения вторичной обмотки 8 силового трансформатора и среднем значении коэффициента мощности контура испытательного тока.

Через попеременно включающиеся тиристоры 6 по реактору 19 начинает протекать прерывистый переменный ток. Индуктивно-емкостные элементы силового фильтра 3, индуктивное сопротивление рассеяния обмоток трансформатора 1, соединительных кабелей и проверяемого аппарата 10 снижают содержание высших гармонических составляющих в испытательном токе, проходящем через проверяемый аппарат 8. Для получения в установившемся режиме практически синусоидального тока с коэффициентом формы 1,11 ± 0,022 достаточно использовать лишь один последовательный резонансный контур, настроенный на ближайшую к основной высшую гармонику третью. Свойства силовой электрической цепи устройства таковы, что при постоянном угле управления возникающий при включении тиристоров переходный процесс протекает без перерегулирования испытательного тока или с небольшим, не более 10 20% перерегулированием, что зависит от параметров контура испытательного тока и заданного значения этого тока. Время переходного процесса не превосходит один-два периода переменного тока источника. Испытательный ток, измеренный преобразователем 9, отображается блоком 16, а сигнал постоянного тока, пропорциональный испытательному току, поступает на второй вход регулятора 12 тока. Выходной сигнал регулятора ока является функцией отклонения испытательного тока от заданного значения. Этот сигнал вызывает такое изменение угла управления тиристорами 6, при котором происходит уменьшение указанного отклонения. Тем самым, компенсируется погрешность характеристики блока 13 коррекции и изменения влияющих величин: напряжения и частоты источника 5, температуры соединительных проводов и обмоток трансформатора и т.д.

При срабатывании проверяемого аппарата его контакт, включенный между вторым и третьим входами блока 15 управления, размыкается. блок 15 воздействует на систему 7 импульсно-фазового управления, запрещая подачу импульсов управления на тиристоры 6. Испытательный ток прекращается. Блок 15 воздействует также на блок 17, вызывая прекращение отсчета времени. Показания этого блока остаются фиксированными и равными времени между моментом подачи команды "включение" и прекращением протекания испытательного тока. Остаются неизменными и показания блока 16, они соответствуют действующему значению испытательного тока в момент размыкания контакта проверяемого аппарата.

Если при срабатывании этого аппарата разрывается контур испытательного тока (что имеет место, когда например, проверяемый аппарат автоматический выключатель), то пока продолжает пропускать ток включенный тиристор напряжение на выходе силового фильтра 3 начнет быстро возрастать, достигая в наиболее неблагоприятном случае двойного значения. Аналогичное аварийное состояние возникает и сразу после подачи команды "включение", если испытательный контур по какой либо причине оказался разомкнут. Эти аварийные ситуации исключаются с помощью блока 23 защиты от перенапряжений, который при достижении выходным напряжением силового фильтра опасного уровня закорачивает его выходную цепь на небольшое сопротивление и подает сигнал на пятый вход блока 15 управления, который вызывает уже описанную последовательность операций, соответствующую размыканию контакта проверяемого аппарата 10.

Если проверяемый аппарат не сработал, то по истечению заданного времени блок 17 подает на четвертый вход блока 15 управления сигнал, действие которого равносильно размыканию контакта проверяемого аппарата 10. При этом фиксируется испытательный ток и продолжительность его прохождения.

Аналогичный результат происходит и в том случае, когда по желанию оператора прекратить прохождение испытательного тока с блока 14 подают команду "отключено". Для обнуления показаний блоков 16 и 17 с блока 14 подают команду "сброс".

Устройство для проверки токовой защиты готово к новому циклу работы.

Формула изобретения

1. Устройство для проверки токовой защиты, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный информационным входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, командный блок и блок управления включением, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй вход связан с контактами проверяемого аппарата токовой защиты и сигнал на упомянутом входе характеризует состояние упомянутых контактов, первый выход подключен к информационному входу системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход к входу запуска блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а третий выход к входу запуска блока измерения, хранения и отображения времени, отличающееся тем, что оно снабжено силовым фильтром, включенным между выходными зажимами тиристорного регулятора напряжения и первичной обмоткой силового трансформатора, блоком задания времени, выход которого подключен к информационному входу блока измерения, хранения и отображения времени, регулятором тока, включенным последовательно с блоком коррекции, выход которого соединен с информационным входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, причем выход блока задания тока подключен к первому информационному входу регулятора тока, второй информационный вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя тока, вход запуска с четвертым выходом блока управления включением, а выход блока измерения, хранения и отображения времени подключен к третьему входу блока управления включением.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что силовой фильтр содержит реактор, включенный между входным и выходным зажимами силового фильтра, а также подключенные к выходным зажимам силового фильтра конденсатор и последовательные резонансные контуры высших гармоник.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено блоком защиты от перенапряжений, вход которого подключен к выходным зажимам силового фильтра, а выход к четвертому входу блока управления включением.

РИСУНКИ

Рисунок 1