Устройство для защиты электроустановки от перегрузок по току

 

Изобретение может быть использовано в устройствах защиты электроустановок от токовых перегрузок. Устройство защиты содержит блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, блок преобразования переменного напряжения в постоянное, пусковой блок, выходной блок, образованный суммирующим органом и преобразователем напряжения в частоту, включающим в себя генератор тока, пропорционального входному напряжению, интегрирующий конденсатор, ключ разряда конденсатора, компаратор, разделительные диоды, масштабирующие резисторы. Обеспечивают упрощение устройства за счет исключения необходимости применения квадратора.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к устройствам защиты электроустановок от токовых перегрузок.

Известны устройства для защиты электроустановок от перегрузок по току, обеспечивающие отключение тока перегрузки с зависимой то тока выдержкой времени, в том числе с выдержкой времени, обратно пропорциональной квадрату величины тока нагрузки, например, устройство [1], содержащее преобразователь ток-напряжение, два преобразователя напряжение-частота, элемент И, четыре счетчика импульсов и исполнительный элемент. Его недостаток - сложность.

Еще большей сложностью отличаются известные устройства [2, 3], первое из которых содержит преобразователь ток-напряжение, нуль-орган, аналого-цифровой квадратор, мультиплексор, сумматор, регистр памяти, сдвигатель, цифровой компаратор, задатчик уставки и исполнительный орган, а второе - преобразователь ток-напряжение, ноль-орган, аналого-цифровой преобразователь, квадратор, два мультиплексора, три задатчика, сумматор, таймер, три компаратора, счетчик, преобразователь код-частота, регистр памяти, формирователь сигнала начальной установки и исполнительный элемент.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство (4), содержащее блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, выход которого соединен со входами пускового токового блока и квадратора, выход которого через селективный фильтр соединен со входом блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выход пускового токового блока подключен к первому входу выходного интегрального блока, ко второму входу которого подключен выход блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной интегральный блок с выдержкой времени, пропорциональной напряжению на входе, реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту, вход которого является вторым входом выходного интегрального блока, и органа суммирования с использованием счетчика импульсов, вход сброса которого является первым входом выходного интегрального блока, счетный вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а выход органа суммирования является выходом выходного интегрального блока и всего устройства.

В этом устройстве выходной интегральный блок формирует выдержку времени, обратно пропорциональную напряжению на его входе, т.к. частота импульсов на выходе преобразователя напряжения в частоту прямо пропорциональна входному напряжению. Это приводит к необходимости введения в устройство квадратора, что значительно его усложняет, т. к. квадраторы сами по себе достаточно сложны. Это видно на примере устройств [5, 6].

Задача предлагаемого устройства - упрощение за счет исключения необходимости применения квадратора.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, пусковой блок, выход которого подключен к первому входу выходного блока, ко второму входу которого подключен выход блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной блок реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту, вход которого является вторым входом выходного блока, и органа суммирования с использованием счетчика, вход сброса которого является первым входом выходного блока, счетный вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а выход органа суммирования является выходом выходного блока и всего устройства, вход преобразователя напряжения в частоту образован входом генератора тока, пропорционального входному напряжению, выход которого связан с интегрирующим конденсатором, выходом ключа разряда интегрирующего конденсатора и инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого через первый разделительный диод и первый резистор соединен со вторым входом выходного блока, через второй разделительный диод и второй резистор - с выходом компаратора, через третий резистор - с общей шиной устройства, выход компаратора, соединенный со входом ключа разряда, образует выход преобразователя напряжения в частоту, выход блока преобразования тока в пропорциональное напряжение подключен ко входу блока преобразования переменного напряжения в постоянное, а выход последнего соединен со входом пускового блока.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Оно содержит блок 1 преобразования тока в пропорциональное напряжение, пусковой блок 2, выход которого подключен к первому входу выходного блока 3, ко второму входу которого подключен выход блока 4 преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной блок 3 реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту 5, вход которого является вторым входом выходного блока 3, и органа суммирования 6 с использованием счетчика, вход сброса которого является первым входом выходного блока 3, счетный вход C подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту 5, а выход органа суммирования 6 является выходом выходного блока 3 и всего устройства. Вход преобразователя 5 напряжения в частоту образован входом генератора 7 тока, пропорционального входному напряжению, выход которого связан с интегрирующим конденсатором 8, выходом ключа 9 разряда интегрирующего конденсатора 8 и инвертирующим входом компаратора 10, неинвертирующий вход которого через первый резистор 11 и первый разделительный диод 12 соединен со вторым входом выходного блока 3, через второй резистор 13 и второй разделительный диод 14 - с выходом компаратора 10, через третий резистор 15 - с общей шиной устройства. Выход компаратора 10, соединенный со входом ключа 9 разряда интегрирующего конденсатора 8, образует выход преобразователя 5 напряжения в частоту, выход блока 1 преобразования тока в пропорциональное напряжение подключен ко входу блока 4 преобразования переменного напряжения в постоянное, а выход последнего соединен со входом пускового блока 2.

При разряженном конденсаторе 8 на неинвертирующий вход компаратора 10 через разделительный диод 12 и масштабные резисторы 11, 15 поступает напряжение U_н1, пропорциональное току I_~ в защищаемой цепи. Напряжение U_н1 меньше напряжения U_н на инвертирующем входе компаратора 10 (напряжение U_н близко к напряжению питания U_н); на выходе компаратора 10 - напряжение низкого уровня; разделительный диод 14 и разрядный ключ 9 закрыты. Конденсатор 8 заряжается током Iг генератор 7, пропорциональным току I_~. Напряжение U_н уменьшается по мере заряда конденсатора 8, и в момент равенства напряжений U_н и U_н1 компаратор срабатывает, на его выходе - напряжение высокого уровня; открывается разделительный диод 14; закрывается разделительный диод 12; напряжение на неинвертирующем входе U_н2 возрастает (оно теперь определяется масштабными резисторами 13, 15 и близко к напряжению U_п), поддерживая высокий потенциал на выходе компаратора 10; открывается разрядный ключ 9; начинается разряд конденсатора 8. По мере разряда конденсатора 8 растет напряжение U_н на инвертирующем входе компаратора 10, и в момент равенства напряжений U_н и U_н1 компаратор возвращается в исходное состояние, на выходе снова напряжение низкого уровня. Положительный импульс с выхода компаратора 10, длительность которого определяется временем разряда конденсатора 8, поступает на вход C суммирующего органа 6.

При нормальном режиме в защищаемой цепи и, следовательно, малом токе I_~ пусковой блок 2 не срабатывает, напряжение высокого уровня на его выходе запрещает работу суммирующего органа 6.

При возникновении тока перегрузки пусковой блок 2 срабатывает, разрешая работу суммирующему органу 6. При переполнении счетчика суммирующего органа 6 на выходе устройства появляется сигнал на отключение выключателя.

Период T следования импульсов на выходе компаратора 10 равен сумме времени заряда и времени разряда конденсатора 8.

Время разряда мало по отношению к времени заряда (особенно при малых токах I_~), и им можно пренебречь. Тогда T определится как где ΔU_c - разность напряжений на заряженном и разряженном конденсаторе; C - емкость интегрирующего конденсатора.

Ток генератора I_г прямо пропорционален току I_~, т.е.

I_г= K₁·I_~, где K₁ - масштабный коэффициент.

Напряжение U_н1 также прямо пропорцианально току I_~, следовательно, ΔU_c обратно пропорционально этому току, т.е.

Тогда т. е. частота импульсов f на выходе преобразователя 5, а следовательно и выдержка времени устройства обратно пропорциональна квадрату тока I_~ .

Таким образом, обеспечивает возможность получения выдержки времени, обратно пропорциональной квадрату величины тока нагрузки, без применения квадратора, что упрощает устройство.

Источники информации 1. А.С. СССР N 1721688 A1, H 02 H 3/08, 1992 г.

2. А.С. СССР N 1541701 A1, H 02 H 3/08, 5/04, 1990 г.

3. А.С. СССР N 1582250 A1, H 02 H 3/08, 1990 г.

4. А.С. СССР N 1536472 A1, H 02 H 3/08, 1990 г.

5. А.С. СССР N 1462366 A1, G 06 G 7/20, 1989 г.

6. А.С. СССР N 1666959 A2, G 01 R 19/02, G 06 G 7/20, 1991 г.

Формула изобретения

Устройство для защиты электроустановки от перегрузок по току, содержащее блок преобразования тока в пропорциональное напряжение, пусковой блок, выход которого подключен к первому входу выходного блока, к второму входу которого подключен выход блока преобразования переменного напряжения в постоянное, выходной блок реализован с помощью преобразователя напряжения в частоту, вход которого является вторым входом выходного блока, и органа суммирования с использованием счетчика, вход сброса которого является первым входом выходного блока, счетный вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а выход органа суммирования является выходом выходного блока и всего устройства, отличающееся тем, что вход преобразователя напряжения в частоту образован входом генератора тока, пропорционального входному напряжению, выход которого связан с интегрирующим конденсатором, выходом ключа разряда интегрирующего конденсатора и инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого через первый разделительный диод и первый резистор соединен с вторым входом выходного блока, через второй разделительный диод и второй резистор - с выходом компаратора, через третий резистор - с общей шиной устройства, выход компаратора, соединенный с входом ключа разряда, образует выход преобразователя напряжения в частоту, выход блока преобразования тока в пропорциональное напряжение подключен к входу блока преобразования переменного напряжения в постоянное, а выход последнего соединен с входом пускового блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1