Устройство защиты максимального тока

 

Изобретение относится к устройствам релейной защиты. Техническим результатом является повышение чувствительности максимальной токовой защиты. Устройство осуществляет измерение реактивной составляющей тока повреждения при удаленных коротких замыканиях и полного фазного тока при близких коротких замыканиях, а также в режимах самозапуска нагрузки. Устройство позволяет снизить выдержки времени защит, установленных последовательно в сети, за счет снижения погрешности работы органов выдержки времени, синхронизированных частотой сети, и уменьшения ступени селективности. Устройство может быть использовано как совместно с трансформаторами тока в качестве источника информации о значении тока, так и позволяет отказаться от трансформаторов тока, используя в качестве источника информации датчики тока. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электрической защите энергетических систем, а именно к релейной защите линий электропередачи, трансформаторов и реакторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности и обеспечение селективности действия максимальных токовых защит с возможностью снижения выдержек времени этих защит, установленных на последовательно включенном электрооборудовании электрической сети.

Наиболее близким (прототипом) является максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению и органом выдержки времени.

Предлагаемое устройство работает на новом принципе: изменение реактивной составляющей фазного тока с контролем уровня напряжения на защищаемом электрооборудовании.

Согласно действующим нормам по пользованию электроэнергией угол тока нагрузки (ϕ_н) должен быть не более 30^o индуктивных и по условию отстройки от реактивной составляющей нагрузки ток срабатывания будет равен: I_ср = K_н·I_н·sinϕ_н = 0,5K_нI_н, (I) где Кн = 1,1-1,2 - коэффициент надежности ; Iн - максимальный фазный ток нагрузки.

Как видно из (1) реализация предлагаемого принципа позволяет повысить чувствительность защиты в 2 раза.

Функциональная схема устройства защиты приведены на фиг.1.

Устройство содержит измерительный орган тока - 1, протекающего по защищаемому электрооборудованию, бесконтактный электронный ключ - 2, управляемый напряжением защищаемого оборудования, орган минимального напряжения - 3, пусковой орган - 4 с линией задержки и компаратором, орган выдержки времени в виде счетчика периодов аварийного тока, превышающего уставку срабатывания - 5, выходной орган для отключения выключателя защищаемого оборудования - 6, блок питания - 7.

Устройство защиты подключается к трансформаторам тока 9, 10 и трансформатору напряжения 11.

Измерительный орган тока, включающий в себя магнитный сердечник с зазором переменного сечения, в которой помещается интегральная микросхема, содержащая датчик Холла, позволяющий определять значение тока в электрооборудовании по значению магнитной индукции в зазоре магнитного сердечника датчика тока, в который помещается эта микросхема. При использовании устройства совместно с трансформатором тока, как источником информации, в окно магнитного сердечника пропускается провод, идущий от вторичной обмотки трансформатора тока. Однако измерительный орган тока 1 может быть использован как источник информации вместо трансформатора тока. При этом в окно магнитного сердечника пропускается фазный токопровод защищаемого электрооборудования. Путем перемещения микросхемы в зазоре магнитного сердечника регулируется уставка срабатывания по току, который при значении тока, большем уставки, формирует на своем выходе импульсы, длительность которых равна времени превышения входного сигнала тока над уставкой.

Электронный ключ 2 при переходе напряжения через нуль в каждом периоде формирует сигнал, разрешающий работу измерительного органа тока 1. Измерительный орган тока 1 при этом осуществляет сравнение реактивной составляющей входного сигнала тока защищаемого электрооборудования с уставкой срабатывания. При значении реактивной составляющей тока, большем уставки измерительного органа тока1, формирует на своем выходе импульсный сигнал, поступающий на входы пускового органа 4 и органа выдержки времени 5.

Орган минимального напряжения 3 при снижении напряжения на защищаемом электрооборудовании в месте установки защиты ниже заданной уставки пороговых элементов минимального напряжения формирует управляющие сигналы в измерительный орган тока 1, которые блокируют сигналы от электронного ключа 2, с целью измерения величины полного тока и сравнения ее с установкой в течение всего периода, и в пусковой орган 4 для увеличения его уставки срабатывания по току на значение коэффициента самозапуска нагрузки К_сзп при восстановлении напряжения на заданное время до окончания процесса самозапуска (5-15 с) и снижения тока нагрузки в защищаемом электрооборудовании до номинального.

При срабатывании пускового органа 4, его выходной сигнал поступает на выход органа выдержки времени 5, давая тем самым разрешение за счет импульсов, поступающих на другой вход органа времени 5 от датчика 1.

Импульсы на выходе датчика 1 формируются из сигнала, пропорционально току с частотой сети один раз в период, что позволяет синхронизировать по времени работу всех устройств защиты между собой, и снизить их выдержки времени (за счет снижения значения ступени селективности погрешностей органа выдержки времени отдельных защит между собой).

Выходной орган 6 представляет из себя триггер Шмитта, воздействующий на катушку выходного электромагнитного реле, контакты которого в свою очередь действуют на отключение выключателя 8.

Блок питания 7 преобразует напряжение аккумуляторной батареи 220 В в напряжение питания электронной части схем - 15 В.

Характеристика срабатывания реле приведена на фиг.2.

Устройство защиты работает следующим образом.

При удаленных коротких замыканиях, когда напряжение в месте установки защиты не снижается до значения уставки срабатывания органа минимального напряжения 3, измерительного органа тока 1, при получении сигнала от электронного ключа 2, осуществляет сравнение сигнала, пропорционального реактивной составляющей тока короткого замыкания по защищаемому элементу, с уставкой и если первая больше, то через пусковой орган 4 с выдержкой времени, определяемой органом выдержки времени 5, срабатывает выходной орган 6 на отключение выключателя 8.

При близких коротких замыканиях в зоне действия защиты, когда напряжение в месте установки защиты снижается ниже уставки срабатывания органа 3, последний переключает измерительный орган тока 1 на измерение полного фазного тока и увеличивает уставку пускового органа 4 в К_сзп (см.фиг.2б). При длительности короткого замыкания больше уставки органа 5, срабатывает выходной орган 6 на отключение выключателя 8.

При внешних коротких замыканиях в сети источника питания с посадкой напряжения ниже уставки органа минимального напряжения 3, последний переключает органы 1 и 4 на характеристику срабатывания по фиг.2б полного фазного тока. При этом ток от выбега нагрузки при внешнем замыкании и ток самозапуска нагрузки после отключения короткого замыкания в сети источника питания меньше тока срабатывания пускового органа 4 и защита не срабатывает. Через заданное время после восстановления напряжения выше уставки органа 3, последний переключает органы 1 и 4 на чувствительную характеристику срабатывания фиг.2а.

Формула изобретения

Устройство защиты максимального тока, содержащее блок питания, измерительный орган тока, пусковой орган тока, органы минимального напряжения, выдержки времени и выходной, отличающееся тем, что дополнительно введен электронный ключ, управляемый напряжением защищаемого электрооборудования, которым измерительный орган тока включается на измерение реактивной составляющей тока защищаемого электрооборудования, а в случае внешних коротких замыканий с глубоким снижением напряжения органом минимального напряжения переводится на измерение полного фазного тока на заданное время прекращения самозапуска нагрузки, время работы органа выдержки времени определяется частотой сети, а измерительный орган тока выполнен в виде магнитного сердечника с переменным зазором, причем в зазоре установлен датчик Холла, а в окно магнитного сердечника пропускается либо провод от вторичной обмотки трансформатора тока, либо фазный токопровод защищаемого электрооборудования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2