Устройство быстродействующей защиты комплектных распределительных устройств от дуговых коротких замыканий

 

Изобретение предназначено для защиты комплектных распределительных устройств от коротких замыканий, сопровождаемых электрической дугой. Сущность устройства - контроль уровня сигнала, пропорционального световому потоку, контроль состояния реле тока и контроль времени нахождения в сработанном состоянии его пороговых элементов. Это позволяет повысить помехоустойчивость и надежно отстроиться от различного рода электромагнитных помех, упростить реализацию устройства, а также обеспечить функциональный контроль канала фотодатчика, что является техническим результатом. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для релейной защиты ячеек комплектных распределительных устройств внутренней (КРУ) и наружной (КРУН) установок от коротких замыканий (КЗ), сопровождаемых открытой электрической дугой и возникающих внутри отсеков КРУ.

Известны устройства для защиты распределительных устройств корпусной конструкции от электрической дуги КЗ, содержащие рабочие и тормозные фотодатчики, схему сравнения, пороговый элемент (пат. ФРГ N 1126011, пат. Франции N 2087348, авт. св. СССР N 851544, N 1415320, N 1111224, N 997175, N 1545287, N 1453518), а также устройство для защиты КРУ от дуговых коротких замыканий по авт.св. СССР N 1628129, содержащее промежуточные трансформаторы тока, трехфазный выпрямитель, стабилизатор, сглаживающий фильтр, рабочий и тормозной фотодатчики, пороговый элемент, элемент задержки и выходной орган. В устройстве обеспечивается контроль освещенности рабочего и тормозного фотодатчиков. Срабатывание устройства достигается только при наличии тока в контролируемой цепи. Последовательное включение фотодатчиков улучшает термостабильность устройства, а наличие элемента задержки позволяет иметь приемлемую помехоустойчивость.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для защиты комплектных распределительных устройств от дуговых коротких замыканий (авт. св. СССР N 1647751), которое состоит из фотодатчика, датчика отклонения контролируемого параметра (напряжения или тока), первого и второго пороговых элементов, первого и второго одновибраторов, логических схем И, логической схемы ИЛИ.

Принцип действия устройства основан на контроле одновременности действия одного из пороговых элементов, контролирующих световой поток, и датчика отклонения тока или напряжения (например, реле тока или реле напряжения). Дополнительно имеется канал отсечки, что обеспечивает надежную защиту распредустройства при переходе внешнего КЗ во внутреннее.

Достоинством устройства являются повышенная отстройка от электромагнитных помех, возможность отключения КЗ, переходящих из внешних во внутренние. Однако недостатком данного устройства является возможность ложного действия при выходе из строя фотодатчика (в случае действия защиты по каналу отсечки), а также сложность, что обусловлено необходимостью включения двух пороговых элементов, контролирующих световой поток.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, надежности, а также упрощение.

Указанная цель достигается тем, что в устройство быстродействующей защиты комплектных распределительных устройств от дуговых коротких замыканий, содержащее фотодатчик, пороговый элемент, реле тока, к выходу которого подключен первый ограничитель длительности сигнала, а к выходу порогового элемента подключен второй ограничитель длительности сигнала, выходы ограничителей длительности сигнала соединены со входами первого двухвходового элемента И, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, дополнительно введен первый элемент задержки на срабатывание, вход которого соединен с выходом порогового элемента, а его выход с первым входом второго логического элемента И, второй вход последнего соединен с выходом реле тока, с которым также соединен второй вход третьего логического элемента И, выход которого и выход второго логического элемента И соединены со вторым и третьим входами логического элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом четвертого логического элемента И и первым входом третьего логического элемента И, первый вход четвертого логического элемента И соединен с выходом логического элемента НЕ, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки на срабатывание, вход которого соединен с выходом порогового элемента.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом.

Устройство содержит фотодатчик (ФД) 1, реле тока (РТ) 2, элементы ограничения длительности сигналов (ЭОД₂) 4 и (ЭОД₁) 5, элементы задержки на срабатывание (ЭЗС₁) 6 и ЭЗС₂) 7, логические элементы И (И₁) 8, (И₂) 9, (И₃) 10, логический элемент ИЛИ 11, логический элемент И (И₄) 12, логический элемент НЕ 13.

Фотодатчик (ФД) 1 размещается в отсеках КРУ и при необходимости установки в нескольких отсеках или нескольких ячейках может состоять из нескольких фотодатчиков, включенных параллельно. Реле тока (РТ) 2 может включаться на фильтры тока прямой (обратной) последовательности и на фазные токи.

В исходном состоянии (нормальном режиме электроустановки) элементы устройства находятся в следующем состоянии: на выходе фотодатчика (ФД) 1 сигнал близок к нулю, выходные сигналы порогового элемента (ПЭ) 3, реле тока (РТ) 2, элементов (ЭОД₂) 4 и (ЭОД₁) 5, элементов (ЭЗС₁) 6 и Э3С₂) 7, логических элементов (И₁) 8, (И₂) 9, (И₃) 10, (И₄) 12, логического элемента ИЛИ 11 равны нулю. Выходной сигнал логического элемента НЕ 13 равен логической единице.

При внешнем коротком замыкании (КЗ) происходит срабатывание реле тока (РТ) 2, что приводит к появлению сигнала логической единицы на входе элемента (ЭОД₁) 5 и на вторых входах элементов (И₂) 9 и (И₃) 10. На выходе элемента (ЭОД₁) 5 сигнал логической единицы будет присутствовать в течение времени Δtl от начала появления сигнала срабатывания реле тока (РТ) 2. При отсутствии дуги сигнал на выходе фотодатчика (ФД) 1 остается равным логическому нулю, поэтому на выходах элементов (И₁) 8, (И₂) 9, (И₃) 10, (И₄) 12 сигналы равны логическому нулю - устройство не срабатывает.

При внешнем КЗ появление сигнала на выходе фотодатчика (ФД) 1 возможно в двух случаях: во-первых, при отключении КЗ выключателем в цепях постоянного тока протекают значительные токи и возможны коммутационные переходные процессы, что вызывает появление во входных цепях устройства дуговой защиты помех, обусловленных электромагнитными связями цепей постоянного тока, входных цепей рассматриваемого устройства и цепей его питания; во-вторых, при переходе внешнего КЗ во внутреннее в случае выброса масла из выключателя и появление дугового замыкания из-за перекрытия фаз выключателя электрической дугой.

В первом случае, так как время срабатывания элемента задержки на срабатывание (ЭЗС₁) 6 выбирается больше возможного времени помехи заданного уровня, и сигнал логической единицы на выходе (ЭЗС₁) 6 не появляется, на выходе элемента (И₃) 9 сигнал логического нуля, сигналы логической единицы на выходах элементов (ЭОД₂) 4 и (ЭОД₁) 5 не совпадают по времени, на выходе элемента (И₁) 8 - сигнал логического нуля - устройство не срабатывает.

Во втором случае - длительность горения дуги больше времени задержки на срабатывание элемента (ЭЗС₁) 6. что приводит к появлению на выходе элемента (ЭЗС₁) 6 сигнала логической единицы через время t_зcр1. На выходе элемента (И₂) 9 появляется сигнал логической единицы, который приводит к появлению уровня логической единицы на выходах элемента ИЛИ 11 и элемента (И₄) 12. С выхода элемента ИЛИ 11 сигнал логической единицы подается на первый вход элемента (И₃) 10, на второй вход которого подается сигнал логической единицы. На выходе элемента (И₃) 10 появляется сигнал логической единицы, который будет присутствовать там до возврата реле тока (РТ) 2 в исходное (несработанное) состояние.

При внутреннем КЗ, сопровождаемом электрической дугой, происходит срабатывание реле тока (РТ) 2 и фотодатчика (ФД) 1, что приводит к появлению уровня логической единицы на выходе порогового элемента (ПЭ) 3, элементов ограничения длительности (ЭОД₂) 4 и (ЭОД₁) 5. На выходе элемента (ЭОД₂) 4 сигнал логической единицы будет присутствовать в течение времени t₂ от начала появления сигнала логической единицы на выходе порогового элемента (ПЭ) 3. Если появление сигнала от фотодатчика совпадает по времени с приходом сигнала от реле тока, то на выходе элемента (И₁) 8 появляется уровень логической единицы. На выходе элемента ИЛИ 11 также появляется уровень логической единицы, который будет поддерживаться за счет положительной обратной связи выхода элемента ИЛИ 11 и первого входа элемента (И₃) 10 и будет присутствовать, пока не исчезнет сигнал от реле тока.

Отстройка от помех достигается контролем тока с помощью элемента (РТ) 2 и отстройкой по времени от максимально возможной длительности помехи заданного уровня в элементе (ЭЗС₁) 6.

Элементы (ЭЗС₂) 7 (НЕ) 13 блокируют работу устройства при повреждении фотодатчика в случае его закорачивания. Так как время освещенного состояния фотодатчика не может быть больше времени отключения внешних КЗ, то на выходе (ЭЗС₂) 7 в случае повреждения фотодатчика по истечении времени t_зср2 = t_мтз.max+Δt, где t_{мтз.мах} - максимальное время срабатывания максимально-токовой защиты; Δt- ступень селективности, появляется сигнал логической единицы. На выходе элемента (НЕ) 13 появляется сигнал логического нуля, который запрещает прохождение сигнала на выход элемента (И₄) 12.

В настоящее время устройство по предлагаемой схеме внедрено в эксплуатацию и проведены натурные испытания, подтвердившие его работоспособность и положительные качества.

Формула изобретения

Устройство быстродействующей защиты комплектных распределительных устройств от дуговых коротких замыканий, содержащее фотодатчик, устанавливаемый в отсеках комплектного распределительного устройства, пороговый элемент, реле тока, к выходу которого подключен первый ограничитель длительности сигнала, а к выходу порогового элемента подключен второй ограничитель длительности сигнала, выходы ограничителей длительности сигнала соединены со входами первого двухвходового элемента И, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, отличающееся тем, что дополнительно введен первый элемент задержки на срабатывание, вход которого соединен с выходом порогового элемента, а его выход с первым входом второго логического элемента И, второй вход последнего соединен с выходом реле тока, с которым также соединен второй вход третьего логического элемента И, выход которого и выход второго логического элемента И соединены со вторым и третьим входами логического элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом четвертого логического элемента И и первым входом третьего логического элемента И, первый вход четвертого логического элемента И соединен с выходом логического элемента НЕ, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки на срабатывание, вход которого соединен с выходом порогового элемента, при этом срабатывание фотодатчика приводит к появлению уровня логической единицы на выходе порогового элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1