Устройство дуговой защиты комплектных распределительных устройств

 

Устройство предназначено для защиты комплектных распределительных устройств от коротких замыканий, сопровождаемых электрической дугой. Сущность устройства - контроль уровня сигнала, пропорционального световому потоку, генерируемому электрической дугой короткого замыкания, измерительным органом, во входной части которого включен частотно-зависимый элемент, образующий совместно с рабочим фотодатчиком, контрольным кабелем фильтр низкой частоты или полосовой фильтр, коэффициент передачи которого зависит от состояния рабочего фотодатчика. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства к коротким замыканиям и позволяет надежно отстроиться от различного рода электромагнитных помех. 1 ил.

Предлагаемое устройство 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(Н).

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, А. С. СССР N 851544, N 1415320, N 1111224, N 997175, N 1545287, N 1453518, N 1582270, N 1628129).

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является устройство для защиты ячеек комплектных распределительных устройств от дуговых коротких замыканий по А.С. СССР N 1584029 A1, H 02 H 7/22 от 07.08.90 г., содержащее рабочий и тормозной фотодатчики, последний из которых подключен ко входу заградительного фильтра, а его выход подключен ко второму входу схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом рабочего фотодатчика, выходной орган, вход которого соединен с выходом схемы сравнения. В устройстве обеспечивается контроль освещенности рабочего и тормозного фотодатчиков. Наличие заградительного фильтра в схеме устройства позволяет обеспечить избирательное торможение при возникновении световых помех. Однако уменьшение тормозного сигнала при возникновении электромагнитных помех требует увеличения порога срабатывания по каналу рабочего фотодатчика для исключения ложных срабатываний, что приводит к снижению чувствительности. При наличии на подстанциях длинных контрольных кабелей, соединяющих фотодатчики с измерительной частью релейной защиты, и на подстанциях с мощными электромагнитными помехами или возможными кратковременными изменениями напряжения источника оперативного тока, возникающими, например, при подключении сильноточной нагрузки или при замыкании полюса на землю, применение элементов задержки и заграждающего фильтра не позволяет иметь достаточную помехоустойчивость при требуемом времени срабатывании. Когда питание устройств дуговой защиты осуществляется от источника постоянного оперативного тока, между источником и устройством может существовать гальваническая связь, что повышает требования к помехоустойчивости устройств дуговой защиты.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, чувствительности и надежности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве дуговой защиты комплектных распределительных устройств, содержащем рабочий фотодатчик, частотно-зависимый элемент, тормозной фотодатчик и первый пороговый элемент, выход которого соединен последовательно с интегратором и вторым пороговым элементом, первый источник напряжения, рабочий фотодатчик и частотно-зависимый элемент, коэффициент передачи которого минимален при неосвещенном рабочем фотодатчике и максимален при освещенном рабочем фотодатчике, соединены последовательно первым контрольным кабелем, второй источник напряжения, тормозной фотодатчик и второй вход первого порогового элемента соединены последовательно вторым контрольным кабелем, выход частотно-зависимого элемента подключен к первому входу первого порогового элемента.

Сущность устройства поясняется чертежом. Устройство состоит из рабочего 1 и тормозного 2 фотодатчиков, первого 3 и второго 4 контрольных кабелей, первого 5 и второго 6 источников напряжения, частотно-зависимого элемента 7, первого порогового элемента 8, интегратора 9, второго порогового элемента 10.

При этом фотодатчики 1 и 2 размещаются в отсеках ячеек КРУ, т.е. в отсеках установки высоковольтного оборудования и, при необходимости установки фотодатчиков в нескольких отсеках, возможно подключение рабочих или тормозных фотодатчиков параллельно между собой. Рабочий фотодатчик 1 соединен последовательно посредством первого контрольного кабеля 3 с первым источником напряжения 5 и с частотно-зависимым элементом 7, тормозной фотодатчик 2 соединен последовательно вторым контрольным кабелем 4 со вторым источником напряжения 6 и вторым входом первого порогового элемента 8. Контрольный кабель, имеющий два провода, должен быть свит с шагом 2-3 см, что существенным образом уменьшает влияние электромагнитных помех, возникающих в результате протекания значительных токов в цепях переменного тока при КЗ, а также в цепях оперативного постоянного тока, например, при коммутациях выключателей или замыканиях полюса аккумуляторной батареи на землю. Измерительная часть устройства защиты, состоящая из первого 5 и второго 6 источников напряжения, частотно-зависимого элемента 7, первого порогового элемента 8, интегратора 9, второго порогового элемента 10, размещается в отсеке низковольтной аппаратуры и соединяется с фотодатчиками, как указывалось выше, с помощью контрольных кабелей.

Так как такое выполнение контрольного кабеля не позволяет полностью исключить влияние электромагнитных помех, в устройстве предусмотрен частотно-зависимый элемент 7, коэффициент передачи которого зависит от состояния рабочего фотодатчика. Частотно-зависимый элемент 7 может быть реализован по схемам однокаскадных или многокаскадных фильтров низкой частоты или полосовых фильтров (Нестеренко Б. К. Интегральные операционные усилители: Справочное пособие по применению. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 128 с., С. 53-65) или по схемам на основе операционных усилителей с многопетлевой обратной связью (Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. - Л.: Энергоатомиздат, 1991, 336 с., С. 20-21, или Кустов О. В. , Лундин В. З. Операционные усилители в линейных цепях. - М.: Связь, 1978. - 144 с. , С. 94-95, или Темкина Р.В. Измерительные органы релейной защиты на интегральных микросхемах. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 240 с., С. 88-97). Тип частотного фильтра и соответственно фильтра низкой частоты или полосового фильтра взаимосвязан с типом первого источника напряжения 5, который может быть реализован как источник постоянного напряжения или как источник переменного напряжения заданной частоты и формы сигнала. Включение последовательно с частотно-зависимым элементом 7 рабочего фотодатчика 1 и первого контрольного кабеля 3, имеющих в основном активное сопротивление, не изменяет его типа, а позволяет только изменять его амплитудно-частотную характеристику, т.е. изменять его коэффициент передачи в зависимости от состояния рабочего фотодатчика. При неосвещенном рабочем фотодатчике коэффициент передачи частотно-зависимого элемента минимален, при освещенном рабочем фотодатчике - максимален.

Наличие тормозного фотодатчика 2 позволяет повысить чувствительность устройства защиты, так как это дает возможность не отстраиваться от световых помех, обусловленных включением ламп, устанавливаемых на тележке выключателя, или внешними источниками света при открытии смотровых люков ячеек КРУ.

Коэффициент передачи частотно-зависимого элемента 7 определяется освещенностью рабочего фотодатчика 1 и тем самым регулируется чувствительность устройства защиты. Включение в схему интегратора 9 и второго порогового элемента 10 позволяет осуществить срабатывание устройства только при наличии сигнала определенного уровня и определенной длительности. В исходном состоянии фотодатчики 1 и 2 находятся в темновом режиме и выходной сигнал частотно-зависимого элемента 7 близок к нулю, напряжение второго входа порогового элемента 8 также близко к нулю. Напряжение на выходе первого порогового элемента 8, интегратора 9, второго порогового элемента 10 равны нулю.

При КЗ, сопровождаемом электрической дугой, изменяется освещенность в ячейке КРУ и световой поток, падающий на рабочий фотодатчик 1, превышает световой поток, поступающий на тормозной фотодатчик 2. Это происходит из-за соответствующей ориентации фотодатчиков в пространстве ячейки КРУ. Рабочий фотодатчик ориентирован в сторону наиболее вероятного места КЗ, а тормозной фотодатчик ориентирован в сторону наиболее вероятной световой помехи, например, в сторону смотровых люков.

В результате этого повышается проводимость рабочего фотодатчика 1, увеличивается коэффициент передачи частотно-зависимого элемента 7, что приводит к появлению напряжения на первом входе первого порогового элемента 8, достаточного для его срабатывания. Напряжение на втором входе первого порогового элемента имеет меньший уровень, чем на первом, из-за соответствующей ориентации фотодатчиков. Это вызывает нарастание выходного напряжения на интеграторе 9. При длительности КЗ, более определенного времени, например, 3-10 мс, напряжение на выходе интегратора 9 превышает уровень срабатывания второго порогового элемента 10, который обеспечивает сигнал отключения.

При возникновении кратковременных помех, возникающих в цепях фотодатчиков, первом контрольном кабеле устройство не срабатывает, что обусловлено наличием частотно-зависимого элемента 7 и интегратора 9. Соответствующий выбор постоянной времени интегратора 9 и напряжения срабатывания второго порогового элемента 10 позволяют обеспечить срабатывание устройства только при определенной длительности КЗ, что гарантирует высокую помехоустойчивость устройства и надежность его работы. Отстройка от помех, возникающих, в частности, при коммутациях в цепях оперативного тока, обеспечивается за счет того, что коэффициент передачи частотно-зависимого элемента 7 при неосвещенном рабочем фотодатчике 1 минимален и уровень сигнала на первом входе первого порогового элемента 8 недостаточен для его срабатывания. Такое же примерно напряжение, как в первом контрольном кабеле 3, наводится и на втором контрольном кабеле 4, и это приводит к появлению дополнительного тормозного сигнала на втором входе первого порогового элемента 8 несмотря на темновой режим тормозного фотодатчика 2. Особенно это проявляется при защите шинных мостов, так как в этом случае контрольные кабели имеют значительную длину.

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

Формула изобретения

Устройство дуговой защиты комплектных распределительных устройств, содержащее рабочий фотодатчик, частотно-зависимый элемент, тормозной фотодатчик и первый пороговый элемент, выход которого соединен последовательно с интегратором и вторым пороговым элементом, отличающееся тем, что первый источник напряжения, рабочий фотодатчик и частотно-зависимый элемент, коэффициент передачи которого минимален при неосвещенном рабочем датчике и максимален при освещенном рабочем фотодатчике, соединены последовательно первым контрольным кабелем, второй источник напряжения, тормозной фотодатчик и второй вход первого порогового элемента соединены последовательно вторым контрольным кабелем, выход частотно-зависимого элемента подключен к первому входу первого порогового элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1