Устройство для управления высоковольтным выключателем

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления высоковольтными выключателями, имеющими трехполюсное или пополюсное исполнение. Устройство содержит электромагниты управления включением и отключением, два блок-контакта взаимно инверсного действия, положительный и отрицательный выводы для подключения к оперативному источнику питания, между которыми параллельно включены первая и вторая цепи, два твердотельных реле с выходом на транзисторах, два диода, два логических элемента ИЛИ, два логических элемента И, четыре логических элемента НЕ и два элемента задержки. Технический результат: защита электромагнитов управления включением и отключением от перегрева при отказах выключателя и блокировка от многократных включений выключателя с сохранением непрерывного контроля исправности цепей включения и отключения. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления высоковольтными выключателями, имеющими трехполюсное или пополюсное исполнение.

Известно устройство управления высоковольтным масляным выключателем (Мусаэлян Э.С.«Наладка и испытание электрооборудования электрических станций и подстанций», М., Энергоатомиздат, 1986 г., стр.377), выбранное в качестве прототипа, содержащее электромагнит управления включением, электромагнит управления отключением, реле положения «включено» и реле положения «отключено», каждое из которых имеет по меньшей мере по одному контакту для центральной сигнализации, два блок-контакта взаимно инверсного действия, первый из которых замкнут при отключенном, а второй - при включенном положениях выключателя, формирователи команд включения и отключения с ключевыми выходными цепями, первый и второй выводы для подключения к оперативному источнику питания, между которыми параллельно включены первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первого токоограничивающего резистора, обмотки реле положения «отключено», первого блок-контакта и обмотки электромагнита управления включением, и вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второго токоограничивающего резистора, обмотки реле положения «включено», второго блок-контакта и обмотки электромагнита управления отключением, формирователи команд включения и отключения имеют контактные или бесконтактные выходные цепи, включенные параллельно и соединенные одним из выводов с положительным выводом источника питания.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность, обусловленная перегревом или даже перегоранием электромагнитов при отказах выключателя и выполнением многократных включений при однократно поданной команде на включение.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение надежности устройства.

Технический результат - защита электромагнитов управления включением и отключением от перегрева при отказах выключателя и блокировка от многократных включений выключателя с сохранением непрерывного контроля исправности цепей включения и отключения.

Техническая задача решается следующим образом.

Устройство для управления высоковольтным выключателем содержит электромагнит управления включением, электромагнит управления отключением, два блок-контакта взаимно инверсного действия, первый из которых замкнут при отключенном, а второй - при включенном положениях выключателя, положительный и отрицательный выводы для подключения к оперативному источнику питания, между которыми параллельно включены первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первого токоограничивающего резистора, обмотки реле положения «отключено», первого блок-контакта и обмотки электромагнита управления включением, и вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второго токоограничивающего резистора, обмотки реле положения «включено», второго блок-контакта и обмотки электромагнита управления отключением, формирователи команд включения и отключения с ключевыми выходными цепями, соединенными одним выводом с положительным выводом источника питания.

В отличие от прототипа заявляемое устройство дополнительно содержит два твердотельных реле с выходом на транзисторах, два диода, два логических элемента ИЛИ, два логических элемента И, четыре логических элемента НЕ и два элемента задержки, первый вывод ключевого выхода первого твердотельного реле последовательно соединен с анодом первого диода, второй вывод ключевого выхода первого твердотельного реле последовательно соединен с другим выводом выходной цепи формирователя команды включения, а катод первого диода последовательно соединен с блок-контактом первой упомянутой цепи, вход управления первого твердотельного реле соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, а второй вход - к выходу первого элемента задержки, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход (вход сброса) первого элемента задержки соединен с выходом четвертого элемента НЕ, первый вход первого элемента И соединен с выходом первого элемента НЕ, вход которого подключен к другому выводу выходной цепи формирователя команды включения, второй вход первого элемента И соединен с выходом второго элемента НЕ, вход которого подключен к катоду первого диода, первый вывод ключевого выхода второго твердотельного реле последовательно соединен с анодом второго диода, второй вывод ключевого выхода второго твердотельного реле последовательно соединен с другим выводом формирователя команды отключения, а катод второго диода последовательно соединен с блок-контактом второй упомянутой цепи, вход управления второго твердотельного реле соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход - к выходу второго элемента задержки, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход второго элемента И соединен с выходом четвертого элемента НЕ, вход которого подключен к другому выводу выходной цепи формирователя команды отключения, второй вход второго элемента И соединен с выходом третьего элемента НЕ, вход которого подключен к катоду второго диода.

За счет введения в цепи электромагнитов управления включением и отключением ключевых транзисторных выходов твердотельных реле, а также логических элементов И, ИЛИ, НЕ и элементов задержки для управления твердотельными реле осуществляется защита электромагнитов от перегрева.

Логические элементы и элементы задержки соединены со входами управления твердотельными реле и другими элементами цепей управления электромагнитами включения и отключения согласно формуле изобретения таким образом, чтобы при возникновении отказов выключателя и/или условий для многократных включений выключателя ключевые выходы твердотельных реле размыкались и разрывали цепи питания электромагнитов, тем самым обеспечивая защиту электромагнитов управления включением и отключением от перегрева и блокировку от многократных включений выключателя.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена электрическая схема устройства.

Устройство для управления высоковольтным выключателем содержит привод 14 выключателя, в котором смонтированы электромагнит управления включением 18, электромагнит управления отключением 13, два блок-контакта 12 и 17 взаимно инверсного действия. Между положительным «+» и отрицательным « - » выводами, предназначенными для подключения к оперативному источнику питания, включены две цепи, в первую из которых последовательно соединены электромагнит 18 управления включением, первый блок-контакт 17, замкнутый при отключенном положении выключателя, диод 19, один вывод блок-контакта 17 соединен с выводом электромагнита 18, другой с катодом диода 19, анод диода 19 соединен с первьм выводом ключевого выхода первого твердотельного реле 21. Второй вывод ключевого выхода первого твердотельного реле 21 соединен с другим выводом формирователя команды включения. Один вывод выходной цепи формирователя команды включения соединен с выводом «+». Вторые выводы электромагнита 18 управления включением и электромагнита 13 управления отключением соединены с выводом «-». Во вторую цепь последовательно соединены электромагнит 13 управления отключением, второй блок-контакт 12, замкнутый при включенном положении выключателя, второй диод 11, один вывод блок-контакта 12 соединен с выводом электромагнита 13, другой - с катодом диода 11, анод диода 11 соединен с первым выводом ключевого выхода второго твердотельного реле 8. Второй вывод ключевого выхода второго твердотельного реле 8 соединен с другим выводом формирователя команды отключения. Один вывод выходной цепи формирователя команды отключения соединен с выводом «+». При этом ключевая выходная цепь формирователя команды включения состоит из бесконтактной выходной цепи 20, шунтированной контактной выходной цепью 22. Один вывод первого токоограничивающего резистора 15 соединен с положительным выводом «+», другой вывод первого токоограничивающего резистора 15 соединен с одним выводом обмотки реле 16 положения "отключено", другой вывод обмотки реле 16 положения "отключено" соединен с катодом диода 19. Ключевая выходная цепь формирователя команды отключения состоит из бесконтактной выходной цепи 7, шунтированной контактной выходной цепью 6. Один вывод второго токоограничивающего резистора 9 соединен с положительным выводом «+», другой вывод второго токоограничивающего резистора 9 соединен с одним выводом обмотки реле 10 положения «включено», другой вывод обмотки реле 10 положения «включено» соединен с катодом второго диода 11.

Вход управления первого твердотельного реле 21 соединен с выходом первого 23 элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого 27 элемента И, а второй вход - к выходу первого 24 элемента задержки, первый вход (вход пуска) которого соединен с выходом первого 27 элемента И; второй вход (вход сброса) первого 24 элемента задержки соединен с выходом четвертого 1 элемента НЕ. Первый вход первого 27 элемента И соединен с выходом первого 25 элемента НЕ, вход которого подключен к другому (не соединенному с источником питания) выводу выходной цепи формирователя команды включения; второй вход первого 27 элемента И соединен с выходом второго 26 элемента НЕ, вход которого подключен к катоду первого 19 диода.

Вход управления второго твердотельного реле 8 соединен с выходом второго 5 логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго 2 элемента И, а второй вход - к выходу второго 4 элемента задержки, вход которого соединен с выходом второго 2 элемента И; первый вход второго 2 элемента И соединен с выходом четвертого 1 элемента НЕ, вход которого подключен к другому выводу выходной цепи формирователя команды отключения; второй вход второго 2 элемента И соединен с выходом третьего 3 элемента НЕ, вход которого подключен к катоду второго 11 диода.

При конкретном выполнении заявляемого устройства твердотельные реле 8 и 21 реализованы на основе оптоэлектронного реле постоянного тока типа 5П20.10П с полевым транзистором на выходе, производимого ЗАО «Протон-импульс» г.Орел (см. каталог на сайте www.proton-impuls.orel.ru). Логические элементы НЕ реализованы на основе транзисторного оптрона типа АОТ128 с токоограничивающим резистором в цепи светодиода (не показан). Логические элементы И и ИЛИ реализованы на микросхемах серии К 15 5 (см. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1986, стр.51). Элементы задержки реализованы на микросхеме типа КР1006 ВИ1 (см. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. 2-е изд. перераб. и доп. - Л. Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1991, стр.55). Для питания микросхем использован параметрический стабилизатор напряжения (не показан) по известной схеме (см. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г.С.Найвельт, К.Б.Мазель, Ч.И.Хусаинов и др.; Под. ред. Г.С.Найвельта. - М.: Радио и связь, 1986, стр.29). В устройстве применены диоды типа КД206 (см. Алиев И.И. Электротехнический справочник. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: ИП РадиоСофт, 2000, стр.260).

Устройство работает следующим образом.

При нахождении выключателя в состоянии «отключено», небольшой ток протекает по цепи первый токоограничивающий резистор 15, обмотка реле положения «отключено» 16, замкнутый первый блок-контакт 17, обмотка электромагнита управления включением 18, при этом реле 16 положения «отключено» срабатывает, показывая исправность цепи управления электромагнитом 18 управления включением. Напряжение на обмотке 18 электромагнита управления включением и на катоде первого диода 19 низкого уровня, что равнозначно логическому нулю на входе второго 26 элемента НЕ. Команда на включение не подана, напряжение на другом выводе выходной цепи формирователя команды включения и на входе первого 25 элемента НЕ низкого уровня, что равнозначно логическому нулю. На двух входах первого 27 элемента И логические единицы, поэтому на его выходе, на первом входе первого 23 элемента ИЛИ и на первом входе первого элемента 24 задержки также логическая 1. На втором входе первого 23 элемента ИЛИ и на выходе первого 24 элемента задержки логический 0, потому что первый 24 элемент задержки «был сброшен» последней командой отключения, когда на второй вход первого 24 элемента задержки поступил логический 0 с выхода четвертого 1 элемента НЕ. На выходе первого 23 элемента ИЛИ логическая 1, что создает ток на входе первого твердотельного реле 21, поэтому транзистор ключевого выхода первого твердотельного реле 21 замкнут.Транзистор ключевого выхода второго твердотельного реле 8 разомкнут, т.к. на выходе второго 5 элемента ИЛИ и на двух его входах логический 0.

При поступлении команды на включение на другом выводе выходной цепи формирователя команды включения появляется напряжение оперативного источника питания и по цепи ключевой выход первого твердотельного реле 21, первый 19 диод, первый 17 блок-контакт, обмотка 18 электромагнита управления включением начинает протекать ток, достаточный для срабатывания электромагнита управления включением. При этом напряжение на катоде первого 19 диода высокого уровня, что равнозначно логической 1. На выходах первого 25 и второго 26 элементов НЕ, на выходе первого 27 элемента И и на первом входе первого 23 элемента ИЛИ появляется логический 0, однако на втором входе первого 23 элемента ИЛИ и выходе первого 24 элемента задержки- логическая 1, поэтому транзисторный ключ на выходе реле 21 остается замкнутым до тех пор, пока на выходе элемента 24 задержки не появится логический 0.

При нормальной работе выключателя после срабатывания электромагнита управления включением 18 и привода 14 выключателя первый блок-контакт 17 размыкается, а второй блок-контакт 12 замыкается через время, равное времени включения выключателя. Первый 19 и второй 11 диоды отсекают напряжение высокого уровня от входа логических элементов 25 и 1 при замкнутых ключевых выходах твердотельных реле и разомкнутых блок-контактах. Блок-контакт 17 разрывает цепь питания электромагнита 18 управления включением, а блок-контакт 12 при замыкании подготавливает цепь питания электромагнита 13 управления отключением к работе, а также обеспечивает включение реле 10 положения «включено» и логический 0 на входе третьего 3 элемента НЕ. На втором входе первого 23 элемента ИЛИ и на выходе первого 24 элемента задержки по истечении времени задержки логическая 1 заменится на логический 0 и транзисторный ключ на выходе первого твердотельного реле 21 размыкается. При снятии команды включения изменятся логические сигналы на входе и выходе первого 25 элемента НЕ, но это не повлияет на состояние первого твердотельного реле 21.

Сразу после замыкания второго блок-контакта 12 на выходе третьего 3 элемента НЕ и на выходе второго 2 элемента И появляется логическая 1 и транзисторный ключ на выходе второго твердотельного реле 8 замыкается. При поступлении команды на отключение на другом выводе выходной цепи формирователя команды отключения появляется напряжение оперативного источника питания и по цепи ключевой выход второго твердотельного реле 8, второй диод 11, второй блок-контакт 12, обмотка 13 электромагнита управления отключением начинает протекать ток, достаточный для срабатывания электромагнита управления отключением 13. На выходе четвертого 1 элемента НЕ появляется логический 0, что приводит к сбросу первого 24 элемента задержки и запуску второго 4 элемента задержки. Блок-контакт 12 размыкается, а блок-контакт 17 замыкается через время, равное времени отключения выключателя, однако транзисторный ключ на выходе второго твердотельного реле 8 размыкается по истечении времени задержки второго 4 элемента задержки.

При возникновении отказа выключателя первый 17 и/или второй 12 блок-контакт не изменяют своего состояния после подачи команды на включение или отключение. В этом случае транзисторный ключ на выходах твердотельных реле 8 или 21 размыкается через время, равное времени задержки, которое обеспечивает первый 24 или второй 4 элемент задержки; в результате цепь питания электромагнита управления отключением 13 или включением 18 разрывается. Время задержки выбирают таким, чтобы оно было больше, чем время срабатывания выключателя, но меньше, чем допустимое время подачи напряжения на обмотку электромагнита. На практике время срабатывания выключателя не более 0,12 с (см. Чунихин А.А. Электрические аппараты высокого напряжения. Выключатели. Том 1. Справочник. М. Информэлектро, 1994 (стр.70-75)), а допустимое время подачи напряжения на обмотку электромагнита не менее 10 с, поэтому, устанавливая время задержки в диапазоне от 0,5 до 2 с, обеспечим надежное срабатывание выключателя и защиту обмоток электромагнитов от перегрева.

Возникновение условий многократного включения выключателя означает, что после подачи команды на включение напряжение на другом выводе ключевой выходной цепи формирователя команды включения остается длительное время, например, по причине неисправности формирователя, поэтому при поступлении команды на отключение выключатель отключается, а затем сразу включается и так многократно, пока не будет снята команда. Блокировка от многократного включения выключателя выполняется следующим образом. После подачи команды на включение и размыкания первого блок-контакта 17 на входах первого 25 и второго 26 элементов НЕ логические 1, на выходах - логические 0. По истечении времени задержки первого 24 элемента на входах и выходе первого 23 элемента ИЛИ будут логические 0, что приведет к размыканию транзисторного ключа на выходе первого твердотельного реле 21. Логические 0 на входах и выходе первого 23 элемента ИЛИ останутся до тех пор, пока не будет снято напряжение на другом выводе ключевой цепи формирователя команды включения, следовательно, повторного включения не произойдет. В том случае, когда команда на отключение поступает сразу после включения выключателя, т.е. когда транзисторный ключ на выходе первого твердотельного реле 21 еще не разомкнулся, на выходе четвертого 1 элемента НЕ и втором входе первого 24 элемента задержки появляется логический 0, что приводит к сбросу первого 24 элемента задержки. На выходе первого 24 элемента задержки после сброса появляется логический 0 и транзисторный ключ на выходе первого твердотельного реле 21 размыкается, следовательно, повторного включения опять не произойдет. Время сброса первого 24 элемента задержки должно быть меньше, чем время отключения выключателя, что легко обеспечивается на практике.

Таким образом, предлагаемые в изобретении введение твердотельных реле и логических элементов в цепи управления электромагнитами включения и отключения привода высоковольтного выключателя и изменения в схеме управления этим выключателем предотвращают возможные повреждения выключателей в случае их двукратного включения на короткие замыкания, а также предотвращают повреждение электромагнитов, которых трудно заменить в приводе по конструктивным соображениям. В результате повышается надежность работы высоковольтных выключателей, а также надежность электрических сетей, в которых они применяются.

Устройство для управления высоковольтным выключателем, содержащее электромагнит управления включением, электромагнит управления отключением, два блок-контакта взаимно инверсного действия, первый из которых замкнут при отключенном, а второй - при включенном положениях выключателя, положительный и отрицательный выводы для подключения к оперативному источнику питания, между которыми параллельно включены первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первого токоограничивающего резистора, обмотки реле положения "отключено", первого блок-контакта и обмотки электромагнита управления включением, и вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второго токоограничивающего резистора, обмотки реле положения "включено", второго блок-контакта и обмотки электромагнита управления отключением, формирователи команд включения и отключения с ключевыми выходными цепями, соединенными одним выводом с положительным выводом источника питания, отличающееся тем, что дополнительно содержит два твердотельных реле с выходом на транзисторах, два диода, два логических элемента ИЛИ, два логических элемента И, четыре логических элемента НЕ и два элемента задержки, первый вывод ключевого выхода первого твердотельного реле последовательно соединен с анодом первого диода, второй вывод ключевого выхода первого твердотельного реле последовательно соединен с другим выводом выходной цепи формирователя команды включения, а катод первого диода последовательно соединен с блок-контактом первой упомянутой цепи, вход управления первого твердотельного реле соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, а второй вход - к выходу первого элемента задержки, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй вход первого элемента задержки соединен с выходом четвертого элемента НЕ, первый вход первого элемента И соединен с выходом первого элемента НЕ, вход которого подключен к другому выводу выходной цепи формирователя команды включения, второй вход первого элемента И соединен с выходом второго элемента НЕ, вход которого подключен к катоду первого диода, первый вывод ключевого выхода второго твердотельного реле последовательно соединен с анодом второго диода, второй вывод ключевого выхода второго твердотельного реле последовательно соединен с другим выводом формирователя команды отключения, а катод второго диода последовательно соединен с блок-контактом второй упомянутой цепи, вход управления второго твердотельного реле соединен с выходом второго логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход - к выходу второго элемента задержки, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход второго элемента И соединен с выходом четвертого элемента НЕ, вход которого подключен к другому выводу выходной цепи формирователя команды отключения, второй вход второго элемента И соединен с выходом третьего элемента НЕ, вход которого подключен к катоду второго диода.