Пристрій для захисту електроприймачів від неприпустимих значень напруги в електричній мережі

1. Пристрій для захисту електроприймачів від неприпустимих значень напруги в електричній мережі, який містить електромагнітний виконавчий елемент, що має обмотку керування і нормально відкритий робочий контакт, увімкнений в електричне коло, в якому комутується навантаження, випрямляч напруги мережі, подільник напруги, перший компаратор з формувачем порогу нижнього рівня і другий компаратор з формувачем порогу верхнього рівня, вхід випрямляча напруги мережі є входом пристрою, а його вихід через подільник напруги підключений до входів компараторів, який відрізняє ться тим, що введені перший і другий стабілізатори напруги, перший і другий електронні ключі і вторинне джерело напруги, електромагнітним виконавчим елементом є контактор, що має U 2 (19) 1 3 21593 4 дійність, обумовлена використанням силового нає розмикати коло навантаження. Це призводить електронного ключа в якості виконавчого елемендо підгоряння його контактів, час розмикання котта, що може призвести до виходу з ладу пристрою рих є значно меншим, ніж час спрацьовування під час коротких замикань на стороні навантаженавтоматичних вимикачів, установлених в колі живня. При короткому замиканні в колі навантаження, лення навантаження. коли напруга сягає нижче від 170В і електронний В основу корисної моделі поставлено завданключ починає вимикатися, стає неминучим його ня удосконалення пристрою для захисту електропробій некерованими струмами, які перевищують приймачів від неприпустимих значень напруги в номінальний струм елементів електронного ключа електричній мережі шляхом забезпечення надійної в десятки разів. Струми такої величини прилад роботи електромагнітного виконавчого елемента в здатен витримувати протягом менш ніж 10мс, тоді режимі короткого замикання на стороні навантаяк час спрацьовування автоматичних вимикачів є ження, в результаті чого було б підвищено експлунабагато більшим. Негативний вплив на надійність атаційну надійність пристрою. відомого пристрою справляє також наявність гасиДля вирішення поставленого завдання в прильного конденсатора, через який постійно тече стрій для захисту електроприймачів від неприпусзмінний струм і діє імпульсна перенапруга мережі, тимих значень напруги в електричній мережі, який що може спричинити пробій конденсатора внаслімістить електромагнітний виконавчий елемент, що док утоми діелектрика і зниження ємності конденмає обмотку керування і нормально відкритий росатора. бочий контакт, увімкнений в електричне коло, в За прототип корисної моделі обрано пристрій якому комутується навантаження, випрямляч надля захисту електроприймачів від аварійних знапруги мережі, подільник напруги, перший компарачень напруги в електричній мережі, який містить тор з формувачем порогу нижнього рівня і другий вузол комутації (електромагнітне реле) і увімкнені компаратор з формувачем порога верхнього рівня, в коло електричної мережі, паралельне колу, в при цьому вхід випрямляча напруги мережі є вхоякому комутується навантаження, випрямляч надом пристрою, а його вихід через подільник напрупруги мережі, перший компаратор з формувачем ги підключений до входів компараторів, згідно з порога нижнього рівня, другий компаратор з форвинаходом, введені перший і другий стабілізатори мувачем порога верхнього рівня і мікропроцесор, напруги, перший і другий електронні ключі і втовихід якого з'єднаний з входом вузла комутації. ринне джерело напруги, а в якості електромагнітВходи компараторів через подільник напруги підного виконавчого елемента використаний контакключені до виходу випрямляча напруги мережі, тор, що має нормально відкритий контрольний вхід якого є входом пристрою [патент Російської контакт. Вихід випрямляча напруги мережі через Федерації №2262113, кл. G01R19/00, H02H3/20, перший стабілізатор напруги з'єднаний з першим опубл. 2005р.]. входом першого електронного ключа, який через В прототипі програмований мікропроцесор вторинне джерело напруги з'єднаний з першим аналізує сигнали, що надходять на його вхід з вивходом другого стабілізатора напруги, другий вхід ходів компараторів, увімкнених перед мікропроцеякого увімкнений в коло контрольного контакту сором паралельно один одному в те саме електконтактора. Обмотка керування контактора з'єднаричне коло, що і мікропроцесор. На входи на з виходом другого електронного ключа, другі компараторів подається випрямлена і зменшена входи першого і другого електронних ключів з'єдпо амплітуді напруга електричної мережі, причому нані з виходами першого і другого компараторів на вхід одного з компараторів подається електривідповідно. чна напруга, величиною якої задається поріг верхВторинне джерело напруги може містити три нього гранично припустимого рівня, а на вхід друконденсатори, резистор, стабілітрон і діод, причогого компаратора електрична напруга, му перші виводи першого і другого конденсаторів, величиною якої задається поріг нижнього гранично перший вивід резистора і анод діода з'єднані з припустимого рівня напруг, що подаються на накатодом стабілітрона, анод якого з'єднаний з друвантаження. За результатами аналізу сигналів від гими виводами першого і другого конденсаторів, компараторів мікропроцесор визначає якість напершим виводом третього конденсатора і спільпруги електричної мережі і формує керуючі сигнаною точкою пристрою, а другі виводи першого ли на вимикання або увімкнення навантаження до конденсатора і резистора з'єднані з катодом діода. електричної мережі в моменти часу, що визначаУ пропонованому пристрої для захисту електються програмою, записаною в пам'яті мікропророприймачів від неприпустимих значень напруги в цесора. електричній мережі забезпечено надійну роботу Використання мікропроцесора в якості керуюпристрою в режимі короткого замикання на стороні чого елемента пристрою дозволяє досягти високої навантаження за рахунок використання в якості гнучкості в аналізі параметрів вхідної напруги елеелектромагнітного виконавчого елемента контакктричної мережі й забезпечити високий рівень затора, який, окрім робочого контакту, увімкненого в вадостійкості пристрою до мережних імпульсних коло, в якому комутується навантаження, оснащеперешкод. ний контрольним контактом, і залучення до кола, Основним недоліком прототипу є недостатня паралельного колу, в якому комутується навантаексплуатаційна надійність пристрою під час коротження, вторинного джерела напруги, двох стабіліких замикань в колі навантаження. Якщо під час заторів напруги і дво х електронних ключів. Завдякороткого замикання в навантаженні відбувається ки цьому під час короткого замикання, коли струм зниження напруги мережі до порога нижнього грав колі навантаження у десятки разів перевищує нично припустимого рівня, контактор одразу починомінальний струм контактора, робочий контакт 5 21593 6 контактора надійно утримується в закритому стані на рівні 300В на базі стандартних стабілітронів і протягом часу, що є достатнім для спрацьовуванпідсилювача струму, наприклад, на польовому ня засобів автоматичного захисту навантаження транзисторі ІRFBF 20. від струму короткого замикання. Розмикається Як компаратори 7 і 8 можуть бути використані, робочий контакт контактора вже у знеструмленому наприклад, набори регульованих стабілітронів колі, що запобігає його підгорянню і передчасному TL431 в стандартному з'єднанні з резисторними руйнуванню. В результаті надійної роботи контакподільниками 6 напруги. тора в аварійному режимі навантаження підвищуВ якості стабілізатора 9, що забезпечує ви хідється експлуатаційна надійність пропонованого ну напругу 27В, яка є необхідною для увімкнення пристрою в цілому. контактора 1 при змінах напруги в діапазоні від 50 Суть корисної моделі пояснюється кресдо 400В, може бути використаний, наприклад, леннями. зворотно-ходовий імпульсний знижувальний стаНа Фіг.1 зображено функціональну схему прибілізатор напруги (50-300)/27В, виконаний на мікстрою для захисту електроприймачів від неприпуросхемі LNK306 в стандартному з'єднанні з дросестимих значень напруги в електричній мережі. лем і швидкодійним діодом SF 18. На Фіг.2 подано електричну принципову схему В якості стабілізатора 10, що забезпечує вихівторинного джерела напруги. дну напругу 9В, яка є необхідною для утримання Пристрій для захисту електроприймачів від контактора 1 в робочому стані, може бути викоринеприпустимих значень напруги в електричній местаний, наприклад, зворотно-ходовий імпульсний режі (див. Фіг.1) містить електромагнітний викознижувальний стабілізатор напруги (50-300)/27В, навчий елемент - контактор 1, який має обмотку 2 виконаний по стандартній схемі, в якій в якості керування, нормально відкритий робочий контакт ключового елемента використано транзистор КТ 3, увімкнений в електричне коло, в якому комуту63 9Е, в якості накопичувача енергії - дросель ється навантаження (на кресленні не подане), но100мГ і в якості розрядника - діод Шотки 1N5D19. рмально відкритий контрольний контакт 4, випряСтабілізатор 10 працює в режимі 27/9В при замляч 5 напруги мережі, подільник 6 напруги, мкненому контрольному контакті 4 контактора 1, а перший компаратор 7 з формувачем порогу нижпри розімкненому контакті 4 - в режимі повторюванього рівня, другий компаратор 8 з формувачем на напруги. порогу верхнього рівня, перший стабілізатор 9 Прикладом виконання електронних ключів 11 і напруги, др угий стабілізатор 10 напруги, перший 12 можуть бути транзистори IRLL014N в стандартелектронний ключ 11, другий електронний ключ 12 ному з'єднанні за схемою емітерного повторювана і вторинне джерело 13 напруги. Входи компаратоі RC-колами, які мають з постійну часу 6-10мс для рів 7 і 8 через подільник 6 напруги підключені до забезпечення затримки увімкнення. виходу випрямляча 5, вхід якого є входом приВторинне джерело 13 напруги призначене для строю. Вихід випрямляча 5 через перший стабілінакопичення енергії, необхідної для утримання затор 9 напруги з'єднаний з першим входом елекробочого контакту 3 контактора 1 в закритому статронного ключа 11, який через вторинне джерело ні протягом не менш ніж 1 с в разі зниження напру13 напруги з'єднаний з першим входом стабілізаги мережі нижче від порогу нижнього рівня або при тора 10 напруги, другий вхід якого увімкнений в її повному зникненні, чим забезпечується захист коло контрольного контакту 4 контактора 1. Обмоконтакту 3 контактора 1 від комутації струмів коротка 2 керування контактора 1 з'єднана з виходом ткого замикання в колі навантаження. Конденсатоелектронного ключа 12. Другі входи електронних ри 14 і 15, що входять до складу вторинного джеключів 11 і 12 з'єднані з виходами компараторів 7 і рела 13 напруги, наприклад, електролітичні 8 відповідно. конденсатори великої ємності виробництва німеУ конкретному прикладі виконання пристрою цької фірми EPCOS Long Life, слугують для наковторинне джерело 13 напруги може містити перпичування електричної енергії, а керамічний конший, другий і третій конденсатори 14, 15 і 16 відденсатор 16 разом із резистором 17 і повідно, резистор 17, стабілітрон 18 і діод 19. Пестабілітроном 18 здійснюють захист конденсаторів рші виводи конденсаторів 14 і 15, перший вивід 14 і 15 від пульсуючої складової напруги 27В часрезистора 17 і анод діода 19 з'єднані з катодом тотою 100кГц, на якій працює стабілізатор 9. Діод стабілітрона 18, анод якого з'єднаний з другими 19 відкривається, коли напруга на вході вторинновиводами конденсаторів 14 і 15, першим виводом го джерела 13 стає нижчою від напруги на конденконденсатора 16 і спільною точкою пристрою, а саторах 14 і 15, яка становить 25В. другі виводи конденсатора 16 і резистора 17 з'єдПристрій для захисту електроприймачів від нані з катодом діода 19 (див. Фіг.2). неприпустимих значень напруги в електричній меДо складу пропонованого пристрою входять режі працює так. стандартні елементи. У нормальному робочому режимі (напруга В якості контактора 1 може бути використаний електричної мережі знаходиться в межах припусапарат на номінальну напругу обмотки 27 В з нортимих значень, тобто в діапазоні не менш ніж 170В мально відкритими робочим і контрольним контакі не більш ніж 250В) з виходу випрямляча 5 випрятами, наприклад, будь-який контактор з ряду КНЕ млена напруга живлення подається на вхід стабі120, КНЕ 220 чи КНЕ 230. лізатора 9 і, через подільник напруги 6, - на входи Випрямлячем 5 може бути, наприклад, випрякомпараторів 7 і 8. Напруга 27В з виходу стабілізамний місток на діодах 1N4007, до кола якого мотора 9 подається на перший вхід електронного жуть бути залучені згладжувальний конденсатор, ключа 11. При величині вхідної напруги вищій за наприклад, К 73-17, обмежувач постійної напруги величину уставки компаратора 7, останній формує 7 21593 8 сигнал на відкриття електронного ключа 11, через трольного контакту 4 контактора 1 переводить який, з витримкою часу 6-10 с, напруга 27В подастабілізатор напруги 10 в режим повторювача нається на вхід вторинного джерела 13 напруги. пруги, в результаті чого на першому вході електКонденсатори 14 і 15 заряджаються, внаслідок ронного ключа 12 напруга збільшується з 9 до 27В. чого напруга на виході вторинного джерела 13 При поновленні напруги мережі до величини не напруги збільшується і через стабілізатор 10 наменш ніж 245В компаратор 8 формує сигнал на пруги, котрий при відкритому контрольному контавідкриття електронного ключа 12, котрий з витримкті 4 контактора 1 працює в режимі повторювача кою часу 6-10с, необхідною для захисту навантанапруги, подається на перший вхід електронного ження від можливих перехідних процесів в мережі, ключа 12. Якщо напруга мережі не перевищує напругою 27В вмикає контактор 1 з наступним пе260В, то компаратором 8 формується сигнал на реведенням його обмотки керування 2 на напрувідкриття електронного ключа 12. Електронний гу 9В. ключ 12 з витримкою часу 6-8 с відкривається і У разі неприпустимого зниження напруги менапруга з виходу стабілізатора 10 подається на режі до 100-170В, тобто нижче від порога нижньообмотку 2 керування контактора 1. Коли вищезгаго рівня, що може бути спричинене і коротким задана напруга досягає величини 22-24В, контактор миканням в колі навантаження, компаратор 7 1 спрацьовує і своїм робочим контактом 3 підклюформує сигнал на закриття електронного ключа чає коло навантаження (на кресленні не показане) 11, внаслідок чого подання напруги на вхід втодо мережі. Замикання контрольного контакту 4 ринного джерела 13 напруги припиняється. Однак контактора 1 переводить стабілізатор 10 напруги в протягом не менш ніж 1 с напруга на виході вторежим стабілізатора напруги 27/9В. Напруга 9В є ринного джерела 13 напруги підтримується зарядостатньою для надійного утримання робочого дженими конденсаторами 14 і 15, що є достатнім контакту 3 контактора 1 в замкненому стані і задля спрацьовування автоматичних засобів захисту безпечення його економічної роботи з протіканням навантаження від струмів короткого замикання. через обмотку 2 стр уму величиною не більш Завдяки цьому досягається надійне тривале утриніж 0,1А. мання робочого контакту 3 контактора 1 в закриУ разі неприпустимого перевищення порогу тому стані, розмикання якого відбувається у вже верхнього рівня напруги мережі (понад 260В) комзнеструмленому колі навантаження. Після досягпаратор 8 формує сигнал на закриття електроннонення напругою мережі величини, більшої на 10В го ключа 12, внаслідок чого припиняється подання від порога нижнього рівня, тобто уставки компаранапруги на обмотку 2 керування контактора 1. Ротора 7, електронний ключ 11 вмикається з витримбочий контакт 3 контактора 1 розмикається і коло кою часу 6-10с, після чого подання напруги мережі навантаження знеструмлюється. Розмикання кондо кіл навантаження поновлюється. Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601