Пристрій струмового захисту з залежною витримкою часу

1. Пристрій струмового захисту з залежною витримкою часу, що містить датчик струму, масштабний підсилювач, перетворювач синусоїдального сигналу в прямокутні імпульси, накопичувальне RC-коло, істоковий повторювач, граничний і виконавчий органи, який відрізняється тим, що зазначений перетворювач виконаний у вигляді двох компараторів напруги з різними порогами спрацьовування, входи яких об'єднані, причому вихід 3 перегріву двигуна, до того ж практично не завжди здійсненне, у тому числі через збільшення масогабаритних показників. Мета корисної моделі - розширення функціональних можливостей, підвищення точності і зменшення впливу пускових струмів на величину витримки часу на спрацювання. Мета досягається тим, що в пристрої струмового захисту електроустановки з залежною витримкою часу, котрий містить датчик струму, масштабний підсилювач, перетворювач синусоїдального сигналу в прямокутні імпульси, накопичувальне RC-коло, істоковий повторювач, граничний і виконавчий органи, пропонується зазначений перетворювач синусоїдального сигналу в прямокутні імпульси виконати у вигляді двох компараторів напруги з різними порогами спрацювання, входи яких об'єднані, вихід більш чутливого компаратора напруги підключений до логічного елемента НЕ, а вихід менш чутливого - до входу логічного елемента ИЛИ-НЕ, другий вхід останнього з'єднаний з виходом елемента НЕ, а вихід елемента ИЛИ-НЕ через діод підключити до резистора накопичувального RC-кола, при цьому між датчиком струму і входом масштабного підсилювача включити фільтр основної частоти, а конденсатор накопичувального RC-кола зашунтувати кнопкою «Скидання» і, крім цього, до виходу першого, більш чутливого, компаратора підключити підсилювач з релейним виходом. Таким чином, новим у технічному рішенні, що заявляється, є те, що в пристрої для струмового захисту перетворювач синусоїдального сигналу в прямокутні імпульси виконується у вигляді двох компараторів напруги з різними порогами спрацювання, входи яких об'єднані, вихід більш чутливого компаратора напруги підключений до логічного елемента НЕ, а вихід менш чутливого - до входу логічного елемента ИЛИ-НЕ, другий вхід останнього з'єднаний з виходом елемента НЕ, а вихід елемента ИЛИ-НЕ через діод підключений до резистора накопичувального RC-кола, при цьому між датчиком струму і входом масштабного підсилювача включений фільтр основної частоти, а конденсатор накопичувального RC-кола зашунтований кнопкою «Скидання» і, крім цього, до виходу першого, більш чутливого, компаратора підключений підсилювач з релейним виходом. Так само пропонується в зазначений перетворювач додатково ввести підсилювач з релейним виходом, вхід якого з'єднаний з виходом більш чутливого компаратора напруги. А також пропонується істоковий повторювач виконати на польовому транзисторі з ізольованим затвором, а граничний орган - з низьким коефицієнтом повернення. Запропоновані відмінні ознаки дозволяють розширити функціональні можливості, підвищити точність і зменшити вплив пускових струмів на величину витримки часу на спрацювання. Перераховані ознаки, відмінні від прототипу, необхідні і достатні у всіх випадках, на які поширюється обсяг правової охорони використовуваної корисної моделі. 33134 4 Запропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями: Фіг.1 - електрична схема пропонованого пристрою струмового захисту електроустановки; Фіг.2 - діаграма функціонування, що ілюструє принцип роботи перетворювача синусоїдальних сигналів в прямокутні імпульси в різних режимах функціонування пристрою струмового захисту; Фіг.3 - графік, який іллюструє метод відлаштування від пускових струмів електродвигунів без збільшення постійної часу RC-кола. Пристрій містить датчик 1 струму, фільтр основної частоти 2, масштабний підсилювач 3, перетворювач 4 синусоїдальних сигналів в прямокутні імпульси, діод 5, накопичувальне RC-коло 6, кнопку 7 «Скидання», істоковий повторювач 8, виконаний на польовому транзисторі з ізольованим затвором, граничний орган 9 з низьким коефіцієнтом повернення і виконавчий орган 10. Вищезгаданий перетворювач 4 синусоїдальних сигналів в прямокутні імпульси містить у собі перший 11 і другий 12 компаратори напруги з різними порогами спрацювання, що формують на виході прямокутні імпульси, логічний елемент НЕ 13, логічний елемент ИЛИ-НЕ 14 і підсилювач 15 з релейним виходом. На Фіг.2 позначені: Uвых - вихідна напруга масштабного підсилювача 3; U1 , U2 - вихідні сигнали першого 11 і другого 12 компараторів напруги відповідно; UЛЭ - сигнал на виході логічного елемента ИЛИ-НЕ 14. Пристрій працює в такий спосіб. У нормальному режимі, коли в мережі протікають номінальні струми, вихідний сигнал датчика 1 струму, що відповідає номінальному струмові, через фільтр основної частоти 2 надходить на вхід масштабного підсилювача 3. Масштабний підсилювач 3 виконаний таким, що при різних значеннях номінального струму (уставках спрацьовування по струму) його вихідний сигнал має однакову величину і змінюється пропорційно зміні струму в електроустановці, що захищається. Вихідний сигнал Uвых масштабного підсилювача 3 надходить на входи першого 11 і другого 12 компараторів напруги з різними порогами спрацьовування, що виконують порівняння миттєвого значення синусоїдального сигналу Uвых з опорними напругами Uоп1 Uоп2 і на виходах формують, відповідно, імпульси напруги U1, U2. Оскільки в нормальному режимі амплітудне значення сигналу Uвых не перевищує опорних напруг, то на виходах обох компараторів імпульси відсутні, тобто формуються сигнали логічного 0. Один із сигналів прямо, а інший через елемент НЕ 13, надходять на входи логічного елемента ИЛИНЕ 14 і на його виході формується сигнал UЛЭ, що відповідає логічному 0, Фіг.2а. При цьому діод 5 закритий і заряду конденсатора RC-кола 6 не відбувається. При збільшенні струму в електроустановці, що захищається, на виході датчика струму 1 зростає сигнал, який через фільтр основної частоти 2 надходить на вхід масштабного підсилювача 3. Пройшовши через фільтр основної частоти 2, сигнал не містить вищих гармонік, які спотворюють форму 5 синусоїди, через що точніше визначається момент спрацьовування компаратора напруги і забезпечується більш повна відповідність тривалості сформованого ним імпульсу дійсному струмові в лінії. З виходу масштабного підсилювача 3 синусоїдальний сигнал Uвых надходить на входи першого 11 і другого 12 компараторів напруги. Величина граничної напруги Uоп1 першого компаратора 11 установлюється такою, що його спрацьовування і формування на виході прямокутних імпульсів відбувається при збільшенні струму до значення, що відповідає уставці спрацювання пристрою захисту. Якщо амплітудне значення вихідного сигналу Uвых масштабного підсилювача 3 перевищує граничне значення Uoп1, Фіг.2б, то на виході першого компаратора 11 з'являються імпульси, тривалість яких залежить від величини струму. Імпульси з виходу першого компаратора 11 надходять на вхід логічного елемента НЕ 13 і на вхід підсилювача 15 з релейним виходом. Оскільки амплітудне значення вихідного сигналу масштабного підсилювача 3 менше опорної напруги Uoп2, то на виході другого компаратора 12 імпульси відсутні і формується сигнал логічного 0, що надходить на вхід логічного елемента ИЛИ-НЕ 14. У результаті цього, інвертовані за допомогою логічного елемента НЕ 13, імпульси з виходу першого компаратора 11 надходять на інший вхід логічного елемента ИЛИ-НЕ 14, а на його виході формуються імпульси позитивної полярності, Фіг.2б. Діод 5 відкривається з частотою проходження Імпульсів і відбувається заряд конденсатора накопичувального RC-кола 6. Величина напруги на конденсаторі накопичувального RC-кола 6 через істоковий повторювач 8 контролюється граничним органом 9. Після заряду конденсатора накопичувального RC-кола 6 до напруги, що дорівнює значенню опорної напруги Uoп, граничний орган 9 переключається, виконавчий орган 10 спрацьовує, відбувається відключення електроустановки і здійснюється сигналізація спрацювання. Після відключення електроустановки й усунення аварійної ситуації в мережі конденсатор накопичувального RC-кола 6 залишається зарядженим, а виконавчий орган 10-у спрацьованому положенні. Незначний саморозряд конденсатора не приводить до повернення захисту, тому що граничний орган 9 виконаний з низьким коефіцієнтом повернення. За допомогою діода 5 запобігається розряд конденсатора через вихідні кола логічного елемента ИЛИ-НЕ 14, а оскільки істоковий повторювач 8 виконаний на польовому транзисторі з ізольованим затвором, струм затвора якого дорівнює нулю, то через вхідні кола істокового повторювана 8 конденсатор RC-кола також не розряджається. Цим забезпечується довготривала енергонезалежна память, що запобігає введенню електроустановки в роботу засобами мережної автоматики до з'ясування причин аварії. Повернення пристрою захисту виконується оператором, шляхом розряду конденсатора кнопкою 7 «Скидання», після усунення причини виникнення аварійної ситуації в мережі. Це обумовлено розосередженістю електроустаткування в гірничих виробленняхі необхідністю, з метою безпеки, з'я 33134 6 сування й усунення причин виникнення аварії до включення електроустановки в роботу. Таким чином, у пропонованому пристрої струмового захисту забезпечується запам'ятовування факту спрацювання, що дає можливість виконати сигналізацію про спрацювання пристрою захисту з довготривалою енергонезалежною пам'яттю і не дозволяє включити електроустановку відразу після її відключення, наприклад, за допомогою пристроїв автоматичного повторного включення. Цим розширюються функціональні можливості пропонованого пристрою в порівнянні з прототипом. Якщо амплітуда струму в лінії, що захищається, і, відповідно, величина напруги Uвых на виході масштабного підсилювача 3 перевищує опорну напругу Uoп1 і опорну напругу Uoп2, наприклад, підчас пуску електродвигуна, то на виходах обох компараторів напруги будуть сформовані імпульси, що мають різну тривалість. Причому тривалість імпульсу на виході першого компаратора 11 завжди більша за тривалість імпульсу, сформованого на виході другого компаратора 12. Сигнали з виходу першого компаратора 11 через елемент НЕ, а з виходу другого компаратора 12 безпосередньо, надходять на входи логічного елемента ИЛИ-НЕ 14, на виході якого формуються імпульси трохи меншої тривалості, Фіг.2в. З Фіг.2в видно, що тривалість імпульсу на виході логічного елемента ИЛИ-НЕ 14 зменшується на величину, що дорівнює тривалості імпульсу U2, який сформований другим компаратором 12. У цьому випадку час витримки на спрацювання захисту збільшується, що дає можливість відлаштуватися від пускових струмів і запобігти помилковому спрацюванню захисту без збільшення постійної часу RC-кола 6. У випадку тривалого пуску електродвигуна імпульси заряду меншої тривалості з виходу логічного елемента ИЛИ-НЕ 14 через діод 5 надходять на вхід RC-кола 6, відбувається заряд конденсатора, напруга на ньому збільшується, при досягненні граничної напруги Uoп відбувається спрацювання пристрою захисту і відключення електродвигуна. Таким чином, у режимі пуску електродвигуна заряд конденсатора накопичувального RC-кола 6 здійснюється імпульсами меншої тривалості, що дозволяє зменшити вплив пускових струмів на витримку часу на спрацювання, запобігши помилковим спрацюванням підчас пуску і забезпечити при цьому захист від пускових струмів неприпустимої тривалості. Цим також підтверджуються більш широкі функціональні можливості запропонованого пристрою в порівнянні з прототипом. З Фіг.3 видно, що ділянка характеристики спрацювання для розглянутого випадку знаходиться на нижній, пологій частині кривої, де час спрацювання пристрою захисту від зміни величини струму в електроустановці залежить незначно, але зі зростанням значень струму час спрацювання завжди зменшується. При великих значеннях струму перевантаження в електроустановці, що захищається, час спрацювання захисту вибирають як можна меншим. Виходячи з мінімально припустимого часу спрацювання вибирається і постійна часу RC-кола. 7 Аварія чи перевантаження виникають у процесі роботи електродвигуна, коли останній знаходиться в нагрітому стані і його запас теплового ресурсу невеликий чи відсутній зовсім, тому вибір RC-кола з великими значеннями постійної часу небажаний, тому що приводить до збільшення часу спрацювання пристрою захисту при тому ж значенні струму в електроустановці. На Фіг.3 зображені часострумові характеристики з постійними часу t1 і t2, причому t1 І 2). Тоді при струмах перевантаження, що передують режиму загальмованого електродвигуна, але менших пускових, буде забезпечуватися мінімальний час спрацювання захисту, а при струмах, рівних пусковим, час спрацювання буде таким, щоб виключити помилкові спрацювання підчас пусків електродвигунів. З Фіг.3 видно, що в крапці характеристики з постійною часу t1, де вибрана величина струму I 2, при якому спрацьовує компаратор 12 з опорною напругою Uoп2, є перегин і при подальшому збільшенні струму до значення І п, час спрацювання пристрою захисту збільшується до значення tп, що відповідає часу спрацювання захисту відповідно до характеристики з постійною часу t2. Вибираючи співвідношення між величиною пускового струму І п і величиною струму в лінії Із, при якому спрацьовує другий компаратор 12, установлюється потрібне значення часу спрацювання захисту t2 , а також визначається проміжок часу, який дорівнює різниці tп - t2, що задовольняє умовам забезпечення необхідного часу пуску електродвигуна, з урахуванням виконання захисту електроустановки від пускових струмів неприпустимої тривалості. Таким чином, у пропонованому пристрої захисту шляхом зміни опорної напруги Uoп2 компаратора 12 виконується відлаштування від пускових струмів електродвигунів без збільшення постійної часу RC-кола. Підсилювач 15 з релейним виходом спрацьовує після появи перших імпульсів, сформованих на виході першого компаратора 11, і утримується у включеному положенні до моменту їхнього пропадання після відключення електроустановки, що захищається. Це дозволяє виконати автоматичну сигналізацію про виникнення перевантаження в електроустановці, де встановлений пропонований пристрій захисту. У шахтних електричних мережах поширено автоматичне відновлення живлення після аварійних відключень. У цьому випадку підсилювач 15 з релейним виходом може застосовуватись для се 33134 8 лективного блокування. За допомогою підсилювача 15 з релейним виходом блокується включення електроустановки, де відбулася аварія і, навпаки, дозволяється включення інших електроустановок, що відключені неселективно. Якщо вихід підсилювача 15 з релейним виходом з'єднати з електроустановкою розподільної мережі, що у складі підземної підстанції з кількома секціями, керує включенням окремих секцій, то після спрацювання підсилювача 15 з релейним виходом за сигналом останнього включення секції буде заблоковано. Цим запобігається подача напруги на приєднання, селективне відключене в результаті аварії, що виникла, наприклад, у результаті короткого замикання в мережі. При цьому електроустановки, відключені неселективно, включаються за допомогою системи автоматичного повторного включення і, таким чином, відбувається відновлення розподільної мережі. Пропоноване технічне рішення володіє більшими функціональними можливостями, чим прототип, дозволяючи реалізувати селективне блокування в електричних мережах гірничих підприємств. Таким чином, у порівнянні з прототипом це технічне рішення володіє: 1) більшими функціональними можливостями, за рахунок: а) забезпечення мінімального часу спрацьовування пристрою захисту при великих струмах перевантаження, що передують режиму загальмованого електродвигуна; б) виконання сигналізації про виникнення перевантаження в електроустановці, що захищається; в) виконання сигналізації про спрацьовування захисту з довготривалою енергонезалежною пам'яттю і поверненням захисту оператором після зчитування інформації, наприклад, при необхідності включення електроустановки; г) виконання функції селективного блокування в шахтних електричних мережах; 2) більшою точністю спрацювання за рахунок придушення вищих відносно 50Гц гармонік струму; 3) зменшенням впливу пускових струмів електродвигуна на величину витримки часу на спрацьовування, що дозволяє виконати відлаштування від пускових струмів і виключити помилкові спрацювання підчас пусків електродвигуна без збільшення постійної часу накопичувального RC-кола. Джерела інформації: 1. Устройство для защиты от перегрузки по току: А.с. № 399955 СССР, МКИ Н02Н 3/08 // Замилатский К.И., Гаврюшкин В.А., Давыденко В.А.; №1676655/24-7; Заявл.29.06.1971; Опубл.03.10.1973; Бюлл. №39. 2. "Защита от перегрузки рудничных комплектных распределительных устройств высокого напряжения", авт. Айдаров Ф.А., Шевченко Л.П. В кн.: Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. науч. трудов УкрНИИВЭ. - Донецк, 2001г.-С.8690. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 33134 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601