Пристрій для максимального струмового захисту з нелінійною часострумовою характеристикою спрацьовування

Пристрій для максимального струмового захисту з нелінійною часострумовою характеристикою спрацьовування, який містить перетворювач струму в напругу, регістр пам'яті, генератор імпульсів стабільної частоти, комутатор, лічильник імпульсів, виконавчий орган, програмований подільник частоти, перший вхід якого підключений до виходу генератора імпульсів стабільної частоти, другий вхід програмованого подільника частоти підключений до виходу регістра пам'яті, вихід програмованого подільника частоти підключений до входу комутатора, вихід якого підключений до входу лічильника імпульсів, який відрізняється тим, що додатково введено аналоговий комутатор, аналого-цифровий перетворювач, блок синхронізації, N дешифраторів, N блокувальних елементів, N-1 регістрів пам'яті, N-1 програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти, N-1 комутаторів, N-1 ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, N-1 виконавчих органів, N-1 перетворювачів струму в напругу, виходи усіх перетворювачів струму в напругу підключені до N входів аналогового комутатора, до N+1 входів яко Винахід належить до області радіотехніки, а саме до пристроїв релейного захисту енергосистем, які контролюють струм захищаючого об'єкта і, у разі аварійної ситуації, здійснюють вимкнення з витримкою часу, яка залежить від величини струму перевантаження або короткого замикання Відомо цифрове реле струму із залежною характеристикою витримки часу (А С СРСР № 714556, кл Н02НЗ/08), яке має ряд порогових елементів, ЛОГІЧНІ елементи І, реверсивний лічильник імпульсів, ЛОГІЧНІ елементи АБО, виконавчий орган го підключений перший вихід блока синхронізації, другий вихід блока синхронізації підключений до першого входу аналого-цифрового перетворювача, до другого входу якого підключений вихід аналогового комутатора, вихід аналого-цифрового перетворювача паралельно підключений до перших входів усіх N регістрів пам'яті, до других входів яких підключено по одному з N інших ВІДПОВІДНИХ виходів блока синхронізації, до входу якого підключений другий вихід генератора імпульсів стабільної частоти, перший вихід якого, підключений до першого входу програмованого подільника частоти, підключений також до усіх перших входів N-1 нововведених програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти, третій вихід генератора імпульсів стабільної частоти паралельно підключений до перших входів усіх N блокувальних елементів, до других входів яких підключені виходи ВІДПОВІДНИХ виконавчих органів, до входів яких підключені виходи ВІДПОВІДНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, входи N дешифраторів підключені до виходів ВІДПОВІДНИХ регістрів пам'яті паралельно входам програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти, виходи усіх N дешифраторів підключені до других входів ВІДПОВІДНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, до третіх входів яких підключені перші виходи ВІДПОВІДНИХ блокувальних елементів, другі виходи яких підключені до других входів ВІДПОВІДНИХ комутаторів Суттєвими ознаками аналога і винаходу, що збігаються, є наявність реверсивного лічильника імпульсів і виконавчий орган Основним недоліком аналогу є те, що область використання такого пристрою обмежена мережами однофазного змінного струму, а також те, що для реалізації необхідної часострумової характеристики спрацьовування потрібна велика КІЛЬКІСТЬ порогових елементів Найбільш близьким за технічною сутністю і результатом, що досягається, є пристрій (А С СРСР № 907661, кл Н02НЗ/08) для максимального стру о 00 со (О 46380 мового захисту з ЛІНІЙНОЮ часострумовою характеристикою спрацьовування, який містить перетворювач струму в напругу, пусковий орган, генератор імпульсів стабільної частоти, лічильник імпульсів, комутатор, цифро-аналоговий перетворювач, орган порівняння напруг, програмований подільник частоти, регістр пам'яті, інтегруючий лічильник імпульсів, виконавчий орган, причому перетворювач струму в напругу своїм виходом підключений до одного із входів пускового органа і до входу органа порівняння напруг, пусковий орган своїм виходом підключений до генератора імпульсів стабільної частоти, до лічильника імпульсів, до інтегруючого лічильника імпульсів, вихід генератора імпульсів стабільної частоти підключений до комутатора і до програмованого подільника частоти, вихід якого підключений до другого входу комутатора вихід комутатору підключений до другого входу лічильника імпульсів, один вихід лічильника імпульсів підключений до другого входу інтегруючого лічильника, а N інших виходів паралельно підключені до входів цифро-аналогового перетворювача і регістра пам'яті, N виходів регістра пам'яті підключені до N входів програмованого подільника частоти, а вихід цифро-аналогового перетворювача підключений до другого входу органа порівняння напруг, вихід якого підключений до керуючих входів комутаторні регістра пам'яті, вихід інтегруючого лічильника підключений до входу виконавчого органа (А С СРСР № 907661, кл Н02НЗ/08) Недоліком прототипу є те, що у пристрої можливе його помилкове спрацьовування у пусковий період об'єкта, що захищається (наприклад електродвигуна), коли пускові струми досягають значення (в 4 5 разів більшого за номінальне) Крім того, при випадкових зникненнях перевантаження пристрій захисту скидається у початковий стан, тобто при нестійкому характері перевантаження можливе перегрівання і вихід з ладу об'єкта, що захищається Недоліком є й те, що прототип може контролювати роботу тільки одного об'єкта В основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей пристрою, підвищення надійності контролю силового кола шляхом усунення помилкового спрацьовування пристрою в пусковий період об'єкта, що захищається, неспрацьовування пристрою при нестійкому характері перевантаження і розширення КІЛЬКОСТІ контрольованих об'єктів Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для максимального струмового захисту з ЛІНІЙНОЮ часострумовою характеристикою спрацьовування, який містить перетворювач струму в напругу, регістр пам'яті, генератор імпульсів стабільної частоти, комутатор, лічильник імпульсів, виконавчий орган, програмований подільник частоти, перший вхід якого підключений до виходу генератора імпульсів стабільної частоти, другий вхід програмованого подільника частоти підключений до виходу регістра пам'яті, вихід програмованого подільника частоти підключений до входу комутатора вихід якого підключений до входу лічильника імпульсів, додатково введено аналоговий комутатор, аналого-цифровий перетворювач, блок синхронізації, N дешифраторів, N блокувальних еле ментів, N - 1 регістрів пам'яті, N-1 програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти, N-1 комутаторів, N-1 ЛІЧИЛЬ НИКІВ імпульсів, N-1 виконавчих органів, N-1 перетворювачів струму в напругу Виходи усіх перетворювачів струму в напругу підключені до N входів аналогового комутатора, до N + 1 входів якого підключений перший вихід блока синхронізації Другий вихід блока синхронізації підключений до першого входу аналого-цифрового перетворювача, до другого входу якого підключений вихід аналогового комутатора Вихід аналого-цифрового перетворювача паралельно підключений до перших входів усіх N регістрів пам'яті, до других входів яких підключено по одному з N інших ВІДПОВІДНИХ виходів блока, синхронізації, до входу якого підключений другий вихід генератора імпульсів стабільної частоти Перший вихід генератора імпульсів стабільної частоти підключений до першого входу програмованого подільника частоти, підключений також до усіх перших входів N - 1 додатково введених програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти Третій вихід генератора імпульсів стабільної частоти паралельно підключений до перших входів усіх N блокувальних елементів, до других входів яких підключені виходи ВІДПОВІДНИХ виконавчих органів, до входів яких підключені виходи ВІДПОВІДНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів Входи N дешифраторів підключені до виходів ВІДПОВІДНИХ регістрів пам'яті паралельно входам програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти Виходи усіх N дешифраторів підключені до других входів ВІДПОВІДНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, до третіх входів яких підключені перші виходи ВІДПОВІДНИХ блокувальних елементів, другі виходи яких підключені до других входів ВІДПОВІДНИХ комутаторів Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак пристрою, що заявляється, та технічним результатом полягає в такому Введення аналогового комутатора, аналого-цифрового перетворювача, блока, синхронізації, N дешифраторів, N блокувальних елементів, N -1 регістрів пам'яті, N 1 програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти, N - 1 комутаторів, N - 1 ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, N - 1 виконавчих органів, N - 1 перетворювачів струму в напругу, виходи усіх перетворювачів струму в напругу підключені до N входів аналогового комутатору, до N+1 входів якого підключений перший вихід блока синхронізації, другий вихід блока, синхронізації підключений до першого входу аналого-цифрового перетворювача, до другого входу якого підключений вихід аналогового комутатора вихід аналогоцифрового перетворювача паралельно підключений до перших входів усіх N регістрів пам'яті, до других входів яких підключено по одному з N других ВІДПОВІДНИХ виходів блока синхронізації, до входу якого підключений другий вихід генератора імпульсів стабільної частоти, перший вихід якого підключений до першого входу програмованого подільника частоти, підключений також до всіх перших входів N - 1 нововведених програмованих ПОДІЛЬНИКІВ частоти, третій вихід генератора імпульсів стабільної частоти паралельно підключений до перших входів усіх N блокувальних елементів, до других входів яких підключені виходи ВІДПОВІДНИХ виконавчих органів, до входів яких підключені виходи ВІДПОВІДНИХ ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, входи N 46380 дешифраторів підключені до виходів ВІДПОВІДНИХ перетворювач 1 X Потім блок синхронізації 4 підрегістрів пам'яті паралельно до входів програмоключає до АЦП 3 через аналоговий комутатор 2 ваних ПОДІЛЬНИКІВ частоти, виходи усіх N дешифнаступний перетворювач струму 1 X + 1 (а якщо X раторів підключені до других входів ВІДПОВІДНИХ = N, то перетворювач 1 1), і цикл повторюється ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів, до третіх входів яких підТаким чином у всіх регістрах пам'яті 5 1 5 N виявключені перші входи ВІДПОВІДНИХ блокувальних ляються записаними у цифровій формі значення елементів, другі виходи яких підключені до других струмів, що контролюються перетворювачами входів ВІДПОВІДНИХ комутаторів, дає можливість струму в напругу 1 1 1 N Період оновлення цих усунути вплив випадкових перебоїв пристрою і значень визначається блоком синхронізації 4, який короткочасних пропадань перевантаження в об'єквидає ПОСЛІДОВНІСТЬ керуючих команд на аналоготі, що захищається, а також збільшити КІЛЬКІСТЬ вий комутатор 2, АЦП 3 і регістри пам'яті 5 1 5 N контрольованих об'єктів Цей період визначається із максимально можливого часу, на протязі якого на контрольований об'єкт На фіг наведено структурну схему пропономоже впливати струм короткого замикання, і КІЛЬваного пристрою КОСТІ ЦИКЛІВ контролю (перетворювань значень Пристрій для максимального струмового захиструму в цифровий код) за цей час Кілька циклів сту з нелінійною часострумовою характеристикою контролю проводяться з метою усунення короткоспрацьовування складається з N перетворювачів часних випадкових перебоїв у пристрої або переструму в напругу 1 1 1 N, які через аналоговий шкод у контрольованому об'єкті Час циклу конткомутатор 2 підключені до аналого-цифрового ролю задається у блоці синхронізації 4 залежно перетворювача 3 До аналогового комутатору 2 і від частоти імпульсів, які надходять на нього з гедо АЦП 3 двома своїми виходами підключений нератора імпульсів стабільної частоти 7 блок синхронізації 4, який кожним з решти своїх виходів підключений до ВІДПОВІДНОГО регістра паЦифровий код К регістра пам'яті 5 Х подається м'яті 5 1 5 N Вихід АЦП 3 паралельно підключена дешифратор 12 X і програмований подільник ний до всіх N регістрів пам'яті 5 1 5 N Кожний частоти 6 Х Якщо цей код відповідає струму Івх, регістр пам'яті 5 1 5 N підключений до ВІДПОВІДНОщо вийшов за нормально допустиму межу, то з ГО програмованого подільника частоти 6 1 6 N і дешифратору 12Х на лічильник імпульсів 10Х дешифратору 12 1 12 N, які підключені до своїх подається команда на включення останнього в ЛІЧИЛЬНИКІВ імпульсів 10 1 10 N До кожного прорежим додавання В цьому випадку від програмограмованого подільника частоти 6 1 6 N підклюваного подільника частоти 6 X через комутатор 8 X чений одним виходом генератор імпульсів стабіна лічильник імпульсів 10 X надходять імпульси з льної, частоти 7, який другим своїм виходом частотою fi-щч, і лічильник імпульсів 10 X за час підключений до блока синхронізації 4, а третім - до витримки teB долічивши до постійно заданого чисблокувального елемента, 9 1 9 N Кожний прола Мх, діє на виконавчий орган 11 X, який при грамований подільник частоти 6 1 6 N своїм вицьому вимикає контрольований об'єкт Отже ходом підключений до ВІДПОВІДНОГО комутатору MX = f n f l 4 * t B B (4) 8 1 8 N, до другого входу якого підключений вихід Частота імпульсів fi-щч формується у програВІДПОВІДНОГО блокувального елементу 9 1 9 N мованому подільнику частоти 6 Х таким чином, Кожний комутатор 8 1 8 N своїм виходом підклющоб час t, визначений ВІДПОВІДНО ДО заданої часочений до ВІДПОВІДНОГО лічильника імпульсів струмової характеристики пристрою 10 1 10 N, кожний з яких підключений до входу свого виконавчого органа 111 11 N Вихід кожного виконавчого органа 111 11 N підключений до ВІДПОВІДНОГО блокувального елементу 91 9 N, другий вихід якого підключений до ВІДПОВІДНОГО лічильника імпульсів 10 1 10 N Пристрій працює таким чином Перетворювачі струму 1 1 1 N формують з контрольованих струмів Івх однополярно згладжені напруги згідно закону ІІвх = Кі * Івх , (1) де Кі - коефіцієнт пропорційності Ці напруги підводяться до входів аналогового комутатору 2 Блок синхронізації 4 підключає через аналоговий комутатор 2 один із перетворювачів струму 1 X (де X = 1 N) до входу АЦП 3 і дає на нього команду на перетворення цієї напруги у цифровий код Кх Перетворення відбувається за законом KX=K2*UBX, (2) де Кг - коефіцієнт пропорційності З урахуванням закону (1) можна написати Кх=К2*Кі*Івх (3) По закінченні перетворення блок синхронізації 4 видає на регістри пам'яті 5 Х сигнал на запис у нього цифрового коду Кх струму, який контролює t = f(lBx) (5) дорівнював часу tBB, визначеному із виразу (4), тобто t = tBB, (6) ЗВІДКИ ВИХОДИТЬ, ЩО f(lBX) = пдч U) Із виразу (7) з урахуванням закону (3) отримуємо вираз для визначення ґцдч ПДЧ (8) k k 2 1 Згідно З законом (8) і з урахуванням зауваження з питання визначення періоду оновлення цифрових значень кодів в регістрах пам'яті 5 1 5 N програмують програмовані подільники частоти 61 6 N Таким чином, запрограмувавши програмований подільник частоти 6 X, отримують пристрій, який формує часові витримки tBB згідно із заданою часострумовою характеристикою пристрою (5), а у випадку короткого замикання в об'єкті контролю формує tBB, практично рівне нулю, тому що fi-щч У цьому випадку вибирається достатньо великою 46380 Якщо до закінчення часу teB струм контрольованого об'єкта повернеться в нормально допустимі межі, дешифратор 12 X видасть на лічильник імпульсів 10 X команду на включення його в режим віднімання, а програмований подільник частоти 6 Х буде видавати на лічильник імпульсів 10 X fi-щч, яка імітує остигання контрольованого об'єкта Коли лічильник імпульсів 10 X досягає вихідного стану, він зупиняється, фіксуючи тим самим момент закінчення дії наслідків виходу струму І вх за нормально допустимі межі, тобто остигання контрольованого об'єкта У початковому стані лічильник імпульсів 10 X залишається увесь час, поки струм Івх знаходиться в допустимих межах, хоча імпульси fi-щч продовжують надходити на нього постійно, тобто лічильник імпульсів 10 X в даному випадку заблокований Таким чином відбувається інтегрування часу перевантаження контрольованого об'єкта залежно від його величини (тому що fi-щч У цьому випадку залежить від Івх) з часом остигання А якщо під час перевантаження воно зростає або зменшується, то ВІДПОВІДНО змінюється fi-щч і скорочується або подовжується час \вв, тобто відбувається інтегрування часу різних перевантажень 3 вищесказаного виходить, що даний пристрій повністю імітує результат впливу різних перевантажень на контрольований об'єкт Робота блокувального елементу 9 Х і комутатору 8 Х пов'язана з пусковим періодом контрольованого об'єкта При надходженні команди «Пуск» на виконавчий орган 11 X останній вмикає контрольований об'єкт і видає на блокувальний елемент 9 X команду про те, що почався пусковий період За цією командою блокувальний елемент 9 Х вмикає комутатор 8 X, забороняючи проходження через нього імпульсів з частотою fi-щч на лічильник імпульсів 10Х, тому що у цей момент через контрольований об'єкт (наприклад електродвигун) може проходити струм короткого замикан 8 ня, а крім того, він встановлює лічильник імпульсів 10 X у початковий стан Через деякий час, достатній для зникнення струму короткого замикання, блокувальний елемент 9 Х переключає комутатор 8 X, дозволяючи проходження через нього тільки імпульсів з частотою fi-щч, яка відповідає струму короткого замикання Івх і знімає сигнал на установлення лічильника імпульсів 10 X у початковий стан, тобто якщо у цей момент продовжує фіксуватися струм короткого замикання в об'єкті, то відбудеться його вимикання По закінченні часу, достатнього для повного закінчення пускового періоду, блокувальний елемент 9 Х вдруге переключить комутатор 8 X, дозволяючи тим самим проходження через нього будь-яких частот fi-щч Для забезпечення цих часових витримок до блокувального елементу 9 X підключений один з виходів генератора імпульсів стабільної частоти 7 Використання пропонованого пристрою дозволить підвищити надійність та ефективність контролю силових кіл, тому що, по-перше, наявність блокувального елементу 9 дозволяє врахувати пусковий період і захищає пристрій від хибного спрацьовування в цей момент, по-друге, наявність дешифратору дозволяє не скидати лічильник імпульсів при випадкових збоях або короткочасних пропаданнях перевантаження у контрольованому об'єкті, а переключати його в режим імітації остигання контрольованого об'єкту, по-третє, даний пристрій дозволяє контролювати не один, а декілька об'єктів силового кола Економічний ефект від використання пристрою визначається вартістю споживачів електричної енергії, вихід з ладу яких можливий через неспрацьовування пристрою захисту при випадкових збоях у ньому або короткочасному зникненні перевантаження у контрольованому об'єкті, а також збільшенням КІЛЬКОСТІ об'єктів, контрольованих одним пристроєм 46380 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10