Пристрій для захисту трифазного навантаження від роботи на двох фазах і від зворотного чергування фаз

Устройство относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты и может быть использовано в устройствах защиты и контроля силовых цепей трехфазных потребителей для контроля правильности чередования и обрыва фаз, а также для идентификации вида аномального режима. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для защиты трехфазной нагрузки от работы на двух фазах и от обратного чередования фаз, содержащее три насыщающихся трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в фазы питающей сети последовательно с нагрузкой, вторичные обмотки трансформаторов тока соединены в звезду, выпрямитель, выход которого соединен через усилитель с исполнительным элементом, RS-триггер, JKтриггер и конденсатор, при этом выводы вторичных обмоток трансформаторов тока первой и второй фаз соединены соответственно с R- и S-входами RS-триггера, выход которого соединен с C-входом JKтриггера, выход вторичной обмотки трансформатора тока третьей фазы соединен с J- и K- входами JKтриггера, выход последнего через конденсатор соединен с входом выпрямителя. Для исключения влияния неисправности усилителя на работу устройства выход выпрямителя соединен с входом исполнительного элемента, а усилитель включен между входом JK-триггера и конденсатором (А.с. СССР №836718, кл. H02H7/09, 1981). Недостатком данного устройства является недостаточно высокая надежность. Это связано с тем, что как при работе на двух фазах, так и при обратном чередовании фаз на выходе K-триггера присутствует постоянный потенциал, который не пропускается через конденсатор и исключает срабатывание исполнительного элемента, что затрудняет идентификацию вида аномального режима и приводит к увеличению времени, затрачиваемого на поиск повреждения и восстановление аппаратуры. Причиной, препятствующей получению технического результата заявляемого изобретения, является соединение JK-триггера через разделительный конденсатор со входом выпрямителя, что приводит к наличию постоянного потенциала на входе конденсатора при возникновении аномального режима, независимо от его вида, что не позволяет идентифицировать вид аномального режима, и вследствие этого снижает надежность, так как увеличивается время, затрачиваемое на поиск повреждения и восстановления аппаратуры. Задачей изобретения является разработка устройства защиты трехфазной нагрузки от работы на двух фазах и от обратного чередования фаз, в котором путем уменьшения времени, затрачиваемого на поиск повреждения и восстановление аппаратуры за счет обеспечения возможности идентификации вида аномального режима достигают повышения надежности. Поставленная задача решается тем, что в устройство для защиты трехфазной нагрузки от работы на двух фазах и от обратного чередования фаз, содержащем три насыщающихся трансформатора тока, первичные обмотки которых включены в фазы питающей сети последовательно с нагрузкой, вторичные обмотки трансформаторов тока соединены в звезду, RS-триггер, усилитель, выход которого соединен со входом исполнительного элемента согласно изобретения дополнительно введены второй и третий RSтриггеры, три D-триггера и элемент И, при этом вывод вторичной обмотки трансформатора тока первой фазы соединен с S- и R-входами соответственно первого и третьего RS-триггеров, вывод вторичной обмотки трансформатора тока второй фазы соединен с S- и R-входами соответственно второго и первого RS-триггеров, вывод вторичной обмотки трансформатора тока третьей фазы соединен с S- и R-входами соответственно третьего и второго RS-триггеров, прямые выходы первого, второго и третьего RS-триггеров соединены с C-входами соответственно первого, второго и третьего D-триггеров, инверсные выходы первого, второго и третьего RS-триггеров соединены с D-входами соответственно третьего, первого и второго D-триггеров, выходы которых соединены с входами элемента И, а выход элемента И соединен со входом усилителя. Существенными признаками заявляемого изобретения являются: три насыщающихся трансформатора тока; включение первичных обмоток трех насыщающихся трансформаторов тока в фазы питающей сети последовательно с нагрузкой; соединение вторичных обмоток трансформаторов тока в звезду; RS-триггер; усилитель; соединение выхода усилителя со входом исполнительного элемента; дополнительное введение второго и третьего RS-триггера; дополнительное введение трех D-триггеров; дополнительное введение элемента И; соединение вывода вторичной обмотки трансформатора тока первой фазы с S- и R-входами соответственно первого и третьего RS-триггеров; соединение вывода вторичной обмотки трансформатора тока второй фазы с S- и R-входами соответственно второго и первого RS-триггеров; соединение вывода вторичной обмотки трансформатора тока третьей фазы с S- и R-входами соответственно третьего и второго RS-триггеров; соединение прямых выходов первого, второго и третьего RS-триггеров с C-входами соответственно первого, второго и третьего D-триггеров; соединение инверсных выходов первого, второго и третьего RS-триггеров с D-входами соответственно третьего, первого и второго D-триггеров; соединение выходов D-триггеров с входами элемента И; соединение выхода элемента И с входом усилителя. Новыми существенными признаками, необходимыми и достаточными во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны изобретения, являются: дополнительное введение второго и третьего RS-триггеров; дополнительное введение трех D-триггеров; дополнительное введение элемента И; соединение вывода вторичной обмотки S-трансформатора тока первой фазы с S- и R- входами соответственно первого и третьего RS-триггеров; соединение вывода вторичной обмотки трансформатора тока второй фазы с S- и R-входами соответственно второго и первого RS-триггеров; соединение вывода вторичной обмотки трансформатора тока третьей фазы с S- и R-входами соответственно третьего и второго RS-триггеров; соединение прямых выходов первого, второго и третьего RS-триггеров с C-входами соответственно первого, второго и третьего D-триггеров; соединение инверсных выходов первого, второго и третьего RS-триггеров с D-вхoдами соответственно третьего, первого и второго D-триггеров; соединение выходов D-триггеров с входами элемента И; соединение выхода элемента И с входом усилителя. Благодаря тому, что в устройство дополнительно введены второй и третий RS-триггеры, осуществляется контроль наличия фаз и правильность их чередования, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что в устройство дополнительно введены три D-триггера, осуществляется идентификация вида аномального режима в зависимости от устанавливаемых на их выходах уровней логических сигналов, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что в устройство дополнительно введен элемент И, осуществляется контроль наличия фаз и правильность их чередования, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что вывод вторичной обмотки трансформатора тока первой фазы соединен с S- и Rвходами соответственно первого и третьего RS-триггеров, осуществляется контроль наличия первой фазы и правильность чередования фаз, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что вывод вторичной обмотки трансформатора тока второй фазы соединен с S- и Rвходами соответственно второго и первого RS-триггеров, осуществляется контроль наличия второй фазы и правильность чередования фаз, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что вывод вторичной обмотки трансформатора тока третьей фазы соединен с S- и Rвходами соответственно третьего и второго RS-триггеров, осуществляется контроль наличия третьей фазы и правильность чередования фаз, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что прямые выходы первого, второго и третьего RS-триггеров соединены с C-входами соответственно первого, второго и третьего D-триггеров, осуществляется установка соответствующих уровней логических сигналов на их выходах в зависимости от каждого вида аномального режима, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что инверсные выходы первого, второго и третьего RS-триггеров соединены с Dвходами соответственно третьего, первого и второго D-триггеров, осуществляется установка соответствующих уровней логических сигналов на их выходах в зависимости от каждого вида аномального режима, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что выходы D-триггеров соединены с входами элемента И, осуществляется контроль наличия фаз и их правильность чередования, обеспечивая при этом повышение надежности. Благодаря тому, что выход элемента И соединен с входом усилителя, осуществляется управление исполнительным элементом, обеспечивая при этом повышение надежности. Указанные существенные признаки являются необходимыми и достаточными во всех случаях использования данного устройства для получения технического результата. На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Устройство содержит три насыщающихся трансформатора тока 1, 2 и 3, первичные обмотки которых включены в фазы питающей сети последовательно с нагрузкой, вторичные обмотки трансформаторов тока 1, 2, 3 соединены в звезду, RS-триггер 4, усилитель 5, выход которого соединен со входом исполнительного элемента 6, второй и третий RS-триггеры 7, 8, три D-триггера 9, 10, 11, элемент И 12, при этом вывод вторичной обмотки трансформатора тока 1 первой фазы соединен с S- и R-входами соответственно первого и третьего RS-триггеров 4 и 8, вывод вторичной обмотки трансформатора тока 2 второй фазы соединен с S- и R-входами соответственно второго и первого RS-триггеров 7 и 4, вывод вторичной обмотки трансформатора тока 3 третьей фазы соединен с S- и R-входами соответственно третьего и второго RS-триггеров 8 и 7, прямые выходы первого, второго и третьего RS-триггеров 4, 7, 8 соединены с C-входами соответственно первого, второго и третьего D-триггеров 9, 10 и 11, инверсные выходы первого, второго и третьего RS-триггеров 4, 7 и 8 соединены с D-входами соответственно третьего, первого и второго D-триггеров 11, 9 и 10, выходы которых соединены с входами элемента И 12, а выход элемента И 12 соединен с входом усилителя 5. Устройство работает следующим образом. При отсутствии аномальных режимов (фиг.2), на выводе вторичной обмотки трансформатора тока 1, в момент перехода через ноль тока в первой фазе, формируются импульсы U1, на выводе трансформатора тока 2, в момент перехода через ноль тока во второй фазе - U2, а на выводе вторичной обмотки трансформатора тока 3, в момент перехода через ноль тока в третьей фазе - U3. После прихода импульсов U1 на S-вход первого RS-триггера 4 на его прямом - логического нуля, что выходе U4 устанавливается состояние логической единицы, а на инверсном соответствует моментам времени t1, t4. После прихода импульсов U2 на R-вход первого RS-триггера 4 на его прямом выходе U4 устанавливается состояние логического нуля, а на его инверсном - логической единицы, что соответствует моментам времени t2, t5. После прихода импульсов U2 на S-аход второго RS-триггера 7 на его прямом выходе U7 устанавливается состояние логической единицы, а на инверсном - логического нуля, что соответствует моментам времени t2, t5. После прихода импульсов U3 на R-вход второго RS-триггера 7 на его прямом - логической единицы, что выходе U7 устанавливается состояние логического нуля, а на инверсном соответствует моментам времени t3, t6. После прихода импульсов U3 на S-вход третьего RS-триггера 8 на его прямом выходе U8 устанавливается состояние логической единицы, а на инверсном - логического нуля, что соответствует моментам времени t3, t6. После прихода импульсов U1 на R-вход третьего RS-триггера 8, на его прямом выходе U8 устанавливается состояние логического нуля, а на инверсном - логической единицы, что соответствует моментам времени t1, t4. Как следует из диаграмм напряжений (фиг.2) при отсутствии аномальных режимов, напряжения U4, U7, U8 на прямых выходах RS-триггеров 4, 7, 8 имеют вид прямоугольных импульсов длительностью 1/3 на периода питающего напряжения и сдвинуты на 120эл. градусов. При этом напряжения инверсных выходах RS-триггеров 4, 7, 8 также имеют вид прямоугольных импульсов длительностью 2/3 периода питающего напряжения и сдвинуты на 120эл. градусов. D-триггеры 9, 10, 11 переключаются no переднему фронту сигналов на C-входах и притом в состояние, установленное на их D-входах. В моменты времени t1 и t4, соответствующие переднему фронту импульса U4, поступающему на C-вход первого D-триггера 9, на его D-входе присутствует равный логической единице сигнал Поэтому на выходе первого D-триггера 9 U9 устанавливается и сохраняется состояние логической единицы. В моменты времени t2 и t5, соответствующие переднему фронту импульса U7, поступающему на C-вход второго D-триггера 10, на его D-входе присутствует равный логической единице сигнал Поэтому на выходе второго D-триггера 10 U10 устанавливается и сохраняется состояние логической единицы. В моменты времени t3 и t6, соответствующие переднему фронту импульса U8, поступающему на C-вход третьего D-триггера 11, на его D-входе присутствует равный логической единице сигнал Поэтому на і выходе третьего D-триггера 11 U11 устанавливается и сохраняется состояние логической единицы. Из диаграмм напряжений (фиг.2) очевидно. что при отсутствии аномальных режимов работы на выходах первого, второго и третьего D-триггеров 9, 10, 11, U9, U10 и U11 постоянно имеются сигналы на уровне логической единицы. Эти сигналы поступают на вход элемента И 12. На выходе элемента И 12 U12 также устанавливается сигнал на уровне логической единицы который через усилитель 5 поступает на вход исполнительного элемента 6, обеспечивая его срабатывание. При обрыве любой из фаз питающей сети, например, первой фазы, работа устройства иллюстрируется диаграммами напряжений на фиг.2,б. На выводе вторичной обмотки трансформатора тока 1 отсутствуют импульсы U1. Импульсами U2, поступающими на R-вход первого RS-триггера 4 на его прямом выходе U4 устанавливается и сохраняется, ввиду отсутствия импульсов U1, состояние логического нуля, а на инверсном - логической единицы. Наличие импульсов U2 и U3 обеспечивает работу второго RS-триггера 7 таким образом, как и при отсутствии аномальных режимов. Импульсами U3, поступающими на S-вход третьего RS-триггера 8 на его прямом выходе U8 устанавливается и сохраняется, ввиду отсутствия импульсов U1, состояние логической единицы, а на инверсном -логического нуля. Отсутствие переднего фронта импульса U4, поступающего на C-вход первого D-триггера 9, не позволяет ему переключаться. Поэтому на выходе первого D-триггера 9 U9 сохраняется предыдущее состояние, т.е. состояние логической единицы. В момент времени t7, соответствующий переднему фронту импульса U7, поступающего на C-вход второго D-триггера 10, на его D-входе присутствует равный логическому нулю сигнал Поэтому на выходе второго D-триггера 10 U10, в момент времени t7, устанавливается и сохраняется состояние логического нуля. Отсутствие переднего фронта импульса U8, поступающего на C-вход третьего D-триггера 11 не позволяет ему переключаться. В связи с этим на выходе третьего D-триггера 11 U11 сохраняется предыдущее состояние, т.е. состояние логической единицы. Из диаграмм напряжений (фиг.2) следует, что при обрыве первой фазы на выходах первого и третьего D-триггеров 9 и 11 U11 и U9 постоянно имеются сигналы на уровне логической единицы. На выходе второго D-триггера 10 присутствует сигнал на уровне логического нуля. Поэтому в момент времени t7 на выходе элемента И 12 U12 устанавливается сигнал на уровне логического нуля, который через усилитель 5 поступает на вход исполнительного элемента 6. Исполнительный элемент 6 при этом не срабатывает. Аналогичным образом устройство работает при обрыве второй или третьей фазы. В этом случае при обрыве второй фазы сигнал на уровне логического нуля устанавливается на выходе третьего D-триггера 11 U11, а при обрыве третьей фазы - на выходе второго D-триггера 10 U10. При обратном чередовании фаз, например, как показано на фиг.2,в, RS-триггеры 4, 7 и 8 переключаются теми же импульсами, что и в случае прямого чередования фаз. Однако, обратный порядок чередования фаз увеличивает длительность импульсов U4, U7 и U8 на прямых выходах RS-триггеров 4, 7 и 8 до 2/3 периода питающего напряжения, не изменяя при этом их сдвиг. Длительность импульсов и на инверсных выходах RS-триггеров 4, 7 и 8 составляет 1/3 периода питающего напряжения и сдвинуты они на 120эл. градусов. В момент времени t8, соответствующий переднему фронту импульса U4, поступающему на C-вход первого D-триггера 9, на его D-входе присутствует равный логическому нулю сигнал Поэтому на выходе первого D-триггера 9 U9 устанавливается состояние логического нуля. Этот сигнал поступает на вход элемента И 12, на выходе которого U12 также устанавливается состояние логического нуля. Поскольку коммутирующая трехфазную нагрузку аппаратура обладает определенным быстродействием, минимальное значение которого, даже в случае использования в этом качестве тиристорных ключей переменного тока, составляет в связи с их дискретностью не менее полупериода питающего напряжения, а для релейно-контакторных устройств даже более периода питающего напряжения, то несмотря на наличие сигнала на уровне логического нуля на выходе усилителя 5, что обуславливает несрабатывание исполнительного элемента 6, импульсы U1, U2, U3 на выводах вторичных обмоток трансформаторов тока 1, 2, 3 продолжают формироваться. Поэтому в момент времени t9, соответствующий переднему фронту импульса U8, поступающему на C-вход третьего D-триггера 11 на его D-входе присутствует равный логическому нулю сигнал Поэтому на выходе третьего D-триггера 11 U11 устанавливается состояние логического нуля. Как следует из диаграмм напряжений (фиг.2) интервал времени между установкой в состояние логического нуля сигналов на выходах первого D-триггера 9 U9 и третьего D-триггера 11 U11 составляет 1/3 периода питающего напряжения. Поэтому, если быстродействие коммутирующей трехфазную нагрузку аппаратуры составляет половину периода питающего напряжения, то при приведенном на фиг.2,в обратном чередовании фаз после прекращения формирования импульсов U1, U2, U3 на выводах вторичных обмоток трансформаторов тока 1, 2, 3 на выходах первого D-триггера 9 U9 и третьего D-триггера 11 U11 устанавливаются состояния логического нуля. На выходе второго D-триггера 10 U10 сохраняется состояние логической единицы. Когда быстродействие коммутирующей трехфазную нагрузку аппаратуры превышает длительность периода питающего напряжения, то после установки на выходе третьего D-триггера 11 U11 состояния логического нуля формирование импульсов U1, U2, U3 на выводах вторичных обмоток трансформаторов тока 1, 2, 3 продолжается. В момент времени t10, соответствующий переднему фронту импульса U7, поступающему на C-вход второго D-триггера 10, на его D-входе присутствует равный логическому нулю сигнал Поэтому на выходе второго D-триггера 10 U10 устанавливается состояние логического нуля. Интервал времени между установкой на выходах третьего D-триггера 11 U11 и второго D-триггера 10 U10 составляет также 1/3 периода питающего напряжения. Установка на выходе элемента И 12 U12 состояния логического нуля приводит к несрабатыванию исполнительного элемента 6 и через интервал времени, обусловленный быстродействием коммутирующей аппаратуры, отключению трехфазной нагрузки от сети. Аналогичным образом устройство работает при отличном от приведенного на фиг.2,в обратном чередовании фаз. Поэтому при обратном чередовании фаз на выходах по крайней мере двух из трех Dтриггеров устанавливается состояние логического нуля. Идентификация вида аномального режима осуществляется в зависимости от состояния выходов D-триггеров в соответствии со следующей таблицей; приведенной ниже. Таким образом, по состоянию на выходах D-триггеров выполняется не только защита трехфазной нагрузки от работы на двух фазах и от обратного чередования фаз, но и осуществляется идентификация вида аномального режима. Применение изобретения позволит повысить надежность устройства для защиты трехфазной нагрузки от работы на двух фазах и от обратного чередования фаз за счет обеспечения возможности идентификации вида аномального режима путем уменьшения времени, затрачиваемого на поиск повреждения и восстановления аппаратуры, в связи с тем, что RS-тригтеры своими прямыми и инверсными выходами, соединенными с C- и D-входами D-триггеров устанавливают соответствующие уровни логических сигналов на их выходах в зависимости от вида аномального режима. Устройство для защиты трехфазной нагрузки от работы на двух фазах и от обратного чередования фаз может использоваться в системах автоматического контроля, защиты и идентификации вида аномального режима силовых цепей трехфазных нагрузок. Устройство осуществляет контроль правильности чередования и обрыва фаз, а также идентифицирует вид аномального режима.