Пристрій комплектний розподільний рівня вибухозахистів рн і рв з блоком захисту і керування

Реферат: Винахід належить до гірничої промисловості і служить для прийому та розподілу електричної енергії на підприємствах різних галузей промисловості. Пристрій включає корпус, ввідні і вивідні шини, які підключені до високовольтного вимикача. До ввідних шин підключена первинна обмотка трансформатора напруги, а вторинна обмотка трансформатора напруги підключена до вузла живлення блока захисту та до двигуна зводу пружини високовольтного вимикача. На відхідних шинах встановлено трансформатори струму та трансформатор струму нульової послідовності. Виходи трансформаторів струму підключені до реле максимального струму та до входів вузла вимірювання струму, а реле максимального струму підключено до котушки максимального струму високовольтного вимикача та до входів вузла вимірювання струму. Виходи трансформатора струму нульової послідовності приєднані до входів блока спрямованого захисту, а виходи комутатора блока реле витоку підключені до відхідних шин, блока спрямованого захисту та вузла контролю опору ізоляції. До входів вузла включення/відключення приєднані кнопка стоп пульта дистанційного керування та кнопка пуск, яка підключена через блок-контакти високовольтного вимикача, а вузол котушки включення підключено до котушки включення високовольтного вимикача. Вузол котушки відключення підключено до котушки відключення високовольтного вимикача, а до вузла контролю положення високовольтного вимикача приєднані блок-контакти високовольтного вимикача. Виводи поляризованого реле приєднані до реле максимального струму та до кнопки деблокування, а до мікропроцесорного блока захисту та керування підключені наступні блоки: контролю положення високовольтного вимикача, котушки включення, котушки відключення), живлення блока, вимірювання струму, контролю опору ізоляції, блок спрямованого захисту та кнопку деблокування. Технічний результат від використання комплексного розподільного пристрою досягається за рахунок високої надійності і безпеки експлуатації електроустановки. UA 110621 C2 (12) UA 110621 C2 UA 110621 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої промисловості і служить для прийому та розподілу електричної енергії на підприємствах різних галузей промисловості. Зокрема, конструкція заявленого пристрою може використовуватися для ефективного розподілу електричної енергії в шахтних умовах, які характеризуються небезпечними умовами по газу і пилу. Пристрій може бути використаний в герметичних корпусах, виконаних у вибухобезпечному виконанні, що попереджає можливість ініціювання вибуху або пожежі у відкритому просторі шахти, де можливе скупчення газів і пилу, концентрація яких перевищує припустимі норми. Відомий комплектний розподільний пристрій, який містить каркас, відсік трансформаторів струму, відсік збірних шин, релейний відсік, відсік викотного елемента з рухомими контактами, заземлювач, нерухомі верхні та нижні струмопровідні контакти. Викотний елемент має механізм переміщення з робочого в контрольне положення. У перегородці між відсіком збірних шин та відсіком викотного елемента встановлений прохідний ізолятор на металевій пластині, до внутрішньої частини якої закріплений верхній нерухомий струмопровідний контакт, котрий усередині прохідного ізолятора через штепсельну розетку з'єднується з верхнім рухомим штепсельним струмопровідним контактом елемента викочування в робочому положенні. Нижній струмопровідний контакт закріплений нерухомо до трансформаторів струму, забезпечуючи проходження струму через них [патент Російської Федерації № 2210149]. Недоліком відомого пристрою є конструктивна складність виконання механічних вузлів, що визначає ймовірність відмови при роботі і створенні аварійної ситуації, викликаної не своєчасним відключенням електричної енергії. Конструктивне виконання механічних вузлів і виконавчих механізмів, а також наявність блоків захисту не дозволяє використати пристрій у шахтних умовах через значні габаритні розміри, а також в умовах, які є небезпечними по газу та пилу. Все це обмежує умови застосування відомого пристрою і, відповідно, його конкурентність. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як прототип, є комплектний розподільний пристрій, що включає корпус, вхідні шини і відхідні шини, які підключені до високовольтного вимикача. Комплектний розподільний пристрій виконаний у вигляді металевого корпусу, розділеного на релейний відсік, відсік викотного елемента, кабельний відсік та відсік збірних шин. Релейний відсік розташований у верхній передній частині корпусу. Відсік викотного елемента розташований під релейним відсіком з утворенням за останнім вертикального каналу для скидання надмірного тиску і містить викотний елемент, з встановленим на ньому силовим устаткуванням, і захисні шторки з механізмом їх переміщення. Кабельний відсік розміщений у задній частині корпусу з утворенням вертикального каналу для скидання надмірного тиску і містить трансформатори струму, заземлюючий роз'єднувач, лінійні шини та нерухомі контакти нижнього штепсельного рознімання. Відсік збірних шин розташований у верхній частині корпусу між відсіком вимикача та кабельним відсіком і містить збірні шини, з'єднані з нерухомими контактами верхнього штепсельного рознімання. Передня стінка корпусу утворена дверцями релейного відсіку і відсіку викотного елемента. Задня стінка утворена верхнім й нижнім щитами кабельного відсіку. Нерухомі контакти нижнього й верхнього штепсельних рознімань розміщені в ізолюючих камерах, а між відсіком викотного елемента і кабельним відсіком розташована вертикальна перегородка. Пристрій містить механізми блокування переміщення викотного елемента, включення високовольтного вимикача і заземлюючого роз'єднувача. Верхній й нижній щити кабельного відсіку та зазначена вертикальна перегородка виконані легкознімними. [Патент України на корисну модель № 51271]. Як і в аналогічному технічному рішенні, недоліком відомої конструкції є складність виконання механічних вузлів. Пристрій має високий ступінь залежності надійності роботи від механічних вузлів. Імовірність певного ступеня зношування цих вузлів веде до ненадійності пристрою при виникненні аварійних ситуацій. Конструкцією пристрою передбачена недостатня кількість блокувань, що визначає ймовірність відмови при роботі та створення аварійної ситуації, викликаної несвоєчасним відключенням електричної енергії. У пристрої не застосовуються високонадійні електронні системи спрацьовування виконавчих механізмів високовольтного вимикача, що забезпечують знеструмлення лінійної електричної мережі при виникненні аварійної ситуації. Конструктивне виконання механічних вузлів й виконавчих механізмів, а також наявні блоки захисту не дозволяє використати пристрій в шахтах, які характеризуються небезпечними умовами по газу і пилу. Технічний результат від використання комплексного розподільного пристрою є: - висока надійність і безпека експлуатації електроустановки; - збільшення надійності роботи і безпеки обслуговування; - скорочення експлуатаційних витрат; 1 UA 110621 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - зменшення об'єму монтажних робіт як при виготовленні пристрою, так і при його установці у вибухозахищений корпус; - високий рівень компактності пристрою, що дозволяє використовувати його в шахтних умовах у малогабаритних звичайних та вибухозахисних корпусах; - широкий діапазон захистів від різного роду аварійних ситуацій, виникаючих при експлуатації устаткування. Заявлений пристрій, у порівнянні із прототипом, комплексно передбачає: - захист від перевантаження при роботі устаткування; - максимальний струмовий захист; - поточний контроль опору ізоляції відхідної лінії; - спрямований захист; - захист від перевищення рівня напруги і його зниження; - контроль несправності комутаційного апарата; - захист від відмови вимикача. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій комплектний розподільний рівня вибухозахистів РН і РВ із блоком захисту і керування, включає корпус, ввідні і вивідні шини, які підключені до високовольтного вимикача. Згідно з винаходом, до ввідних шин підключена первинна обмотка трансформатора напруги, а вторинна обмотка трансформатора напруги підключена до вузла живлення блока захисту та до двигуна зводу пружини високовольтного вимикача. На відхідних шинах встановлено трансформатори струму та трансформатор струму нульової послідовності. Виходи трансформаторів струму підключені до реле максимального струму та до входів вузла вимірювання струму, а реле максимального струму підключено до котушки максимального струму високовольтного вимикача та до входів вузла вимірювання струму. Виходи трансформатора струму нульової послідовності приєднані до входів блока спрямованого захисту, а виходи комутатора блока реле витоку підключені до відхідних шин, блока спрямованого захисту та вузла контролю опору ізоляції. До входів вузла включення/відключення приєднані кнопка стоп пульта дистанційного керування та кнопка пуск, яка підключена через блок-контакти високовольтного вимикача. Вузол котушки включення підключено до котушки включення високовольтного вимикача. Вузол котушки відключення підключено до котушки відключення високовольтного вимикача, а до вузла контролю положення високовольтного вимикача приєднані блок-контакти високовольтного вимикача. Виводи поляризованого реле приєднані до реле максимального струму та до кнопки деблокування, а до мікропроцесорного блока у блоці захисту та керування підключені наступні блоки: контролю положення високовольтного вимикача, котушки включення, котушки відключення), живлення блока, вимірювання струму, контролю опору ізоляції, блок спрямованого захисту та кнопку деблокування. Заявлений винахід пояснюється блоковою схемою комплексного розподільного пристрою. Заявлений комплектний розподільний пристрій може використовуватися як для внутрішнього, так і для зовнішнього установлення, а також у шахтах небезпечних по газу та пилу, в корпусах вибухозахисного виконання, а також у тих випадках, де необхідно компактне розміщення розподільного пристрою. Випробування складових частин комплектного розподільного пристрою - вакуумних вимикачів, вимикачів навантаження, роз'єднувачів, вимірювальних трансформаторів, розрядників та блоків захисту здійснюється по відповідних методах і нормах. Перевірка механізму доведення й блокування робиться у робочому режимі. Вимір перехідного опору первинних контактів, що роз'єднують, вторинні ланцюги виконується за допомогою подвійного моста, мікроомметра або по методу амперметравольтметра. Перехідний опір контактів збірних шин виміряється вибірково. Опір ділянки шин у місці контактної сполуки не повинен перевищувати більше ніж в 1,2 разу опір ділянки тієї ж шини, але без контакту. Перехідний опір роз'єднуючих контактів вторинних ланцюгів виміряється вибірково. Опір контактів повинен бути не більше ніж 4000 мкОм. Вимір тиску ламелей роз'єднуючих контактів первинних ланцюгів робиться вибірково при викоченому візку розподільного пристрою. Сила натискання кожної ламелі на нерухомий контакт або металеву пластину рівної товщини повинна бути в межах 10-15 кг. Правильно відрегульовані вторинні контакти повинні задовольняти наступним вимогам: осі нерухомих частин контактів повинні збігатися; сполука нерухомої і рухомої частин контактів повинна відбуватися на відстані 7-17 мм від краю пружних пластин; хід пружних пластин при включенні вторинних контактів повинен бути не менше 5 мм. 2 UA 110621 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вимір опору ізоляції елементів, виконаних з органічних матеріалів, робиться мегаомметром на напругу 2500 В. Опір ізоляції повинен бути не нижче 100 МОм. Випробування підвищеною напругою промислової частоти ізоляції апаратури первинних ланцюгів робиться так: щоб випробуванню підвищеною напругою піддавалася вся ізоляція первинних ланцюгів (включаючи вакуумний вимикач, нижні прохідні опорні ізолятори), випробування необхідно робити до приєднання силових кабелів, що відходять. Пристрій комплектний розподільний рівня вибухозахистів РН і РВ з блоком захисту й керування містить ввідні шини комплексного розподільного пристрою (1), які підключені до відхідних шин комплектного розподільного пристрою (2) через високовольтний вимикач (3). Первинна обмотка трансформатора напруги (9) підключена до ввідних шин КРП (1), вторинна обмотка трансформатора напруги (9) підключена до вузла живлення блока захисту (15) та до двигуна взводу пружини (4) високовольтного вимикача (3). На відхідних шинах КРП (2) встановлено трансформатори струму КРП (23) та трансформатор струму нульової послідовності (24). Виходи трансформаторів струму (23) підключені до реле максимального струму (22) та до входів вузла вимірювання струму (18). Реле максимального струму (22) підключено до котушки максимального струму (8) високовольтного вимикача (3) та до входів вузла вимірювання струму (18). Виходи трансформатора струму нульової послідовності (24) приєднані до входів блоку спрямованого захисту (19). Виходи комутатора блока реле витоку (БРУ) (25) підключені до відхідних шин КРП (2), блока спрямованого захисту (19) та вузла контролю опору ізоляції (20). До входів вузла включення/відключення (16) приєднані кнопка "Стоп" (11) пульта дистанційного керування (28) та кнопка "Пуск" (10), яка підключена через блок-контакти (7) високовольтного вимикача (3). Вузол котушки включення (13) підключено до котушки включення (6) високовольтного вимикача (3). Вузол котушки відключення (14)підключено до котушки відключення (5) високовольтного вимикача (3). До вузла контролю положення високовольтного вимикача (12) приєднані блок-контакти (7) високовольтного вимикача (3). Виводи поляризованого реле (17) приєднані до реле максимального струму (22) та до кнопки деблокування (26). До мікропроцесорного блока (21), блока захисту та керування (27) підключені наступні вузли: контролю положення високовольтного вимикача (12), котушки включення (13), котушки відключення (14), живлення блока (15), вимірювання струму (18), контролю опору ізоляції (20), блок спрямованого захисту (19), вузол зв'язку (29), а також до мікропроцесорного блока (21) підключено кнопку деблокування (26). Через вузол зв'язку (29) блок захисту та керування (27) може бути включений в АСУ та інформаційно-керуючі системи як підсистема нижнього рівня. Вихідні ланцюги (31) дистанційного керування з пульта оператора (30) і зв'язку з блоком захисту та керування (27) мають особливо вибухобезпечний рівень захисту. Наявність даних іскробезпечних ланцюгів дозволяє використовувати блок (27) в високовольтних розподільних пристроях з рівнем вибухозахисту РВ без встановлення додаткового обладнання. Комплектний розподільний пристрій працює в такий спосіб. Нормальний режим роботи розподільного пристрою полягає в тому, що він має забезпечувати замикання і розмикання високовольтного ланцюга електричного струму заданої напруги. Через вузол зв'язку (29) блок захисту та керування (27) може бути включений в АСУ та інформаційно-керуючі системи як підсистема нижнього рівня. Обмін даними з блоком здійснюється за допомогою комунікаційних протоколів. Вихідні ланцюги (31) дистанційного керування з пульта оператора (30) і зв'язку з блоком захисту та керування (27) мають особливо вибухобезпечний рівень захисту. Наявність даних іскробезпечних ланцюгів дозволяє використовувати блок (27) в високовольтних розподільних пристроях з рівнем вибухозахисту РВ без встановлення додаткового обладнання. При створенні аварійної ситуації різного походження, розподільний пристрій забезпечує розмикання мережі, попереджаючі вихід з ладу технологічного устаткування. Для замикання високовольтного ланцюга перед уведенням в робочий стан, високовольтний вимикач (3) перебуває у відключеному положенні, тим самим розриваючи ланцюг між вступними (1) і відхідними (2) шинами КРП. З появою високої напруги 6 кВ на вступних шинах (1) із вторинних обмоток понижуючого трансформатора (9) в оперативні ланцюги КРП, у ланцюзі живлення блока захисту (15), блокувального реле витоку (25) і на двигун взводу пружини (4) подається напруга 100 В та 127 В. Після подачі живлення в ланцюзі двигуна заведення пружини (4) відбувається натяг пружного акумулятора, підготовляючи високовольтний вимикач до включення (3). 3 UA 110621 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При натисканні кнопки "Пуск" (10) на пульт дистанційного керування на ланцюзі включення/вимикання (16) блока захисту подається напруга. Потім з блока захисту на блок блокувального реле утікання (25) надходить команда для перевірки опору ізоляції приєднання, що відходить, а також стану вакуумних камер високовольтного вимикача. При відсутності порушень ізоляції і вакуумних камер, після відключення комутатора блока реле витоку, блок захисту по ланцюгу котушки включення (13) подає напругу на котушку включення (6) високовольтного вимикача (3). Високовольтний вимикач (3) переходить у включене положення, замикаючи ланцюг між вступними і відхідними шинами КРП. При натисканні кнопки "Стоп" (11) на пульті дистанційного управління відбувається розрив ланцюгів включення/вимикання (16), блока захисту по ланцюгах котушки відключення (14) подає напругу на котушку відключення (5). Відбувається вимикання високовольтного вимикача (3). При виникненні аварійної ситуації комплектний розподільний пристрій передбачає цілий ряд захистів. Захист від перевантаженні виникаючого при роботі встаткування. Після калібрування вузла виміру струму (18) разом із трансформаторами струму КРП (23) виставляються параметри припустимого пускового струму І пуска, максимального тривалого струму Імакс, а також припустимого часу пуску Т пуск.струм. Всі параметри захисту є загальними для фаз А і С. Інформація надходить із трансформаторів струму КРП (23) на вузол виміру струму (18), після чого порівнюється мікропроцесорним блоком (21) з виставленими припустимими параметрами. При виникненні перевантаження в кожній з фаз (І>І макс.зах.) через час Тпуск.струм або час, певний по часострумовій характеристиці, спрацьовує захист, по ланцюгах котушки відключення (14) подається напруга на котушку, що відключає (5), відбувається відключення високовольтного вимикача (3). На екрані блока захисту висвітиться напис про спрацьовування захисту, блок перейде в режим блокування. Розблокувати блок для наступного включення дозволяє кнопка "Деблокування" (26). Максимальний струмовий захист. Пристрій контролю працездатності схеми захисту від перевищення споживаного струму працює в такий спосіб. При перевищенні рівня споживаного струму, інформація про величину якого надходить із трансформаторів струму КРП (23) на вузол виміру струму (18) блока захисту, спрацьовує контакт мікровимикача, установленого в реле РТМ (22), що приводить до спрацьовування в блоці захисту поляризованого реле (17), реле максимального струму (22) подає напругу на котушку розчіплювача максимального струму (8) високовольтного вимикача (3), що приводить до його відключення. На екрані блока висвітиться напис про спрацьовування захисту. Повторне включення високовольтного вимикача можливо тільки після натискання кнопки "Деблокування" (26), яка через замикаючу напругу на другу котушку поляризованого реле (17), переводить його у вихідний стан. Поточний контроль опору ізоляції відхідної лінії. Інформація про величину опору ізоляції лінії, що відходить, надходить із блока реле витоку (25) на входи вузла контролю опору ізоляції (20) блока захисту, після чого порівнюється мікропроцесорним блоком (21) з заданими раніше уставками. Якщо при перевірці опору ізоляції, опір лінії, що відходить, буде менше виставленої в блоці захисту уставки, включення високовольтного вимикача не відбудеться. На екрані блока захисту висвітиться напис про спрацьовування захисту і блок перейде в режим блокування. Також при наявності змінної складової у напрузі вимірюваній блоком захисту, величина якого більше уставки "Вакуум", включення високовольтного вимикача не відбудеться. На екрані висвітиться напис про спрацьовування захисту і блок перейде в режим блокування. Розблокувати блок для наступного включення дозволяє кнопка "Деблокування" (26). Спрямований захист. Спрямований захист у пристрої працює в такий спосіб. На входи вузла блока направленого захисту (19) блока захисту із трансформатора струму нульової послідовності (24) і блокувального реле витоку (25) надходять струм і напруга нульової послідовності, після чого мікропроцесорний блок (21) порівнює отримані напругу і струм із установленими уставками. Якщо напруга, струм, зрушення фаз між сигналами струму і напруги попадає в зону уставок, спрацьовує захист і через час Т=0,1-5,0 с, по ланцюгах котушки відключення (14) блока захисту на котушку (5), яка відключає високовольтний вимикач, (3) подається напруга, яка приводить до відключення високовольтного вимикача. Захист від перевищення і зниження напруги. Інформація про величину напруги надходить із ланцюгів живлення блока захисту (15) на мікропроцесорний блок (21), де порівнюється з виставленими уставками. При зниженні або 4 UA 110621 C2 5 10 15 20 перевищенні величини напруги, що виходить, за виставлені вставки відбувається спрацьовування захисту, по ланцюгах котушки відключення (14) блока захисту на котушку, що відключає (5), високовольтного вимикача (3) подається напруга, що приводить до відключення високовольтного вимикача. Захист від несправності комутаційного апарата. Даний захист служить для контролю відповідності стану системи (включений, відключено) стану високовольтного вимикача. Інформація про положення вимикача надходить від блокконтактів (7) вимикача (3) на вузол контролю положення вимикача (12), після чого мікропроцесорний блок (21) порівнює поточний стан системи з положенням вимикача. При розбіжності результатів спрацьовує захист, по ланцюгах котушки відключення (14) блока захисту на котушку, що відключає (5), високовольтного вимикача (3) подається напруга, яка приводить до відключення високовольтного вимикача. Захист від відмови вимикача. Даний захист працює в такий спосіб: із блок-контактів (7) вимикача (3) на вузол контролю положення вимикача (12) надходить інформація про поточний стан вимикача (3), мікропроцесорний блок (21) порівнює час включення вимикача з максимально припустимим. Якщо час включення вимикача (зміна сигналів стану вимикача) перевищить максимальний час включення, який виставляється в "Меню" блока захисту, відбудеться спрацьовування захисту. Промислові випробування заявленого пристрою показали його високі експлуатаційні властивості. Пристрій здатен забезпечити захист персоналу й обладнання при виникненні аварійної ситуації, яка пов'язана з порушенням електропостачання технологічного обладнання. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 Пристрій комплектний розподільний рівня вибухозахистів РН і РВ із блоком захисту і керування, що включає корпус, ввідні і вивідні шини, які підключені до високовольтного вимикача, який відрізняється тим, що до ввідних шин підключена первинна обмотка трансформатора напруги, а вторинна обмотка трансформатора напруги підключена до вузла живлення блока захисту та до двигуна зводу пружини високовольтного вимикача, при цьому на відхідних шинах встановлено трансформатори струму та трансформатор струму нульової послідовності, при цьому виходи трансформаторів струму підключені до реле максимального струму та до входів вузла вимірювання струму, а реле максимального струму підключено до котушки максимального струму високовольтного вимикача та до входів вузла вимірювання струму, при цьому виходи трансформатора струму нульової послідовності приєднані до входів блока спрямованого захисту, а виходи комутатора блока реле витоку підключені до відхідних шин, блока спрямованого захисту та вузла контролю опору ізоляції, при цьому до входів вузла включення/відключення приєднані кнопка стоп пульта дистанційного керування та кнопка пуск, яка підключена через блок-контакти високовольтного вимикача, а вузол котушки включення підключено до котушки включення високовольтного вимикача, при цьому вузол котушки відключення підключено до котушки відключення високовольтного вимикача, а до вузла контролю положення високовольтного вимикача приєднані блок-контакти високовольтного вимикача, при цьому виводи поляризованого реле приєднані до реле максимального струму та до кнопки деблокування, а до мікропроцесорного блока у блоці захисту та керування підключені вузли контролю положення високовольтного вимикача, котушки включення, котушки відключення, живлення, вимірювання струму, контролю опору ізоляції, а також блок спрямованого захисту та кнопка деблокування. 5 UA 110621 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6