Многоканальное защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок

Многоканальное защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в релейной защите трехфазных электроустановок.

Известно устройство Локтева и Алексеева для защиты трехфазного электродвигателя от анормальных режимов [1], содержащее коммутационный аппарат с силовыми контактами для включения последовательно в каждый фазный провод электроустановки, фильтр напряжения обратной последовательности, входы которого подключены к клеммам для соединения с фазными выводами электроустановки, тиристор с переменным ограничительным резистором в анодной цепи. В устройстве в качестве датчика анормальных режимов используется фильтр напряжения обратной последовательности, что позволяет использовать его в трехпроводных сетях и при соответствующем подборе элементов при питающих напряжениях различного уровня. Отключение электроустановки происходит при наличии анормального режима посредством последовательного включения двух тиристоров и шунтирования одним из них катушки контактора пускателя.

Недостатками этого устройства являются:

1. Устройство не обеспечивает самоконтроль исправности, а именно, выход из строя любого элемента после нарушения контакта, пайки, обрыва проводов в схеме этого устройства приводит к тому, что появление анормального режима не вызывает срабатывание защиты, т.е. устройство не обеспечивает функцию самоконтроля исправности.

2. Область применения этого устройства ограничена его использованием только с магнитными пускателями, схема управления которыми требует соответствующего изменения, что на практике не всегда приемлемо, а использование устройства для отключения совместно с автоматическими выключателями, широко используемыми для управления трехфазными электроустановками, не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для защиты трехфазной установки от анормальных режимов [2], содержащее коммутационный аппарат с цепью управления и с силовыми контактами для включения последовательно в каждый фазный провод электроустановки, фильтр напряжения обратной последовательности, входы которого подключены к клеммам для соединения с фазными выводами электроустановки, тиристор с переменным ограничительным резистором в анодной цепи, элемент задержки в виде резистора и конденсатора, реле времени, трехфазный однополупериодный выпрямитель, несимметричную звезду сопротивлений, переменный резистор, вольтметр, первый, второй и третий диоды, причем входы трехфазного однополупериодного выпрямителя и несимметричной звезды соединены с клеммами для подключения к фазным выводам электроустановки, а на выходе включена катушка реле времени с замедлением на замыкание и размыкание, а выходы через последовательно соединенные замыкающий контакт реле времени и размыкающий контакт исполнительного реле подключены к катушке расцепления коммутационного аппарата, последовательно соединенные переменный ограничительный резистор, тиристор и катушка исполнительного реле подключены к клеммам для соединения с первым и третьим фазными выводами электроустановки, элемент задержки через анод-катод первого диода соединен с выводами фильтра напряжения обратной последовательности, управляющий электрод тиристора через катод-анод второго диода, резистор элемента задержки, переменный резистор, катод-анод третьего диода соединен с клеммой для соединения с вторым фазным выводом электроустановки, вольтметр включен на выходе фильтра напряжения обратной последовательности, при этом замыкающий контакт исполнительного реле и размыкающий контакт реле времени соединены параллельно и включены последовательно с кнопками "Пуск" и "Стоп" в цепь питания катушки дистанционного включения коммутационного аппарата, а блок-контакт коммутационного аппарата шунтирует кнопку "Пуск" в цепи его управления.

Недостатками этого устройства является ограничение области его применения, т.к. оно может быть использовано для защиты только одной электроустановки и только от несимметричных (неполнофазных) режимов работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является расширение области применения, а именно возможность использования для защиты группы трехфазных электроустановок, расположенных компактно и связанных единым технологическим процессом от различных анормальных режимов, а также для защиты одной ответственной электроустановки от различных анормальных режимов.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого решения, выражается в повышении надежности защиты за счет уменьшения числа защитных устройств, облегчения обслуживания и эксплуатации, уменьшения времени на обнаружение анормальных режимов электроустановок.

Поставленная техническая задача решается тем, что защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок, содержащее первый коммутационный аппарат с силовыми контактами и цепью управления ими, последовательно соединенные тиристор, переменный ограничительный резистор в анодной цепи и катушка исполнительного реле в катодной цепи, зашунтированная диодом и конденсатором, подключенные между первым и третьим фазными выводами первой электроустановки, реле времени с замедлением на замыкание и размыкание, фильтр напряжения обратной последовательности, входы которого подключены к клеммам для соединения с фазными выводами электроустановки, а на его выходе включен вольтметр, при этом замыкающий контакт исполнительного реле и размыкающий контакт реле времени соединены параллельно и включены последовательно с катушкой дистанционного включения первого коммутационного аппарата и кнопками "Пуск" и "Стоп", блок-контакт первого коммутационного аппарата шунтирует кнопку "Пуск" в цепи его управления, отличается тем, что силовые контакты первого коммутационного аппарата включены на сборные шины и к клеммам для подключения к напряжению сети, кроме того, устройство дополнительно снабжено вторыми коммутационными аппаратами с силовыми контактами, включенными на сборные шины и на каждую отдельную электроустановку, датчиками анормальных режимов, входы которых подключены либо в разрыв каждой фазы каждой электроустановки, либо к клеммам для соединения с фазными выводами каждой электроустановки, а выходы к катушкам промежуточных реле, устройством фазировки, соединенным с первым и третьим фазными выводами каждой электроустановки, трехфазным двухполупериодным выпрямителем, входы которого соединены с клеммами для подключения к фазным выводам первой электроустановки, а на выходе включена катушка реле времени, параллельно которой включена через последовательно соединенные замыкающий контакт реле времени и размыкающий контакт исполнительного реле катушка расцепления первого коммутационного аппарата, причем управляющий электрод тиристора через анод-катод диода, резистор и последовательно соединенные размыкающие контакты промежуточных реле соединен с клеммой для соединения с первым фазным выводом первой электроустановки.

Сопоставительный анализ с известными аналогами и прототипами показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак: "...силовые контакты первого коммутационного аппарата включены на сборные шины и к клеммам для подключения к напряжению сети" - позволяет обеспечить отключение группы электроустановок.

Признаки: "...устройство дополнительно снабжено...вторыми коммутационными аппаратами с силовыми контактами, включенными на сборные шины и на каждую отдельную электроустановку..." - позволяют включать каждую отдельную электроустановку.

Признаки: "...устройство дополнительно снабжено...датчиками анормальных режимов, входы которых подключены либо в разрыв каждой фазы каждой электроустановки, либо к клеммам для соединения с фазными выводами каждой электроустановки, а выходы к катушкам промежуточных реле..." - позволяют обеспечить защиту электроустановок от нескольких видов анормальных режимов.

Признак: "...устройство дополнительно снабжено...устройством фазировки, соединенным с первым и третьим фазными выводами каждой электроустановки..." - позволяет установить нужный порядок чередования фаз.

Признаки: "...устройство снабжено...трехфазным двухполупериодным выпрямителем, входы которого соединены с клеммами для подключения к фазным выводам первой электроустановки, а на выходе включена катушка реле времени, параллельно которой включена через последовательно соединенные замыкающий контакт реле времени и размыкающий контакт исполнительного реле катушка расцепления первого коммутационного аппарата..." - позволяет запитать катушку расцепления первого коммутационного аппарата как при появлении анормального режима, так и при включении защитного устройства на анормальный режим работы электроустановки.

Признаки: "...управляющий электрод тиристора через анод-катод диода, резистор и последовательно соединенные размыкающие контакты промежуточных реле соединен с клеммой для соединения с первым фазным выводом первой электроустановки..." - обеспечивает отключение коммутационного аппарата при появлении анормального режима в любой электроустановке из группы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема предлагаемого защитного устройства от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок.

Устройство содержит первый коммутационный аппарат с силовыми контактами 1, включенными на сборные шины 2 и к клеммам для подключения к напряжению сети, вторые коммутационные аппараты 3, силовые контакты которых включены на сборные шины 2 и на каждую отдельную электроустановку из группы 4, датчики 5 анормальных режимов, в качестве которых могут быть использованы датчики тока, включенные в токовую цепь каждой фазы каждой электроустановки, и датчики напряжения, подключенные к клеммам для соединения с фазными выводами каждой электроустановки из группы 4 электроустановок. Цепь управления первым коммутационным аппаратом состоит из катушки 6 дистанционного включения коммутационного аппарата, подключенной через последовательно соединенные кнопки 7 "Пуск" и 8 "Стоп" и размыкающий контакт 9 реле 10 времени к клеммам для подключения к линейному напряжению сети перед силовыми контактами 1 первого коммутационного аппарата. Цепь, состоящая из тиристора 11, в анодную цепь которого включен переменный резистор 12, а в катодную - катушка 13 исполнительного реле, зашунтированная диодом 14 и конденсатором 15, соединена с клеммами для подключения с первым и третьим фазными выводами первой электроустановки из группы 4. Входы трехфазного двухполупериодного выпрямителя 16 соединены с клеммами для подключения к фазным выводам первой электроустановки из группы 4, а на выходе включена катушка 10 реле времени, параллельно которой через последовательно соединенные замыкающий контакт 17 реле 10 времени и размыкающий контакт 18 исполнительного реле 13 включена катушка 19 расцепителя первого коммутационного аппарата. Катушки 20 промежуточных реле включены на выходы датчиков 5 анормальных режимов. Цепь, состоящая из последовательно соединенных диода 21, резистора 22 и размыкающих контактов 23 промежуточных реле 20, включена между управляющим электродом тиристора 11 и первым выводом первой электроустановки из группы 4. Устройство 24 фазировки соединено с первым и третьим фазными выводами каждой электроустановки в группе 4. Вольтметр 25 включен на выход фильтра 26 напряжения обратной последовательности, а его входы подключены к клеммам для соединения с фазными выводами первой электроустановки из группы 4. Замыкающий контакт 27 исполнительного реле 13 шунтирует размыкающий контакт 9 реле 10 времени, а блок-контакт 28 первого коммутационного аппарата шунтирует кнопку 7 "Пуск".

Устройство работает следующим образом.

При включении первого коммутационного аппарата замыкаются его силовые контакты 1 и напряжение сети подается на сборные шины 2. В соответствии с технологическим процессом срабатывают вторые коммутационные аппараты 3. При первом включении защитного устройства необходимо с помощью устройства 24 фазировки для всех электроустановок в группе 4 установить единый порядок чередования фаз. Появление напряжения на клеммах группы 4 электроустановок и при отсутствии анормального режима в любой электроустановке из группы 4 вызывает срабатывание тиристора 11, поскольку цепь управляющего электрода замкнута контактами 23 промежуточных реле 20. Получают питание катушка 13 исполнительного реле, которое срабатывает мгновенно, и реле 10 времени, которое срабатывает с некоторой задержкой времени Δt. Переключение контактов 27 и 18 исполнительного реле 13 и контактов 9 и 17 реле 10 времени не приводит к изменению состояния катушек 6 и 19 (катушка 6 продолжает получать питание через блок-контакт 28 первого коммутационного аппарата, контакт 27 исполнительного реле 13 и кнопку "Стоп" 8, а цепь катушки 19 расцепления остается разорванной контактом 18 исполнительного реле 13).

Возникновение анормального режима в любом ответвлении вызывает срабатывание соответствующего промежуточного реле из группы 20 и размыкание одного из контактов 23 в цепи управляющего электрода тиристора 11 и его запирание. Исполнительное реле 13 обесточивается и своими контактами 27 и 18 соответственно либо разрывает цепь питания катушки 6 дистанционного включения первого коммутационного аппарата (контактом 27 - в случае применения в качестве первого коммутационного аппарата магнитного пускателя) либо замыкает цепь катушки 19 расцепления (контактом 18 - в случае применения автоматического выключателя) и первый коммутационный аппарат отключается.

При включении любого из вторых коммутационных аппаратов 3 на анормальный режим любой электроустановки из группы 4 тиристор 11 заперт, исполнительное реле 13 не срабатывает, а реле 10 времени с задержкой Δt включается благодаря наличию напряжения на выходе трехфазного двухполупериодного выпрямителя 16. При этом в случае применения в качестве первого коммутационного аппарата магнитного пускателя размыкающий контакт 9 реле 10 времени разрывает цепь питания катушки 6 контактора магнитного пускателя, а в случае применения автоматического выключателя - замыкается контакт 17 реле 10 времени в цепи катушки 19 расцепления и первый коммутационный аппарат через промежуток времени Δt вновь отключается. Включение катушки 19 расцепления параллельно реле 10 времени обусловлено необходимостью подачи на нее питания в случае обрыва любой из фаз питающего напряжения.

Вольтметр 25 служит для показания существующей несимметрии линейных напряжений, наличия анормального режима при повторном включении первого коммутационного аппарата, а также для определения порядка чередования фаз (для электродвигателя определяет его направление вращения).

Предлагаемое техническое решение повышает надежность защиты группы электроустановок, расположенных компактно, за счет уменьшения числа защитных устройств, облегчает обслуживание и эксплуатацию, уменьшает время на обнаружение анормальных режимов электроустановок, кроме того, данное техническое решение позволяет использовать унифицированные блоки "датчик-реле" и создать единое защитное устройство для технологического комплекса.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1504716, кл. Н 02 Н 7/08, 1982.

2. Патент Российской Федерации №2027273, кл. Н 02 Н 7/08, 1991.

Защитное устройство от анормальных режимов работы трехфазных электроустановок, содержащее первый коммутационный аппарат с силовыми контактами и цепью управления ими, последовательно соединенные тиристор, переменный ограничительный резистор в анодной цепи и катушка исполнительного реле в катодной цепи, зашунтированная диодом и конденсатором, подключенные между первым и третьим фазными выводами первой электроустановки, реле времени с замедлением на замыкание и размыкание, фильтр напряжения обратной последовательности, входы которого подключены к клеммам для соединения с фазными выводами первой электроустановки, а на его выходе включен вольтметр, при этом замыкающий контакт исполнительного реле и размыкающий контакт реле времени соединены параллельно и включены последовательно с катушкой дистанционного включения первого коммутационного аппарата и кнопками "Стоп" и "Пуск", блок-контакт первого коммутационного аппарата шунтирует кнопку "Пуск" в цепи его управления, отличающееся тем, что силовые контакты первого коммутационного аппарата включены на сборные шины и к клеммам для подключения к напряжению сети, кроме того, устройство дополнительно снабжено вторыми коммутационными аппаратами с силовыми контактами, включенными на сборные шины и на каждую отдельную электроустановку, датчиками анормальных режимов, входы которых подключены либо в разрыв каждой фазы каждой электроустановки, либо к клеммам для соединения с фазными выводами каждой электроустановки, а выходы - к катушкам промежуточных реле, устройством фазировки, соединенным с первым и третьим фазными выводами каждой электроустановки, трехфазным двухполупериодным выпрямителем, входы которого соединены с клеммами для подключения к фазным выводам первой электроустановки, а на выходе включена катушка реле времени, параллельно которой включена через последовательно соединенные замыкающий контакт реле времени и размыкающий контакт исполнительного реле катушка расцепления первого коммутационного аппарата, причем управляющий электрод тиристора через анод-катод диода, резистор и последовательно соединенные размыкающие контакты промежуточных реле соединен с клеммой для соединения с первым фазным выводом первой электроустановки.