Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети

Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.04.75 (21) 2131099j07 с присоединением заявки ¹» (23) Приоритет (43) Опубликован025 04 77 Бюллетень ¹ 15 (45) Дата опубликования списания 03,06.77 (51) М. Кл.

Н02 ?-;3 18

Государственный квинтет

Совета Инннотроа СССР оа делам изаоретеннй и открытий (53) УДК 621.316. .925 (088. 3) И, И. Коваленко, Н. П, Ольховин .- 3. И. Ширина (72) Авторы изобретения

Донецкий Ордена ° рудового Красного Зчамени и:=литехнический ;геститут (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО,ДЛЯ ЗАШИТ. з: .: . .,", -*>, КОРОТКОГО ЗАМЫКАН H

В ТРЕХФАЗНОЙ Ы-ТИ

Изобретение относится к устройствам для зашиты от токов короткого замыкания и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства и особенно В горной промышленности, в которой к защите предъявляются повышенные требования изза специфических условий эксплуатации.

Известны устройства для защиты от токов короткого замыкания, но в пределах 10 требуемой "Правилами устройства электроустановок"Величины коэффициента чувствительности 1,5-2 имеют узкую зону действия, особенно в тупиковьех линиях с большими пусковыми токами короткозамкнутьех 15 асинхронных электро двигателей (2) .

Известны устройства для Выполнения высокого коэффициента чувствительности— фильтровые токовые зашиты, реагирующие не на полные токи, .а на их симметричные 20 составляющие, например на -оки обратной последовательности или комбинированные (на токи прямой и обратной последовательности), но они не отключают симметричных трехфазных коротких замыканий (1). 25

В шахтньгх электрических сетях с ростом мощности короткоэамкнутых асинхронных электродвигателей пусковые -.îõ» ."лотут быть соизмеримь; с токами ксосткого замыкания и тогда 3b-:полняют отстройку

MBKcBMB„ òüHñ ".ОКОВОЙ зашиты От vi (-Новых токов, например, шунеированием =.:å зашиты на момент пуска..ip» короткгех за:. ыканиях в период пуска зашита не действует, Выполняют заее1» . у . «Втомати еесгеой Вьедерж кОЙ Време ее» ",Ос е ОянееОЙ Величинье, незави» симой От тока,. В которых реле мгновен- ого действия на Время пуска шунтируется резисторами, загрубляюшими уставку в 7,5 раза. В таких устройствах максимально токовая зашита состоит из двух зашит — грубой при пуске и чувствительной при нормаль ной работе. Основным недостатком таких зашит является снижение чувствительности к токам короткого замыкания в период пуска электродвигателей, что особенно недопустимо в шахтах, опасных по газу и пыли.

В известном устройстве максимально токовой зашиты типа УМЗ, содержащем два

555487 трансформатора тока, вторичные обмотки которых зашунтированы резисторами, параллельно которым через регулировочные резисторы и двухпериодные выпрямительные мосты подключены реле, исключаются срабатывания от токов переходного процесса в сети и для расширения зоны действия защиты ток срабатывания 3 определяется по фактическому пусковому току,, т.е, п.<р, ср 1 1 п.ñð

Однако зона действия максимально токовой защиты типа УМЗ ограничивается минимальными токами короткого замыкания J для шахтных электрических

КЗ,мин сетей, выполненных бронированными и экранированными кабелями, согласно Правилам безопасности для угольных и сланцевых шахт допускается снижение коэффициента чувствительности до 1,25 Д„

pîëæíû превышать для отводов с короткозамкнутыми электродвигателями фактические пусковые токи D„a 1,4 раза, которые выше номинальных токов 3 „в 5-7 раз. для повышения чувствительности мак- 25 симально токовой зашиты ктокамкороткого замыкания увеличивают сечение кабельной линии, что экономически не выгодно.

Бель изобретения - повышение чувствительности к токам короткого замыкания и zp расширения зоны действия защиты.

Указанная цель достигается тем, что к выходам двухпериодных выпрямительных мостов присоединены аноды попарно включенных тиристоров, зашунтированных встреч-35 но направленными им диодами, причем цепи управления тиристоров подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов и формирователи прямоугольных импульсов на вы- 40 ходы фазосдвигаюших элементов, входы которых включены на соответствующие фазы сети.

На фиг. 1 изображена схема устройства для зашиты от токов короткого замыкания; aS на фиг. 2 — векторная диаграмма напряжения и токов в различных режимах работы сети; на фиг. 3 — временная диаграмма напряжения и токов в различных режимах работы сети; на фиг. 4 - временная диаграм-50 ма напряжения на выходе фазосдвигаюших элементов; на фиг. 5 — временная диаграмма напряжения на выходе формирователей прямоугольных импульсов; на фиг. 6 — временная диаграмма напряжения на выходе 55 формирователей остроконечных импульсов; на фиг, 7 — временная диаграмма токов через исполнительнь-.е реле в различных режимах работы сети с отсечкой тока в выбранный момент времени.

В трехфазной сети 1 установлены в каждой фазе трансформаторы тока 2, зашунтированные резисторами 3, параллельно которым через регулировочные резисторы 4 и двухпериодные выпрямительные мосты 5 подключены исполнительные реле 6. К входным узлам двухпериодных мостов присоединены аноды попарно включенных тиристоров7, зашунтированных встречно направленными им диодами 8. Бепи управления тиристоров 7 подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов 9, состоящих из диодов 10 и емкостей 11, и формирователи прямоугольных импульсов 12, состоящие из стабилитронов

13 и резисторов 14, на выходные выводы

15 и 16 фазосдвигающих элементов 17, состоящих из вторичных обмоток 18 со средними выводами 15 трехфазного трансформатора напряжения, между крайними выводами 16 включены регулируемые емкости 19, а первичные обмотки 20 трехфазного напряжения соединены в звезду и присоединены на соответствующие фазы сети 1.

Режим работы сети 1 характеризуется напряжением U, током 3 и углом сдвига фаз, т.е. коэффициентом мощности сов 4 .Номинальные коэффициенты мощности электродвигателей соь (р„равны 0,78 0,95, которым соответствуют углы сдвига фазы напряжения и тока 22 - 38 эл. град., в пусковом режиме углы сдвига фаз опред ляются полным сопротивлением неподвижного электродвигателя и составляют р о и

=60-75 при пусковых коэффициентах мощности, равных 0,4-0,5. Пусковые токи Jn электродвигателей превышают номинальные токи J в 5-7 раз и определяются 3„=

= К - О, где К вЂ” коэффициент кратп н n ности пускового тока.

Угол сдвига фазы между напряК. жением U и током короткого замыкания

J „ определяется соотношением активного и реактивногосопротивлений сети (в сетях с кабельнымми линиями меньше, а при воздушных линиях больше угла сдвига фазы между напряжением и током в нормальном режиме q ). Ток короткого замыкания н жени Б полным сопротивлением 7, до места за .з. мыкания в сети.

На фиг. 2 изображена векторная дпаграмма; на фиг. 3 - временная диаграмма напряжения U, токов и углов сдви а фаз между напряжением и токами в режимах: нормальном — номинальный ток Л„, номинальный угол сдвига фаз „, при пуске— пусковой ток J угол сдвига фаз при ю пуске lp„, при коротком замыкании — ток

555487 мах оаоот -., сети нс", =:льном о жн.:е г я, е:.,;;литуда тока короткого замы КЪ. канин в сети; — угол сдвига фазы тока кс -.тк. э.

60 Kol > замыкания. корс;кого замыкания „. гол сдвига фаз при коротком замыкании р„

В предложенном устройстве защиты от токов короткого замыкания ток срабатывания защиты )с определяется не по известQpPMyne Jс н (Qèì кс+ н ) где К - коэффициент йадежности, н который принимают равным 1. 2-1, 1, — пусковой ток наибольшего приимсвис соединенного электродвигателя, 7 3 „-с ум- ð ма номинальных токов всех остальных приемников, а по формуле )ср К 7д

l1 где 7 J — сумма всех номинальных токов, н а для одного электродвигателя его номинальный ток Эн. Коэффициент надежности К„р принимают такого же порядка, а для отводов с одним электродвигателем можно принимать выше 2-2,5.

Для исключения срабатывания предложенной зашиты от токов короткого замыкания щ при пуске асинхронных электродвигателей, пусковые токи которых Э по абсолютной

Vf величине превышают номинальные токи Д

< в 5-7 раз, но имеют углы .".двига фаз т по отношению к напряжении U значитель- р5 но больше углов сдвига фаз при нормальной работе (р, ",îêàõ срабать.вания Ц н примерно равных номинальн- м сдвигам фаз

:. "оротких аъ ка;иях о, к входк в. .:.: у.лам двух-..ериод::-.- х выпрямительных у

;..ос I;.;, . ° присоединены аноды попапно вкл;сченных ьнристорсв 7, зашунтированных встречно направленными им диодами 8, посредством которых с выбранного момента времени каждого полупериода выполняют от-35 сечку тока через исполнительные реле 6 так, что средневыпрямительный ток при токе срабатывания, на который настроены реле 6, выше средневыпрямленного тока при пуске электродвигателей,и реле 6 при 40 пуске не срабатывают.

Зля выполнения отсечки тока через реле 6 цепи управления каждого тиристора7 подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов 9, выполненные на диодах 10 и емкостях 11, и формирователи прямоуголь ных импульсов 12, выполненные на стабилитронах 13 и резисторах 14, на выходные зажимы 15 и 16 фазосдвигающих элемен- 50 тов 17, состоящих из вторичных обмоток

18 трехфазного трансформатора напряжения со сред ими отводами 15, между крайними отводами 1* включены регулируемые емкости 189, а;.ер=;:".::ь-: обмотки 20 соединены в зв=зду и присоединены на соответствующие фас:; =ети ., Регулируемы « емкостями 19 выбирают требуемый сдвиг напряжения на выходных зажимах 15 и

16 по отношению к напряжению на входных зажимах фазосдвигающих элементов 17 (см. фиг. 4), подключенных на соответствующие фазы сети 1, и подают на входные а кимы формирователей прямоугольных импульсов 12, которыми срезают ампл-туды инусоидального напряжения половин вторичных обмоток 18 до величины пробоя стабилитронов 13 (см. фиг. 5).

Прямоугольные импульсы подаются на формирователи остроконечных импульсов 9 и формируются в короткие остроконечные импульсы тока (см. фиг. 6), которые подаются в цепи управления тиристоров 7. Каждый тиристор 7 из двух попарно включенных присоединен анодом к двухпериодному выпрямительному мосту 5 так, что в один из полупериодов, когда приходят в его цепи управления открывающие импульсы, его анод .. аходится под положительным потенциалом.

Тиристоры 7 с момента вр" .;ен. приход" мпульсов открываются и чер з диоды 8, со-гласно и последовательно вк люченные с чими, выполняют отсечку тока через рел» 6 (см, фиг. 7), а во второй полупериод с -;aкого же момента времени выполняется n= сечка тока через вторые попарно включе— ные тиристоры

;определяю- . ре i.:I;n значения выпря ле т;-:;.х токов через реле с в различных режи1

2 Г

3 = J, 9IN4)tel = — — - с- v":. i Uv <-,.) g () Т

"н где 3 — амплитуда тока при норх ачт-тн ной работе сети: — выбранный уто. с.... -... т"--,--, — номинальный уг-.:,. ".. иг= - лзы н тока, При пуске электрздви,"-"где К вЂ” коэффицие. =-,. г.; - .. ": car го тока к номинал нс...; — пусковои „: —:.о.-., а фазы тока.

При коротком з .1кз. ии

555487

Уставку срабатывания 5 . реле определяют чо номинальному току и коэффициенту надежности К„ д К д, = 1„К„(совq со6<„). (4) 5 гй

8 действия предложенной защиты. Предложенная зашита позволит выбирать сечение линии только по предельно допустимым падению напряжения и плотности токов.

Чтобы защита не срабатывала в момент пуска, проверяют уставку срабатывания по пусковому току 3„=- К -3„и коэффициенту запаса К„ 10

К .3 „= — R,.-K,3„(coSУ с р<р„) I>)

Реп|ив совместно упраьления (2), (4) и (5 j, получают

Кз Кп.coSQ„-К„соВ Ч

К К -К з и и

По формуле (6) определяют угол отсечки тока через реле 6, который примерно равен углу сдвига напряжения на выходе 20 фазосдвигающих элементов 7 по отношению на входе. Зто выполняют регулируемыми емкостями 19. Выполненные расчеты для ряда шахтных электродвигателей при различных козффглиентах .н, Кэ, К „, с В V„

/ Рк со6 g,, coS Q, показали, что угол отсечг о ки тока порядка 80-85

Коэффициент чувствительности пре дложеняой =-а,питы от токов короткого замыкания определяют, решив управления (3) и (4), 30

„ (соВ Ч>„-cos g„.>.)

К„,J (coSЧ „-coS q„)

При применении предложенного устройства значительно повышается чувствитель- 35 ность к токам короткого замыкания и зона

Формула изобретении

Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети, содержащее в каждой фазе трансформаторы тока, зашунтированные резисторами, параллельно которым через регулировочные резисторы и выпрямительные мосты присоединены реле, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения зоны действия зашиты, к выходам выпрямительных мостов присоединены &Ho» ды попарно включенных тиристоров, зашунтированных встречно направленными им диодами, причем цепи управления тиристоров подключены через последовательно соединенные формирователи остроконечных импульсов и формирователи прямоугольных импульсов на выходы фазосдвигаюших элементов, входы которых включены на соответствующие фазы сети.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.:

1. Гимоян Г, Г., Лейбов Р. М. "Релейная зашита подземного электрооборудования и сетей", М., "Недра", 1970, ".78«9, 155-183.

2. Риман Я. "Защита шахтных участковых сетей от токов короткого замыкания, М., "Недра", 1972, с. 72-93 (прототип).

555487

Составитель Л. Васькова

Редактор Л. Киселева Техред О. Луговая Корректор С. Волдижар

Заказ 470/27 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4