Устройство для защиты от тока короткого замыкания в цепи постоянного тока

Устройство для защиты от тока короткого замыкания в цепи постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е, 1:с,то,о

Союз Советских

Социалистически»

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22} Заявлено,26.04.76(21) 2352759/07 (51) M. Кл.2

Н 02 Н 3/08 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.0д,78, Бюллетень JA 9 (45) Дата опубликования описания 15.02,78 (53} УДК62, 816. n S (088.8} (72) Авторы изобретения

В. Ф. Петриченко, В. И. Кошман и Б. И Гпадьпиев (71) Заявитель (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ Т0КА КОРОТКОГО

ЗАМЫКАНИЯ В Ш.:ПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА .

Изобретение относится к устройствам защиты от аварий, реагирующим на токовые перегрузки, в частности к устройствам для быстродействующей защиты от тока к.з. в электрической цепи постоянного тока. Устройство предназначено преимущественно для встройки во взрывобезопасные шахтные коммутационные аппараты: автоматические выключатели, станции управления, трансформаторные подстанции в случае исполы ова- ц) ния электропривода постоянного тока.

Известны устройства защиты от,.токов ж.з. в цепи постоянного тока, использутошие в качестве контролируемых параметров ток или его первую производную по време- 15 нн (1). Однако, если скорость нарастания тока в цепи при включении нагрузки близка к скорости нарастания тока при к.з., то в таких цепях защиты принципиально не могут быть выполнены быстродействующими. 20

В этом случае сложно настраивать защиту и неизбежны ложные ее срабатывания при включении нагрузки.

Известно устройство зашиты, B котором применен вычислительный блок, определяю- 25

2 ший в càìîì начале процесса включения установившееся значение тока нагрузки пли к.з. и принимающий решение отключать или не отключать защищаемую сеть (2).

Это устройство позволяет отличить "îê к.з. от тока включения нагрузки в самом начале процесса, даже если постоянные времени и скорости нарастания тока в первый момент времени одинаковы в обоих случаях.

Вычислительный блок укайаиного устрой- . ства решает днфференциальнор управление, описывающее переходный процес@ в цепи постоянного тока при включении-нагрузки и при коротком замыкании

1 .1 R+6, dÈ где Q -напряжение источника питания

jR — - активное сопротивление цепи;

4л — индуктивность цепи

Банное уравнение решается методом дифференцирования.

Вычислительный блок содержит шесть функциональных элементов: один днфференцируюший, два множительных, два сумми807040 руюших и один нелинейный элемент (возведение в к вадрат).

Недостатком этого автоматического выкпючатепя явпяется спожность вычиспитепьного бпока, бопьшое чиспо функциональных, элементов и наличие сложного элемента воз ведения в квадрат. . Ыепью изобретения являетея упрощение устройства для защиты от тока короткого замыкания. 10

Указанная ne nb достигаетс я те м, что в устройстве дпя защиты от тока короткого замыкания в цепи постоянного тока, содержащем быстродействующий автоматический выключатель, датчик производной контропируемого тока, датчик контропируемого тока, датчик тока уставки защиты и вычислитепьный бпок, вкпючаюший два суммирующих эпемента и два множитепьных эпемента, причем выход первого множитепьного

20 элемента подключен к первому входу пер вого суммирующего эпемента, выход которого подключен ко входу упомянутого выкпючатепя, выключатепьный бпок снабжен интегрирующим элементом, при этом выход интег25 рируюшего эпемента и выход датчика производной контролируемого тока включены на входы первого множитепьного элемента, а выход датчика контролируемого тока под30 кпючен к первому входу второго суммирующего элемента и к первому входу второго множитепьного эпемента, выход которого подключен ко второму входу первого сумми рующего элемента, причем да1чик тока ус35 тавки защиты подключен ко второму входу второго суммирующего эпемента, выход которого подключен ко входу интегрирующего элемента и ко второму входу второго множительного эпемента.

Такое выполнение устройства дпя защити от тока короткого замыкания в цепи постоян1 ного тока позвопяет уменьшить копичество функциональных элементов и избавиться от сложного элемента возведения в квадрат

На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства.

Устройство содержит датчик 1 производной контролируемого тока по времени

Kl (трансформатор тока с воздушным зазором ипи шунт с 4б» цепочкофдатчик контролируемого тока 2 (шунт ипи датчик Хоппа), датчик тока уставки 3 (регулируемый ис55 точник постоянного тока), первый 4 и второй 5 суммирующие эпементы, первый 6 и второй 7 множительные эпементы, интегрирующий эпемент 8> автоматический быстро действующий выключатель 9 и вычиспитепьный блок 10.

Работа устройства дпя зашиты 6т тока короткого замыкания основана иа.спедующих теоретических предпось пках.

Известно, что уравнение U È+ Ä можно решать двумя методами: методом диффе. ренцирования ипи методом интегрирования.

Первый метод решения с испопьзован в прототипе, второй метод — при реализации данного устройства.

Если проинтегрировать исходное уравнение включения нагрузки ипи к.з. в цепи ! пОстОяннОГО тОка

U й+ . или — i+ ——

d,(, U L « j. сй R р < то попучаем

id =I — dt- — (.

0 0

Т

Установившийся ток в цепи равен ч ° L dg . ., <(=(+ — — =i+ — i гца ь= — .

zt

Из последнего уравнения имеем, что

«J- i

Ц

Подставпяя это значение - в проR интегрированное уравнение, попучяем

f icLt = д Ю- —, 0j

Задача устройства состоит в определении установившегося тока (и в подаче сиг напа на откпючение автоматического выкпючятеля при токе J, превышающем устявку, т.е. при

Поэтому поспеднее уравнение при подстановке в него 3 ц j g ъ J ) превраЧ щается в неравенство

-ь (cled с 3 с(Ц - — Ч â€”(, 0 О

При этом правая часть неравенства больше левой, так как (3 i ) при снижении уменьшается намного быстрее, чем уменьшаетси т 1Ь и таком же снижении в то же время:

Поспе неспожных преобразований пойучаем, что

L(3 -4)

Это неравенство решается устройством, блок-схема которого представлена на чертеже.

Устройство работает следующим образом.

Сигнап, пропорционапьный контролируемому току 1, создается датчиком тока 2, сигнал, пропорционапьный производной контропируемого тока по времени 1 „ создается

597040

35 ттО

5 датчиком 1, эталонный сигнал, пропорциоиапьный току уставки J создается датчиЦ9 ком 3. На второй суммирующий эпемент 5 подается сигнал, пропорциональный и ц, 1 оспещ ий берется от постороннего стаби5 пизированного источника ипи через стабилизированный делитель от полюсов защищаемой сети)., Сигнал, пропорциональный (ц- ) с эпемента 5 и сигнап, пропорциональный то -! ку с элемента 2 поступает на множи3 тельный элемент 7, на выходе которого получается сигнап, пропорциональный произведению 1 .") „- u)

Сигнал, пропорционапьный (Д„- 4), c элемента 5 подается иа интегрирующий элемент 8, на выходе которого по учается сигнал, пропорциональный I gJ > — t.) ñ 5 . о

Сигналы пропорционапьные е с элемента 1 UP фе- с) с епемента 8 псаа ются на тс множительный элемент 6, на выходе которого получаем сигнал, пропорционапьный (Р (J9-l) dt.

LIanee снгнапыъ (2q-i)dt н ird i) поступают на суммирующий элемент 4, с выхода которого снимается сигнап,о пропорциональный = с,)",-i)dt-,-i).

Сигнал подается далее на быстро- 3D действующий автоматический выкпючатепь S, который отключает защищаемую цепь постоянного тока.

После преобразований уравнения (1)), с учетом того, что

L -= -s(x- е - ) можно получить спедуюшее уравнение: с, ) Д (д- )(g $ " (g+ — )) где 1- установившееся значение тока к.з. ипи нагрузки1

4, -интервап интегрирования/заданное время срабатывания защиты/

Т g- постоянная времени цепи к.з. ипи нагруз» ки.

Анализ поспедйего выражения показывает что сигнал Ь. на выходе сумматора (4} тем больше, чем больше установившееся

50 значение тока к.з. Ц". <Дчем выше разность (J„ "-) ), чем больше отношение

Ф.

Очевидно, что при вкпючении нагрузки величина Ь мала и приближается к нулю, так как стремится к нулю разность (.3- J y), .

6

Интервал интегрирования t1 является заданной величиной, он определяет время ср а батыва ни я защи ты.

Предлагаемое устройство проще благодаря тому, что, во-первых, вместо шести функциональных элементов применено пять, и, во-вторых исключается наиболее сложный дпя возведения в квадрат.

Устройство дпя зашиты от тока короткого замыкания в значительной мере способно предотвратить выход пз строя силовых попупроводниковых диодов и тиристоров при к.з., уменьшить количество взрывов и troжаров в шахтах при к.з. и бпагодаря этому может дать значиТепьный экономический эффект, повысить уровень безопасности эксплуатации электрооборудования на постоянном токе в угольных шахтах

Форму па изобретения

Устройство для защиты от тока короткого замыкания в цепи постоянного тока, )содержап1ее быстродействующий автоматичесКИй ВЫКЛЮЧатЕПЬ, .а аЧПК ПРОИЗВОДНОЙ КОНтРОпнруемого тока, датчик контролируемого тока, датчик тока уставкн зашиты и вычиспитепьный блок, вкпюча)оший два суммирующих элемента и два множительных элемента, причем выход первого множитепьного элемента подключен к первому входу первого суммирующего элемента, выход которого подкпючен ко входу упомянутого выкпючатепя, о т л и ч а ю 1ц е е с я тем, что, с цепью упрощения устройства, вычиспитепьный блок снабжен интегрирующим эпементом, выход которого и выход датчика производной контролируемого тока подкпючены ко входам первого множительного элемента, а выход датчика контролируемого тока подкпючен к первому входу второго суммирующего эпемента и к первому входу второго множительного эпемента, выход которого подключен ко второму входу Первого суммирующего эпемента, при этом датчик тока уставки защиты подкпючен ко второму входу второго суммирующего элемента, выход которого подкпючен ко входу интегрирующего элемента и ко второму входу второго множитепьного эпемента.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе:, 1. Авторское свидетельство % 384171, Мки Н 02 Н 3/08. 1971.

2. Авторское свидетельство М 148450, Мки Н 0 1 Н 71/74. 1961.

597040

Составитепь В. Костин

Редактор И. Тимофеева ТехредН. АндрейпукКорректор Л. Небопа

Заказ 1 162/52 Тираж 898 Полдисное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по депам изобретений и открытий

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

Фипиап ППП Патент", r. Ужгород, уп. Проектная, 4