Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока с генератором

Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока с генератором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик (щ 896709 (61) Дополнительное к 88 Y. сеид-ву (22) Заявлено 300480 (21) 2919582/24-07 с присоединением заявки HP (23) Приоритет (51) М. Кл.

Н 02 Н 3/08

Государственный аоинтет

СССР нО дмаи нзобретеннй н открыти й

Опубликовано 0701.82. Бюллетень HB 1 (5Ц УДК621.316.

925(088 8) Дата опубликования описания 070182 (72) Авторы изобретения

В.К.Ванин, И.И.Леонов и С.С.Сарыч

1 /

Ленинградский ордена Ленина политв4ниче1кий институт им. М.Н.Кииннинн (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗМЦИТЫ ОТ СВЕРХТОКОВ

И ПЕРЕГРУЭОК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА С ГЕНЕРАТОРОМ

Изобретение относится к электро- технике, а именно g релейной защите генераторов от тепловых повреждений, вызванных симметричными перегрузками (по току и по напряжению).

Известны устройства, осуществляющие аналогичные функции, выполненные на различной элементной базе. Многие из них не обеспечивают необходимую точность слежения за тепловым режимом генератора, за счет отказа от учета некоторых факторов (например, рассматривается только адиабатический процесс нагрева элементов конструкции генератора), часть устройств не соответствует современным требованиям к релейной защите генераторов.

Так, применяемая в качестве защиты от симметричных перегрузок обмотки статора генератора максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени, которая осуществляется одним токовым реле, включенным на ток одной фазы, и реле времени, действующая на сигнал, не позволяет определять допустимое время работы генератора в зависимости от кратности перегрузки, а также не предусматривает возможность действия на разгрузку и отключение генератора 1 1 ).

Цифровое реле Т Х-105 с зависимой характеристикой времени срабатывания имеет ограниченный по времени диа5 пазон работы (10-300 с) и.нри перегрузках малой кратности генератор будет отключаться .раньше допустимого времени перегрузки согласно тепловой характеристики генератора. 1;роме того, реле не учитывает отдачу тепла в окружающую среду (2 ).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство защиты от сверхтоков и перег15 рузок, содержащее входные преобразователи ток - напряжение, фильтр симметричных составляющих, формирова.тель модуля, функциональный преобразователь, интегратор, детектор уров20 ня, выходной блок, блок отсечки (3).

Недостатки известного устройства заключаются в том, что не учитывает" ся влияние потерь в стали статора на нагрев обмотки статора, влияние отвода тепла от обмотки статора на ее температуру, влияние температуры окружающей среды на допустимую длительность перегрузки.

Цель изобретения — расширение

ЗО функциональных возможностей путем

896709

Q=K Z + Ка"+ ° где I>- ток статора о.е.;

U — напряжение статора о.е.;

К, и К вЂ” коэффициенты пропорциональности

Определяя превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды как разность между

65 увеличения допустимого времени работы генератора с перегрузкой.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно преобразователи напряжениенапряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установленным на линейных выводах генератора, второй совмещенный фильтр, входы которого подключены к выходам преобразователей напряжение — напряжение, второй формирователь модуля, !О вход которого подключен к выходу второго совмещенного фильтра, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля сумматора,согла- 15 сующий преобразователь температура— напряжение, входы которого подключены к датчикам температуры на входе в обмотку статора и выходе из нее охлаждающей среды, первый выход которого соединен с третьим входом интегратора-сумматора, а второй выход — с входом выходного блока, и три сигнальных компаратора, вход первого подсоединен к выходу первого формирователя модуля, вход второго — к выходу второго формирователя модуля, а вход третьего — к входу выходного блока, состоящего из блока разгрузки и порогового выходного блока.

1 30

Положив в основу анализа процесса нагревания обмотки статора теорию нагревания однородного твердого тела, на основании закона сохранения энергии можно записать дифференциальное уравнение следующего вида:

Qd t G. c d®+S Л ®d t, (1) где Q — количество теплоты, получаемое обмоткой в единицу времени, Вт, 40

G — масса обмотки, кг с — удельная теплоемкость обмотки, Дж/кг град, ® — превышение температуры обмотки над температурой окружаю- 4 щей среды в бесконечно малом интервале времени, С," площадь обмотки, м2; коэффициент теплоотдачи с поверхности, Вт/м град . 0 а

Учитывая, что количество теплоты, получаемое обмоткой статора, пропорциональное потерям в меди (в свою очередь пропорциональным квадрату тока статора) и потерям в стали (пропорциональным квадрату индукции или квадрату напряжения), то температурами охлаждающей среды на входе в обмотку и выходе из нее (Н) = вьюг с вх. запишем уравнение (1) в следующем виде

de =(К,1„+К u„) — Ю вЂ” — („,„-с„1д, 5Л. (2)

G ° с где „=Т - тепловая постоянная обмотки статора.

Считая Тсопьс и интегрируя уравнение (2), получим

5 ао х„,(,*.„" Ä)d<

Дн, 1- (живых эх)

*,, К, 0 где К Ь-Р

g K1. к =--, Я, допустимое превышение температурй обмотки статора над температурой окружающей среды, ® — превышение температуры охлажР дающей среды на входе в обмотку над нормированной температурой охлаждающей среды.

На чертеже представлена блок-схема устройства защиты обмотки статора от перегрева.

Устройство содержит преобразователи 1-3 напряжение — напряжение, преобразователи 4-6 ток — напряжение и согласующий преобразователь (СП) 7 температура — напряжение, совмещенные фильтры (СФ) 8-9, формирователи

10 и 11 модуля (ФИ) рабочего сигнала, функциональные преобразователи (ФП)

12 и 13, интегратор-сумматор (ИС ) 14, сигнальные компараторы (К) 15-17, выходной блок, в состав которого входят блок 18 разгрузки (HP) и пороговый выходной блок (ПВБ) 19.

При неработающей машине сигнал на входе йнтегратора-сумматора равен О.

При включении машины в работу и наборе нагрузки на 1-м и 2-м входах ИС

14 появляются сигналы, пропорциональные выделяемому в обмотке в единицу времени количеству теплоты от потерь в стали и в меди. На выходе ИС 14 происходит возрастание сигнала, пропорциональное росту превышения температуры обмотки над температурой окружающей среды.

С течением времени происходит возрастание разности (СВЫ - СВх) и увеличение теплоотдачи обмотки. При этом, так как сигнал (Звцz- бвх) подается на

3-й вход интегратора с полярностью,противоположной сигналам, подаваемым на 1-й и 2-й выходы интегратора 14, 896709 замедляется рост напряжения на выхоце HC 14. Наконец, когда сигнал, пропорциональный разности (Вых- Гвх), поступающий на 3-й вход ИС 14, станет равный сумме сигналов, поступающих на входы 1 и 2 ИС 14, наступит равновесие,при этом сигнал на входе

ИС 14 пропорционален установившемуся превышению температуры обмотки

|над температурой окружающей среды. Сигнал с выхода ИС 14 поступает на вход БР 18, формирующего сигнал на развозбуждеиие, где сравнивается с сигналом установки 0„ и сигналом, пропорциональным ® (c второго выхоца согласующего преобразователя

7 температура — напряжение). Сигнал уставки 0 пропорционален превышению температуры обмотки в номинальном режиме.

Одновременно сигнал с выхода ИС

14 поступает на вход ПВБ 19, где.. 20 .сравнивается с сигналом уставки U и сигналом, пропорциональным Яо . Сигнал уставки Бу пропорционален максимально допустимому превышению температуры обмотки статора над температурой окружающей среды °

При возникновении перегрузки обмотки статора током или увеличении потерь в стали, сигнал на выходе ИС

14 увеличивается пропорционально рос- ЗО ту превышения температуры обмотки статора. При этом возможны два режимаг длительный режим перегрузки обмотки током небольшой кратности, при котором за счет увеличения разности(C8Ы (Г,)учитывается отвод тепла от обмотки в окружающую среду, при этом сигнал на выходе ИС 14 возрастает по экспоненциальному закону„ кратковременный режим перегрузки обмотки током большей кратности, при 40 котором существенного изменения раз- . ности(бВц - Ц х) не происходит и, таким образом, отвод тепла в окружающую среду не учитывается (адиабатический процесс). При этом сигнал на выходе ИС 14 возрастает практически по линейному закону.

Сигнал на выходе БР 18, равный

"вьп4в="вмх44 "ю - "вых 7> 50 поступает на устройство развозбужде. ния генератора. Этот сигнал пропорционален величине перегрузки.

Если возбуждение не снимает перегрузку и сигнал на выходе ИС 14 будет продолжать увеличиваться, то через некоторое время сработает ПВБ

19, условие срабатывания которого

Вихф4 V 9 U вых7 у и сформирует сигнал на отключение генератора. Введение сигнала, про- бО порционального Н о (Овых ), позволяет выполнить коррекцию допустимого превышения температуры обмотки статора в зависимости от температуры окружающей среды. 65

Сигнальные компараторы К 15 — 17 предназначены для формирования.сигнала о превышении контролируемыми величинами их номинальных значений.

Предлагаемое устройство позволяет при перегрузках малой кратности более длительное время сохранить генератор в работе при обеспечении его безопасности.

Учетом потерь в стали, а также влияние температуры окружающей среды на нагрев обмотки статора позволяет более полно контролировать тепловой режим обмотки статора генератора.

Применение предлагаемого устройства облегчает работу обслуживающего персонала, так как устройство s зависимости от режима работы и температуры окружающей среды может автоматически корректировать заданные уставки и осуществлять разгрузку генератора пропорционально величине перегрузки, а при необходимости и

его отключение.

Отмеченные преимущества предла. — .. гаемого устройства позволяют полностью использовать перегрузочные способности генератора при обеспечении надежности его работы и облегчают действия обслуживающего персонала.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от сверхтоков и перегрузок в электрической сети переменного тока с генератором, содержащее преобразователи ток — напряжение, входы которых подсоединены к выходам трансформаторов тока, установленным в нулевых выводах генератора, первый совмещенный Фильтр, входы которого подключены к выходам преобразователей ток-напряжение, первый формирователь модуля, вход которого подключен к выходу первого совмещенного фильтра, первый функциональ. ный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого формирователя модуля, интегратор-сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, выходной блок, вход которого подключен к выходу интегратора-сумматора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем увеличения допустимого времени работы генератора с перегрузкой,в него введены дополнительно преобразователи напряжение — напряжение, входы которых подключены к трансформаторам напряжения, установленным на линейных выводах генератора, второй совмещенный фильтр, входы которого подключены к выходам преобразователей напряжение — напряжение, второй

896709 гипл (I rI >„) р Ооь Цжбение

ОткмЬчеиие

CuzHuA 6л

Редактор С.Крупенина

Заказ 11720/42 ТиРаж 669 вНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4 формирователь модуля, вход которого подключен к выходу второго совмещенного фильтра, второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго формирователя модуля, а выход подсоединен к второму входу интегратора-сумматора, согласующий преобразователь температура — напряжение, входы которого подключены к датчикам температуры на входе в обмотку статора и выходе из нее охлаждающей среды, первый выход которого соединен с третьим входом интегратора-сумматора, а второй выход — с входом выходного блока, и три сигнальных компаратора, вход первого подсоединен к выходу первого формирователя модуля, вход второго — к выходу второго формирователя модуля, а вход третьего — к входу выходного блока.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выходной блок состоит из блока разгрузки и порогового выходного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. M. "Энергия", 1976, с.400-401.

2. Pelay and Protection Schemes

СН-ES31-02Е. Brown Bovery g Соврапу, Ltd. Baden (Switzer1and).

15 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2599511/24-07, кл. Н 02 Н 7/08, 1979.