Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока

(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторско и технологический институт низковольтного аппаратостроения (2) В.К.Райнин, З.К.Карась, Я.И.Михлииа и Л.И.Днк(56) Авторское свидетельство СССР В 743098, кл. Н 02 Н 3708, 1977.Авторское свидетельство СССР ,9 1267522, 1 сл. Н 02 Н И 08, ИВ 5. ГОСУ 11 АРСТЕН 1"11 й НОМИТЕТ .ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СПИ САНИН АВТОРСКОЮ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ В СЕТИ ПЕРЕИЕННОГОТОКА(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствамрелейной защиты. Целью изобретенияявляется аовышенне чувствительностиустройства защиты от одиофазных коротких замыканий при использовании в качестве датчиков тока трансформаторовтока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с нрямоугольной петлейгистереэиса. Цель достигается путем1520620 обеспечения более высокой степени симметрии работы трасформаторов тока за счет исключения влияния динамического сопротивления входных цепей си 5 ловых ключевых элементов в разные полупериоды и от образца к образцу, что приводит к существенному снижению величины токовой погрешности трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами с прямоугольной петлей гистерезиса в рабочей зоне первичныхтоков. 3 ил.1Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам релейной защиты, 15Цель изобретения - повьппение чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий.при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными 20 магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса.На фиг,1 представлена принципиальная электрическая схема устройства; 25 на фиг.2 - схема силового ключевого элемента; на фиг.З - схема включения излучателей оптронных тиристоров силовых ключевых элементов.Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока содержит трансформаторы 1 тока по числу фаз сети, к началам вторичных обмоток которых подключены первые выводы измерительных резисторов 2, вторые выводы которых объединены. Концы вторичных обмоток трансформаторов 1 тока подключены к входам силового выпрямителя 3, к выходам которого через разделительные диоды 4, каждый иэ ко" 40 торых включен согласно с соответствующей группой силового выпрямителя 3, подсоединены накопительные конденсаторы 5. Первая обкладка одного накопительного конденсатора 5 подключе на к катоду тиристора б, анод которого через обмотку 7 электромеханичес" кого исполнительного органа соединен с первой обкладкой второго накопительного конденсатора 5. Вторые обкладки конденсаторов 5 соединены между собой и подключены к общей точке схемы - объединенным вторым выводам измерительных резисторов 2, первые выводы которых, подключенные к началу вторичных обмоток трансформаторов тока,подключены также к трем входам органа 8 контроля тока, четвертый вход которого подключен к общей точке схемы, пятый вход органа 8 контроля тока подсоедине к катоду тиристора б, управляющий электрод которого подключен к первому выходу органа 8 контроля тока, второй выход которого соединен с первой обкладкой второго накопительного конденсатора 5. К концам вторичных обмоток трансформаторов 1 тока подключены силовые ключевые элементы 9 по числу Фаз сети, выходы которых включены между соответствующими входами силового выпрямителя 3 и общей точкой схеьи. Силовые ключевые элементы 9 выполнены в виде тиристорных оптронов, содержащих излучатели 10, соединенные последовательно, и фотоприемники 11, включенные попарно встречно-параллельно.Устройство также содержит блок 12 управления, при этом излучатели 10 подключены между точкой соедицения анодной группы силового выпрямителя 3 и анода стабилитрона 13 и коллектором дополнительного транзистора 14, Стабилитрон 13 и дополнительный транзистор 14 образуют пороговый орган блока 12 управления силовыми ключевыми элементами 9, Дополнительный транзистор 14, к коллектору которого подсоединен первый вывод излучателей, подключен базой к катоду стабилитрона 13, а эмиттером - к коллектору транзисторного ключа 15 блока 12 управления, Последовательно соединенные стабилитрон 13 и база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 14 зашунтированы цепочкой из двух последовательно и согласно включенных второго диода 1 б и первого диода 17, общая точка второго диода 1 б и первого диода 17 подключена к общей точке схемы, а анод первого диода 17 - к аноду, стабилитрона 13 и второму выводу излучателей 10 тиристорных оптронов. Катод второго диода 16 подключен к коллектору транзисторного ключа 15. Транзистор 18, управляющий транзистор5 152062ным ключом 15, подключен эмиттером каноду второго диода 16, к которомутакже подключена общая точка схемы,коллектором через третий резистор 19 -к базе транзисторного ключа 15, базойчерез. второй резистор 20 - к точкесоединения катодной группы силовоговыпрямителя 3 и эмиттера транзисторного ключа 15, а через первый реэистор 21 - к точке соединения анодной.группы силового выпрямителя 3 и первого диода 11,Третий диод 22 подключен анодом кточке соединения эмиттера улравляющего транзистора 18, второго диода 16и первого диода 7, а катодом - кточке соединения второго вывода первого резистора 21, первого выводавторого резистора 20 и базы управляющего транзистора 18. Четвертый резистор 23 подключен первым выводом к точке соединения базы транзисторногоключа 15 с третьим резистором 19, авторым выводом - к точке соединения 25.второго вывода второго резистора 20е эмнттером транзисторного ключа 15.Первый вывод второго резистора 2 О соединен с базой управлякщего транзистора 18. При этом сопротивления тре Отьего резистора 19 и второго резистора 20 разны между собой, а сопротивление первого резистора 21 равно половине величины сопротивления второгорезистора 20,Устройство работает следующим образом.Так как схема симметрична, то рассмотрим ее работу в один полупериоддля одной из фаз. В начале каждого . ,Ополупериода вторичного тока происходит подэаряд через силовой выпрямитель 3 и один из разделительных диодов 4 соответствующего накопительногоконденсатора 5. При этом силовой ключевой элемент 9 закрыт. Как тольконапряжение на накопительном конденсаторе 5 превысит уровень напряжениястабилизации стабипитрона 13, включается дополнительный транзистор 14,включенный по схеме с общей базой, ивозбуждаются все излучатели 10 оптронных тиристоров силовых ключевых элементов 9, что приводит к включениюодного из пары закрытых оптронныхтиристоров, т.е. к включению силового ключевого элемента 9,Включаясь, силовой ключевой элемент 9 эакорачнвает вторичную обмот 0 6ку соответствующего трансформатора 1 тока на измерительный резистор 2. При изменении полярности вторичного тока силовой ключевой элемент 9 выключается и описанный процесс повторяется для другого накопительного конденсатора 5, заряженного до напряжения противоположной полярности, и другого иэ пары закрытых оптронных тиристоров.Ток протекает по измерительному резистору 2 независимо от коммутационного состояния силового ключевого элемента 9. Напряжение на измерительном резисторе 2, пропорциональное величине первичного тока фазы, поступает на вход органа 8 контроля тока, который в аварийной ситуации (перегрузка, междуфаэное,или однофазное короткое замыкание, обрыв фазы) подает по заданной программе команду на включение тиристора 6, и оба накопительных конденсатора 5, включенные последовательно, разряжаются на обмотку 7 электромеханического испол" нительного органа.Контроль напряжения на каждом из двух накопительных конденсаторов 5 осуществляется с помощью стабилнтрона 23. Вследствие того, что дополнительный транзистор 14 включен по схеме с общей базой, вольтамперные характеристики излучателей 10 не влияют на порог срабатывания блока 12 управления.В однофаэном и трехфаэном режимах контроль напряжений на конденсаторах в каждый лолупериод первичного тока выполняется раздельно.В положительный полупериод стабилитрон 13 подключается к накопительному конденсатору 5 через соответствующий разделительный диод 4, первый диод 17 блока 12 управления, базазмиттерный переход транзистора 14 и открытый транзисторный ключ 15.Насыщенное состояние транзистора 5 обеспечивает управляющий транзистор 18, отпираемый током, протекающим через второй резистор 20 блока 12 управления, второй диод 16 прн этом заперт.В отрицательный полупериод первичного тока стабилитрон 3 контролирует уровень напряжения на другом накопительном конденсаторе 5, подключаясь х нему через база-эмиттерный переход дополнительного транзистора 14, 1520620открытый второй диод 1 б и соответствукнций разделительный диод 4. Первыйдиод 17 при этом закрыт. Транзисторный ключ 15 тоже закрыт, поскольку за",крывается управляющий транзистор 18током смещения, протекающим черезтретий открытый диод 22 и первый резистор 21 смещения.Сопротивления третьего резистора19 и второго резистора 20 равны между собой и в два раза превышают сопротивление первого резистора 21. Такое соотношение должно выполнятьсядля обеспечения правильного функцио"нирования схемы в двухфазном режимеработы. В этом режиме работы из-эасдвига фаэ на 180 подзаряд обоихнакопительных конденсаторов 5 происходит одновременно, Контроль напряжения на накопительных конденсаторах5 в этом режиме обеспечивается с помощью транзисторного ключа 15 блока12 управления, настроенного на приоритетный контроль напряжения на конденсаторе, заряжаемом отрицательнойполуволной тока. Поскольку коэффициент пульсаций напряжения на накопительных конденсаторах 5 достаточномал, принятое соотношение сопротив- .лений резисторов второго 20 и первого 21 обеспечивает такой приоритетэа счет запнрания управляющего трав"зистора 18, что приводит к запнраниютранзисторного ключа 15.При срабатывании блока 12 управления включаются оба силовых ключевых элемента 9 (в обеих фазах), таккак все излучатели включены последовательно, Симметрия включения обеспечивается равенством по абсолютнойвеличине) мгновенных значений токовв двухфазном режиме.Поэтому как только, включается соответствующий оптронный тиристор силового ключевого элемента 9 фазы,где ток имеет отрицательную полярностьуправляющий транзистор 18 открывается, вызывая отпирание транзисторногоключа 15, а стабилитрон 13 переключается на контроль напряжения на второмнакопительном конденсаторе 5, подзаряжаемом положительной полуволной тока,В предлагаемом устройстве при использовании тороидальных трансформато 55ров тока с прямоугольной петлей гистерезиса обеспечивается симметрия нагрузки в оба полупериода, Указанная симметрия нагрузки достигается за ,счет исключения влияния динамическихсопротивлений управляющих переходовсиновых ключевых элементов, котороенаблюдается при использовании симисторон. Динамическое сопротивлениеуправляющего перехода симистора также изменяется от образца к образцувследствие технологического разброса параметров.Формула изобретения Устройство для токовой защиты от повреждений в сети переменного тока, содержащее трансформаторы тока по числу фаз сети, к началам вторичных обмоток которых подключены три входа органа контролятока н первые выводы измерительных резисторов, вторые выводы которых объединеаы и подключены к четвертому входу органа контроля тока, первый выход которого подключен к управляющему электроду тиристора, катод которого подключен к пятому входу органа контроля тока и первой обкладке накопительного конден-, сатора, вторая обкладка которого подключена к общей точке измерительных резисторов, анод тиристора через обмотку электромеханического измерительного органа соединен с вторым выходом органа контроля тока и первой обкладкой второго накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к объединенным вторым выводам измерительных резисторов, к концам вторичных обмоток трансформаторов тока, подключены входы силового вьпрямителя, силовые ключевые элементы по числу фаэ сети, выходы которых включены между соответствую" щнми входами силового выпрямителя и общей точкой измерительных резисторов, блок управления, выполненный в виде трех диодов, транзисторного ключа, управляющего транзистора, четырех резисторов и порогового органа иа стабилитроне, при этом первый и второй диоды соединеиы между собой последовательно, анод первого диода подключен к первому выводу первого резистора, катод второго диода - к коллектору транзисторного ключа, а точка соединения первого и второго диодов подключена к аноду третьего диода, катод которого подключен к точке соединения второго вывода первого резистора первого вывода второго ре-,520620 О г.Р Составитель Л. Воропаеваедактор А,Мотыль Техред М, Ходанич Корректор О. Кравцов Заказ 6767/55 Тираж 608ВНИИХИ Государственного комитета по изобрете113035, Москва, Ж, Раушск Подписное и открытиям при ГКНТ СССР б д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор арина, 101 л зистора и базы управляющего транзистора, эмиттер которого подключен к общей точке измерительных резисторов, коллектор через третий резистор подключен к первому выводу четвертого5 резистора и к базе транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с вторыми выводами второго и четвертого резисторов, причем сопротивления второго и третьего резисторов равны между собой, а сопротивление первого резистора равно половине величины сопротивления второго резистора, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства защиты от однофазных коротких замыканий при использовании в качестве датчиков тока трансформаторов тока с тороидальными магнитопроводами, выполненными из высококачественных пермалоев с прямоугольной петлей гистерезиса, в устройство дополнительно введены два разделительных диода,причем через соответствующий разделительный диод, включенный согласнос соответствующей группой силовоговыпрямителя, каждый накопительныйконденсатор подключен к выходу силового выпрямителя, силовые ключевыеэлементы выполнены в виде тнристорныхоптронов, излучатели которых соединены последовательно, фотоприемникипопарно встречно-параллельно, в пороговый орган блока управления дополнительно введен транзистор, эмиттеркоторого соединен с коллектором транзисторного ключа, эмиттер которогоподключен к катодной группе силовоговыпрямителя, а коллектор дополнительного транзистора соединен с первымвыводом излучателей тиристорных оптронов, база - с катодом стабилитрона,анод которого, анод первого диода ивторой вывод излучателей тиристорныхоптронов объединены и подключены канодной группе силового выпрямителя.