Реле перегрузки

(19) (11) 51)5 Н 0 1ь Г ИЕ РЕТЕНИЯ ОПИСА К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬС асть электротехнирелейной защиты дназначено для зай, в том числе конеского транспорта, ущность изобретеержит датчик тока,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ростовский институт инженЕров желнодорожного транспорта(56) Авторское свидетельство СССРМ 828295, кл. Н 02 Н 3/08, 1978.Авторское свидетельство СССРМ 1265906, кл. Н 02 Н 3/08, 1986.Авторское свидетельство СССР1381640, кл. Н 02 Н 3/08, 1987;(54) РЕЛЕ ПЕРЕГРУЗКИ (57) Использование: обл ки. а именно - техника электрических сетей, пре щиты электрических сете тактных сетей электрич от токов перегрузки, С ния: реле перегрузки сод Изобретение относится к области электротехники, а именно к технике релейной защиты электрических сетей, и предназначено для защиты электрических сетей, в том числе контактных сетей электрического транспорта, от токов длительной перегрузки.При коротких замыканиях,. возникающих за пределами защищаемого участка сети, или же при длительных перегрузках, когда ток в линии существенно превосходит номинальное (длительно допустимое) значение, происходит чрезмерный нагрев проводов. Нагрев свыше допустимой температуры, если он продолжается достаточно долго, приводит к потере проводами механической прочности и их разрыву,.т.е. ава 08, 7/08, 5/04, Н 01 Н 83/20 первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор. Новым в реле является применение датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения, второго, третьего и четвертого сумматоров, квадратура, умножителя, делителя, функционального преобразователя напряжения и семи блоков переменного коэффициента. При изменении климатических условий автоматически меняется время срабатывания реле, в котором возможна независимая регулировка величины длительно допустимой для запрещаемой линии температуры, сопротивления проводов и их температурного коэффициента, площади единицы длины поверхности проводника, параметров аппроксимирующей зависимости коэффициента теплоотдачи, 2 ил,рии электрической сети, Для предотвращения таких аварий служат реле перегрузка- токовые реле с зависимой выдержкой времени. При этом наиболее точными в настоящее время признаны реле перегрузки (реле тока с зависимой выдержкой времени), выполненные на основе счетчиков и генераторов импульсов.Известны реле перегрузки с зависимой выдержкой времени, выполненные на основе счетчиков и генераторов импульсов; содержащие также входной блок (датчик тока), выходной орган, логические элементы, функциональный преобразователь. Их общим недостатком является неточное определение выдержки времени при перегрузках изза неучета фактических условий охлаждения10 20 30 Э 5 40 45 50 55 проводов защищаемой сети, а также отсутствие возможности независимой регулировки всех параметров реле, применительно к особенностям каждой конкретной защищаемой линии (имеются в виду такие параметры, как сопротивление, сечение, материал проводов, условия охлаждения).Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа реле перегрузки (3), Оно содержит датчик тока (входной блок), первый сумматор, первый блок переменного коэффициента (масштабный преобразователь), преобразователь напряжения в частоту и соединенные с ним счетчик числа импульсов и дешифратор (выходной блок), Недостатком известного устройства является неточное определение выдержки времени из-за неучета фактических условий охлаждения проводов защищаемой сети и отсутствия независимой регулировки всех параметров, отражающих особенности защищаемой линии и влияющих на указанную выдержку времени.Бремя-токовая характеристика прототипа определяется выражениемт =А/(1-В) (1) где 7 - время срабатывания (выдержка времени);А - постоянный коэффициент;В - длительно допустимое, значение тока для данного типа защищаемого провода, принимаемое постоянной величиной.Характеристика по указанному выражению не учитывает того обстоятельства, что В (длительно допустимое значение тока) на самом деле не является постоянной величиной, но зависит, в частности, от скорости ветра и температуры окружающей среды, Расчеты показывают, что с изменением В от указанных факторов меняется и величина А, Закон изменения А от В является достаточно сложным и учесть его схемным путем (автоматически) достаточно сложно,В предложенном устройстве используется времятоковая характеристика, определяемая выражениемг =А(-В), В=1 (2) где д - длительное. допустимое значение тока для данных конструктивного выполнения сети и климатических условий.При изменении.В в выражении (2) величина А остается практически постоянной (для электрических сетей), поэтому учет климатических условий в (2) проще, чем в (1),Целью изобретения является повышение точности работы за счет учета климатических условий и конкретных параметров защищаемой линии, влияющих на условия нагрева и охлаждения проводов,Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик тока, первый сумматор, первый блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к его выходу через счетчик числа импульсов дешифратор, дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, источник стабильного напряжения, второй, третий, четвертый сумматор, квадратор, умножитель, делитель, функциональный преобразователь напряжения, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой блоки переменного коэффициента, причем выход датчика тока присоединен через квадратор к первому входу первого сумматора, выход которого через первый блок переменного коэффициента присоединен ко входу преобразователя напряжения в частоту, источник стабильного напряжения подключен ко входам второго, третьего и четвертого блоков переменного коэффициента, датчик скорости ветра присоедийен к первому входу второго сумматора через последовательно соединенные функциональный преобразователь и пятый блок переменного коэффициента, ко. второму входу которого подключен выход второго блока переменного коэффициента, а выход присоединен к первому входу множителя через шестой блок переменного коэффициента, датчик температуры подключен первому входу третьего сумматора, ко второму входу которого присоединены выход третьего и вход седьмого блоков переменного коэффициента, а его выход через восьмой блок переменного коэффициента подключен к первому входу делителя, ко второму входу которого подключен выход четвертого сумматора, к первому и второму входу которого присоединены выходы соответственно четвертого и седьмого блоков переменного коэффициента, а выход делителя подключен ко второму входу умножителя, выход которого присоединен ко второму входу первого сумматора.Сопоставительный анализ с прототипом показывает,что заявляемое устройство отличается наличием новых блок-датчиков скорости ветра и температуры окружающей среды, источника стабильного напряжения, трех сумматоров, квадратора,. умножителя, делителя, функционального преобразователя, семи блоков переменного коэффициента,Конструктивное выполнение всех блоков известно, однако предложенные связимежду ними обеспечивают проявление нового свойства, не имеющегося у известныхустройств аналогичного назначения, Этосвойство заключается в более точном учетеопределяющих климатических и конструктивных признаков защищаемой линии, откоторых зависит выдержка времени и возможность настраивать реле по каждому изэтих признаков независимо от других. Этимобеспечивается достижение главной цели - 10повышение точности работы,На фиг.1 представлена Функциональнаясхема заявляемого устройства; на фиг.2 -экспериментально снятые зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости ветра 15для разных марок проводов,Реле перегрузки (Фиг,1) содержит следующие блоки: 1 - датчик скорости ветра;2 - функциональный преобразователь напряжения; 3, 5, 6, 9, 13, 14, 15, 20. - блоки 20переменных коэффициентов; 4, 8, 16, 19 -сумматоры, 7 - датчик температуры окружающей среды; 10 - делитель, 11 - умножитель; 12 - источник стабильногонапряжения; 17 - датчик тока; 18 - квадратор; 21 - преобразователь напряжения вчастоту. Его особенность заключается в том,что в частоту преобраэовывается напряжение только одной полярности, например,положительной; 22 "счетчик импульсов; 23 - 30дешифратор (выходной блок).Элементы 17, 19, 20,21,22, 23 относятсяк прототипу и являются известными. Остальные элементы являются новыми.Устройство работает следующим абразом.На выходе функционального преобразователя 2 формируется сигнал Ог=Чч, гдеЧ - скорость ветра; ц - показатель степени,На выходе блока переменного коэффициента 3 формируется напряжение Оз=КЗФ, гдеКз - постоянный регулируемый коэффициент, На выходе блока 5 формируется напряжение 05=У 5. На выходе сумматора .4напряжение равно 04=К 5+КзФ, а на выходе 45блока 6 - Об=Ко(К 5+КзЧч), Нэ один выходсумматора 8 поступает напряжение От - окр,где токр - температура окружающей среды,а на второй его вход напряжение Оз=К 1 зНапряжение на выходе сумматора 8 равНО ОВ=К 1 З-токр, а На ВЫХОДЕ бЛОКа 909=К 9(К 1 з-Ькр). На первый вход сумматора16 поступает напряжение 014=К 1 з К 14, а наего второй вход напряжение 015=К 15. Нзвыходе сумматора 16 напряжение равно 55016=К 15+К 1 з К 14, а на выходе делителя 10напряжение равно 01 о=К 9(К 1 з-ъокр)У(К 1 ь++К 14 К 1 з),Напряжение на выходе умножителя 11 соответственно равно 011=0601 о=Кб(КЬ+1" К 1 КгоПри изменении тока защищаемой сети, температура окружающей сети скорости ветра напряжение на выходе блока 20 изменяется по закону Ого=Кго(г) и может быть положительным или отрицательным, НапРЯжение 011 соответствУгет кваДРатУ длительно допустимого тока, д . Если в защищаемой линии начинается перегрузка, т.е,д, то напряжение Ого становитсяг гположительным и преобразователем 21 оно преобразовывается в частоту импульсов, которые заполняют счетчик 22. Реле срабатывает, когда в счетчике накопителя М импульсов. Это состояние определяется дешифратором 23, который подает в этом случае сигнал нэ отключение линии.Выдержка времени (время срабатывания защиты тс,) определяется временем накопления в счетчике 22 импульсов, т.е,= = й/г Процесс нагрева проводника ищим по немутоком описывается выремД=,е lт+ (1 е"/т)где О- перегрев проводника, т.е. прение его температуры над температурружэющей среды;. О - начальный перегревд - установившееся препературы при г= со;Т - постоянная времени нагрева;т- текущее время.При г- заимеем О= О, причемчисляется по формуле (там же)д 1 г Рго (3 +Дс)аЕ аЕгде- ток линии;г- сопротивление прго- сопротивление ипературе 0 С; роход эжен ои ок при т =0;вышение тембу вы оводчикэ;ро над н.1 ка и р и тем+КзЧя)К 9(К 13-токр)/(К 15+К 1 зК 14). Это напряжение поступает на один из входов сумматора 19; на второй вход которого поступает напряжение 01 а=, где- ток защищаемойглинии. На выходе сумматора 19 напряжение равно 019-.01 э, а на выходе блока 20 напряжение Ого=Кго 019=Кго(0 18-011). На выходе преобразователя напряжения в частоту 21 частота равна 1"КгОго=КгКго(01 в), где К 1 - постоянная или- температурный коэффициент сопротивления;с - температура проводника,а - коэффициент теплоотдачи;Р - площадь поверхности проводника.Полагая, что длительнодопустимой температуре тд соответствует длительно допустимый токд, получаем 92(6) Коэффициен не рабочих темпе от температуры его величину пр от температуры ментальная зави та от ветра для р на фиг.2, Она хор ражением ттеплоотдачи ав диапазоратур длительного режима меняется незначительно и иближенно можно считать , не зависящей, Эксперлсимость этого коэффициеназных проводов приведена ошо аппроксимируется вы+ЬЧ Так, например, для провода МФ 10меем а,5, Ь,5, с 1-0,6 и расчетные тои для этих условий показаны на фиг.2. Подставив (7) в (6), получим(8 Обозначим: тд=К 1 з, а=Кв; Ь=Кз; Г-К 6, г/Кэ; с-К 15;Р-К 14. 8 этом случае выражение (8) становится тоджественным напряжению 011, откуда следует 011=1 д . ОбозначимгА-ЙУК 1 Кго, в этом случае вместо (4) получимвыражение (2), определяющее характеристику реле, Эта характеристика автоматически учитывает климатические условия охлаждения провода и может настраиваться на определяющие эти условия факторы независимо друг от друга. Такими фактора-.ми являются длительно допустимая температурагд, сопротивление проводника го.иего температурный коэффициент ф, площадь поверхности проводника Р, параметры а, Ь, и о коэффициента теплаотдачи,Положительный эффект заключается вувеличении точности работы реле за счет учета климатических условий и условий ох.лаждения конкретного провода, на каждое из которых реле настраивается независимо от других факторов. Более точная работа па сравнению с прототипом обеспечивает такие преимущества, как более надежную защиту перегрузки и повышение устойчивостиэлектроснабжения потребителей,5 Формула изобретенияРеле перегрузки, содержащее датчик, тока, первый сумматор, первый. блок переменного коэффициента, преобразователь напряжения в частоту и присоединенный к 10 его выходу через счетчик числа импульсовдешифратор, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы за счет учета климатических условий и конкретных параметров защищаемой линии, влияющих 15 на условия нагрева и.охлаждения проводов, в него дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, источник стабильного напряжения, второй; третий и четвертый 20 сумматоры, квадратор, умножитель, дели-тель, функциональный преобразователь напряжения, с второго.по восьмой блоки переменного коэффициента, при этом выход датчйка тока присоединен через квад ратор к.первому входу первого сумматора,выход которого через первый блок переменного коэффициента присоединен к входу преобразователя напряжения в частоту, источник стабильного напряжения подключен ЗО к входам второго, третьего и четвертогоблоков переменного коэффициента, датчик скорости ветра присоединен к первому входу второго сумматора через последовательно соединенные функциональный пре образователь:и пятый блок переменногокоэффициента, к второму входу которого подключен выход второго блока переменного коэффициента, а его выход присоединен к первому входу умножителя через шестой 40 блок. переменного коэффициента, датчиктемпературы подключен к первому входу третьего сумматора, к второму входу которого присоединены выход третьего и вход седьмого блоков переменного каэффициен та, а его выход через восьмой блок переменного коэффициента подключен к первому входу делителя, ко второму входу которого подключен выход четвертого сум- .матора, к первому и второму входам кото рого присоединены выходы соответственночетвертого и седьмого блоков переменного коэффициента, а выход делителя подключен к второму входу умножителя, выход котораго присоединен к второму входу. первого 55 сумма. тора.1772858 г. и/ ов Корректор М. Тк Иванова ак каз 3849 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Ю бО Риг оставитель Е. Фиехред М Моргента