Устройство для защиты нагрузки трехфазного тока от неисправностей в питающей сети

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 786 А ЕСПУБЛИК 5 Н 02 Н 3/ ИЗОБРЕТ И итут нени разо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР М 754550, кл. Н 02 Н 3/24, 1980.Авторское свидетельство СССР В 1185475, кл. Н 02 Н 3/24, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАГРУЗКИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ОТ НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ(57) Использование: для защиты потребителя от изменения напряжения в каждой фазе трехфазной сети сверхзаданных значений, от перегрузки по току, от неправильной последовательности фаз и от обрыва любой из фаз, Сущность изобретения: за счет примея в устройстве квадратических преобвателей напряжения 1,2,3 и тока 4,5,6,вырабатывающих сигналы, пропорциональные среднеквадратическим значениям напряжения и тока, которые с помощью компараторов 18,19,20,21 сравниваются с эталонным напряжением источника опорного напряжения 22 и воздействуют на исполнительный орган 23, если контролируемые напряжения и токи выходят за пределы номинальных значений. Устройство также осуществляет защиту от неправильной последовательности фаз контролируемой сети, а также от обрыва любой из фаз благодаря применению фазочувствительного блока 24, выполненного на трехфаэной фазочувствительной цепи - двух резисторах и конденсаторе, соединенных звездой и включенной в трехфазную сеть, а в качестве исполнительного элемента фаэочувствительного блока - оптоэлектронной пары, которая своим выходом связана с входом компаратора напряжения. 1 ил, 145 10 15 20 25 30 40 45 Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано длязащиты нагрузки трехфазного тока при отклонении напряжений орт номинальныхзначений, от неправильнс: последовательности фаз, от обрыва любой из фаз, от перегрузки по току в каждой фазе.Известно устройство для защиты аппаратуры от неисправностей в трехфазной сети.Недостатки известного устройства характеризуютсянизкой точностью срабаты. вания защиты и ограниченной областьюприменения,Наиболее близким к изобретению является устройство для защиты аппаратуры отнеисправностей в трехфазной сети, содержащее первый, второй и третий выпрямители, входами подключенные к фазам А, В, Сконтролируемой сетиа выходами соответственно через первый, второй, третий блокистабилизации - к первому, второму, третьему делителям напряжения, каждый из которых шунтирован сглаживающимконденсатором, и первыми выходами подключены к неинвертирующим входам соответственно первого, второго, третьегокомпараторов, выходы которых соединеныс входами исполнительного органа; к соответствующему входу которого подключенвыход четвертого компаратора, кроме того,в устройстве имеются два источника опорного напряжения; источник питания, триимпульсных усилителя, пороговый усилитель, две диодных сборки, транзисторныйключ, функционально связанные диоды ирезисторы и ВС-цепь.Недостатки известного устройства заключаются в его сложности, низкой точности срабатывания защиты, в ограниченныхфункциональных возможностях, Например,компенсация погрешности контроля действующего значения напряжения фазы приналичии нелинейных искажений в питающей сети в известном устройстве реализуется с помощью блоков стабилизации,выполненных в виде резонансных С контуров, настроенных на частоту 2-й гармоникипитающей сети, которые, имея большие габариты и массу, не обеспечиваютфункционального преобразования среднеквадратического значения напряжения впостоянное напряжение, что вызывает повышенную погрешность срабатывания защиты при наличии нелинейных искажений вконтролируемой сети. Кроме того, известное устройство содержит громоздкую схемуиз трех импульсных и одного пороговогоусилителей, обеспечивающих защиту отпропадания фазы, что усложняет устройство и снижает его надежность, чему способствует также наличие двух источников опорного напряжения. Кроме того, известное устройство не обеспечивает защиту от неправильной последовательности фаз от перегрузки по току.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности срабатывания защиты.Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее исполнительный орган, четыре компаратора напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами исполнительного органа, источник питания, источник опорного напряжения, выход которого соединен с инвертирующими входами 1-го, 2- го,З-го компараторов напряжения, диодную сборку, выполненную по схеме ИЛИ, и три делителя напряжения, имеющие по одному входу и по два выхода, причем вторые выходы делителей соответственно соединенные с первым, вторым и третьим входами диодной сборки, дополнительно вводят первый, второй и третий квадратические преобразователи напряжения, первый, второй и третий квадратические преобразователи тока, четвертый, пятый и шестой делители напряжения, первый, второй, третий и четвертый интеграторы и фазочувствительный блок, при этом входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей соответственно соединяют с зажимами фазных напряжений первой, второй и третьей фазы контролируемой сети, а выходы квадратических преобразователей напряжения соответственно соединяют с входами первого,второго и третьего делителей напряжения, первые выходы которых соответственно соединяют с входами первого, второго и третьего интеграторов, выходы которых соответственносоединяютс неинвертирующими входами первою, второго и третьего компараторов; входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединяют с токовыми зажимами первой, второй и третьей фазы контролируемой сети, а выходы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединяют с входами четвертого, пятого и шестого делителей напряжения, выходы которых соответственно соединяют с четвертым, пятым и шестым входами диодной сборки, выход которой соединяют с входом четвертого интегратора, выход которого соединяют с инвертирующим входом четвертого компаратора напряжения, неинвертирующий вход которого соединяют с выходом источника опорного напряжения; первый, второйи третий входы фазочувствительного блока соответственно подключают к первой, второй и третьей фазам контролируемой сети, а выход фазочувствительного блока соединяют первым выводом с выходом источника питания, а вторым выводом - с выходом диодной сборки; причем фазочувствительный блок выполняют на терморезисторе, конденсаторе, диоде и оптроне; которые соединяютт следующим образом: первые выводы терморезистора, резистора и конденсатора соответственно соединяют с первым, вторым и третьим входами фазочувствительного блока, вход оптрона; параллельно которому встречно включен диод, соединяют первым выводом с вторым выводом терморезистора, а вторым выводом - с точкой соединения вторых выводов резистора и конденсатора, а выход оптрона соответственно соединяют с выходом фазочувствительного блока.На чертеже приведена схема устройства для защиты нагрузки трехфазного тока от неисправностей в питающей сети. Устройство содержит три квадратических преобразователя напряжения 1,2,3 и триквадратических преобразователя тока 4,5,6, шесть делителей напряжения 7,8,9,10,11,12, диодную сборку 13; четыре интегратора 14,15,16,17; четыре компаратора напряжения 18,19,20,21, источник опорного напряжения 22; исполнительный орган 23, фазочувствительный блок 24 и источник питания 25,Устройство работает следующим образом,При номинальных значениях фазных напряжений на неинвертирующих входах компараторов напряжения 18,19,20 устанавливается напряжение большее, чем на инвертирующих входах этих компараторов, а на инвертирующем входе компаратора 21 устанавливается напряжение меньшее, чем на неинвертирующем. В этом случае на входах всех четырех компараторов устанавливаются напряжения высоких уровней, которые разрушают включение исполнительного органа 23 для подачи трехфазного напояжения в нагрузку, Если напряжение любой фазы не соответствует номинальному значению, например. в фазе А менее допустимого значения, то на неинвертирущем входе компарэтора 18 устанавливается напряжение меньшее, чем на инвертирующем, что приводит к установлению на выходе компаратора 18 напряжения низкого уровня, которое приводит исполнительный орган 23 в состояние отключения. При повышенном напряжении в любой фазе на инвертирующем входе компаратора 215 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 устанавливается напряжение большее, чем на неинвертирующем входе этого компаратора, что приводит к установлению на выходе компаратора 21 напряжения низкого уровня. отключающего исполнительный орган 23.При токовой перегрузке в любой из фаэ на выходах квадратических преобразователей тока 4,5.6 формируются напряжения, которые через делители 10,11,12 и диодную сборку 13 поступают на инвертирующий вход компаратора 21, и при превышении напряжения на инвертирующем входе компаратора 21 уровня напряжения на неинвертирующем входе нв.выходе компаратора 21 устанавливается низкий уровень напряжения, отключающий исполнительный орган 23.При правильной последовательности фаз в фазочувствительном блоке 24 входной ток оптрона недостаточен для срабатывания последнего, поэтому выходной каскад оптрона находится в выключенном состоянии, не воздействуя на компаратор 21 и не отключая исполнительный орган 23,При неправильной последовательности фаз входной ток оптрона в значительной степени возрастает, и отпирает выходной каскад оптрона, который подает напряжение питания от источника питающего напряжения 25 на инвертирующий вход компаратора 21, что приводит к отключению исполнительного органа 23.Квадратические преобразователи 1,2.3,4,5,6 в совокупности с делителями 7,8,9,10,11.12 и интеграторами 14,15,16,17 осуществляют преобразование среднеквадратических значений переменных напряжений и токов в пропорциональные постоянные напряжения, управляющие компараторами 18,19,20,21. Кроме того, интеграторы 14,15,16,17 обеспечивают временную задержку срабатывания защиты при кратковременных нестабильностях в контролируемой сети. Диодная сборка 13, выполненная на диодах, соединяемых.по схеме ИЛИ, объединяет сигналы, сформированные на выходах делителей 7,8,9,10,11,12 при превышении напряжений или токов в любой фазе контролируемой сети,Источник опорного напряжения 22 формирует опорное напряжение для подачи на входы компараторов 18,19.20,21, а источник напряжения питания 25 формирует напря- . жение, питающее элементы схемы устройства.Положительный эффект от предлагаемого изобретения заключается в повышенной точности срабатывания защиты эа счет применения среднеквадратических преоб 1775786разователей напряжения и тока, в расширении функциональных воэможностей устройства, обеспечивающих дополнительнозащиту от токовой перегрузки и от неправильной последовательности фаз.В процессе разработки устройства былизготовлен и испытан лабораторный макет,выполненный на следующих элементах:1,2,3 - квадратические преобразователи напряжения, состоящие из входных резистивных делителей и перемножителей типаК 525 ПС 2;4,5,6 - квадратические преобразовате ли тока, состоящие из трансформаторов тока, резисторных шунтов и перемножителейтипа К 525 ПС 2;7,8,9 - делители напряжения, состоящие из двух соединенных последовательнопеременных резисторов типа СП 5-34,7 к ч.5 о 10,11,12 - делители напряжения, выполненные на переменном резисторе типаСП 5-3-10 к +5%;13- шестивходовая диодная сборка, выполненная по схеме ИЛИ на диодах типа2 Д 102 Б;14,15,16,17 - интеграторы, выполненные по схеме интегрирующей РС-цепи с сопротивлением резисторов 10 к и емкостьюконденсаторов 100 мкф;18,19,20,21 " компараторы напряжениятипа 521 САЗ;22 - источник опорного напряжения,выполненный на стабилитроне типа2 С 191 Т;23 - исполнительный орган, выполненный на транзисторе 2 Т 630 Б и контактореКНЕОЗО, 27 В;24 - фазочувствительный блок, выполненный на терморезисторе типа ММТ 68 к,резисторе 68 к, конденсаторе 0,005 мкф, диоде 2 Д 102 Б и оптроне ЗОТ 127 А;25 - источник напряжения питанияй 12 В, +27 В, работающий на нагрузку с током не более 0,25 А,Лабораторные испытания макета устройства подтвердили работоспособностьпоследнего, параметры которого соответст. вуют значениям:Напряжение срабатывания, В 115 5 ф,Ток срабатывания, А 5,10,15,20,25Погрешность срабатывания,не более 2.Выдержка временисрабатывания защиты, с 1 +0,3Частота питающей сети, Гц 400 мО;Температура окружающей среды, С +5-+40. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известными заключаются в простоте схемы и конструкции, а следовательно, в его надежности. Благодаря применению миниатюрных электронных элементов и микросхем, устройство имеет габариты стандартной платы с размерами 200 х 170 мм. Кроме того, устройство отличает малое электропотребление от питающей сети, а также то обстоятельство, что оно может быть широко применено как в маломощных электрических установках, так и в больших энергетических системах при использовании для подключения устройства соответствующих разделительных приборов высоковольтных трансформаторов напряжения и тока,Ф о р мул а и зоб ре те н и я Устройство для защиты нагрузки трехфазного тока от неисправностей в питающей сети, содержащее исполнительный орган, четыре компаратора напряжения, выходы которых соединены с соответствующими входами исполнительного органа. источник питания, источник опорного напряжения, выход которого соединен с инвертирующими входами первого, второго и третьего компараторов напряжения, блок диодной сборки, выполненную по схеме ИЛИ, и три делителя напряжения, имеющих по одному входу и по два выхода, причем вторые вьходы делителей соответственно соединены с первым, вторым и третьим входами диодной сборки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности срабатывания защиты, в устройство дополнительно введены первый, второй и третий квадратические преобразователи напряжения, первый, второй и третий квадратические преобразователи тока, четвертый, пятый и шестой делители напряжения, первый, второй, третий и четвертый интеграторы и фазочувствительный блок, при этом входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей напряжения соответственно соединены с зажимами фазных напряжений первой, второй и третьей фаз контролируемой сети, а выходы квадратических преобразователей напряжения соответственно соединены с входами первого, второго и третьего делителей напряжения, первые выходы которых соответственно соединены с входами первого, второго и третьего интеграторов, выходы которых соответственно соединены с неинвертирующими входами первого, второго и третьего компараторов, входы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединены с токовыми1775786 10 Составитель В.ТибушкинТехред М.Моргентал Корректор Н.Тупица Редактор Заказ 4038 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 зажимами первой. второй и третьей фаэ контролируемой сети, а выходы первого, второго и третьего квадратических преобразователей тока соответственно соединены с входами четвертого, пятого и шестого делителей напряжения, выходы которых соответственно соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока диодной сборки, первый выход которой соединен с входом четвертого интегратора, выход которого соединен с инвертирующим входом четвертого компаратора напряжения, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый, второй и третий входы фазочувствительного блока соответственно подключены к клеммам для подключения к первой, второй и третьей фазам контролируемой сети, а выход фазочувствительного блока соединен первым выводом с выходом источника питания, а вторым выводом - с вторым выходом блока диодной сборки, причем фа зочувствительный блок выполнен на терморезисторе, резисторе, конденсаторе. диоде и оптроне, которые соединены следующим образом: первые выводы терморезистора, резистора и конденсатора соответственно 10 соединены с первым, вторым и третьим входами фазочувствительного блока, вход оптрона, параллельно которому встречно включен диод, соединен первым выводом с вторым выводом терморезистора, а вторым 15 выводом - с точкой соединения вторых выводов резистора и конденсатора, а выход оптрона соответственно соединен с выходом фаэочувствительного блока,