Высоковольтное герконовое реле

(я)5 Н 01 Н 51/28 ОП НИЕ ИЗОБРЕТЕН А В.Крив8) тельство СССР Н 51/28, .1978. тельство СССР Н 51/28, 1981. ЬТНОЕ ГЕРКО носится к электр ктромагнитным НОВОЕ отехниреле иа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(57) Изобретение отке, конкретнее к эле Изобретение относится к электротехнике, конкретно к электромагнитным реле:с герконами. и высоковольтной изоляцией между ними и источником управляющего поля (геркотроны), и может найти примее;- иие в системах управления и защиты электрических сетей высокого напряжения.Известно высоковольтное герконовое . реле, Содержащее диэлектрический корпус цилиндрической формы с двумя полостями со стороны торцов корпуса, в одной из которых размещен продольно оси геркон, а а. другой - обмотка управления.Недостатком этогоустройства является ограниченная область применения из-за ие-. возмюжности использования в сильиоточных цепях энергетических установок с токами порядка сотен-тысяч ампер, а также в цепях переменного тока из-за вибрации геркона и невозможности включения его в стандартные схемы релейной защиты. геркоиах, имеющих высоковольтную изоляцию между управляющей и управляемой цепями. Устройство позволяет реализовать максимальную токовую защиту высоковольтной установки переменного тока без использования трансформатора тока. Достижение указанного эффекта стало возможным благодаря особой конструкции корпуса реле, позволяющей устанавливать его непосредственно на шине защищаемой установки, а также использованию в нем специального электронного преобразователя, 1 з.п.ф-лы, 3 ил,ЮьНаиболее близким к предлагаемому является высоковольтное герконоеое реле, содержащее диэлектрический корпус в формеййй стакана; геркон, опущенный на дно корпуса, круглую диэлектрическую пластину с кольцевым выступом в центральной части и источник управляющей МДС в виде катушки, ф одетой иа диэлектрический корпус, Геркои Я в устройстве размещен своей продольной (Я осью вдоль оси корпуса, а диэлектрическая (у пластина навиичена на внешнюю поверхность диэлектрического корпуса в верхней его части, причем кольцевая полость пластины обращена в сторону внешних выво-ф дов геркона, а обмотка управления вместе с нижней частью диэлектрического корпуса с герконом охвачена ферромагнитным экраном.Это реле также обладает указанными недостатками.Целью изобретения является расширение области применения за счет использования реле в сильноточных цепях переменного тока.Высоковольтное герконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, диэлектрическую пластину с центральным отверстием и кольцевым выступом вокруг центрального отверстия, геркон й источник МДС, диэлектрический корпус выполнен в виде стакана с открытой полостью, предназначенной для размещения герконэ, указанная полость с другой стороны диэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен.с резьбой на внешней поверхности и пропущен в отверстие диэлектрической пластины, а геркон размещен в полости диэлектрического корпуса у ее днэ, снабжено электронным преобразователем, конец диэлектрического корпуса, заканчивающийся глухойторцовой стенкой, с внешнейстороны выполнен конусообразным с выступом, резьба выполнена на указанном выступе, в качестве источника МДС использована токоведущая шина с центральным отверстием, диэлектрическая пластина снабжена делениями и установлена нэ выступе диэлектрического корпуса тэк, что кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указанная токоведущэя шина расположена нэ выступедиэлектрического корпуса между гайкой и центральным выступом диэлектрической пластины, геркон размещен в полости диэлектрического корпуса так, что его продольная ось перпендикулярна продольной оси диэлектрического корпуса, и включен на вход электронного преобразователя.Электронный преобразователь может быть выполнен в виде транзистора, конденсатора и двух резисторов, емкость конден- сатора выбирается из условияР г отпРм кьапя м ки зойЖ - агсзд - агсзЬЛИЯМгде Рср, Ротп - соответственно магнитодвижущэя сила срабатывания и отпускания геркона;1 м - амплитудное зйачение тока в шине, приводящее к срабатыванию геркона;КЬ - коэффициент удаленности герконаотшины;ю - угол между продольными осями гекона и шины;а- угловая частота тока в шине;Йт - сопротивление нагрузки реле, э сопротивление базового резистора из ус- ловия г с г отоагсзЬ1, козй-ьк,асгде Кп - коэффициент пульсации напряжения, допустимый для нагрузки реле.Высоковольтный диэлектрический корпус реле имеет специальную конструкцию,позволяющую устанавливать его на токоведущей шине и использовать последнюю в 1 О качестве источника управляющей МДС, кроме того, реле снабжено электронным преобразователем, исключающим проникновение колебаний тока, вызванных вибрацией геркона в переменном поле, в нагрузку реле,На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез, со схемой электронного преобразователя; на фиг, 2 - схема подключения нагрузки к реле; на фиг. 3 - осциллограммы токов в шине, на входе и выходе 2 О электронного преобразователя.Высоковольтное герконовое реле содержит диэлектрический корпус 1, дно кото- рого с внешней стороны выполнено конусообразным с выступом; диэлектриче скую пластину 2 с центральным отверстиеми кольцевым выступом, геркон 3, расположенный на дне корйуса 1 так, что его продольная ось перпендикулярна оси корпуса, и включенный на вход электронного првоб разователя 4,В качестве источника управляющейМДС выбрана токоведущая шина 5 высоковольтной установки, снабженная отверстием под выступ диэлектрического корпуса 1, 35 расположенном вдоль ве продольной оси.Электронный преобразователь 4 содержит транзистор 6, конденсатор 7, резистор 8 смещения базовой цепи и базовый резистор 9. Выводы реле, присоединенные к выходу40 электронного преобразователя 4, выполнены высоковольтным кабелем (например, типа РМПВН) и последовательно с нагрузкой фиг. 2) подключены к низковольтному источнику питания постоянного тока.Реле. работает следующим образом, При возникновении в защищаемой установке режима короткого замыкания ток в шине 5 значительно возрастает, э создэваемая им МДС, изменяясь по синусоидально О му закону, приводит к поочервдномусрабатыванию и отпусканию геркона 3 фиг.3), причем вследствие вйсокого быстродействия геркона он успевает. реагировать на каждую полуволну тока и частота его вклю чений.вдвое превышает частоту тока в шине5. При первом замыкании геркона 3 на базу транзистора 6 подается положительный потенциал, он открывается и в нагрузке начинает протекать ток. Одновременно с открытием транзистора 6 при замыкании, контактов геркона 3 происходит заряд коН- денсатора 7. Размыканиеконтактов геркона (при снижении значения МДС тока в шине 5 до величины МДС отпускания геркона) не приводит к мгновенному закрытию транэи стара 6, ибо конденсатор 7, разряжаясь че- . рез резистор 9, обеспечивает поддержание положительного потенциала на базе до следующего замыкания контактов геркона 3,. во время которого происходит подзаряд кон денсатора и т,д, Таким образом, колебания тока, вызванные вибрацией герконэ не передаются в нагрузку реле, в. качестве которой, например, может быть использована обмотка промежуточного реле, включенно го в цепь управления силового выключателя установки,Чувствительность реле пропорциональна синусу угла а.между продольными осями геркона и шины и обратно 20 пропорциональна расстоянию Ь между этими осями, Учитывая, что у геркона, работающего в поле шины, МДС срабатывания Рср . и отпускания Ротп адекватны величинам тока срабатывания и отпускания в шине, мож но записатью ср К Ь зи аотпЕотп = К 3 3 и а ф (2) 30 где ср, отп - ток в шине, приводящий соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона реле;КЬ - коэффициент, зависящий от рас стояния между продольными осями геркона и шины,Таким образом, путем поворота диэлектрического корпуса реле вокруг своей оси, оно может настраиваться на различные 40 токи срабатывания, причем деления, нанесенные на периферии диэлектрической пластины 2, обеспечивают точность устайовки реле, настроенного на заданный ток, на шине, 45Расчет параметров элементов электронного преобразователя 4 осуществляется следующим образом.Геркон 3, возбуждаясь переменной синусоидальной МДС, при включении в цепЬ 50 постоянного тока генерирует прямоугольные импульсы с длительностью ь и паузой тп (фиг. 3), Конденсатор 7 для обеспечейия работы схемы преобразователя 4 должен , успеть зарядиться эа время нахождения 55 контактов геркона в замкнутом состоянии,. т,е. полное время его заряда должно удовлетворять условиюжйнСь, нб -К С (4) Из осциллограммы (фиг. 3) видно, что длительность генерируемых герконом имдульсов определяется выражением2 т 1.(5) в котором фазытока вс 1 и в 12 соответственно равны во = агсзп - -: . (6)с(7)игде ср, ото - величина тока управления, приводящая соответственно к срабатыванию и отпусканию геркона;м - амплитудное значение тока управления.С учетом (1) и (2) имеют и =еще Рсм Кйзпа отд Р в 12 = агсзи,м зи а(9) Подставляя (8) и (9) в (5), получаЮт окончательное выражение для определения длительности генерируемых герконом импульсов откуда. определяется его емкость(3)При разряде емкости во время паузы необходимо, чтобы затухание свободной составляющей переходного напряжения на базовом сопротивлении транзистора 6 не превышало заданного коэффициента пульсации на нагрузке Кп (который при использовании в качестве нагрузки промежуточного реле может характеризоваться его коэффициентом возврата)0Кп= ягде 0 - напряжение на нагрузке по истечении времени;0 - номинальное напряжение нагрузки.Указанное требование можно переписать в видеК. ехР( В С)тпВбСгде ВАС - постоянная времени разряда конденсатора С на базовый резистор йб, откуда определяется сопротивление базового резистораГс Г отп ЗГ - агсзЬ 1 м КЬзЬа 1 и К 1 тз 1 па- агсзЬ 1 и Ю Ф иа)Длительность паузы Ь связана с длительностью импульса (фиг. 3) следующим образом;Ь фп Т-тигдв Т - пврйод генерируемых гврконом импульсов, который при синусоидальном сигнале управления всегда равен ж,или с учетом (10)згсзвг -- + 5 гсвспГс г отп1 м КЬз 1 па 1 мКИз 1 патпИТаким образом, выражения (3) и (4) сучетом выражений (10) и (11), принимаютвидс. отпЖ - агсзЬ1 м Кпама 1 К 1 т а- агсз 1 пзяиГсотп 1 м КЬзЬа 1 и КЬз 1 па або згсвсп - . - + згсзсп-ь кпвсПредположим в реле применен геркон типа КЭМ(Гср щ 13 А, Ротп" 12 А), в качестве его нагрузки использована обмотка промежуточного реле типа РПУ-УХЛЧ В (йи 7300 Ом, Кп - 0,9). угол между продольными осями. гвркона и шины составляет а о, уровень изоляции реле от шины равен 10 кВ (при расстоянии между герконом и шиной, обеспечивающем этот уровень, Кп " 0,1), а ток короткого замыкания в щинв равен 300 А. Тогда, согласно(12) и (13) получают1 з,1 зГ Оаьяоф ФР 365%1 из 5 РпЗЗ. 1 а т р а,ОЗЗ ф,з12 ппзсгп ю мы-ьаа" зззз,зто-аиаоо зьззо.Предлагаемое устройство практическиреализовано и внедрено в системах максимальной токовой защиты электроустановок, 6-1 О кВ. Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широков применение,чем иэвестнь 1 е,Формула изобретения1. Высоковольтное тврконовое реле, содержащее диэлектрический корпус, диэлектрическую пластину с центральнымотверстием и кольцевым выступом вокруг центрального отВерстия, геркон и источникМДС, диэлектрический корпус выполнен ввиде стакана с открытой полостью, предназначенной для размещения геркона, указан 5 ная полость с другой стороныдиэлектрического корпуса ограничена глухой торцовой стенкой, указанный диэлектрический корпус выполнен с резьбой навнешней поверхности и пропущен в отвер 10 стив диэлектрической пластины, а герконразмещен в полости диэлектрического корпусауеедна,отличающееся тем,что,с целью расширения области примененияза счет использования реле в сильноточных15 цепях переменного тока, оно снабженоэлектронным преобразователем, конец диэлектрического корпуса, заканчивающийсяглухой торцовой стенкой, с внешней стороны выполнен конусообразным с выступом,20 упомянутая резьба выполнена на указанномвыступе, в качестве источника МДС использована,токоведущая шина с центральнымотверстием, диэлектрическая пластинаснабжена делениями и установлена на вы 25 ступе диэлектрического корпуса так, что .кольцевой выступ обращен в сторону выступа диэлектрического корпуса, на конце выступа размещена гайка, указаннаятоковедущая шина расположена на выступе30 диэлектрического корпуса между гайкой ицентральным выступом диэлектрическойпластины, упомянутый геркон размещен вполости диэлектрического корпуса так, чтоего продольная ось перпендикулярна про 35 дольной оси диэлектрического корпуса, ивключен на вход электронного преобразователя.,2. Реле по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я твм,что электронный преобразователь выпол 40 нен в виде. транзистора. конденсатора и.двух резисторов, коллектор транзистора иобщая точка соединения эмиттера транзистора, отрицательного вывода конденсатора и одного из выводов резистора смещения45 базовой цепи образуют выход реле, а коллектор транзистора и общая точка соединения положительного вывода конденсатора иодного из выводов базового резистора -вход реле, причем емкость упомянутого кон 50 двнсатора выбираешься из условияГ отпЗГ - агсз 1 п - агсзь,ГмКЬз 1 па 1,КПзьазгФВ где Рср, Еотп - соответственно магнитодвижущая сила срабатывания и отпускания упомянутого геркона;Ь - амплитудное значение тока в шине,приводящего к срзбатыванию геркона;К 1 - козффициент удаленности герконаот шины;а- угол между продольными осямигеркона и шины;а- угловая частота тока в шине;йн - сопротивление нагрузки реле,а сопротивление упомянутого Оазового резистора - из условияагса 1 пГс- г.отпакиева 1 и К агава 5 -Ь КпМСгде Кп - коэффициент пульсации напряжения, допустимый для нагрузки реле.1713255 Редактор И.Шулла орректор Н, Король Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор агарина, 10 аказ 346 ВНИИХИ Госу Составитель В, ГуревичТенред М.Моргентал Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 133035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5