Реле перегрузки

С 0103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 177719 02 Н 3/08 01 Н 83/2 Е ИЗОБРЕ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИ К АВТОРСКО ене овактные то оф о С СР свидетельст 02 Н 3/08,свидетельст 02 Н 3/08,7(5 Й) РЕЛЕ ПЕР (57) Использо а именно техн электрических чено для защи и контактнь транспорта ГРУЗКИание:ка релсетей.ы элек лектротехника,йной защитыРеле предназнарицеских сетейектрическоголительных и по етей то Изобретенитехнике, а имзащиты электрназначено длясетей, в томэлектрицескогдлительных и ектроелейной относится к э нно к технике цеских сетей, защиты электри исле контактнытранспорта, о овторяющихся и предских ете око гру озникаюети, или когда токодит нооисходит чрезНагрев свыш ГОСУДАРСТВЕ Н Н ОЕ ПАТЕ НТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Ростовский институт инжжелезнодорожного транспорта(56) 1, Паперно Л,Б, Бесконтавые защиты электроустановокЭнергоиздат, 19 РЗ2, Авторское вГ 139 Р 011, кл. Н3. Авторское вГ 13816 йо, кл, НН 01 Н РЗ/20, 19 При коротких замыканиях щих вне защищаемого участк при длительных перегрузках в линии существенно превос минальное значение, пр мерный нагрев проводов торяющихся перегрузок, Сущность изобретения: реле перегрузки содержит датчик тока, Функциональный преобразователь частоты, реверсивный счетчик импульсов, логические элементыи дешифратор, Новым в реле являетсяприменение датчиков скорости ветраи температуры окружающей среды квадратора, умножителя, второго преобразователя напряжения в частоту, двухсумматоров, второго дешифратора, логических элементов ИЛИ и НЕ, источника стабильного напряжения, трехблоков переменного коэффициента и функционального преобразователя напряжения. При исчезновении перегрузки реверсивный счетчик импульсов опорожняется со скоростью, определяемой скоростью остывания защищаемого про" , водас учетом велицины тока в нем, скорости охлаждающего ветра, и температуры окружающей среды. 3 ил, ееаЬдопустимой температуры, если он про-должается достатоцно продолжительное время, приводит к потере проводами О механической процности и их разрыву, т,е, аварии электрической сети. Для предотвращения таких аварий служат ыаай реле перегрузки - токовые реле с зависимой выдержкой времени 11 .Известно реле перегрузки с зависимой выдержкой времени, величина ко-. торой автоматически сокращается при повторной перегрузке на величину, зависящую от интервала времени между повторными перегрузками 2, тим са 1777196мым учитывается процесс остывания проводов Сети между повторными перегрузками, Устройство содержит входной блок (датчик тока), функциональный преобразователь, реверсивный счетчик, генератор импульсов и регистрирующий блок.В том случае, если перегрузка была не долгой и реле по подало команды на реагирующий блок, в реверсивном счетчике оказалось накоплено по импульсов. При исчезновении перегрузки генератора импульсов с постоянной частотой Е опорожняет реверсивный счетчик за время= и,/Е,лгде 6С - величина сокращения времени срабатывания защиты, учитывающая процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой.Недостатком известного устройства является неточное определение времени А с поскольку при этом не учитыва лются климатические условия охлаждения провода, а также величина тока в сети в промежутке между смежными перегрузками.1ЗОСказанное иллюстрируется графикомна Фиг.2, где по оси абсцисс отложены время о , а по оси ординат темпелратура провода. На этом графике показана длительно допустимая температурав виде горизонтальной линии, Пусть в результате перегрузки провод нагрелся до температуры С, затем перегрузка закончилась и провод начинает остывать. Кривая изменения температуры провода при отсутствии в нем тока обозначена цифрой 1. Кривая изменения температуры провода при наличии в нем тока (меньшего тока перегрузки) обозначена цифрой 2. Время снижения температуры провода от С 1 дов первом45л лслучае равно Ьь с = с, во втором случае Ь с = , Как видно из Фиг.2,л лвремена с исущественно различны и могут отличаться в несколько раз и далее на порядок, В то же время в 5 О известном устройстве такое различие не учитывается, а для надежности приходится устанавливать 6 максимально возможным, иначе не может быть гарантирована защита от перегрева при 55 повторных нагрузках, В реальных условиях это может приводить к неоправданным лишним отключениям Линии, т.е к снижению устойчивости электроснабжения потребителей.Наиболее близким по техническойсущности к заявляемому устройствуявляется выбранное в качестве прототипа реле перегрузки 3, содержащеедатчик тока (входной блок), Функциональный преобразователь напряжения вчастоту, реверсивный счетчик, порогрвый элемент, дешифратор, первый ивторой логические элементы И. Принцип формирования величины б ь сокращения времени срабатывания защиты,учитывающей процесс охлаждения провода после его нагрева прелыдущей перегрузкой, такой же как в 2. Накопленное в реверсивном счетчике числоимпульсов и постоянно уменьшаетсядо нуля путем подключения генераторастабильной частоты Г к входу обрат"ного счета реверсивного счетчика, Приэтом Ьсс = ч /Г, Недостатком известного устройства является неточноеопределение величины сокращения времени срабатывания защиты, учитывающей процесс охлаждения провода послеего нагрева предыдущей перегрузкой,поскольку при этом не принимаются вовнимание главные условия охлажденияпровода. наличие или отсутствие ветра, тока в проводе, а также температуры окружающей среды,Целью изобретения является повышение точности работы за счет автоматического сокращения времени срабатывания, учитывающего процесс охлаждения провода после его нагрева преды"дущей перегрузкой.Поставленная цель достигается тем,что в известное устройство, содержащее датчик тока, первый функциональный преобразователь напряжения в частоту, первуЮ и вторую логическиеячейки, пороговый элемент, реверсивный счетчик импульсов и первый дешифратор дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, квадратор, умножитель, первый и второй сумматоры, второй преобразователь напряжения в час"тоту, второй дешифратор, логическиеячейки ИЛИ и НБ, источник стабильногонапряжения, первый, второй и третийблоки переменного коэффициента иФункциональный преобразователь напряжения, причем вход второго дешифратора присоединен к выходу реверсивного счетчика импульсов, выход этого5 17дешифратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, второйвход которого присоединен к выходупорогового элемента, а выход подключен церез логический элемент НЕ кпервому входу второго логическогоэлемента И к второму входу которогоподключен выход второго преобразователя напряжения в частоту, вход квад.ратора подключен к выходу датчикатока, а его выход цереэ первый блокпеременного коэффициента присоединен к первому блоку первого сумматора, к выходу которого подключенвход второго преобразователя напряжения в частоту, датчик скорости ветрацереэ функциональный преобразовательнапряжения подключен к первому входуумножителя, выход которого присоединен ко второму входу первого сумматора, источник стабильного напряжения через третий блок переменного коэффициента присоединен ко второму,входу второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу умножителя,Реле перегрузки (см. Фиг, 1) содержит следующие блоки: 1 - датчиктока в защищаемом проводе (преобразователь переменного или постоянноготока в постоянное напряжение), 2 -функциональный преобразователь напряжения в частоту, Формирующий необходимую для реле зависимость между током провода и частотой импульсов определяющих выдержку временина срабатывание при перегрузке провода, 3,9 - логицеские элементы И,реверсивный счетцик числа им-пульсов, 5 - дешифратор условий срабатывания (нахождения в счетчике заданного числа импульсов И), б - пороговый элемент, 7 - логический элемент ИЛИ 8 - логический элемент НЕ,10 - дешифратор полностью опорожнен, ного состояния реверсивного счетчикаимпульсов, 11 - квадратор, 12, 14,19 - первый, второй и третий блокипеременного коэффициента 13 - датчик скорости ветра (преобразовательскорости ветра в пропорциональноенапряжение), 14 - функциональныйпреобразователь напряжения, с нелинейной характеристикой вход-выход,отражающий зависимость коэффициентатеплоотдачи провода от скорости ветра, 15 - умножитель, 16,22 - первыйи второй сумматоры, 17 - преобразо 7719 б 6 5 10 15 20 25 30 35 404550 55 ватель напряжения в пропорциональную частоту, 18 - датчик температуры окружающей среды (преобразователь температуры в пропорциональное напряже" ние), 20 - источник стабильного напряжения.Устройство работает следующим образом. Функциональный преобразователь напряжения в частоту 2 формирует импульсы напряжения с цастотой, которая заданным образом зависит от величины тока в защищаемом проводе,измеряемым датциком тока 1,.Если ток в проводе превысит заранее заданное значение, цто сработает пороговый элемент, который откроет логический элемент И 3. При этом импульсы преобразователя 2 поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 4. Когда число импульсов в счетчике 4 достигает заданной величины И, дешифратор 5 подает сигнал на отключение тока в проводе, Выдержка времени на срабатывание реле определяется частотой преобразователя 2, т.е. временем накоп" ления числа импульсов И если сцет 2чик 4 предварительно был полностью опорожнен,Однако, если перегрузка исчезла раньше, цем в счетчике 4 накопилось И импульсов, то пороговый элемент б вернется в исходное положение и запрет логическую ячейку И 3. При этом поступление импульса на вход прямого сцета счетчика 4 прекращается, Поскольку перегрузка закончилась, то провод начинает остывать, но если вновь возникает перегрузка при еще не остывшем проводе, то выдержку времени на срабатывание надо сокращать и тем больше, цем меньше остыл провод. Иначе возможен пережог провода.Сокращение выдержки времени осуществляется следующим образом, При исцезновении перегрузки, когда пороговый элемент б вернется в исходное положение, он цереэ логицеские элементы ИЛИ 7 и НЕ 8 открывает логическую ячейку И 9, Импульсы напряжения преобразователя напряжения 17 с определенной частотой поступают на вход обратного счета реверсивного счетцика 4, опорожняя его, Время опорожнения счетчика 4 определяется временем ос- тывания провода, Когда счетчик 4 полностью опорожнится, второй дешиф" ратор 10 подает сигнал "логическая единица" на вход логического элемен 1777196та ИЛИ 7, что привелет с учетом действия логического элемента НЕ 8 к запиранию логического элемента И 9 иустройство перейдет в режим ожидания, 5Гсли же повторная перегрузка по"явится до того, как счетчик 4 полностью опорожнится, то вновь сработает пороговый элемент 6, откроет ло"гическую ячейку 3 и счетчик 4 вновь 1 Обудет заполняться импульсами, Однаков этом случае накопление импульсов всчетчике начинается не от нуля, а оттого начального числа импульсов, которые остались в счетчике в процессе 15неполного его опорожнения, Из-за этого накопления И импульсов в счетчике4 происходит за. более короткое время,т,е, происходит автоматическое сокращение времени срабатывания, учиты Овающего процесс охлаждения проводапосле его нагрева предыдущей перегрузкой,Формирование требуемой частоты им.пульсов преобразователя напряжения вчастоту 17 осуществляется квадратором 11, умножителем 15 датчикамискорости ветра 13 и температуры окружающей среды 18, функциональнымпреобразователем напряжения 14, сум- ЗОматорами 16 и 22, а также блоками переменных коэффициентов 12, 19, 21.Сигнал на выходе блока 12 равен Ц == К 1, где 1 - ток защищаемогопровода. Сигнал на вьходе функционального преобразователя 14 равенЦ = 0где М, - коэффициент теплоотдачи провода. Сигнал на выходе блока 19 равен ц = К окргде онртемпература окружающей среды. Сигнал 40на выходе блока 21 равен Ц= ККоэффициенты К, К, К - постоянные,величина которых может регулироваться.Сигнал на выходе сумматора 22 равенц 2 г = Ца-ц = К - Кг ор. Сигнал 45на выходе умножителя 15 Равен Ц 5= ЦЦ 4 =(К-К: щр ) Е . Сигнал навыходе сумматора 16 равен ц 6=ц -ц"=(К-КСокр) М - 1 К, Сигнал Ц пре"образуется в пропорциональную ему 5 рчастоту преобразователем 17, 1 акимобразом моделирование процесса охлаждения провода осуществляется частотойимпульсов преобразователя 17, прапор,циональных напряжению Ц,б, 55 где К - коэффициет пропорциональности между напряжением Ц и частотой преобразовате" ля 17,Кс. КъК- постоянные коэффициенты,Известно, что процесс нагревания=" 9 + (Я -6) е (2)где 0 - перегрев проводника, т,е,превышение его температурынад температурой окружающейсреды С- установившийся перегрев С,8, - начальный перегревС;А - величина, обратная постояннойвремени нагрева, 1/с,Й .- текущее время, с.При этом величины Й и А вычисляются по формуламР(К л 12 гА = О (3)СтМРгде Р - площадь поверхности единицыдлины проводника, м/мС - удельная теплоемкость металлапроводника, Вт-с/(кг С),и - масса единицы длины проводника, кг/м,М - коэффициент теплообмена,вклю"чающий все виды охлаждения(коэффициент теплоотдачи),Вт/(м 2 С),1 - ток, протекающИй по проводнику, А,г - сопротивление единицы длиныпроводника, Ом/м,Если начальный перегрев проводни"ка был 6 то время с , в течение колторого перегрев снизится до 9 , определится из (2)л=-1 п -- "- (4)А Я Время " = 6 ев течение котороготемпература проводника снизится отначального значениядо длительнодопустимой температуры й,й (см,фиг,2), получим из (4), имея в виду,чтоф + "бакргде С - температура окружающейсреды, С(6) л 1 с - сцД"с 1 псЬ А еЭ- с1 С - /сА " 1 - с/сгде С - установившаяся температуралпри=со, определяемая прибавлением, к величине 8За время Дсъ, необходимо сброситьлдо нуля максимально возможное число импульсов в реверсивном сцетчике 4, которое не привело к срабатыванию реле из"за того, что перегрузка прекратилась. Это число импульсов равно З. Для того, чтобы сбросить ЗимпУльсов за вРемЯ Дсс необходима частота преобразователя 17, равная- (З)/Дь , или учитывая выра лжение (5) А(З)1 пв -1 -е/сОбозначим р = 17/А(З).На фиг,3 приведена зависимостьр от с/с, из которой следует, цтос высокой степенью точности имеетместо следующая аппроксимация Фр=а(1-С/1)=.а-Ь=а-Ь(9 +с )окр юа = 1/1 п(с/е),Ь = 1/е,,Оля надежности с выбирается равной допустимому значению при минимальной выдержке времени на срабатывание реле, Выражение (8) совпадает с (1), цто обосновывает получение устройством (см, фиг,1) положительного эффекта, заключающегося в повы 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 шении тоцности работы реле перегрузки при автоматическом выборе величины сокращения времени срабатыванияпри повторяющихся перегрузкахФормула изобретения Реле перегрузки, содержащее датчик тока, первый функциональный преобразователь напряжения в частоту, первую и вторую логицеские ячейки И, пороговый элемент, реверсивный счетчик импульсов и первый дешифратор, при этом вход первого функционального преобразователя напряжения в частоту и пороговый элемент подключены к дат" цику тока, выход функционального пре" образователя напряжения в цастоту подключен к первому входу первой логической ячейки И, второй вход которой подключен к выходу порогового элемента, а выход присоединен к входу прямого счета реверсивного счетчика импульсов, к входу обратного счета которого подключен выход второй логической ячейки И, а к его выходу присоединен первый дешифратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, цто, с целью повышения точности работы при автоматическом выборе вепичины сокращения времени срабатывания, уцитывающей процесс охлаждения провода после его нагрева предыдущей перегрузкой, в него дополнительно включены датчики скорости ветра и температуры окружающей среды, квадратор, умножитель, первый и второй сумматор, второй преобразователь напряжения в частоту, второй дешифратор, логические ячейки ИЛИ и НЕ, истоцник стабильного напряжения, первый, второй и третий блоки переменного коэффициента и функциональный преобразователь напряжения, при этом вход второго дешифратора присоединен к выходу реверсивного счетцика импульсов, выход второго дешифратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, второй вход которого присоединен к выходу порогового элемента, а выход подклюцен через логический элемент НЕ к первому входу второго логицеского элемента И, к второму входу которого подключен выход второго преобразователя напряжения в цастоту, вход квадратора подключен к выходу датчика тока, а его выход через первый блок переменного коэффициента присоединен к первому входу1777196 12 Ес О ПФРК= - Составитель Т.Петрова ца ктор Г,Мельникова Техред М.Моргентал орректор Н,25 Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретения и ГКНТ СС113035, Москва, )(-35, Раушская ЗаказВНИИПИ м и открытиям прнаб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 10 первого сумматора, к выходу которого подклюцен вход, второго преобразователя напряжения в частоту, датчик ско. рости ветра через функциональный преобразователь напряжения подключен к первому входу умнойителя, выход которого присоединен к второму входу пер" вого сумматора, датчик температуры окружающей среды церез второй блок . переменного коэффициента присоединен к первому входу второго сумматора, источник стабильногонапряжения через третий блок переменного коэффициента присоединен к второму входу вто" рого сумматора, выход которого подключен к второму входу умножителя.