устройство для проверки токовой защиты

Формула изобретения

Устройство для проверки токовой защиты, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный информационным входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок задания времени, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, регулятор тока, блок коррекции, командный блок и блок управления включением, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй и третий входы связаны с контактами проверяемого аппарата токовой защиты и сигнал между этими входами характеризует состояние упомянутых контактов, а четвертый вход подключен к выходу блока измерения, хранения и отображения времени, второй вход которого подключен к выходу блока задания времени, а первый вход - к третьему выходу блока управления включением, первый выход которого подключен к входу запуска системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход - к входу запуска блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а четвертый выход - к входу запуска регулятора тока, первый информационный вход которого подключен к выходу блока задания тока, а выход подключен к первому входу блока коррекции, отличающееся тем, что оно снабжено выключателем, включенным между вторым информационным входом регулятора тока и выходом измерительного преобразователя тока, блоком сравнения, блоком настройки коррекции и переключателем, первый вход которого соединен с выходом блока коррекции, второй вход подключен к выходу блока задатчика предварительной установки тока, а выход - к информационному входу системы импульсно-фазового управления, причем блок сравнения включен между выходом блока коррекции и информационным входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, а выход блока настройки коррекции подключен ко второму входу блока коррекции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания испытательного переменного тока, проходящего через проверяемый аппарат токовой защиты (электромагнитное реле тока максимальное, электротепловое реле или максимальный расцепитель автоматического выключателя), а также для измерения тока и времени срабатывания такого аппарата. Устройство для проверки токовой защиты должно обеспечивать изменение испытательного тока в широких пределах.

Известны устройства для проверки токовой защиты, содержащие силовой трансформатор, к вторичной обмотке которого подключается проверяемый аппарат, блоки измерения испытательного тока и времени его прохождения и регулятор напряжения, в качестве которого использован автотрансформатор, вход которого соединен с сетью, а выход с первичной обмоткой силового трансформатора [1, с.57-71].

Недостатком этого устройства является то, что испытательный ток регулируется вручную и это приводит к пониженной точности установки и поддержания этого тока. Большая погрешность измерения испытательного тока имеет место при проверке аппаратов в зоне токовой отсечки, когда время срабатывания составляет сотые доли секунды и что меньше времени затухания переходного процесса, возникающего после включения устройства. Максимальное значение испытательного тока при этом представляет собой случайную величину, верхний предел которой почти в два раза превосходит нижний, равный установившемуся значению. Таким образом, измеренное значение тока срабатывания проверяемого аппарата может быть почти вдвое ниже, чем то, которое вызвало это срабатывание.

Известно также устройство для проверки токовой защиты, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный первым входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, выход которого связан с первым входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, командный блок и блок управления, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй вход соединен с третьим через контакт проверяемого аппарата токовой защиты, первый выход подключен ко второму входу системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход - ко второму входу блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а третий выход - к первому входу блока измерения, хранения и отображения времени.

В тиристорный регулятор напряжения входят четыре тиристора, включенные попарно встречно-параллельно. Одна пара тиристоров подключает всю первичную обмотку силового трансформатора к сети, а другая - ее половину. Угол управления тиристорами первой пары равен нулю, а второй может изменяться, обеспечивая тем самым плавное регулирование испытательного тока в два раза. Для расширения диапазона регулирования обе обмотки силового трансформатора разделены на секции, которые могут с помощью перемычек включаться последовательно или параллельно [1, стр.71-74].

Последняя особенность затрудняет работу с устройством и значительно увеличивает время проведения проверки. Другой недостаток заключается в увеличении массы силового трансформатора, так как полное напряжение сети является номинальным для половины его первичной обмотки, при включении второй пары тиристоров половина первичной обмотки обесточена. Этот недостаток является весьма существенным для переносных устройств, масса которых не должна выходить за допустимые пределы. Еще одним недостатком известного устройства является низкая точность установки и измерения испытательного тока, что снижает качество проверки токовой защиты, увеличивает время проверки и может вызвать необходимость повторного пропускания тока через проверяемый аппарат. Указанный недостаток и перечисленные отрицательные последствия объясняются следующим. Испытательный ток зависит от напряжения источника, коэффициента трансформации силового трансформатора, угла управления тиристорами и сопротивлений силового трансформатора, проверяемого аппарата и соединительных кабелей. До подачи команды на включение испытательного тока эти сопротивления неизвестны и поэтому испытательный ток может значительно отличаться от желаемого. Подрегулирование этого тока в процессе проверки возможно только при большом времени срабатывания проверяемого аппарата. Из-за нагрева силового трансформатора, соединительных кабелей и проверяемого аппарата испытательный ток нестабилен. Время срабатывания аппарата определяется интегральными показателями испытательного тока, а устройство фиксирует значение испытательного тока, непосредственно предшествующее моменту срабатывания аппарата.

От указанных недостатков свободно устройство для проверки токовой защиты, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству и выбранное в качестве прототипа, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный информационным входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, командный блок и блок управления включением, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй и третий входы связаны с контактами проверяемого аппарата токовой защиты и сигнал между этими входами характеризует состояние упомянутых контактов, первый выход подключен к информационному входу системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход - к входу запуска блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а третий выход - к входу запуска блока измерения, хранения и отображения времени, блок задания времени, выход которого подключен к информационному входу блока измерения, хранения и отображения времени, регулятор тока, включенный последовательно с блоком коррекции, выход которого соединен с информационным входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, причем выход блока задания тока подключен к первому информационному входу регулятора тока, второй информационный вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя тока, вход запуска - с четвертым выходом блока управления включением, а выход блока измерения, хранения и отображения времени подключен к четвертому входу блока управления включением. Устройство также снабжено включенным между выходными зажимами тиристорного регулятора напряжения и первичной обмоткой силового трансформатора силовым фильтром, содержащим реактор, включенный между входным и выходным зажимами силового фильтра, а также подключенным к выходным зажимам силового фильтра конденсатором и последовательными резонансными контурами высших гармоник, блоком защиты от перенапряжений, вход которого подключен к выходным зажимам силового фильтра, а выход - к входу блока управления включением [2].

Весь диапазон измерения испытательного тока перекрывается путем регулирования угла управления тиристоров, и отпадает необходимость секционирования обмоток силового трансформатора и использования перемычек, что упрощает и ускоряет работу с устройством. На напряжение источника рассчитана не часть, а вся первичная обмотка силового трансформатора, чем достигается снижение его массы.

Устройство представляет собой систему автоматического регулирования, замкнутую отрицательной обратной связью по регулируемой величине -испытательному току. Поэтому установившееся значение испытательного тока равно установленному с помощью блока задания тока значению и не зависит как от напряжения источника, так и от нагрева элементов устройства, кабелей и проверяемого аппарата, чем повышается точность установки испытательного тока в зоне перегрузки проверяемого аппарата.

Благодаря введению корректирующего устройства и соответствующего выбора структуры и параметров регулятора тока, снижается возможное перерегулирование испытательного тока, а переходный процесс его установления заканчивается за один-два периода переменного тока источника. Тем самым повышается точность устройства в зоне отсечки проверяемого аппарата.

Этому устройству присущи следующие недостатки. Масса, габаритные размеры и стоимость фильтра соизмеримы с аналогичными показателями силового трансформатора. При изготовлении устройства в переносном варианте фильтр приходится размещать в отдельном корпусе. При этом время процедуры проверки аппаратов токовой защиты возрастает из-за необходимости выполнения операций по соединению фильтра с силовым трансформатором и с тиристорным регулятором напряжения. Корректирующее устройство является неуправляемым, с единственной характеристикой, определяемой зависимостью его выходной величины от входной. Поэтому при возможном изменении сопротивления цепи нагрузки в широких пределах отличие начального значения испытательного тока от установившегося может превосходить 20%, что ухудшает качество переходного процесса. Если же из устройства исключить фильтр, то при изменении угла управления тиристорами испытательный ток становится связанным с сопротивлением контура испытательного тока обратно пропорциональной зависимостью, что не находит отражения в характеристике корректирующего устройства. При этом начальные значения испытательного тока могут отличаться от установившихся в два и более раза, что снижает до недопустимо низкого уровня точность результатов проверки аппаратов токовой защиты, особенно в зоне отсечки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение массы устройства для проверки токовой защиты, обеспечение близости начального и установившегося значений испытательного тока при изменении сопротивления контура этого тока в широких пределах.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении качества переходного процесса и точности измерения испытательного тока, а также в облегчении и улучшении процедуры проверки токовой защиты непосредственно на месте их установки.

Для решения поставленной задачи устройство для проверки токовой защиты, содержащее силовой трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику напряжения переменного тока через тиристорный регулятор напряжения, измерительный преобразователь тока, входная цепь которого вместе с вторичной обмоткой силового трансформатора и проверяемым аппаратом токовой защиты образует контур испытательного тока, блок выборки, хранения и отображения испытательного тока, подключенный информационным входом к выходу измерительного преобразователя тока, блок задания времени, блок измерения, хранения и отображения времени, блок задания тока, регулятор тока, блок коррекции, командный блок и блок управления включением, первый вход которого подключен к выходу командного блока, второй и третий входы связаны с контактами проверяемого аппарата токовой защиты и сигнал между этими входами характеризует состояние упомянутых контактов, а четвертый вход подключен к выходу блока измерения, хранения и отображения времени, второй вход которого подключен к выходу блока задания времени, а первый вход - к третьему выходу блока управления включением, первый выход которого подключен к входу запуска системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, второй выход - к входу запуска блока выборки, хранения и отображения испытательного тока, а четвертый выход – к входу запуска регулятора тока, первый информационный вход которого подключен к выходу блока задания тока, а выход подключен к первому входу блока коррекции, дополнительно снабжено выключателем, включенным между вторым информационным входом регулятора тока и выходом измерительного преобразователя тока, блоком сравнения, блоком настройки коррекции и переключателем, первый вход которого соединен с выходом блока коррекции, второй вход подключен к выходу блока задатчика предварительной установки тока, а выход - к информационному входу системы импульсно-фазового управления, причем блок сравнения включен между выходом блока коррекции и информационным входом системы импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения, а выход блока настройки коррекции подключен ко второму входу блока коррекции.

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи:

Признак: “...оно снабжено выключателем, включенным между вторым информационным входом регулятора тока и выходом измерительного преобразователя тока...” - позволяет отключать обратную связь по испытательному току и переводить регулятор тока в режим пропорционального регулятора.

Признак: “...оно снабжено блоком сравнения...” - позволяет показывать равенство сигналов на выходе блока коррекции и информационном входе системы импульсно-фазового управления.

Признак: “... оно снабжено блоком настройки коррекции...” - позволяет изменять характеристику блока коррекции.

Признак: “... оно снабжено переключателем, первый вход которого соединен с выходом блока коррекции, второй вход подключен к блоку задатчика предварительной установки тока, а выход - к информационному входу системы импульсно-фазового управления...” - позволяет подключать к выходу задатчика предварительной установки тока информационный вход системы импульсно-фазового управления.

Совокупность отличительных признаков позволяет произвести точную настройку устройства для проверки токовой защиты, обеспечивающую близость начального и установившегося значений испытательного тока при изменении сопротивления контура этого тока в широких пределах

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Предлагаемое решение поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства для проверки токовой защиты.

Устройство для проверки токовой защиты содержит силовой трансформатор 1 с первичной обмоткой 2, которая через тиристорный регулятор 3 напряжения подключена к источнику 4 напряжения переменного тока. Тиристорный регулятор 3 состоит из двух встречно-параллельно включенных тиристоров 5, подключенных между входным и выходным зажимами регулятора 3, и системы 6 импульсно-фазового управления. Вторичная обмотка 7 трансформатора 1 вместе с входной цепью измерительного преобразователя 8 тока и проверяемым аппаратом 9 токовой защиты образует контур испытательного тока. Выход измерительного преобразователя 8 тока подключен к информационному входу блока 10 выборки, хранения и отображения испытательного тока. Устройство содержит также последовательно включенные блок 11 задания тока, регулятор 12 тока, блок 13 коррекции. Кроме того, устройство для проверки токовой защиты содержит командный блок 14, выход которого соединен с первым входом блока 15 управления включением, блок 16 измерения, хранения и отображения времени, блок 17 задания времени, выключатель 18, переключатель 19, задатчик 20 предварительной установки тока, блок 21 сравнения и блок 22 настройки коррекции. Второй и третий входы блока 15 управления включением связаны с контактами проверяемого аппарата 9 токовой защиты и сигнал на этих входах характеризует состояние проверяемого аппарата токовой защиты. Первый, второй и третий выходы блока 15 управления включением соединены соответственно с входом запуска системы 6 импульсно-фазового управления, входом запуска блока 10 выборки, хранения и отображения испытательного тока и входом запуска блока 16 измерения, хранения и отображения времени, информационный вход которого подключен к выходу блока 17 задания времени, а выход - к четвертому входу блока 15 управления включением. Регулятор 12 тока имеет три входа. Первый информационный вход регулятора 12 подключен к выходу блока 11 задания тока, вход запуска - к четвертому выходу блока 15 управления, а второй информационный вход - через выключатель 18 к выходу измерительного преобразователя 8. Информационный вход системы 6 импульсно-фазового управления подключен через выход и первый вход переключателя 19 к выходу блока 13 коррекции. Второй вход переключателя 19 соединен с выходом задатчика 20 предварительной установки тока. Блок 21 сравнения включен между выходом блока 13 коррекции и информационным входом системы 6 импульсно-фазового управления тиристорного регулятора напряжения. Блок 13 коррекции имеет два входа. Первый из них подключен к выходу регулятора 12 тока, а второй - к выходу блока 22 настройки коррекции.

Устройство для проверки токовой защиты работает следующим образом.

До подачи с блока 14 команды “включение” на блок 15 управления включением сигналы на его выходах действуют следующим образом: в системе 6 импульсно-фазового управления действует команда “запрет”, снимающая управляющие импульсы с тиристоров 5; блоки 10 выборки, хранения и отображения испытательного тока и 16 измерения, хранения и отображения времени отображают нулевые значения испытательного тока и времени его прохождения; регулятор 12 тока разрывает цепь управления и выдает сигнал, соответствующий углу управления тиристорами 5, равному 180°, при котором испытательный ток равен нулю.

Вначале производится настройка характеристики блока 13 коррекции. Для этого блок 17 задает время, достаточное для выполнения операции контроля, выключатель 18 размыкается, а переключателем 19 информационный вход системы 6 импульсно-фазового управления подключается к выходу задатчика 20 предварительной установки тока. Начальное значение сигнала на этом выходе соответствует углу управления тиристорами 5, равному 180°. С командного блока 14 подается команда “включение” и блок 15 управления включением на своих выходах образует сигналы, которые выполняют следующие функции: запускают управляющие импульсы тиристоров 6, переводят блок 10 в состояние, позволяющее измерять действующее значение испытательного тока, запускают отсчет времени в блоке 16, регулятор 12 тока замыкает цепь управления, при этом его выходной сигнал определяется разностью сигналов на его информационных входах и наличием сигнала на втором информационном входе. При разомкнутом состоянии выключателя 18 сигнал на этом входе отсутствует, что переводит регулятор 12 тока в режим пропорционального регулятора, когда его выходной сигнал пропорционален сигналу на его первом информационном входе. Плавно изменяют выходной сигнал задатчика 20, что приводит к уменьшению угла управления тиристорами, появлению и увеличению испытательного тока. Устанавливается отображенный блоком 10 ток, который за введенное в блок 16 время не приведет к срабатыванию проверяемого аппарата 9. Блоком 11 задания тока устанавливается значение тока, отображаемое блоком 10, и, изменяя выходной сигнал блока 22, перемещают характеристику блока 13 коррекции до тех пор, пока блок 21 сравнения не покажет равенство сигналов на выходе блока 13 и информационном входе системы 6 импульсно-фазового управления. При этом характеристика блока 13, являющаяся обратной характеристикой объекта управления при некотором среднем значении коэффициента мощности контура испытательного тока, станет соответствовать сопротивлению этого контура. Настройка характеристики блока 13 коррекции завершена. Выключатель 18 замыкается. Переключатель 19 переводится в положение, когда информационный вход системы 6 импульсно-фазового управления подключен к выходу блока 13 коррекции. С блока 14 подают на блок 15 управления включением команды “отключено” и “сброс”. Первая команда снимает импульсы управления с тиристоров 5, разрывает цепь управления в регуляторе 12 тока, останавливает отсчет времени в блоке 16 и фиксирует показания тока в блоке 10. Вторая команда обнуляет показания блоков 16 и 10. Устройство готово к испытанию проверяемого аппарата 9.

Блоком 17 задают время, в течение которого через проверяемый аппарат будет протекать испытательный ток, если этот аппарат не сработает ранее. Блоком 11 устанавливают действующее значение испытательного тока в виде сигнала постоянного тока соответствующего уровня. При подаче с командного блока 14 команды "включение", блок 15 управления включением подает на вход запуска регулятора 12 тока управляющий сигнал, переводящий регулятор 12 в состояние, в котором его выходной сигнал является функцией времени от разности сигналов задающего, подаваемого от блока 11 задания тока на первый информационный вход, и обратной связи, приходящего от измерительного преобразователя 8 тока на второй информационный вход. Одновременно поступает управляющий сигнал на вход блока 17, при этом начинается отсчет и индикация времени. В первый момент времени выходной сигнал регулятора 12 определяется только задающим сигналом, действующим на входе блока 11 задания тока. При этом на информационном входе системы 6 импульсно-фазового управления появляется сигнал, которому соответствует угол управления тиристорами 5, близкий к значению, необходимому для получения заданного испытательного тока. Такая связь между задающим сигналом, поступающим от блока 11 задания тока, и испытательным током обеспечивается описанной выше настройкой блока 13 коррекции. Возможное отклонение между заданным и полученным первоначальными значениями испытательного тока определяются отличием реального коэффициента мощности контура испытательного тока от среднего значения этого коэффициента, которому соответствует характеристика блока 13 коррекции. Разница между этими значениями тока не превосходит 20%.

Свойства силовой электрической цепи устройства таковы, что при постоянном угле управления возникающий при включении тиристоров переходный процесс протекает без перерегулирования испытательного тока. Испытательный ток, измеренный преобразователем 8, отображается блоком 10, а сигнал постоянного тока, пропорциональный испытательному току, поступает на второй вход регулятора 12 тока. Выходной сигнал регулятора является функцией отклонения испытательного тока от заданного значения. Этот сигнал вызывает такое изменение угла управления тиристорами 5, при котором происходит уменьшение указанного отклонения. Тем самым, компенсируются погрешность характеристики блока 13 коррекции и изменения влияющих величин: напряжения и частоты источника 4, температуры соединительных проводов и обмоток трансформатора и т.д. Время переходного процесса не превосходит один-два периода переменного тока источника 4.

При срабатывании проверяемого аппарата его контакт, включенный между зажимами второго входа блока 15 управления включением, размыкается, блок 15 воздействует на систему 6 импульсно-фазового управления, запрещая подачу импульсов управления на тиристоры 5. Испытательный ток прекращается. Блок 15 воздействует также на блок 16, вызывая прекращение отсчета времени. Показания этого блока остаются фиксированными и равными времени между моментом подачи команды "включение" и прекращением протекания испытательного тока. Остаются неизменными и показания блока 10, они соответствуют действующему значению испытательного тока в момент размыкания контакта проверяемого аппарата.

Если проверяемый аппарат не сработал, то по истечении заданного времени блок 16 подает на третий вход блока 15 управления сигнал, действие которого равносильно размыканию контакта проверяемого аппарата 9. При этом фиксируется испытательный ток и продолжительность его прохождения.

Аналогичный результат происходит и в том случае, когда по желанию оператора прекратить прохождение испытательного тока с блока 14 подают команду "отключено".

Для обнуления показаний блоков 10 и 16 с блока 14 подают команду "сброс".

Устройство для проверки токовой защиты готово к новому циклу работы.

Источники информации

1. Шилоносов М.А., Ларин В.М. Электролаборатория промышленного предприятия и ремонт приборов. - М.: Машиностроение, 1989, с.57-74.

2. Патент РФ №2093847, МКИ⁵ G 01 R 31/02. Устройство для проверки токовой защиты.