Реле токовой защиты
Заявляемое устройство может быть использовано для контроля работы и защитного отключения электродвигателей, генераторов, трансформаторов и прочих трехфазных электроустановок переменного тока при перегрузке и недогрузке по току сверх заданной продолжительности, при обрыве любой фазы и перекосе фаз по току более заданной величины.
Технический результат заключается в оперативном оповещении возникших аварийных режимов путем сигнализации, в установлении причины аварийного отключения электроустановки без пульта управления, а также в обеспечении токовой защиты электроустановок на отдаленном расстоянии от пульта управления диспетчера.
Устройство содержит датчики тока, исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, блок оперативной индикации и первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с исполнительным органом и входом блока памяти. Кроме этого, устройство содержит смонтированный в отдельном корпусе пульт управления диспетчера, в состав которого входит второй микропроцессор, кнопочная клавиатура, подключенная к входу второго микропроцессора, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микропроцессора. Микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством соединительного шлейфа с зондом для обеспечения контакта с электромагнитными считывающими головками. Длина шлейфа не ограничена. Блок памяти, первый микропроцессор, блок оперативной индикации и электромагнитное приемно-передающее устройство размещены в одном корпусе. На пульте управления диспетчера расположено устройство аварийной сигнализации (звонок или лампа), которое соединено с выходом первого микропроцессора через электронный ключ.
Заявляемое устройство относится к области электротехники, а более конкретно - к релейной токовой защите трехфазных электроустановок переменного тока, и может быть использовано для контроля работы и защитного отключения электродвигателей, генераторов, трансформаторов и прочих электроустановок переменного тока при перегрузке и недогрузке по току сверх заданной продолжительности, при обрыве любой фазы и перекосе фаз по току более заданной величины.
Из уровня техники известно устройство для защиты электроустановок от режимных перегрузок по заявке на изобретение №92006429, опубл. 1996.02.20. Оно предназначено для защиты электроустановок от режимных перегрузок по падению сопротивления изоляции, по температуре перегрева, сверхтоку потребления и току недогрузки и содержит датчики контролируемых параметров, выпрямитель, блок задержки, логические элементы И и ИЛИ, уставки предельных значений контролируемых параметров, компараторы, блок индикации и исполнительный орган для выключения цепей питания электроустановки в аварийных режимах. Устройство характеризуется минимально короткими аппаратурными цепями преобразований информации, поступающей от датчиков контролируемых параметров, поэтому оно позволяет быстро защитить электроустановку при отклонении режимов работы. Однако блок индикации фиксирует лишь факт нарушения режима работы и не отображает текущую информацию о рабочем режиме, причинах аварий, количестве аварийных отключений, величины режимных нарушений. В связи с этим функциональные возможности этого известного устройства ограничены.
Наиболее близким по технической сущности и техническому результату к заявляемому устройству является устройство контроля и защиты электроустановок по патенту РФ на полезную модель №15430. Оно является прототипом заявляемой полезной модели.
Устройство содержит датчики тока, исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, и первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с исполнительным органом и входом блока памяти. Известное устройство по прототипу содержит также смонтированный в отдельном корпусе блок
индикации, включающий второй микропроцессор, к входу которого подключен кнопочный пульт управления (кнопочная клавиатура), а к выходу - цифровой дисплей, который оснащен жидкокристаллическим индикатором с разрешением в две строки по шестнадцать разрядов с предоставлением информации на пяти страницах. По сути, блок индикации является пультом управления диспетчера. Микропроцессоры связаны между собой через интерфейс: контроль и защита электроустановок при аварийных режимах осуществляется с помощью программного обеспечения и технических средств, обеспечивающих ввод/вывод параметров, связь и обмен информации между микропроцессорами. Обмен информацией между двумя микропроцессорами происходит за счет приемно-передающих элементов беспроводной связи - по оптическому каналу связи:
приемные и передающие элементы выполнены на инфракрасных излучателях и приемниках инфракрасного излучения (светодиодах). Считывание информации происходит на расстоянии от 5 до 30 см.
Устройство по прототипу позволяет проводить статистический анализ аварийных ситуаций, контролировать текущий режим работы и принимать необходимые меры по корректировке при его отклонении. За счет применения микропроцессоров оно компактно, просто в обслуживании и обеспечивает высокую достоверность измеряемых параметров, надежную и быструю защиту.
Однако, надежность оптической связи, выполненной на светодиодах, может ухудшиться из-за их запыленности. Недостатком известного устройства по прототипу является и то, что его применение ограничено расстоянием от пульта управления до защищаемой электроустановки по причине узкой диаграммы направленности оптического канала связи. Это создает неудобства в эксплуатации:
из-за узкой диаграммы направленности оптического канала связи устройство требует вполне определенной, не всегда удобной установки в оборудовании (щите электроустановки). Кроме того, устройство фиксирует только работу или аварийный режим, но не текущую информацию о работе электроустановки. Информацию о текущем режиме электроустановки можно получить только через пульт управления при нажатии соответствующих кнопок клавиатуры.
Информация об аварийных отключениях отображается тоже на дисплее пульта управления. При этом устройство фиксирует с помощью счетчиков аварийных отключений только количество отключений, а не величины контролируемых параметров в момент таких отключений.
Задача полезной модели состоит в том, чтобы, используя те преимущества, которыми обладает прототип, то есть компактность, быструю защиту, простоту обслуживания, одновременно улучшить эксплуатационные характеристики устройства и расширить его функциональные возможности.
Достигаемый технический результат при решении поставленной задачи заключается в оперативном оповещении возникших аварийных режимов с помощью сигнализации, в установлении причины аварийного отключения электроустановки без пульта управления, а также в обеспечении токовой защиты электроустановок на отдаленном расстоянии от пульта управления диспетчера.
Для достижения указанного технического результата заявляемое в качестве полезной модели устройство имеет общее с прототипом то, что содержит датчики тока, исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, и первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с исполнительным органом и входом блока памяти. Как и прототип, заявляемое устройство содержит смонтированный в отдельном корпусе пульт управления диспетчера, в состав которого входит второй микропроцессор, кнопочная клавиатура, подключенная к входу второго микропроцессора, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микропроцессора. Микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством приемно-передающего устройства. В отличие от прототипа заявляемое реле токовой защиты снабжено устройством аварийной сигнализации и блоком оперативной индикации, соединенными с выходами первого микропроцессора. Кроме этого приемно-передающее устройство выполнено электромагнитным, а микропроцессоры соединены между собой с помощью проводной линии связи, выполненной в виде соединительного шлейфа с зондом.
Блок памяти, первый микропроцессор, блок оперативной индикации и электромагнитное приемно-передающее устройство размещены в одном корпусе.
Индикатор цифрового дисплея выполнен жидкокристаллическим с разрешением в четыре строки по двадцать разрядов с возможностью отображения информации на двенадцати страницах.
Отличием является и то, что устройство аварийной сигнализации расположено на пульте управления диспетчера и соединено с выходом микропроцессора через электронный ключ.
В частных случаях выполнения в качестве устройства аварийной сигнализации может быть использовано устройство звуковой сигнализации (звонок) или устройство световой сигнализации (лампа).
Совокупность существенных признаков, которыми характеризуется заявляемая полезная модель, заявителем среди известных технических решений не выявлена, что дает основание утверждать о наличии новизны у заявляемого устройства.
Отличительные признаки в совокупности с общими признаками прототипа достаточны для достижения вышеуказанного технического результата.
Во-первых, токовая защита электроустановок на отдаленном расстоянии от пульта управления диспетчера обусловлена тем, что приемно-передающее устройство выполнено электромагнитным, а микропроцессоры соединены между собой с помощью соединительного шлейфа с зондом (длина шлейфа не ограничена расстоянием и может достигать нескольких метров). К тому же наличие пыли не влияет на надежность связи и эксплуатацию заявляемого реле.
Первый микропроцессор предназначен для обработки информации, поступающей с датчиков тока, сравнения ее с заданными режимными уставками и выдачи команд на включение аварийной сигнализации и на отображение текущей информации на индикаторах блока оперативной индикации, которые без пульта управления позволяют установить причину аварийной ситуации. Программирование всех перечисленных функций первого микропроцессора осуществляется с пульта управления диспетчера через интерфейс и приемно-передающее устройство. С помощью программы и технических средств осуществляется установка требуемых значений режимных уставок, временных задержек на отключение (при обрыве фазы время задержки составляет не более 3 сек., при пуске, току перегрузки, недогрузки - от 1 до 250 сек.), сброс защиты. Заявляемое устройство путем программирования и наличия соответствующих индикаторов в блоке оперативной индикации позволяет отображать параметры текущей работы и определить, в каком режиме возникла авария (перегрузка, недогрузка по току, обрыв фазы, перекос фазы).
Благодаря устройству сигнализации (звонка или лампы), которое мгновенно срабатывает в случае возникновения аварийных ситуаций при замыкании электронного ключа, появляется возможность своевременного принятия мер по ликвидации аварийной ситуации. Наличие блока оперативной индикации позволяет без пульта управления определить причину аварийного отключения. Применение шлейфа и зонда позволяют осуществить обмен информации между
микропроцессорами на отдаленном расстоянии. Жидкокристаллический индикатор цифрового дисплея с разрешением в четыре строки по двадцать разрядов с возможностью отображения информации на двенадцати страницах позволяет увеличить информативность устройства. Как видно, у заявляемого в качестве полезной модели реле токовой защиты в сравнении с прототипом расширены функциональные возможности и улучшены условия эксплуатации.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого реле токовой защиты. На фиг.2 показано соединение микропроцессоров с помощью шлейфа и зонда.
Реле размещено в двух корпусах 1 и 2. В корпусе 1 (фиг.1) расположены первый микропроцессор 3, входы которого соединены с датчиками тока 4, 5, 6 трехфазной сети переменного тока, блок памяти 7, электронный ключ 8, соединяющий выход микропроцессора 3 с исполнительным органом 9, в качестве которого может быть использован, например, электромагнитный контактор, электронный ключ 10 для включения аварийной сигнализации. Само устройство аварийной сигнализации (звонок или лампа) может располагаться на щите или пульте управления диспетчера, и на чертеже не показано. В корпусе 1 размещен также блок оперативной индикации 11. В корпусе 2 расположен пульт управления диспетчера. Он включает второй микропроцессор 12, к входу которого подключена клавиатура 13, а к выходу - цифровой дисплей 14. Микропроцессоры 1, 12 соединены между собой через интерфейс 15, электромагнитное приемно-передающее устройство 16 и шлейф 17 с зондом 18 на одном из его концов. На другом конце шлейфа 17 имеется штеккер 19. (фиг.2) На корпусе 1 и на корпусе пульта управления 2 выполнены гнезда 20, 21 соответственно для зонда 18 и штеккера 19. На фиг.1 буквой Э обозначена электроустановка, буквами А, В, С - фазы сети питания.
Полезная модель промышленно применима. Она работоспособна, и ее практическая реализация не вызывает трудностей у специалиста в данной области. При изготовлении реле используются современные серийно выпускаемые приборы и микропроцессоры. Датчики тока могут быть выполнены в виде тороидальных трансформаторов тока. В качестве индикатора цифрового дисплея для повышения объема предоставляемой информации целесообразно использовать жидкокристаллический индикатор с разрешением 4 строки по 20 разрядов. Вся информация может быть представлена на двенадцати страницах дисплея,
последовательное переключение которых в прямом и обратном порядке осуществляется с помощью соответствующих кнопок.
Работа и эксплуатация реле заключаются в следующем.
Штеккер 19 вставляют в гнездо 21 на пульте управления 2. Двухсторонняя связь между микропроцессорами осуществляется без электрического контакта с помощью шлейфа 17 и зонда 18. Для этого зонд 18 вставляют в гнездо 20 корпуса 1. Программирование осуществляется с помощью кнопок клавиатуры, расположенной на пульте управления диспетчера. При программировании и перепрограммировании требуемое значение уставки (значения режимных уставок тока, временных задержек включения защиты, времени и количества повторных пусков и др.) с помощью кнопок клавиатуры 13 и микропроцессора 12 отображается на экране цифрового дисплея 14. Эта информация передается через соединительный шлейф 17 на электромагнитное приемно-передающее устройство 16. Электромагнитная головка устройства 16 эту информацию считывает и передает в блок памяти 7. Для сброса ненужной информации, эта информация с помощью кнопок клавиатуры 13 пульта управления 2 выводится на экран цифрового дисплея 14, а затем подается команда на удаление.
Реле устанавливают в цепях питания трехфазных электроустановок и контролируют токи, протекающие по проводам каждой из трех фаз.
Микропроцессор 3 под управлением заложенной в него программы сравнивает информацию режимных уставок с информацией датчиков тока 4, 5, 6. В случае аварийной ситуации микропроцессор выдает команды на отключение исполнительного устройства 9 (электромагнитного контактора) через электронный ключ 8, на включение соответствующего индикатора блока оперативной индикации 11 и на включение аварийной сигнализации через электронный ключ 10. Отключение электроустановки происходит при возникновении следующих аварийных режимов:
- при перегрузке или недогрузке по току сверх заданной продолжительности;
- при обрыве любой фазы;
- перекосе фаз по току более заданной величины.
Информация об аварийном отключении записывается в блок памяти 7. Кроме того, эта информация с микропроцессора 3 через электромагнитное приемно-передающее устройство 16, зонд 18, шлейф 17 и интерфейс связи 15 поступает в микропроцессор 12 пульта управления 2 и с помощью кнопок клавиатуры 13 выводится на экран дисплея 14.
Один пульт управления 2 может быть связан через интерфейсы, электромагнитные приемно-передающие устройства, проводные линии связи с несколькими микропроцессорами, выполненными аналогично микропроцессору 3, связанному с блоком памяти, исполнительным органом и датчиками тока, тем самым осуществлять контроль и защиту нескольких электроустановок.
1. Реле токовой защиты, содержащее датчики тока, исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы, при этом входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с исполнительным органом и входом блока памяти, содержащее смонтированный в отдельном корпусе пульт управления диспетчера, включающий второй микропроцессор, связанный через интерфейс с первым микропроцессором и соединенный с ним посредством приемно-передающего устройства, кнопочную клавиатуру, подключенную к входу второго микропроцессора, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микропроцессора, отличающееся тем, что оно снабжено устройством аварийной сигнализации и блоком оперативной индикации, соединенными с выходами первого микропроцессора, при этом приемно-передающее устройство выполнено электромагнитным, а микропроцессоры соединены между собой посредством проводной линии связи, выполненной в виде соединительного шлейфа с зондом.
2. Реле по п.1, отличающееся тем, что устройство аварийной сигнализации размещено на пульте управления диспетчера и выполнено в виде звонка, соединенного с выходом микропроцессора через электронный ключ.
3. Реле по п.1, отличающееся тем, что устройство аварийной сигнализации размещено на пульте управления диспетчера и выполнено в виде лампы, соединенной с выходом микропроцессора через электронный ключ.
4. Реле по п.1, отличающееся тем, что индикатор цифрового дисплея выполнен жидкокристаллическим с разрешением в четыре строки по двадцать разрядов с возможностью отображения информации на двенадцати страницах.
5. Реле по п.1, отличающееся тем, что блок памяти, первый микропроцессор, блок оперативной индикации и электромагнитное приемно-передающее устройство размещены в одном корпусе.
