Устройство для проверки аппаратов токовой защиты

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизации функционально-диагностического контроля аппаратов токовой защиты постоянного тока. Сущность: устройство содержит: аппарат 1 токовой защиты, источник 2 питания, управляемый коммутатор 3, индикатор 4 тока, регулятор 5 тока, блок 6 токоограничивающий, вольтметр 7, блок 8 управления с двунаправленной шиной. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматизации функционально-диагностического контроля аппаратов токовой защиты постоянного тока в электротехнической промышленности, авиа- и приборостроении.

Известно устройство для контроля исправности релейной защиты [1]. Устройство содержит блок входных резисторов, селекторы минимального напряжения, сумматоры, измерительный блок, элементы ИЛИ, детекторы уровня, блок анализа и индикации, элемент выдержки времени, блок совпадения, задатчик напряжения самопроверки. Устройство может быть использовано только для контроля нескольких равных постоянных напряжений и проверки исправности работы схем релейной защиты. Устройство обладает узкими функциональными возможностями, так как не позволяет проверять аппараты токовой защиты на постоянном токе.

Известно устройство для проверки аппаратов токовой защиты [2]. Устройство содержит регулятор и индикатор тока, два коммутатора, нагрузочный трансформатор, блок задания и индикатор времени, блок выпрямителей, блок токоограничивающий, блок памяти, элемент И, блок формирования импульсов. Устройство двухступенчато включает испытательный ток и на первой ступени определяется момент включения основного испытательного тока во второй ступени в фазе, исключающей помехи снижения достоверности результатов контроля при любых значениях активных и реактивных сопротивлений проверяемых аппаратов. Устройство в принципе не позволяет осуществлять функционально-диагностический контроль аппаратов токовой защиты на постоянном токе с оценкой временных параметров, что сужает его функциональные возможности.

Цель изобретения - обеспечение возможности функционально-диагностического контроля аппаратов токовой защиты на постоянном токе.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник питания, управляемый коммутатор, индикатор тока, регулятор тока, блок токоограничивающий и две клеммы для подключения объекта контроля, первая из которых соединена с токовым входом управляемого коммутатора, а вторая - с первым выводом источника питания согласно изобретению, введены блок управления с двунаправленной шиной, которая соединена с тремя входами и первым выходом индикатора тока, двумя входами блока токоограничивающего, двумя входами и первым выходом регулятора тока и управляющим входом управляемого коммутатора, причем второй выход индикатора тока соединен с третьим входом регулятора тока, токовый выход управляемого коммутатора соединен с токовым входом индикатора тока, токовый выход которого соединен с токовыми входами регулятора тока и блока токоограничивающего, токовые выходы которых соединены с вторым выводом источника питания.

Целесообразно выполнить индикатор тока, содержащим входные регистры кода диапазона и требуемого значения тока, первый, второй и третий шунты с релейными ключами, блок измерительных усилителей, цифроаналоговый преобразователь, делитель напряжения и компараторы первый и второй, причем входы требуемого значения тока, диапазона и первого сигнала синхронизации соединены с соответствующими входами регистров кода требуемого значения тока и кода диапазона, выходы которого соединены c обмотками соответствующих релейных ключей 1, 2 и 3-го, первые выводы силовых контактов которых объединены и соединены с выходом коммутатора, вторые выводы соединены соответственно с первыми ходами блока измерительных усилителей и первыми выводами измерительных шунтов, вторые выводы которых объединены и соединены с силовым выводом индикатора тока и вторым общим входом блока измерительных усилителей, выход которого подключен к первым входам обоих компараторов и выходу текущего значения тока индикатора тока, выходы регистра кода требуемого тока подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого напрямую соединен со вторым входом первого компаратора и через делитель напряжения со вторым входом второго компаратора, выход которого является выходом "ток появился", а выход первого компаратора является выходом "ток меньше" индикатора тока.

Целесообразно также выполнить блок токоограничивающий содержащим силовые ключи дискретного задания тока с нагрузочными резисторами, регистр кода дискретного задания тока с подключенными параллельно его входам - соответствующих входов блока токоограничивающего, а к его выходам - управляющих выводов силовых ключей, первые силовые выводы которых подключены через соответствующие нагрузочные резисторы к первому силовому выводу блока токоограничивающего, а вторые выводы силовых ключей объединены и подключены ко второму силовому выводу блока токоограничивающего.

Регулятор тока целесообразно выполнить содержащим элемент И, компаратор, R-S триггер, 4 и 5-й полупроводниковые ключи, резисторы первой и второй, накопительный конденсатор, усилитель, первый и второй источники опорных напряжений, транзисторы аналоговых ключей с нагрузочными резисторами, причем три входа элемента И соединены соответственно со входами "ток меньше", третьим входом синхронизации, выходом "ток не устанавливается" регулятора тока, а выход элемента И подключен к S-входу триггера и входу управления четвертого ключа, нормально замкнутый контакт которого соединен с корпусом, а нормально разомкнутый контакт - с первым источником опорного напряжения, якорь четвертого ключа соединен с первым резистором и, через нормально замкнутые контакты пятого ключа с вторым резистором, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, входом усилителя и первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с корпусом, выход усилителя соединен с базами транзисторов аналоговых ключей и первым входом компаратора, второй вход которого подключен к второму источнику опорного напряжения, а выход - к выходу "ток не устанавливается" регулятора тока и третьему входу элемента И, эмиттеры транзисторов аналоговых ключей через соответствующие нагрузочные резисторы соединены с первым силовым выводом, а коллекторы - с вторым силовым выводом регулятора тока, первый вход синхронизации которого соединен с R-входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу пятого ключа.

На фиг. 1 приведены структурная схема; на фиг. 2 - функциональная схема устройства; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит аппарат токовой защиты 1, источник питания 2, управляющий коммутатор 3, индикатор тока 4, регулятор 5 тока; блок 6 токоограничивающий, цифровой вольтметр 7, две клеммы для подключения объекта контроля, первая из которых соединена с токовым входом управляемого коммутатора, а вторая - с первым выводом источника 2 питания, блок 8 управления с двунаправленной шиной 9, которая соединена с тремя входами индикатора тока: "требуемое значение тока" 10, "диапазон" 11 и первый сигнал синхронизации "С 1" 12 и первым его выходом 13 "ток появился", двумя входами блока токоограничивающего: "дискретное задание тока" 14 и второй сигнал синхронизации "С 2" 15, с информационными выходами 16 вольтметра 7, входами регулятора тока "С 1" 12 и "С 3" 17 и его выходом "ток не устанавливается" 18 и управляющим входом "номер цепи" коммутатора 3. Выход "текущее значение тока" 19 индикатора тока 4 соединен с измерительным входом вольтметра 7. Второй выход индикатора тока 4 "ток меньше" 20 соединен с третьим входом регулятора тока 5, токовый выход управляемого коммутатора 3 соединен с токовым входом индикатора тока 4, токовый выход которого 21 соединен с токовыми входами регулятора тока 5 и блока токоограничивающего 6, токовые выходы 22 которых соединены с вторым выводом источника питания 2.

Индикатор 4 тока содержит регистры 23 диапазона и 24 требуемого тока, первый 25, второй 26 и третий 27 измерительные шунты, первый 28, второй 29 и третий 30 релейные ключи, блок 31 измерительных усилителей, цифроаналоговый преобразователь 32, делитель напряжения 33 и компараторы первый 34 и второй 35, причем входы 10 требуемого значения тока, диапазона 11 и первого сигнала синхронизации соединены с соответствующими входами регистров кода требуемого значения тока 24 и кода диапазона 23, входы которого соединены с соответствующими обмотками релейных ключей первого 28, второго 29 и третьего 30, первые выводы силовых контактов которых объединены и соединены с выходом коммутатора 3, вторые выводы соединены соответственно с первыми входами блока 31 измерительных усилителей и первыми выводами измерительных шунтов 25, 26 и 27, вторые выводы которых объединены и соединены с силовым выходом 21 индикатора тока 3 и вторым общим входом блока измерительных усилителей 31, выход которого подключен к первым входам компараторов 34 и 35, выводу 19 текущего значения тока индикатора 4 тока, выходы регистра 24 требуемого тока подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя 32, выход которого соединен напрямую с вторым входом первого компаратора 34 и через делитель 33 напряжения с вторым входом второго компаратора 35, выход которого является выходом 13 "ток появился" индикатора 4 тока, а выход первого компаратора 34 является выходом 20 "ток меньше".

Блок 6 токоограничивающий содержит силовые ключи 36 дискретного задания тока с нагрузочными резисторами 37, регистр 38 кода дискретного задания тока с подключенными параллельно его входам соответствующих входов блока токоограничивающего, а к его выходам управляющих выводов силовых ключей 36, первые силовые выводы которых подключены через соответствующие нагрузочные резисторы 37 к первому силовому выводу 21, а вторые выводы силовых ключей объединены и подключены к второму силовому выводу 22 блока 6 токоограничивающего.

Регулятор 5 тока содержит элемент И 39, компаратор 40, R-S триггер 41, четвертый 42 и пятый 43 полупроводниковых ключа, резисторы первый 44 и второй 45, накопительный конденсатор 46, усилитель 47, источники опорных напряжений первый 48 и второй 49, транзисторы 50 аналоговых ключей, их нагрузочные резисторы 51, причем три входа элемента И 39 соединены соответственно с входами 20 "ток меньше", третьим входом 17 синхронизации, выходом 18 "ток не устанавливается" регулятора 5 тока, а выход элемента И 39 подключен к S-входу триггера 41 и входу управления четвертого ключа 42, нормально замкнутый контакт которого соединен с корпусом, а нормально разомкнутый контакт - с первым источником 48 опорного напряжения, якорь четвертого ключа соединен с первым резистором 44 и, через нормально замкнутые контакты пятого ключа с вторым резистором 45, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора 44, входом усилителя 47 и первым выводом накопительного конденсатора 46, второй вывод которого соединен с корпусом, выход усилителя 47 соединен с базами транзисторов аналоговых ключей 50 и первым входом компаратора 40, второй вход которого подключен к второму источнику опорного напряжения 49, а выход - к выходу "ток не устанавливается" 18 регулятора тока 5, эмиттеры транзисторов 50 аналоговых ключей через соответствующие нагрузочные резисторы 51 соединены с первым силовым выводом 21 положительной полярности, а коллекторы - с вторым силовым выводом 22 отрицательной полярности регулятора тока 5, первый вход синхронизации 12 которого соединен с R-входом триггера 41, выход которого подключен к управляющему входу пятого ключа 43.

В качестве блока управления 8 может быть использована микроЭВМ, например, "Электроника-60М" (2.791-004-03 ТО, ИЭ) или ПЭВМ типа ДВК. МикроЭВМ записывает коды диапазона, требуемого и дискретного задания тока, подает синхросигналы С1, С2, С3 в регистры индикатора 4 и регулятора 5 тока, блока токоограничивающего 6, а также принимает сигналы "ток появился" 13, "ток не устанавливается" 18 и код текущего значения тока с выходов 16 вольтметра 7. Реализация алгоритма работы микроЭВМ на уровне передачи - приема логических слов из ЭВМ в регистры перечисленных блоков из этих блоков в ЭВМ приведены в техническом описании и инструкции по эксплуатации на центральный процессор М2 (3.852.382. ТО). Состав, структура ЭВМ и методика ее синтезирования приведены в ТО и ИЭ на микроЭВМ "Электроника-60М" (2.791-004-03 ТО, ИЭ). Алгоритм работы ЭВМ, вид и последовательность команд управления внешними устройствами описаны в книге 6 эксплуатационной документации на ЭВМ - "Перфоленточная операционная система. Программное облегчение" (0.005.027 ПО) и в книге N 8 "Бейсик. Программное обеспечение" (0.005.027 ПО2). Связь ЭВМ с двунаправленной шиной 9 осуществляется через интерфейсный блок. Структура, состав и принцип действия интерфейсного блока описаны в документации на процессор М2 ЭВМ "Электроника-60М" (3.852.382 ТО, ЭЗ, ПЭЗ). По этой причине на фиг. 1 и 2 интерфейсный блок не показан.

Коммутатор выполнен на сильноточных реле типа ТКД, которые управляются от микроЭВМ с интерфейсной шины (на фиг. 1 и 2 не показано). Регистры диапазона и тока выполнены на микросхемах КР155ТМ8, цифроаналоговый преобразователь - типа К572ПА1, компараторы напряжений - К554СА3, блок усилителей 31 выполнены на операционных усилителях К140УД17, усилитель 47 на операционном усилителе К1408УД1, ключи 42 и 43 на микросхемах К561КТ3, силовые ключи 36 на транзисторах типа ТКД152 и ТКД155.

Устройство работает следующим образом.

Управляющая микроЭФМ 8 на выходах 11, 10 и 14 интерфейсной шины 9 устанавливает по программе соответственно коды диапазона, требуемого значения тока и дискретного значения тока, которые записываются в регистры индикатора тока 4 и блока токоорганичивающего 6 по соответственно первому и второму сигналам синхронизации С1 и С2. Сигнал С1, кроме того, сбрасывает триггер 41 регулятора тока 5. При этом в индикаторе тока 4 срабатывает один из релейных ключей первого 28, второго 29 или третьего 30 диапазонов, цифроаналоговый преобразователь 32 устанавливает на втором входе первого компаратора 34 напряжение, пропорциональное требуемому значению тока, а на втором входе второго компаратора 35 напряжение, равное 0,9 напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 32. Регистр кода дискретного задания тока 38 блока токоограничивающего 6 включает комбинацию силовых ключей 36, при этом в цепи проверяемого автомата токовой защиты (АЗС) сети через коммутатор 3, первый его силовой выход, один из измерительных шунтов 25-27, силовую цепь 21, нагрузочные резисторы 37, силовые ключи 36, вторую силовую цепь 22 потечет ток, больше или равный 0,9I_з. С измерительного шунта 25 (26 или 27) напряжение, пропорциональное реальному значению тока через блок измерительных усилителей 31 поступает на первые входы первого 34 и второго 35 компараторов. Если значение тока соответствует условию I I_з, то в ЭВМ по выходу 13 "ток явился" с второго компаратора индикатора тока 4 поступит сигнал. В противном случае микроЭВМ через программно заданную временную задержку записывает новый код дискретного значения тока в регистр 38 по сигналу С2.

По получению микроЭВМ сигнала "ток появился", она выдает третий сигнал синхронизации С3, по поступлению которого на элемент И включается ключ 42 и подготавливается к срабатыванию триггер 41 регулятора тока 5. Через ключ 42 и параллельно включенные резисторы 44 и 45 от первого источника опорного напряжения 48 быстро заряжается накопительный конденсатор 46. Пропорционально величине его заряда открываются аналоговые ключи 50, плавно увеличивая значение тока в цепи проверяемого автомата токовой защиты 1 до тех пор, пока I = I_з. При этом срабатывает первый компаратор 34 индикатора тока 4 и снимет сигнал "ток меньше" с первого входа элемента И 39. По этому сигналу выключится ключ 42 и накопительный конденсатор начнет разряжаться, срабатывает триггер 41 и включит ключ 43, который отключает резистор 45.

При разряде накопительного конденсатора 46 начнут закрываться аналоговые ключи 50, и, следовательно, начнет уменьшаться ток в цепи АЗС 1 до тех пор, пока на выходе первого компаратора 34 не появится сигнал "ток меньше". По его появлению вновь через элемент И 39 включится ключ 42 и начнется заряд накопительного конденсатора 46 только через резистор 44. Таким образом работает следящая система поддержания заданного значения тока.

Напряжение второго источника опорного напряжения 49 регулятора тока 5 выбирается таким, что при максимальном открывании аналоговых ключей 50 срабатывает компаратор 40 регулятора тока 5 и в микроЭВМ поступает сигнал 18 "ток не устанавливается", и элемент И выключает ключ 42, тем самым закрывает аналоговые ключи 50. В этом случае микроЭВМ выдает индикацию "ток не устанавливается", увеличивает код дискретного задания тока 14 и повторяет весь цикл установки тока.

При свершившейся установке заданного значения тока микроЭВМ программно производит отсчет времени выдержки тока от момента поступления сигнала "ток появился" до момента срабатывания автомата токовой защиты и это значение времени выводит на индикацию (на фиг. 1 и 2 не показано). При проверке АЗС на срабатывание задается соответствующее значение тока и микроЭВМ программно формирует требуемую временную выдержку тока, по истечении которой определяет годность автомата токовой защиты.

Если требуется определить конкретное значение тока срабатывания АЗС (фиг. 4), сначала задается таким же образом дискретное значение тока, а затем микроЭВМ на вход 10 требуемого значения тока последовательно задает текущие значения тока, которые наращиваются с заданной дискретностью I_д. Каждое промежуточное значение тока выдерживается в течение времени _з, достаточном для срабатывания АЗС. При срабатывании АЗС (на фиг. 4 - на четвертом шаге) в памяти микроЭВМ фиксируется код значения тока, при котором сработал АЗС (снят сигнал "ток появился"). С целью точного измерения текущего значения тока в цепи проверяемого АЗС в устройство введен вольтметр 7, который измеряет напряжение на выходе блока измерительных усилителей 31 и передает код измеренного значения тока в микроЭВМ.

Таким образом, введение новых элементов и связей в устройство для проверки аппаратов токовой защиты постоянного тока и составляющих его блоков позволило расширить функциональные возможности проверки аппаратов токовой защиты на постоянном токе в пределах от 50 до 300 А. Устройство позволяет автоматически проверять как контактные, так и полупроводниковые аппараты, в том числе аппараты с временными задержками, а также измерять время их срабатывания. При этом значительно повышается достоверность функционально-диагностического контроля аппаратов токовой защиты сети.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ АППАРАТОВ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ, содержащее источник питания, управляемый коммутатор, индикатор тока, регулятор тока, блок токоограничивающий и две клеммы для подключения объекта контроля, первая из которых соединена с токовым входом управляемого коммутатора, а вторая - с первым выводом источника питания, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности функционально-диагностического контроля аппаратов токовой защиты на постоянном токе, в него введены блок управления с двунаправленной шиной, которая соединена с тремя входами и первым выходом индикатора тока, двумя входами блока токоограничивающего, двумя входами и первым выходом регулятора тока и управляющим входом управляемого коммутатора, причем второй выход индикатора тока соединен с третьим входом регулятора тока, токовый выход управляемого коммутатора соединен с токовым входом индикатора тока, токовый выход которого соединен с токовыми входами регулятора тока и блока токоограничивающего, токовые выходы которых соединены с вторым выводом источника питания.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что индикатор тока содержит входные регистры кода диапазона и требуемого значения тока, измерительные шунты первый, второй и третий с первым, вторым и третьим релейными ключами, блок измерительных усилителей, цифроаналоговый преобразователь, делитель напряжения и компараторы первый и второй, причем входы требуемого значения тока, диапазона и первого сигнала синхронизации соединены с соответствующими входами регистров кода требуемого значения тока и кода диапазона, выходы которого соединены с обмотками соответствующих релейных ключей первого, второго и третьего, первые выводы силовых контактов которых объединены с первым выходом коммутатора, вторые выводы соединены соответственно с первыми входами блока измерительных усилителей и первыми выводами измерительных шунтов, вторые выводы которых объединены и соединены с силовым выводом индикатора тока и вторым общим входом блока измерительных усилителей, выход которого подключен к первым входам обоих компараторов и выходу текущего значения тока индикатора тока, выходы регистра кода требуемого тока подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого напрямую соединен с вторым входом первого компаратора и через делитель напряжения с вторым входом компаратора, выход которого является выходом "Ток появился", а выход первого компаратора является выходом "Ток меньше" индикатора тока.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок токоограничивающий содержит силовые ключи дискретного задания тока с нагрузочными резисторами, регистр кода дискретного задания тока с подключенными параллельно его входам соответствующих входов блока токоограничивающего, а к его выходам - управляющих выводов силовых ключей, первые силовые выводы которых подключены через соответствующие нагрузочные резисторы к первому силовому выводу блока токоограничивающего, а вторые выводы силовых ключей объединены и подключены к второму силовому выводу блока токоограничивающего.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор тока содержит элемент И, компаратор, R S-триггер, четвертый и пятый полупроводниковые ключи, резисторы первый и второй, накопительный конденсатор, усилитель, источники опорных напряжений первый и второй, транзисторы аналоговых ключей с нагрузочными резисторами, причем три входа элемента И соединены соответственно с входами "Ток меньше", третьим входом синхронизации, выходом "Ток не устанавливается" регулятора тока, а выход элемента И подключен к S-входу триггера и входу управления четвертого ключа, нормально замкнутый контакт которого соединен с корпусом, а нормально разомкнутый контакт - с первым источником опорного напряжения, якорь четвертого ключа соединен с первым резистором и через нормально замкнутые контакты пятого ключа с вторым резистором, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, входом усилителя и первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого соединен с корпусом, выход усилителя соединен с базами транзисторов аналоговых ключей и первым входом компаратора, второй вход которого подключен к второму источнику опорного напряжения, а выход - к выходу "Ток не устанавливается" регулятора тока и третьему входу элемента И, эмиттеры транзисторов аналоговых ключей через соответствующие нагрузочные резисторы соединены с первым силовым выводом, а коллекторы - с вторым силовым выводом регулятора тока, первый вход синхронизации которого соединен с R-входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу пятого ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4