УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к релейной защите электроустановок.
Устройство предназначено для защиты электроустановок с рабочим напряжением около 0,4 кВ от аварийных режимов, вызванных обрывом фаз питающей сети; длительным перегрузом; коротким замыканием в электроустановке; межвитковым замыканием; перекосом фаз; холостым ходом вследствие обрыва муфты или сухого хода насоса, падением напряжения или перенапряжением; износом подшипников и т.д. Кроме того, устройство обеспечивает сохранение в энергонезависимой памяти информации о значениях токов, напряжений, потребляемой мощности, сопротивлении изоляции, состоянии дополнительных дискретных входов при аварии в некоторый промежуток времени, предшествовавший аварии, вызвавшей аварийное отключение электроустановки и информации о событиях не вызвавших аварийного отключения, как например кратковременное понижение питания, изменение сигналов на дискретных входах устройства или вмешательство оператора, изменившего уставки защиты. Дополнительно устройство может с заданной периодичностью сохранять в энергонезависимой памяти значения токов, напряжений, потребляемой мощности, сопротивления изоляции, состояния дискретных входов, обеспечивая после передачи этой информации в персональный компьютер возможность анализа работы электроустановки в течение длительного периода времени.
Известен контроллер диагностики и защиты содержащий электронный блок, включающий блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, генератор тактовой частоты, делитель частоты, интерфейс, исполнительное реле, кнопку "Деблокировка", индикатор, энергонезависимые часы, блок энергонезависимой памяти, хранящей уставки и аварийные параметры (Патент РФ №2256993).
Недостатками данного устройства является отсутствие дискретных входов для ввода дополнительных сигналов и то, что события, не вызвавшие аварийного отключения установки, как например, изменение уставок или неаварийные остановка и пуск не фиксируются в энергонезависимой памяти, что затрудняет анализ работы установки.
Известно также устройство контроля и защиты электроустановок, содержащее датчики тока, исполнительный орган, реле защиты, в состав которого входят блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, первый микропроцессор, включающий блок задержки и компараторы, входы которого соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с входом блока памяти и через электронный ключ с исполнительным органом; содержащее смонтированный в отдельном корпусе блок индикации, в состав которого входит второй микропроцессор, к входу которого подключен кнопочный пульт управления, а к выходу - цифровой дисплей, при этом первый и второй микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством беспроводной двусторонней связи, отличающееся тем, что реле защиты дополнительно содержит блок оперативной индикации, соединенный с выходами первого микропроцессора и выполненный в виде индикаторов, расположенных на лицевой панели реле защиты. (Патент РФ №76179).
Недостатками данного устройства, как и предыдущего, является отсутствие дискретных входов для ввода дополнительных сигналов и то, что события, не вызвавшие аварийного отключения установки, как например, изменение уставок или неаварийные остановка и пуск не фиксируются в энергонезависимой памяти, что затрудняет анализ работы установки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство контроля и защиты электроустановки по патенту РФ №74249. Это устройство содержит датчики тока, установленные в фазах питающей сети электроустановки, электронный контроллер тока, электромагнитный контактор, включенный в питающую сеть электроустановки, устройство пусковой сигнализации, устройство аварийной сигнализации и схемы управления соответствующей сигнализацией. Основным блоком электронного контроллера является микропроцессор. Микропроцессор соединен с датчиками тока, блоком памяти, схемой аварийной сигнализацией, схемой управления пусковой сигнализацией, блоком измерения сопротивления изоляции, схемой дискретного входа, электронным блоком времени и через электронный ключ - с электромагнитным контактором. Управление работой электронного контроллера осуществляется через интерфейс связи с пульта управления диспетчера, выполненного на базе второго микропроцессора, либо с помощью персонального компьютера. Информация о режиме работы электроустановки, аварийных отключениях отображается на цифровом дисплее пульта управления диспетчера или на экране удаленного персонального компьютера. Устройство оперативно оповещает о возникших аварийных режимах с помощью сигнализации, сохраняет информацию о времени и дате наступления аварии. При коротком замыкании, холостом ходе (сухом ходе), превышении тока выше номинального, превышении тока выше максимально допустимого, пропадании одной или двух фаз, перекосе фаз по току, при обрыве любой фазы, низком сопротивлении изоляции происходит отключение электроустановки.
Недостатком данного устройства является то, что события, не вызвавшие аварийного отключения установки, как например, изменение уставок защиты или неаварийные остановка и пуск не фиксируются в энергонезависимой памяти, что затрудняет анализ работы электроустановки.
Задача предлагаемой полезной модели - обеспечить возможность более подробного анализа работы защищаемой электроустановки, причем не только в аварийных режимах, а также расширение функциональных возможностей устройства.
Для достижения поставленной цели в устройство контроля и защиты электроустановки, содержащее датчики тока, установленные в фазах питающей сети электроустановки, электронный блок, в состав которого входят узел согласования и масштабирования сигналов от датчиков тока и контролируемых входных напряжений, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, который производит необходимые вычисления для сравнения с заданными уставками по току и напряжению и принимает решение о нормальной или аварийной ситуации контролируемой электроустановки, группа исполнительных элементов в виде электромагнитных реле или полупроводниковых ключей, обеспечивающих управление контактором в цепи питания электроустановки и дополнительными внешними устройствами, например, сигнальными, узел оперативной индикации, интерфейс, энергонезависимые часы, блок энергонезависимой памяти, под управлением микроконтроллера, обеспечивающий хранение и запись рабочих уставок и журнала аварийных событий, включающего в себя фиксацию даты и времени аварии, ее типа и измеренные значения напряжений и токов в некоторый интервал времени, предшествовавший аварийной ситуации, выходы датчиков и входы для измеряемых напряжений соединены со входами узла согласования и масштабирования, выходы которого соединены со входами аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входом микроконтроллера, другие входы которого соединены с выходами интерфейса и блока энергонезависимой памяти, а выходы соединены с входами узла оперативной индикации, блока энергонезависимой памяти, группы исполнительных элементов и интерфейса введены дополнительные гальванически развязанные дискретные входы и обеспечена возможность сохранения в энергонезависимой памяти под управлением микроконтроллера информации о событиях, не вызывающих аварийного отключения установки, как например, неаварийные пуск и остановка, кратковременное понижение напряжения питания, поступление сигналов с дискретных входов или вмешательство оператора, изменившего уставки защиты. В состав микропроцессора введен блок вычисления мощности, потребляемой электроустановкой. Кроме того, обеспечена возможность сохранения в энергонезависимой памяти с заданной периодичностью, измеренных значений токов, напряжений, потребляемой мощности и состояния дискретных входов устройства.
Устройство работает следующим образом:
При программировании и перепрограммировании требуемое значение уставки (значения режимных уставок тока, напряжения, временных задержек включения защит, времени и количества повторных пусков и др.) вводится с помощью персонального компьютера или пульта управления и через интерфейс поступает в микроконтроллер и далее в блок памяти. Датчики тока устанавливаются в цепях питания и измеряют токи, протекающие по проводам каждой из трех фаз. Перед включением электроустановки микроконтроллером производится анализ состояния дискретных входов и при отсутствии запрещающих сигналов и не нахождении устройства в состоянии блокировки пуска например состоянии аварийной остановки электроустановки, микроконтроллером через ключ или электромагнитное реле в составе группы исполнительных элементов выдается сигнал, разрешающий включение. Узел оперативной индикации свидетельствует о нормальном режиме работы электроустановки, например непрерывным свечением светодиода желтого цвета. Микроконтроллер под управлением заложенной в него программы сравнивает информацию режимных уставок с выдаваемыми аналого-цифровым преобразователем мгновенными значениями токов и напряжений. В случае аварийной ситуации микроконтроллер, через электронные ключи или электромагнитные реле в группе исполнительных элементов, выдает команды на отключение электромагнитного контактора, на включение аварийной сигнализации (например, в виде мигающей красной лампы, вынесенной на пульт диспетчера) и отображает на узле оперативной индикации сигнал аварии с указанием ее типа. Микроконтроллер, используя измеренные значения тока и напряжения, вычисляет мощность, потребляемую установкой. Кроме этого, микроконтроллер обеспечивает прием сигналов с дискретных входов (например, сигнала электроконтактного манометра или термометра, аварийной кнопки, концевого выключателя и т.п.). Отключение электроустановки происходит при возникновении следующих аварийных режимов:
- короткое замыкании;
- снижение нагрузки ниже допустимой (холостом ходе электроустановки);
- перегрузка по току выше заданного;
- пропадание одной или двух фаз питающего напряжения;
- перекос фаз по току;
- снижение напряжения одной из фаз ниже заданного уровня
- поступление сигнала аварии или отключения от одного из дискретных входов (например, сигнал от электроконтактного манометра);
Микроконтроллером под управлением программы фиксируется дата, время возникновения аварийного события.
Микроконтроллер фиксирует информацию об аварийном отключении (дата, время возникновения аварийного события, значения фазных токов и напряжений на момент аварийного отключения и в некоторый период ему предшествующий) и записывает ее в блок памяти, создавая журнал аварий. События, не требующие аварийного отключения электроустановки, как например, кратковременная просадка напряжения, неаварийный сигнал дискретного входа или вмешательство оператора, изменившего уставки защиты, также фиксируются в блоке энергонезависимой памяти, образуя журнал событий. Кроме того, информация об аварийных и неаварийных событиях от микроконтроллера через интерфейс поступает на пульт управления или персональный компьютер. Один пульт управления или персональный компьютер может работать через интерфейс с несколькими устройствами.
Кроме того, микроконтроллер с заданной периодичностью (например, один раз в секунду) производит запись в энергонезависимую память измеренных значений токов, напряжений, потребляемой мощности и состояния гальванически развязанных дискретных входов. Полученный в результате массив данных может быть передан при необходимости через интерфейс в персональный компьютер и использован для анализа работы электроустановки за достаточно длительный период времени, ограниченный только объемом энергонезависимой памяти, выделенным для записи этих данных и периодичностью записи.