УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Заявляемое устройство относится к области электротехники, а более конкретно - к защитным устройствам 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, при снижении сопротивления изоляции.
Из уровня техники известно реле контроля и защиты по патенту на полезную модель RU 88858, МПК Н02Н 3/08; 3/12, опубл. 20.11.2009. Устройство предназначено для контроля токов в трех фазах электродвигателя переменного тока промышленной частоты 50 Гц напряжением 220/380 В и защитного отключения электроустановок при возникновении аварийных режимов. Устройство по патенту 88858 содержит микропроцессор, два блока управления, соединяющих выходы микропроцессора с соответствующими внешними исполнительными органами, кнопочный пульт управления, цифровой дисплей. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока, установленными в трехфазной сети переменного тока. В отдельном корпусе размещен пульт управления диспетчера, с микропроцессором которого с помощью оптической связи соединен первый микропроцессор. За счет применения микропроцессоров оно компактно, просто в обслуживании и обеспечивает высокую достоверность измеряемых параметров, надежную и быструю защиту. Наличие беспроводной оптической связи повышает электробезопасность при обслуживании электрооборудования, находящегося под напряжением. Однако, реализация оптической связи требует наличия прямого видимого контакта между реле и пультом управления диспетчера, что не всегда бывает возможно в условиях промышленного производства.
Из уровня техники известно реле токовой защиты по патенту РФ на полезную модель №57523. Реле по патенту №57523 размещено в двух корпусах. В одном корпусе расположены блок обработки сигналов, поступающих с датчиков, установленных в фазах питающей сети электроустановки, исполнительный орган (электронный ключ), устройство аварийной сигнализации и блок оперативной индикации. Блок обработки сигналов датчиков содержит 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 электронным ключом (исполнительным органом), входом блока памяти, устройством сигнализации и блоком оперативной индикации. Электронный ключ соединен с электромагнитным пускателем, посредством которого осуществляется отключение электроустановки от питающей сети. Во втором корпусе расположен пульт управления диспетчера. Он включает второй микропроцессор, к входу которого подключена клавиатура, а к выходу - цифровой дисплей. Микропроцессоры связаны между собой через интерфейс, электромагнитное приемно-передающее устройство и проводную линию связи, выполненную в виде соединительного шлейфа с зондом.
Достоинством реле токовой защиты по патенту №57523 является то, что оно с помощью сигнализации обеспечивает оперативное оповещение возникших аварийных режимов и позволяет установить причины аварийного отключения электроустановки без использования пульта управления.
Однако, использование электромагнитной слаботочной проводной линии связи, требует прокладывания дополнительного соединительного провода. При использовании данного вида связи возможна потеря передаваемой информации из-за наличия электромагнитных помех в условиях промышленного производства.
Наиболее близким по технической сущности и техническому результату к заявляемому устройству по всем трем заявляемым вариантам полезной модели является реле токовой защиты по патенту РФ на полезную модель №76179. Оно принято за прототип заявляемой полезной модели.
Реле токовой защиты по патенту №76179 содержит датчики тока, исполнительный орган, реле защиты и смонтированный в отдельном корпусе блок индикации. Реле защиты содержит блок памяти и микропроцессор. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока, установленными в трех фазах питающей сети электроустановки, и выходом блока памяти. Выходы микропроцессора соединены с входом блока памяти и через электронный ключ с исполнительным органом. Программирование осуществляется с блока индикации. Кроме этого, в устройстве по патенту №76179 блок индикации содержит второй микропроцессор, к входу которого подключен кнопочный пульт управления, а к выходу - цифровой дисплей. Первый и второй микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством двусторонней оптической связи.
Устройство по прототипу позволяет контролировать текущий режим работы и принимать необходимые меры по корректировке при его отклонении.
К недостаткам устройства по прототипу следует отнести то, что реализация оптической связи требует наличия прямого видимого контакта между реле и пультом управления диспетчера, что не всегда бывает возможно в условиях промышленного производства.
Общим недостатком для всех перечисленных известных устройств является отсутствие защита от коротких замыканий и контроль сопротивления изоляции. В связи с этим функциональные возможности этих известных устройств ограничены.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение надежности при передаче информации между устройством контроля и защиты и пультом управления, расширение функциональных возможностей.
Технический результат, который обеспечивает решение поставленной задачи, заключается в использовании цифровой двусторонней радиосвязи между устройством контроля и защиты и пультом управления и индикации, использование защиты от коротких замыканий и контроля сопротивления изоляции.
Для достижения указанного технического результата заявляемое в качестве полезной модели устройство имеет общее с прототипом следующее. Оно содержит датчики тока установленные в фазах питающей сети электроустановки, ключ управления, устройство контроля и защиты и смонтированный в отдельном корпусе пульт управления. Устройство контроля и защиты содержит микроконтроллер. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока, установленными в трех фазах питающей сети электроустановки. Выходы микропроцессора соединены через ключ управления с исполнительным органом. Программирование осуществляется с пульта управления. Кроме этого, пульт управления содержит второй микропроцессор, к входу которого подключен кнопочный пульт, а к выходу - цифровой дисплей. Первый и второй микропроцессоры связаны между собой через интерфейс.
В отличие от прототипа в заявляемом устройстве контроля и защиты, в котором установлен первый микропроцессор и пульт управления в котором установлен второй микропроцессор могут быть соединены между собой с помощью приемных и передающих элементов цифровой двусторонней радиосвязи. Также дополнительно полезная модель содержит блок измерения сопротивления изоляции электроустановки.
Полезная модель поясняется чертежом. На чертеже представлена блок-схема заявляемого устройства контроля и защиты электроустановок.
Устройство размещено в двух корпусах 1 и 2. В корпусе 1 смонтирован блок защиты. Он содержит первый микропроцессор 4, входы которого соединены через входные цепи 5 с датчиками тока 6, ключ управления 7, соединяющий выход микропроцессора 4 с исполнительным органом 8, в качестве которого может быть использован, например, электромагнитный контактор. Датчики тока могут быть выполнены в виде трансформаторов тока. В корпусе 1 размещен также блок оперативной индикации 9 и блок измерения сопротивления изоляции 10. В корпусе 2 расположен пульт управления. Он включает второй микропроцессор 11, к входу которого подключена кнопочная клавиатура 12, а к выходу - цифровой дисплей 13. Микропроцессоры 4, 11 соединены между собой радиосвязью посредством приемопередающих элементов 14.
Работа и эксплуатация устройства контроля и защиты электроустановок заключаются в следующем.
Устройство контроля и защиты 1 устанавливают в цепях питания трехфазных электроустановок 3 и контролируют токи, протекающие по проводам каждой из трех фаз. Микропроцессор 4 под управлением заложенной в него программы сравнивает информацию режимных уставок с информацией датчиков тока 6. В случае аварийной ситуации микропроцессор выдает команды на отключение исполнительного устройства 8 (электромагнитного контактора) через ключ управления 7, на включение соответствующего индикатора, расположенного в блоке индикации 9, на лицевой панели устройства защиты. Пульт управления 2 обеспечивает получение более детальной информации и статистических данных о работе электроустановки, которая отображается на экране цифрового дисплея 13.
С помощью кнопочной клавиатуры 12 осуществляется установка требуемых значений режимных уставок, временных задержек на отключение, сброс защиты. Требуемое значение уставки (значения режимных уставок тока, временных задержек включения защиты, времени и количества повторных пусков и др.) отображается на экране цифрового дисплея 13. Эта информация через приемопередающие элементы 14 радиосвязи передается в микропроцессор 4 и далее в его блок памяти. Для сброса ненужной информации, эта информация с помощью кнопочной клавиатуры пульта управления 12 выводится на экран цифрового дисплея 13, а затем подается команда на удаление.
Отключение электроустановки происходит при возникновении следующих аварийных режимов:
- коротком замыкании;
- при перегрузке или недогрузке по току сверх заданной продолжительности;
- пропаданию одной или двух фаз;
- перекосе фаз по току;
- при обрыве любой фазы;
- низком сопротивлении изоляции.
Информация об аварийном отключении записывается в блок памяти микропроцессора 4. Кроме того, эта информация с микропроцессора 4 через приемопередающие элементы 14 связи поступает в микропроцессор 11 пульта управления 2 и с помощью кнопок пульта управления 12 выводится на экран цифрового дисплея 13. Перед включением электроустановки производится замер сопротивления изоляции и, если оно в норме, производится включение электроустановки.
Один пульт управления 2 может быть связан с несколькими устройствами контроля и защиты и тем самым осуществлять контроль и защиту нескольких электроустановок.