УСТРОЙСТВО НАПРАВЛЕННОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

Техническое решение относится к области электротехники, а именно к релейной защите судовых электроустановок от коротких замыканий (к.з.).
Известны устройства направленной максимально-токовой защиты (м.т.з.) от к.з. (Федосеев А.В. Релейная защита электрических систем: учебник для ВУЗов. М: Энергия, 1976. С. 134-158), содержащие датчик тока, пороговый орган - реле максимального тока, фазочувствительный орган - реле направления мощности и орган селективной выдержки времени - реле времени. Устройство защиты срабатывает, когда срабатывают все три реле - тока, направления мощности и реле времени по истечении установленной в нем заранее выдержки времени, обеспечивающей селективную работу защиты данной ступени при к.з. в защищаемой зоне.
Недостатком направленной м.т.з. является то, что она, по принципу, не работает при направлении тока к.з. вне защищаемой зоны, что не позволяет использовать это же устройство защиты и требует установки другого комплекта для защиты смежной зоны. Вторым недостатком м.т.з. с селективностью по времени является то, что раз установленные селективные выдержки времени не меняются в процессе эксплуатации, что также вынуждает на линиях с двусторонним питанием ставить второй комплект защит для смежной зоны с другими селективными выдержками времени.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для максимально-токовой защиты электроустановок от повреждений (авторское свидетельство СССР № 1201943, кл. Н02Н 3/08, 1985, БИ № 48), содержащее датчик тока, пороговый орган и элемент селективной выдержки времени, исполнительный орган устройства защиты.
Эффект прототипа заключается в автоматическом снижении селективной выдержки времени м.т.з., когда до момента к.з. нагрузка защищаемого фидера была равна или близка к нулю, т.е. селективность действия защиты не требовалась. Эффект этот особенно значителен в судовых электроэнергетических системах (СЭС), где загрузка фидеров электрораспределительной сети существенно зависит от режима работы судна и структуры СЭС. Это фидера, питающие потребителей, работающих только на стоянке, при швартовке и не работающие на ходу; это фидера аварийных потребителей (пожарные, осушительные насосы и др.); это многочисленные фидера резервного питания и т.п.
Недостатком прототипа является то, что используемый в нем принцип «выведения» селективной выдержки времени м.т.з. в функции нагрузочного тока защищаемого фидера до момента к.з., не может быть применен на фидерах источников (генераторов, «питания с берега», обратимых преобразователей), загрузка которых постоянна и близка к номинальной в течение всего срока службы СЭС.
М.т.з., установленные на фидерах источников, являются последними в селективной цепочке последовательно включенных выключателей вторичной
электрораспределительной сети с односторонним питанием и имеют наибольшую выдержку времени срабатывания.
Вместе с тем, при к.з. в статорной обмотке генератора выключатель генераторного фидера становится ближайшим к точке к.з. и должен быть отключен без селективной выдержки времени, во избежание отключения исправного параллельно работающего генератора и «погашения системы».
Также, при к.з. вне судна на фидере берегового питания его выключатель, находящийся на судне, должен быть отключен без селективной выдержки времени. Наконец, обратимый преобразователь (ОП), защитой воздействующей на выключатель, ближайший к ОП, должен отключаться без селективной выдержки при к.з. в нем, и с селективной выдержкой, при к.з. в электрораспределительной сети, для которой он является источником.
Целью технического решения является повышение быстродействия направленной м.т.з. в аварийных режимах, когда селективность действия защиты не требуется. Повышение быстродействия снижает степень разрушения электрооборудования дугой к.з. и коммерческие убытки от простоя судов в ремонте.
Это достигается тем, что в устройство направленной токовой защиты, содержащее последовательно соединенные датчик тока, токовый реагирующий орган, орган выдержки времени, исполнительный орган, введены орган направления тока, логический элемент «ИЛИ» и логический элемент «И», первый вход которого подключен к выходу токового реагирующего органа, второй вход подключен к выходу органа направления тока, выход подключен к первому входу элемента «ИЛИ», второй вход которого подключен к выходу органа выдержки времени, а выход элемента «ИЛИ» подключен к входу исполнительного органа, причем вход органа направления тока подключен к выходу датчика тока.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что при одном направлении тока к.з. (в сеть) защита работает с селективной выдержкой времени, при противоположном направлении тока (в источник) - защита работает без принудительной выдержки времени.
На представленной функциональной схеме устройство содержит датчик тока 1, реагирующий орган 2, орган направления тока 6, орган выдержки времени 3 и исполнительный орган 5, а также дополнительно введенный логический элемент «И» 7 и логический элемент «ИЛИ» 4.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении к.з. в электрораспределительной сети и направлении тока к.з. «от источника» срабатывает реагирующий орган 2, запускается элемент выдержки времени 3, который по истечении селективной выдержки времени, выдает через первый вход элемента «ИЛИ» сигнал на исполнительный орган 5. Защита отключает выключатель. Обеспечивается селективность действия защиты по отношению к защитам вторичных распределительных щитов и потребителей.
При возникновении к.з. в статорной обмотке или на выводах генератора (источника) и направлении тока «в источник», срабатывают реагирующий орган 2, орган направления тока 6, сигналы с выходов которых поступают на входы элемента «И» 7, с ее выхода - на второй вход элемента «ИЛИ» 4, а с выхода элемента «ИЛИ» - на исполнительный орган 5. Защита отключает выключатель без принудительной выдержки времени, что минимизирует ущерб от повреждения генератора дугой к.з. Предлагаемая функциональная схема может быть реализована при разработке защиты как переменного, так и постоянного тока, что необходимо для защиты обратимых преобразователей переменного тока в постоянный и постоянного в переменный.
Предлагаемое устройство направленной токовой защиты позволяет простыми схемными средствами, без установки дополнительного комплекта защиты источника, реализовать автоматическое изменение выдержки времени срабатывания защиты и повысить ее быстродействие, что при весьма значительных токах к.з. в судовых энергосистемах существенно снижает ущерб от повреждения электрооборудования при к.з. и снижает продолжительность ремонта, т.е. коммерческие убытки от простоя судов в порту.