УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Заявляемое устройство относится к области электротехники, а более конкретно - к релейной токовой защите трехфазных электроустановок переменного тока, и может быть использовано для контроля режимов работы и защитного отключения электродвигателей, генераторов, трансформаторов и прочих электроустановок переменного тока при возникновении аварийных режимов, например при перегрузке и недогрузке по току, витковых замыканиях, 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.
Известен контроллер диагностики и защиты по патенту РФ на изобретение №2256993. В этом устройстве использована микропроцессорная система защиты электроустановки. Контроллер содержит электронный блок и пульт управления и программирования. Электронный блок включает аналого-цифровой преобразователь, на входы которого поступают сигналы с блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, микропроцессор, генератор тактовой частоты, делитель частоты, блок энергонезависимой памяти, энергонезависимые часы, исполнительное реле и индикатор. Генератор тактовой частоты обеспечивает тактовой частотой микропроцессор и через делитель частоты - аналого-цифровой преобразователь.
Пульт управления и программирования содержит второй микропроцессор, кнопочную панель и индикатор. Связь между микропроцессорами осуществляется через интерфейс. Достоинством контроллера является то, что он позволяет диагностировать значительное количество контролируемых параметров и осуществлять релейную защиту электроустановок при аварийных режимах, вызванных обрывом питающей сети, длительным перегрузом, коротким замыканием в электроустановке, межвитковым замыканием, перекосом фаз, превышением тока холостого хода, падения напряжения или перенапряжением и т.д. Недостатком является сложность конструкции, поскольку контроллер состоит из многих блоков и элементов и работает по усложненной программе.
Известно устройство контроля и защиты электроустановок по патенту РФ на полезную модель №15430. Это известное устройство по технической сущности, решаемой задаче и достигаемому техническому результату является наиболее близким к заявляемому устройству и выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Устройство по прототипу содержит блок индикации и собственно реле защиты, размещенные в отдельных корпусах. Реле защиты содержит первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы, и блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок. Кроме этого, устройство по патенту №15430 содержит датчики тока, установленные в питающей сети электроустановки и исполнительный орган (электромагнитный контактор). Входы микропроцессора реле защиты соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с исполнительным органом и входом блока памяти. Блок индикации содержит 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).
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. Наличие беспроводной оптической связи повышает электробезопасность при обслуживании электрооборудования, находящегося под напряжением.
К недостаткам устройства по прототипу следует отнести то, что 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. А при возникновении аварийных отключений, как правило, требуется принятие экстренных мер по устранению причин аварии, а обслуживающий персонал не всегда имеет при себе пульт, чтобы определить причину аварии.
Задача полезной модели - обеспечить оперативное оповещение о возникших авариях и их причинах.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в срабатывании соответствующей сигнализации, позволяющей установить причину аварийного отключения электроустановки без пульта управления.
Для достижения указанного технического результата заявляемое в качестве полезной модели устройство имеет общее с прототипом следующее. Оно содержит датчики тока, исполнительный орган, реле защиты и блок индикации. В состав реле защиты входят блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, первый микропроцессор, включающий блок задержки и компараторы. Входы первого микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с входом блока памяти и через электронный ключ с исполнительным органом. Блок индикации, смонтированный в отдельном корпусе, 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
беспроводной двусторонней связи. В отличие от прототипа в заявляемом устройстве реле защиты дополнительно содержит блок оперативной индикации, соединенный с выходами первого микропроцессора. Блок оперативной индикации выполнен в виде индикаторов, расположенных на лицевой панели реле защиты. Микропроцессоры могут быть соединены между собой с помощью приемных и передающих элементов оптической связи, выполненных, например, на инфракрасных излучателях и приемниках инфракрасного излучения. Блок оперативной индикации включает индикатор нормальной работы электроустановки и индикаторы аварий, количество которых может соответствовать числу контролируемых режимов. В качестве индикаторов могут быть использованы световые индикаторы, выполненные на светодиодах. Индикатор цифрового дисплея выполнен жидкокристаллическим с разрешением в четыре строки по двадцать разрядов с возможностью отображения информации на двенадцати страницах.
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.
Первый микропроцессор предназначен для обработки информации, поступающей с датчиков тока, сравнения ее с заданными режимными уставками и выдачи команд на включение индикатора текущей (нормальной) работы электроустановки, а при аварийных режимах - на включение индикатора (или индикаторов), соответствующего определенной аварии. Поскольку индикаторы расположены непосредственно на лицевой панели реле защиты, то появляется возможность установить причину аварийной ситуации без пульта управления и вовремя принять меры по устранению причины аварии. Программирование всех перечисленных функций первого микропроцессора осуществляется с пульта управления блока индикации через интерфейс, приемные и передающие элементы оптической связи. 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
обеспечено оперативное оповещение о возникшей аварии для быстрого принятия решений об устранении аварии.
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 смонтировано реле защиты. Оно содержит 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. Датчики тока могут быть выполнены в виде тороидальных трансформаторов тока. В корпусе 1 размещен также блок оперативной индикации 10. В корпусе 2 расположен блок индикации. Он включает второй микропроцессор 11, к входу которого подключен кнопочный пульт управления 12, а к выходу - цифровой дисплей 13. В качестве индикатора цифрового дисплея для повышения объема предоставляемой информации целесообразно использовать жидкокристаллический индикатор с разрешением в 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. Микропроцессоры 1, 11 соединены между собой оптической связью посредством приемных 14, 15 и передающих элементов 16, 17. Буквой Э обозначена электроустановка, буквами А, В, С - фазы сети питания.
Полезная модель промышленно применима. Она работоспособна, может быть многократно реализована и ее практическая реализация не вызывает трудностей у специалиста в данной области.
Работа и эксплуатация реле заключаются в следующем.
С помощью кнопок пульта управления 12 осуществляется программирование. 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. 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 передающий 16 и приемный 14 элементы оптической связи передается в микропроцессор 3 и далее в блок памяти 7. Для сброса ненужной информации, эта информация с помощью кнопок пульта
управления 12 выводится на экран цифрового дисплея 13, а затем подается команда на удаление. Реле защиты 1 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, расположенного на лицевой панели реле защиты. Блок индикации 2 обеспечивает получение более детальной информации и статистических данных, которая отображается на экране цифрового дисплея 13. 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 передающий 17 и приемный 15 элементы оптической связи поступает в микропроцессор 11 блока индикации 2 и с помощью кнопок пульта управления 12 выводится на экран цифрового дисплея 13.
Один пульт управления 12 может быть связан с несколькими реле защиты и тем самым осуществлять контроль и защиту нескольких электроустановок.