РЕЛЕ КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ

Заявляемое устройство относится к области электротехники, а более конкретно - электронному реле токовой защиты трехфазных электроустановок, и может быть использовано для контроля токов в трех фазах электродвигателя переменного тока промышленной частоты 50 Гц напряжением 220/380 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, МПК Н02Н 3/08, опубл. 20.02.1996. Устройство предназначено для защиты электроустановок от режимных перегрузок по падению сопротивления изоляции, по температуре перегрева, сверхтоку потребления и току недогрузки. Известное устройство 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.
Известно устройство контроля и защиты электроустановок по патенту на полезную модель RU №76179, МПК Н02Н 3/08; 3/12, опубл. 10.09.2008. Устройство по патенту №76179 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, микропроцессор, включающий блок задержки и компараторы, и блок оперативной индикации, соединенный с выходами микропроцессора. Блок оперативной индикации выполнен в виде индикаторов нормальной работы электроустановки и индикаторов аварий, расположенных на лицевой панели реле защиты. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с входом блока памяти и через электронный ключ с исполнительным органом. Блок индикации смонтирован в отдельном корпусе и, по сути, является пультом управления диспетчера. Он 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 оптической связи. Устройство по патенту №76179 в сравнении с предыдущим аналогом имеет более широкие функциональные возможности в сравнении с предыдущим аналогом, поскольку не только оперативно оповещает об авариях и их причинах, но и отображает текущую информацию о рабочем режиме. Срабатывание соответствующей сигнализации позволяет установить причину аварийного отключения электроустановки без пульта управления. Детальную информацию о текущем режиме и статистических данных электроустановки можно получить на цифровом дисплее пульта управления диспетчера при нажатии соответствующих кнопок клавиатуры. Обслуживающий персонал, однако, не всегда имеет при себе пульт, чтобы получить данные о работе электроустановки и принять меры по предотвращению аварийных ситуаций.
Известно реле токовой защиты по патенту на полезную модель RU №57523, МПК Н02Н 3/08, опубл. 10.10.2006. Реле токовой защиты содержит датчики тока, внешний исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы, и блок оперативной индикации, подключенный к выходам микропроцессора. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с входом блока памяти и через блок управления (электронный ключ) с внешним исполнительным органом. Устройство содержит также смонтированный в отдельном корпусе пульт управления диспетчера, в состав которого входит второй микропроцессор, кнопочная клавиатура, подключенная к входу второго микропроцессора, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микропроцессора. На пульте управления диспетчера расположено устройство аварийной сигнализации (второй внешний исполнительный орган), которое соединено через блок управления - электронный ключ с выходом первого микропроцессора. Микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством электромагнитного приемно-передающего устройства в виде соединительного шлейфа с зондом. Применение шлейфа и зонда позволяют осуществить обмен информации между микропроцессорами на отдаленном расстоянии. Благодаря устройству аварийной сигнализации (звонка или лампы), которое мгновенно срабатывает в случае возникновения аварийных ситуаций при замыкании электронного ключа, появляется возможность своевременного принятия мер по ликвидации аварийной ситуации. Наличие блока оперативной индикации позволяет без пульта управления определить причину аварийного отключения. Однако, детальную информацию о текущем режиме и статистических данных, как и в предыдущем аналоге по патенту №76179, можно получить на цифровом дисплее пульта управления диспетчера при нажатии соответствующих кнопок клавиатуры. А пульт управления находится на отдаленном расстоянии. К тому же программирование и перепрограммирование требуемых значений уставок (значений режимных уставок тока, временных задержек включения защиты, времени и количества повторных пусков и др.) осуществляется только с помощью кнопок клавиатуры, расположенной на пульте управления диспетчера. И они отображаются на экране цифрового дисплея пульта управления диспетчера.
Задача полезной модели состоит в том, чтобы одновременно с теми преимуществами, которыми обладает прототип, повысить надежность токовой защиты и обеспечить надежную работу электроустановки за счет расширения функциональных возможностей реле.
Технический результат, который обеспечивает решение поставленной задачи, заключается в обеспечении дополнительного отображения информации о текущей работе электроустановки, причине ее аварийного отключения, поступающей непосредственно с микропроцессора, связанного с датчиками тока, что, в свою очередь, позволяет обслуживающему персоналу осуществлять контроль, управление работой реле и своевременное предотвращение аварийной ситуации без пульта управления диспетчера.
Задача решена следующим образом.
Как и прототип, заявляемое в качестве полезной модели реле контроля и защиты содержит датчики тока для подключения к трехфазной сети переменного тока и два внешних исполнительных органа. Реле содержит смонтированные в отдельном корпусе первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, и два блока управления внешними исполнительными органами, подключенных к выходу первого микропроцессора. Каждый из блоков управления соединен с соответствующим внешним исполнительным органом. Как и в устройстве по прототипу, датчики тока соединены с входами первого микропроцессора. Общим с прототипом является также то, что заявляемое реле контроля и защиты содержит смонтированный в отдельном корпусе пульт управления диспетчера, включающий второй микропроцессор, связанный через интерфейс с первым микропроцессором и соединенный с ним посредством приемно-передающего устройства, кнопочную клавиатуру, подключенную к входу второго микропроцессора, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микропроцессора.
В отличие от прототипа заявляемое в качестве полезной модели реле контроля и защиты дополнительно содержит вторую кнопочную клавиатуру, подключенную к входу первого микропроцессора, и второй цифровой дисплей, соединенный с выходом первого микропроцессора. Вторая кнопочная клавиатура и второй цифровой дисплей установлены в одном корпусе с первым микропроцессором. Блок памяти входит в состав первого микропроцессора. Микропроцессоры соединены между собой посредством беспроводной двусторонней оптической связи.
Оба внешних исполнительных органа могут быть выполнены в виде электромагнитных контакторов, что позволяет заявляемому реле обслуживать две электроустановки, и расширяет тем самым функциональные возможности устройства. В других частных случаях одним из внешних исполнительных органов является электромагнитный контактор, а вторым - устройство аварийной и предаварийной сигнализации. Устройство аварийной и предаварийной сигнализации может быть размещено на пульте управления диспетчера и выполнено из звуковых и/или световых индикаторов, например, в виде звонка и/или сигнальной лампы. Индикаторы устройства аварийной и предаварийной сигнализации могут быть размещены на лицевой панели реле защиты и контроля. Блоки управления внешними исполнительными органами выполнены в виде электронного ключа или в виде реле.
Совокупность существенных признаков, которыми характеризуется заявляемая полезная модель, заявителем среди известных технических решений не выявлена, что подтверждает новизну заявляемого устройства.
Полезная модель поясняется чертежом. На чертеже представлена блок-схема заявляемого реле контроля и защиты.
В корпусе 1 установлены микропроцессор 2, блок управления внешним исполнительным органом 3, в качестве которого может быть, например, использован электронный или релейный ключ, соединяющий выход микропроцессора 2 с внешним исполнительным органом 4, блок управления внешним исполнительным органом 5, соединенный со вторым исполнительным органом 6, кнопочная клавиатура 7, подключенная к входу микропроцессора 2, и цифровой дисплей 8 на выходе микропроцессора 2. Входы микропроцессора 2 соединены с датчиками тока 9, 10, 11, установленными в трехфазной сети переменного тока. Датчики тока 9, 10, 11 могут быть выполнены в виде тороидальных трансформаторов тока. В качестве первого исполнительного органа 4 может быть использован электромагнитный контактор. В качестве второго исполнительного органа 6 может быть электромагнитный контактор или устройство аварийной и предаварийной сигнализации. В отдельном корпусе размещен пульт управления диспетчера 12. Он включает второй микропроцессор, к входу которого подключена кнопочная клавиатура, а к выходу - цифровой дисплей (на чертеже не показаны). В качестве индикаторов цифровых дисплеев для повышения объема предоставляемой информации целесообразно использовать жидкокристаллический индикатор. Вся информация может быть представлена на страницах дисплея, последовательное переключение которых в прямом и обратном порядке осуществляется с помощью соответствующих кнопок соответствующей клавиатуры. Микропроцессор 2 соединен с микропроцессором пульта управления диспетчера 12 с помощью приемно-передающего устройства. Приемно-передающее устройство выполнено на оптических приемно-передающих элементах связи 13, 14, 15, 16, которые выполнены на инфракрасных излучателях и приемниках инфракрасного излучения. Устройство аварийной и предаварийной сигнализации (исполнительный орган 6) может быть размещено на пульте управления диспетчера или на лицевой панели реле защиты и контроля. 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. При изготовлении реле используются современные серийно выпускаемые приборы и микропроцессоры.
Работа и эксплуатация реле контроля и защиты заключаются в следующем.
Первый микропроцессор 2 предназначен для обработки информации, поступающей с датчиков тока 9, 10, 11, сравнения ее с заданными режимными уставками и выдачи команд на включение аварийной сигнализации и на отображение текущей информации на цифровом дисплее пульта управления и/или цифровом дисплее 8. Программирование всех перечисленных функций первого микропроцессора 2 осуществляется с пульта управления диспетчера 12 через интерфейс и оптическую связь. С помощью программы и технических средств осуществляется установка требуемых значений режимных уставок, временных задержек на отключение (при обрыве фазы, току перегрузки, недогрузки), 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 пульта управления 12. Эта информация через передающий 14 и приемный 13 элементы оптической связи передается в блок памяти микропроцессора 2. Для сброса ненужной информации, эта информация с помощью кнопок клавиатуры пульта управления диспетчера 12 выводится на экран цифрового дисплея, а затем подается команда на удаление. Сброс ненужной информации при необходимости возможен и с помощью кнопок клавиатуры 7, которая непосредственно без передающих элементов управляет микропроцессором 2. Наличие встроенной в реле кнопочной клавиатуры 7 и цифрового дисплея 8 позволяет управлять работой реле обслуживающему персоналу, не прибегая к услугам диспетчера, и просматривать детальную информацию о текущей работе реле, аварийных ситуациях на цифровом дисплее 8. В свою очередь это позволяет еще более оперативно предотвратить аварийную ситуацию и обеспечить надежную защиту контролируемой электроустановки или электроустановок (при выполнении второго исполнительного органа 6 в виде электромагнитного контактора и поступлении информации с датчиков, установленных в сети второй электроустановки). Реле контроля защиты устанавливают в цепях питания трехфазных электроустановок и контролируют токи, протекающие по проводам каждой из трех фаз, к которой подключена электроустановка (или электроустановки). Микропроцессор 2 под управлением заложенной в него программы сравнивает информацию режимных уставок с информацией датчиков тока 9, 10, 11. В случае аварийной ситуации микропроцессор выдает команды на отключение исполнительного органа 4 (электромагнитного контактора) через электронный или релейный ключ 3 или на отключение исполнительного органа 6 (электромагнитного контактора) через электронный или релейный ключ 5. В случае наличия в качестве исполнительного органа 6 устройства аварийной и предаварийной сигнализации подается команда на включение соответствующего индикатора, расположенного на лицевой панели реле и/или пульте управления 12. 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 микропроцессора 2. Кроме того, эта информация с микропроцессора 2 с помощью кнопок клавиатуры 7 выводится на экран цифрового дисплея 8, что дает возможность обслуживающему персоналу вовремя принять соответствующие меры. Одновременно через приемно-передающее устройство эта информация может поступать и в микропроцессор пульта управления диспетчера 12 и выводиться на экран цифрового дисплея. Мгновенное срабатывание устройства сигнализации (звонка или лампы) также способствует своевременному принятию мер по ликвидации аварийной ситуации. Таким образом, возможность контроля и управления работой реле не только с пульта управления диспетчера, но и непосредственно обслуживающим персоналом расширяет функциональные возможности устройства и обеспечивает более быструю защиту электроустановок.