УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ДУГОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для защиты комплектных распределительных устройств (КРУ), в том числе наружной установки (КРУН), и камер сборных одностороннего обслуживания (КСО) электрических станций и подстанций напряжением 0,4-35 кВ от коротких замыканий, сопровождающихся возникновением открытой электрической дуги.
Существующей проблемой в области защиты от дуговых замыканий является вопрос ее быстродействия. Электрическая дуга, возникающая при коротком замыкании, имеет стихийный, разрушительный характер как для электрооборудования, так и для здоровья пользователей и обслуживающего персонала, и необходимо в максимально короткий временной промежуток ее отключить.
Из уровня техники известны следующие технические решения.
Известно микропроцессорное устройство релейной защиты от дуговых замыканий (RU 194840 U1, 25.12.2019), содержащее корпус, в котором установлены объединенные общей шиной данных: блок индикации; блок микропроцессорный, содержащий, по меньшей мере, один процессор, осуществляющий вычислительную обработку; блок дискретных входов и выходов; блок трансформаторов; блок питания, при этом в корпусе выполнено четыре самодиагностируемых канала с возможностью подключения к ним оптических датчиков дугового замыкания.
Недостатком данного устройства является то, что сигнал об отключении выключателя передается с помощью электромеханического реле, что увеличивает время срабатывания дуговой защиты.
Наиболее близким аналогом патентуемой полезной модели является устройство дуговой защиты (RU 201607 U1, 23.12.2020), содержащее блок детектирования света и тестирования, в который встроен микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, цифровым фильтром верхних частот; пользовательский интерфейс, блок детектирования света и тестирования, блок управления, блок дискретных выходов и блок дискретных входов, электрически соединенных между собой цифровой последовательной шиной CAN; каждое реле блока дискретных выходов выполнено с возможностью срабатывания, как результат логической функции.
Недостатком известного устройства является отсутствие токовых входов, что не дает возможности использовать свой собственный пуск по току, и это приводит к необходимости принимать его от устройства релейной защиты, что значительно увеличивает время срабатывания защиты.
Техническая проблема, решаемая патентуемой полезной моделью, заключается в создании устройства дуговой защиты, обладающего улучшенными технико-эксплуатационными показателями.
Принципами контроля дуговой защиты, обеспечивающими быстродействие, являются контроль светового излучения и изменения тока. Однако традиционный принцип обработки цифровых сигналов с помощью дискретного преобразования Фурье не обеспечивает должного быстродействия.
Техническим результатом патентуемой полезной модели является повышение быстродействия срабатывания системы дуговой защиты, что повышает надежность эксплуатации устройства.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции устройства защиты от коротких замыканий, сопровождающихся возникновением открытой электрической дуги, имеющего корпус, оснащенный подключенным к блоку питания модулем управления и соединенными с ним блоком индикации, блоком детектирования электрических колебаний, модулем пользовательского интерфейса, а также дискретными входами/выходами и разъемами для подключения волоконно-оптических датчиков, отличающегося тем, что оно снабжено средствами измерения тока и измерения скорости изменения тока, а также измерителем световых потоков, которые выполнены взаимодействующими с указанным модулем управления, в состав которого входит силовое реле прямого воздействия на электромагнитный элемент, при этом средство измерения тока выполнено с возможностью обеспечения контроля фазного тока и тока нулевой последовательности, средство измерения скорости изменения тока выполнено чувствительным к переходу показателей силы тока через нулевые значения, а измеритель световых потоков выполнен с возможностью записи осциллограмм аналоговых и дискретных сигналов в процессе дугового замыкания.
Используемый в техническом решении модуль измерения скорости изменения тока наиболее чувствителен при переходе синусоиды через нулевые значения, что вызывает срабатывание еще до пересечения мгновенным значением уставки пускового тока, тем самым сокращая время срабатывания защиты. Сигналы отключения по умолчанию назначены на быстродействующие выходные реле. После быстрого срабатывания твердотельного реле на выключатель с полным временем срабатывания порядка 0,8 мс устройство формирует обобщенный сигнал срабатывания дуговой защиты, предназначенный для использования в модуле индикации, который имеет энергонезависимую память сработанного состояния и действует до выполнения съема сигнализации устройства. В предлагаемом устройстве защиты от дуговых замыканий обнаружение замыкания ведется одновременно по контролю вспышки света, с помощью волоконно-оптических датчиков, пуску по току, а также по ускоренному пуску по скорости изменения тока, при этом присутствие токовых входов и быстродействующего твердотельного реле прямого воздействия на электромагнит выключателя позволяет повысить быстродействие срабатывания дуговой защиты и значительно уменьшить ущерб, возможный при возникновении замыкания.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - лицевая панель устройства.
Фиг. 2 - боковая панель устройства.
Фиг. 3 - задняя панель устройства.
Фиг. 4 - функциональная схема алгоритма.
Устройство выполнено в виде моноблока в пластиковом корпусе, ширина которого составляет 115-132 мм, высота - 78-110 мм и глубина - 127-145 мм. Корпус оснащен подключенным к блоку питания модулем управления.
На лицевой панели устройства (фиг. 1) расположен блок индикации актуальных эксплуатационных параметров, представляющий собой светодиодный индикатор 1, сенсорные кнопки сброса 2 и Bluetooth 3 соответственно.
На правой боковой панели устройства (фиг. 2) расположен USB-разъем 6 для подключения устройства к персональному компьютеру. Крепление устройства осуществляется с помощью прижимов 4 и крепежных элементов 5.
Устройство также содержит блок детектирования электрических колебаний, что позволяет обеспечить запись осциллограмм аналоговых и дискретных сигналов в процессе работы при срабатывании функций защиты и диагностики, а также по команде из программного обеспечения KIWI или АСУ. Предусмотрен системный журнал, фиксирующий изменение настроек и режимов работы устройства.
Наличие информационного разъема USB-B и модуля Bluetooth дает возможность подключения к устройству персонального компьютера для считывания аварийной информации, задания уставок и настройки устройства.
На задней панели устройства (фиг. 3) расположены:
- оптические разъемы 7 для подключения датчиков точечного или петлевого типов;
2
- разъемная колодка 8 (Х1), обеспечивающая подключение цепей питания и интерфейсов RS-485 сечением проводника до 2,5 мм;
2
- разъемная колодка 9 (Х2), обеспечивающая подключение внешних цепей дискретных входов сечением проводника до 2,5 мм;
2
- разъемная колодка 10 (Х3), обеспечивающая подключение внешних цепей дискретных выходов сечением проводника до 2,5 мм;
- три токовых входа 11 (IL1, IL2, IL3), представляющие собой тороидальные трансформаторы тока, вынесенные за пределы корпуса прибора и обеспечивающие подключение внешних цепей с диаметром проводника (наконечника) до 9 мм.
Устройство работает следующим образом.
В устройстве предусмотрены пусковые органы измерения фазных токов и тока нулевой последовательности, уставки которых «Iздз» и «Iздз по 3IO» заданы в действующих значениях соответствующих величин. Сигнал внутреннего пуска по току «I▶» (фиг. 4) формируется (с задержкой 30 мс на возврат) в случае:
- превышения мгновенным значением любого из фазных токов значения уставки мгновенного значения «Iздз» (программный ключ «В31»);
- превышения мгновенным значением тока нулевой последовательности значения уставки «Iздз по 3IO» (программный ключ «В32»). Длительность пуска по току нулевой последовательности ограничена уставкой по времени «Тпуск озз макс», что обеспечивает отстройку от режима длительной работы сети с ОЗЗ (однофазные замыкания на землю).
Программным ключом «В33» может быть введен контроль отключенного положения выключателя для формирования выходных сигналов пуска по току.
Сигнал пуска по току «I▶ ускоренный» формируется при скорости приращения мгновенных значений измеряемых токов (Ia мгн, Ib мгн, Ic мгн) выше уставки. Благодаря чувствительности пускового органа при переходе синусоиды через нулевые значения срабатывание происходит до пересечения мгновенным значением уставки, до сигнала «I▶».
Сигналы внутреннего пуска по току «I▶» и по скорости нарастания тока «I▶ ускоренный» действует на формирование сигналов пуска по току для зон 1 и 2: «ТОК - пуск» и «ТОК - пуск доп.». Оба сигнала имеют задержку на возврат, задаваемую уставкой «Tвозвр», и по умолчанию назначены на быстродействующие выходные реле. Устройство обеспечивает ретрансляцию сигналов внешних пусков защит «Пуск защ. внеш 1» и «Пуск защ. внеш 2».
Для пуска защиты при дуговом ОЗЗ на шинах предусмотрен входной логический сигнал «Пуск защ. по 3UO», действующий на формирование сигнала «ТОК - пуск».
Срабатывание устройства происходит при формировании сигнала «Отключение Q» (фиг. 4). Формирование сигнала «Отключение Q» осуществляется при срабатывании хотя бы одного из датчиков (Датчик 1, Датчик 2, Датчик 3) при условии наличия внутреннего («I▶», «I▶ ускоренный») или внешнего пуска по току или напряжению (3UO, 3IO). Ввод в работу Датчика 1 осуществляется программным ключом «B11». Для настройки логики формирования сигналов «СВЕТ - зона 1» и «СВЕТ - зона 2» предусмотрены программные ключи «В21» - «В23» и «В25» - «В27» соответственно.
После формирования сигнала происходит воздействие быстродействующего силового реле прямого назначения на электромагнит выключателя, соответственно срабатывание устройства дуговой защиты.
В устройстве предусмотрено быстродействующее силовое реле прямого действия на электромагнит выключателя. Формирование сигнала «Отключение Q» осуществляется при срабатывании датчика №1 (программный ключ «В41»), №2 (программный ключ «В42») и №3 (программный ключ «В43») при условии наличия внутреннего или внешнего пуска по току/напряжению. Сигнал отключения импульсный с длительностью имеет задаваемую уставку «Tоткл. имп», заводское значение которой 0,1 с. При получении сигнала «РПО» отключенного положения выключателя выполняется ускоренный сброс сигнала отключения.
В алгоритме предусмотрены сигналы «Внеш. откл. 1» и «Внеш. откл. 2» для выполнения отключения выключателя по команде внешнего устройства.
После быстрого срабатывания твердотельного реле на выключатель устройство формирует обобщенный сигнал срабатывания дуговой защиты (программный ключ «B51»), предназначенный для использования в модуле индикации, который имеет энергонезависимую память сработанного состояния и действует до выполнения съема сигнализации устройства.
При возникновении дугового замыкания происходит измерение светового потока и поступает сигнал, свидетельствующий о превышении освещенностью порога уставки с помощью волоконно-оптических датчиков. Измеритель световых потоков выполнен с возможностью регистрации дугового замыкания в оборудованных ячейках по факту события. Причем сигнал может блокироваться в следующих случаях:
- при неисправностях, диагностируемых модулем диагностики;
- при сигнале вывода защиты от дуговых замыканий;
- при обнаружении засветки датчика в течение 6 с и более.
Также в состав устройства входит модель диагностики датчика, обеспечивающая выявление нарушения целостности оптоволоконного тракта датчика и отсутствие калибровки канала подключения датчика. Устройство формирует селективную команду на отключение поврежденного элемента распределительного устройства в зависимости от того, в каком отсеке ячейки сработал датчик. Предусмотрена функция УРОВ с действием на отключение вышестоящих выключателей при отказе выключателя защищаемого присоединения. Ввод в работу функции осуществляется программными ключами «В24» (действие датчика №3 на зону 1) и «В28» (действие датчика №1 на зону 2). Срабатывание УРОВ выполняется с выдержкой времени «Tуров».
Таким образом, предлагаемое патентуемое устройство защиты от дуговых замыканий, способное самостоятельно принимать решение об отключении выключателя, с одновременным контролем светового потока, величины тока, а также скорости изменения тока, с быстродействующим твердотельным реле прямого отключения и полным временем срабатывания 0,8 мс позволяет значительно повысить быстродействие срабатывания дуговой защиты и значительно уменьшить ущерб, возможный при возникновении замыкания.
Патентуемое устройство защиты от дуговых замыканий «Лайм-Плюс» успешно разработано, протестировано и применяется ООО НПП «Микропроцессорные технологии» на ряде объектов энергетического хозяйства РФ.