СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ И КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
METHOD FOR PROTECTING THREE-PHASE NETWORK AGAINST OVERLOADING AND SHORT CIRCUIT

Изобретение относится к области защиты электрических сетей от перегрузки и короткого замыкания, а именно трехфазных сетей, и может быть использовано в системах централизованного контроля параметров.
j
j
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является техническое решение из патента RU 2163423. Способ заключается в том, что измеряют мгновенные значения производной тока электрода по времени di(t)/dt и мгновенные значения фазных напряжений u(t) со стороны низкого напряжения трансформатора каждой фазы электропечи в течение всего периода изменения тока; выделяют сигналы пропорциональные первым и третьим гармоникам производной тока электрода и фазного напряжения по каждой фазе; определяют синфазные составляющие этих сигналов по отношению к каждой из гармоник производной тока электрода для каждого электрода в отдельности и по этим синфазным составляющим путем решения системы алгебраических уравнений рассчитывают величину параметров индуктивного взаимодействия между фазами трехэлектродной электропечи.
Однако недостатком предложенного способа является необходимость выделения первой и третьей гармоник, как для сигнала производного тока, так и для сигнала фазного напряжения, что уменьшает быстродействие предложенного решения, отрицательно сказывается на величине быстродействия и требует необходимости решения системы алгебраических уравнений.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в недостаточном быстродействии известных способов защиты трехфазной сети от перегрузки и короткого замыкания.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение быстродействия при определении момента времени перегрузки или короткого замыкания трехфазного источника.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе защиты трехфазной сети от перегрузки и короткого замыкания входные сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам, дифференцируют, после чего возводят в квадрат, полученные сигналы суммируют, получая обобщенный сигнал, который сравнивают с установленным значением напряжения, и в случае превышения обобщенного сигнала установленного значения напряжения посредством компаратора выдают сигнал на отключение перегруженного фидера.
Обобщенный сигнал при перегрузке или коротком замыкании однозначно определяет момент времени короткого замыкания или перегрузки и величину токовой перегрузки.
Раскрытие заявляемого изобретения показано с помощью фиг. 1-3, на которых изображены:
на фиг. 1 - расчетная схема включения трехфазной нагрузки;
на фиг. 2 - блок-схема реализации заявляемого способа;
на фиг. 3 - осциллограммы.
На фиг. 1-3 позициями 1-16 показаны:
1 - ключ;
2 - комплекс полного сопротивления нагрузки до замыкания ключа;
3 - комплекс полного сопротивления нагрузки после замыкания ключа;
4 - первый дифференцирующий блок;
5 - второй дифференцирующий блок;
6 - третий дифференцирующий блок;
7 - первый блок перемножения;
8 - второй блок перемножения;
9 - третий блок перемножения;
10 - сумматор;
11 - компаратор;
12 - неинвертирующий вход компаратора;
13 - инвертирующий вход компаратора, на который подают установленное значение напряжения;
14 - фазный ток;
15 - нулевое значение напряжения;
16 - обобщенный параметр  при возникновении трехфазного К3.
Для наглядности и понимания предложенного способа описан процесс включения трехфазной нагрузки путем замыкания ключа 1 (фиг. 1) в момент времени  при допущении, что сеть большой мощности.
Уравнение нагрузки имеет вид:
S
где U - модуль изображающего вектора напряжения сети;
H
H
H
Z=R+jwL - комплекс 3 полного сопротивления нагрузки после замыкания ключа 1;
H
R - активное сопротивление фазы нагрузки после замыкания ключа 1;
H
L - индуктивность фазы нагрузки после замыкания ключа 1;
0
0
H
0
H
Z=(R+R)+jw(L+L) - комплекс 2 полного сопротивления нагрузки до замыкания ключа 1;
0
γ - случайная фаза включения нагрузки;
, ,  - производная от мгновенного фазного тока.
Решение дифференциальных уравнений, представленных выше, имеет вид:
0
0
H
0
H
где ϕ=arctg[w(L+L)/[R+R)] - фаза тока относительно напряжения до момента замыкания ключа 1;
a
b
c
i, i, i - сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам;
H
H
H
ϕ=arctg(wL/R) - фаза тока относительно напряжения после замыкания ключа 1;
а
H
H
Т=L/R - постоянная времени цепи нагрузки после замыкания ключа 1;
γ=wt - текущий угол.
Для диагностирования наступления момента токовой перегрузки или короткого замыкания (КЗ), а также величины перегрузки используют обобщенную величину, равную сумме квадратов от производных фазных токов
где , ,  - производные по времени от мгновенных фазных токов.
Используя подстановку в это выражение производных от мгновенных фазных токов, представленных выше, имеет место следующее выражение:
2
В момент времени (0-), предшествующий включению ключа 1, предложенная обобщенная величина (i') равна
H
0
H
0
Так как в этот момент времени Z=Z, ϕ=ϕ.
2
2
Учитывая, что w=(2πƒ)=const, имеет место выражение:
S
где I - модуль изображающего вектора тока трехфазной системы
2
В момент времени (0+), сразу после включению ключа 1, предложенная обобщенная величина (i') равна
2
Таким образом, при включении ключа 1 обобщенная величина (i') меняется «скачкообразно» с величины  до величины .
Именно это свойство позволяет определять момент и величину токовой перегрузки.
Способ осуществляют следующим образом.
a
b
c
Входные сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам i, i, i, дифференцируют с помощью дифференцирующих блоков 4-6, после чего возводят в квадрат с помощью блоков перемножения 7-9. Полученные сигналы квадратов от производных мгновенных фазных токов складывают в сумматоре 10. Сигнал со значением
a
b
c
уст
где i, i, i - сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам; поступает на неинвертирующий вход 12 компаратора 11, на инвертирующий вход 13 которого подают установленное значение напряжения U.
уст
уст
При превышении напряжения сигнала, поступающего на вход 12 компаратора 11, величины установленного значения напряжения U, выходной сигнал компаратора 11 скачкообразно меняется от 0 В до +15 В. Срабатывание токовой защиты зависит от выходного сигнала компаратора 11, который отключает перегруженный фидер. Меняя величину установленного значения напряжения U, изменяют величину установленного значения напряжения срабатывания токовой защиты.
a
Предлагаемые осциллограммы (фиг. 3) получены путем записи выходного сигнала сумматора 10 при КЗ. Фазный ток i представлен кривой 14, «0» - нулевое значение напряжения - прямой 15. Кривая 16 изображает обобщенный параметр  при возникновении трехфазного КЗ. До КЗ цепь была нагружена током примерно в 3 раза меньше, чем во время КЗ.
Приведенные примеры являются частными случаями и не исчерпывают всех возможных реализаций заявляемого изобретения.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации заявляемого способа не изменяют сущность изобретения, а лишь определяют его конкретные воплощения.