УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для защиты цепей питания от токов перегрузки и коротких замыканий сети постоянного тока, в частности с номинальным напряжением 27В.
Известна полезная модель «Реле максимального тока» по патентуРФ №109912 (дата приоритета: 08.06.2011, дата публикации: 27.10.2011, Бюл. №30), которая является прототипом заявленной полезной модели. Реле максимального тока содержит положительный и отрицательный полюсы входа, измерительный шунт, пороговый элемент, исполнительный орган, положительный и отрицательный полюсы выхода.
Недостатком реле максимального тока является низкая надежность защиты цепей электропитания и качество в части воздействия на источник электропитания токов перегрузки цепи.
Технический результат заключается в повышении качества, а также надежности защиты цепей электропитания от токов короткого замыкания и перегрузки.
Технический результат достигается за счет того, что устройство электронной защиты содержит вход, включающий положительный полюс входа, подключенный к первому входу первого шунта, первый выход которого подключен к истоку первого транзистора, при этом второй вход и второй выход первого шунта соединены с блоком обработки сигналов и управления, первый выход первого транзистора является положительным полюсом выхода и подключен к выходу устройства электронной защиты, второй выход первого транзистора соединен с блоком обработки сигналов и управления, а также устройство включает отрицательный полюс входа, подключенный к первому входу второго шунта, первый выход которого подключен к истоку второго транзистора, при этом второй вход и второй выход второго шунта соединены с блоком обработки сигналов и управления, первый выход второго транзистора является отрицательным полюсом выхода и подключен к выходу устройства электронной защиты, а второй выход второго транзистора соединен с блоком обработки сигналов и управления.
За счет установки на обоих полюсах устройства шунтов обеспечивается более надежная защита цепи от перегрузки, т.к. сигналы на блок обработки сигналов и управления приходят от обоих шунтов. Но чаще всего один из шунтов срабатывает и отправляет сигнал раньше на блок обработки сигналов и управления. После подтверждения наличия токов перегрузки в сети блок обработки сигналов и управления отправляет сигнал об отключении нагрузки на транзисторы, за счет чего повышается качество защиты электроцепи.
За счет наличия двух шунтов, установленных на обоих полюсах, обеспечивается более надежное определение наличия токов короткого замыкания, т.к. данная конструкция позволяет регистрировать короткое замыкание на любом из полюсов. При возникновении короткого замыкания на одном из полюсов от одного из шунтов приходит сигнал на блок обработки сигналов и управления.
За счет наличия блока обработки сигналов и управления, обеспечивающего стабилизацию тока в течение установленного времени на соответствующем транзисторе, подключенном к шунту, на котором обнаружен ток короткого замыкания, обеспечивается повышение качества защиты, за счет уменьшения тока перегрузки от источника электропитания в момент короткого замыкания.
При срабатывании защиты от короткого замыкания блок обработки сигналов и управления отправляет сигнал на соответствующий транзистор, установленный на том же полюсе с шунтом, определившим наличие тока короткого замыкания. При этом блок обработки сигналов и управления, управляя затворным напряжением данного транзистора, переводит его в режим управляемого активного сопротивления, стабилизируя ток нагрузки на уровне тока короткого замыкания. В этом случае транзистор используется как управляемое активное сопротивление, при этом значение данного сопротивления динамически регулируется на уровне, обеспечивающем протекание тока на уровне значения тока короткого замыкания. В результате производится стабилизация тока на заданном уровне и обеспечивается повышение качества защиты электроцепи.
Таким образом, наличие шунтов измерения и транзисторов отключения, установленных на каждом полюсе, отдельно повышает надежность и качество защиты электроцепи как от токов перегрузки, так и от короткого замыкания, т.к. нагрузка на сети отключается только в результате подтверждения наличия ошибки в блоке обработки сигналов и управления. При этом повышается надежность защиты электросети, т.к. контроль за перегрузкой сети и коротким замыканием обеспечивается на обоих полюсах независимо. Данное устройство одинаково качественно обеспечивает защиту как от токов перегрузки, так и от короткого замыкания.
Блок обработки сигналов и управления может иметь выход передачи дискретного сигнала, а также выход передачи цифрового сигнала. Наличие выходов данного типа обеспечивает возможность удаленного информирования о возникновении ошибки сети или о ее безотказной работе. Кроме того, наличие выхода цифрового сигнала позволяет удаленно осуществлять перепрограммирование блока обработки сигналов и управления.
Устройство электронной защиты может включать блок гальванической развязки с замыкающими контактами положительного и отрицательного полюсов выхода и подключенный к блоку обработки сигналов и управления. В этом случае сигнал о возникновении ошибки дополнительно может направляться на блок гальванической развязки с целью отключения цепи. В результате обеспечивается дополнительная защита электроцепи от токов перегрузки или короткого замыкания. Кроме того, в случае сбоя работы транзисторов блок гальванической развязки обеспечивает дополнительную защиту от токов перегрузки и короткого замыкания.
Блок обработки сигналов и управления может быть выполнен с возможностью дистанционного управления. Дистанционное управление обеспечивает удаленное включение и отключение блока обработки сигналов и управления.
Кроме того, блок обработки сигналов и управления может быть выполнен с возможностью местного управления.
Блок обработки сигналов и управления может быть снабжен элементом индикации. Элементы индикации блока обработки сигналов и управления позволяют определить его исправность или указывать на режим включения или выключения блока.
Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлены:
1 – вход устройства электронной защиты;
2 – положительный полюс входа;
3 – первый шунт;
4 – первый транзистор;
5 – блок обработки сигналов и управления (БОСУ);
6 – положительный полюс выхода;
7 – выход устройства электронной защиты;
8 – отрицательный полюс входа;
9 – второй шунт;
10 – второй транзистор;
11 – отрицательный полюс выхода;
12 – выходы дискретного сигнала БОСУ;
13 – выходы цифрового сигнала БОСУ;
14 – механические сигнальные реле;
15 – блок гальванической развязки;
16 – замыкающийся контакт положительного полюса выхода;
17 – замыкающийся контакт отрицательного полюса выхода;
18 – управляющая катушка;
19 – выход дистанционного управления;
20 – элемент индикации дистанционного управления;
21 – блок местного управления БОСУ;
22 – элемент индикации БОСУ;
23 – возвратный диод;
24 – корпус устройства электронной защиты.
Полезная модель представляет собой устройство электронной защиты (фиг.), содержащее вход 1, включающий положительный полюс 2 входа, подключенный к первому входу первого шунта 3, первый выход которого подключен к истоку первого транзистора 4, при этом второй вход и второй выход первого шунта 3 соединены с блоком 5 обработки сигналов и управления, первый выход первого транзистора 4 является положительным полюсом 6 выхода и подключен к выходу 7 устройства электронной защиты, а второй выход первого транзистора 4 соединен с блоком обработки сигналов и управления. Также устройство включает отрицательный полюс 8 входа, подключенный к первому входу второго шунта 9, первый выход которого подключен к истоку второго транзистора 10, при этом второй вход и второй выход второго шунта 9 соединены с блоком 5 обработки сигналов и управления, первый выход второго транзистора 10 является отрицательным полюсом 11 выхода и подключен к выходу 7 устройства электронной защиты, а второй выход второго транзистора 10 соединен с блоком обработки сигналов и управления 5.
БОСУ 5 может иметь выходы передачи дискретного 12 сигнала, а также БОСУ 5 может иметь выходы 13 передачи цифрового сигнала. В соответствии с текущим состоянием БОСУ 5 управляет дискретными сигналами состояния 12, а также передает информацию о состоянии по цифровому CAN-выходу 13. Цифровой выход 13 JTAG-выход может использоваться для программирования или перепрограммирования БОСУ 5.
БОСУ 5 может иметь выходы электропитания (на фиг. не показаны), подключенные к положительному полюсу 2 входа и отрицательному полюсу 8 входа. Кроме того, БОСУ 5 может иметь дополнительный выход для обеспечения независимого электропитания.
Выходы 12 передачи дискретного сигнала могут быть подключены к механическим сигнальным реле 14. Комбинация срабатывания одного нескольких механических сигнальных реле 14 может указывать на срабатывание устройства электронной защиты при возникновении токов перегрузки или короткого замыкания.
Устройство электронной защиты может включать блок 15 гальванической развязки выхода от входа с замыкающимися контактами положительного 16 и отрицательного 17 полюсов и подключенную к БОСУ 5 управляющую катушку 18.
БОСУ 5 может быть выполнен с возможностью дистанционного управления. БОСУ 5 может содержать выход 19 дистанционного управления. Выход 19 дистанционного управления БОСУ 5 может содержать элемент 20 индикации, который информирует о включенном или выключенном состоянии сигнала дистанционного управления.
БОСУ 5 может быть выполнен с возможностью местного управления. Блок 21 местного управления БОСУ 5 может быть выполнен кнопочным, ползунковым или иметь другой вид выключателей.
БОСУ 5 может быть снабжен элементом 22 индикации. Элемент 22 индикации БОСУ 5 информирует о включенном или выключенном режиме работы БОСУ 5.
Положительный полюс 6 выхода и отрицательный полюс 11 выхода могут быть соединены возвратным диодом 23. Возвратный диод 23 предназначен для защиты устройства электронной защиты от перенапряжения при выключении нагрузки индуктивного характера.
Устройство электронной защиты может быть установлено в едином корпусе 24 или на одной плате.
Устройство электронной защиты может содержать предохранитель (на фиг. не показан), установленный на положительном полюсе 2 входа перед первым шунтом 3. Предохранитель может дополнительно защищать БОСУ 5 и другие элементы устройства.
При срабатывании защиты сети от перегрузки заявленное устройство работает следующим образом.
На вход 1 устройства электронной защиты подается постоянный ток с номинальным напряжением 27 В. Диапазон рабочих напряжений устройства составляет от 19,2 до 32,0 В.
НАГР
ПЕРЕГР
КЗ
НАГР
ПЕРЕГР
ПЕРЕГР
При протекании от положительного полюса входа 2 к положительному полюсу выхода 6 и от отрицательного полюса выхода 11 к отрицательному полюсу входа 8 тока нагрузки (I), превышающего порог срабатывания защиты сети от тока перегрузки (I), который не превышает порог срабатывания защиты от токов короткого замыкания (I), с первого шунта 3 и со второго шунта 9 в БОСУ (5) поступает сигнал о падении напряжения на шунтах 3 и 9. В момент превышения тока нагрузки (I) порога тока перегрузки (I) БОСУ 5 регистрирует резкое падение напряжения на шунтах 3 и 9 и запускает отсчёт установленного времени перегрузки (Т) для защиты электрической цепи от перегрузки. При этом от шунтов 3 и 9 на БОСУ 5 продолжает приходить сигнал об уровне тока в полюсах.
НАГР
ПЕРЕГР
ПЕРЕГР
ПЕРЕГР
Если ток нагрузки (I) снизился ниже порога I до окончания отсчёта времени Т, например при кратковременных пусковых режимах, то БОСУ 5 не срабатывает, а отсчет времени перегрузки (Т) сбрасывается.
НАГР
ПЕРЕГР
НАГР
ПЕРЕГР
Если ток нагрузки (I) остаётся в диапазоне: {I < I} в течение времени Т, то БОСУ 5 регистрирует перегрузку и переводит первый 4 и второй 10 транзисторы в закрытое состояние, отключая питание нагрузки, подключенной к выходу 7, от источника питания, подключенного ко входу 1.
При срабатывании защиты от короткого замыкания заявленное устройство работает следующим образом.
НАГР
КЗ
ПЕРЕГР
КЗ
НАГР
КЗ
КЗ
КЗ
ПЕРЕГР
КЗ
КЗ
КЗ
При протекании через устройство в цепь тока нагрузки (I), превышающего порог срабатывания защиты от тока короткого замыкания (I), при этом {I< I}, с первого шунта 3 или со второго шунта 9 в БОСУ 5 поступает сигнал о падении напряжения на одном из шунтов 3 или 9. В момент превышения тока нагрузки (I) порога тока короткого замыкания (I) БОСУ 5 регистрирует повышенное падение напряжения на одном из шунтов 3 или 9 и запускает отсчёт установленного времени (Т) для защиты цепи от токов короткого замыкания, при этом{T < T}. БОСУ 5 отправляет сигнал на соответствующий транзистор 4 или 10, установленный на том же полюсе с шунтом, определившим наличие тока короткого замыкания (I). Далее БОСУ 5, управляя затворным напряжением данного транзистора переводит его в режим управляемого активного сопротивления, стабилизируя ток нагрузки на уровне I. В этом случае транзистор используется не в качестве ключа или управляемого контакта с двумя положениями – замкнут/разомкнут, а как управляемое активное сопротивление, при этом значение данного сопротивления динамически регулируется на уровне, обеспечивающем протекание тока на уровне значения I. Таким образом, производится стабилизация тока на заданном уровне.
НАГР
КЗ
КЗ
КЗ
Если ток нагрузки (I) снизился ниже порога I до окончания отсчёта времени Т, например при кратковременном пусковом режиме устройства, то БОСУ 5 не срабатывает, а отсчет времени короткого замыкания (Т) сбрасывается.
НАГР
НАГР
КЗ
КЗ
Если ток нагрузки (I) не уменьшается и соответствует: {I ≥ I} в течение времени Т, то БОСУ 5 регистрирует короткое замыкание в нагрузке и переводит первый 4 и второй 10 транзисторы в закрытое состояние, отключая питание нагрузки, подключенной к выходу 7, от источника питания, подключенного ко входу 1.
При протекании от положительного полюса входа 2 к положительному полюсу выхода 6 и от отрицательного полюса выхода 11 к отрицательному полюсу входа 8 обеспечивается защита электросети от токов перегрузки и коротких замыканий в цепи нагрузки устройства по двум полюсам независимо друг от друга, что повышает надежность защиты в электросети постоянного тока.