+

WO2006123962A1 - Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod - Google Patents

Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod Download PDF

Info

Publication number
WO2006123962A1
WO2006123962A1 PCT/RU2005/000271 RU2005000271W WO2006123962A1 WO 2006123962 A1 WO2006123962 A1 WO 2006123962A1 RU 2005000271 W RU2005000271 W RU 2005000271W WO 2006123962 A1 WO2006123962 A1 WO 2006123962A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
phase shift
current
network
consumer
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000271
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Sergei Vladimirovich Kozhelsky
Vladimir Leonidovich Krushev
Vladimir Timofeevich Krushev
Alexandr Leonidovich Krushev
Original Assignee
Sergei Vladimirovich Kozhelsky
Vladimir Leonidovich Krushev
Vladimir Timofeevich Krushev
Alexandr Leonidovich Krushev
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sergei Vladimirovich Kozhelsky, Vladimir Leonidovich Krushev, Vladimir Timofeevich Krushev, Alexandr Leonidovich Krushev filed Critical Sergei Vladimirovich Kozhelsky
Priority to PCT/RU2005/000271 priority Critical patent/WO2006123962A1/en
Publication of WO2006123962A1 publication Critical patent/WO2006123962A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current

Definitions

  • the invention relates to the field of electrical engineering and more specifically relates to a method for protecting consumers of AC power from emergency operating modes and devices for its implementation.
  • this method of protection is characterized by relatively low accuracy associated with the error of the measuring transducers of phase currents and the error in the implementation of computational operations.
  • This method is also characterized by low accuracy associated with the error of the measuring transducers of current and voltage, as well as the error of computational operations.
  • This method is difficult to implement and, in addition, is characterized by relatively low accuracy, which is due to the error of the measuring transducers of current and voltage, the error of computational operations, as well as the error in determining active losses by operating characteristics.
  • the closest in its technical solution is a method of protection against earth faults of an alternating current contact network (SU, A, 637890 H 02 H 3/16, 3/38), in which the phase angle between the current and voltage is continuously measured, compared with the reference angle and form a trip signal, in case the measured angle is less than the reference, moreover, the current value in the contact network is continuously measured and the reference angle is continuously determined from the measured current value depending on the measured current value.
  • SU alternating current contact network
  • this method has a limited scope and provides protection only against short circuit or network overload), and the need to measure the absolute value of the current in the network narrows the range of controlled power consumption from the network.
  • the basis of the invention is the task of creating a method of protecting consumers of energy of a three-phase AC network from emergency operating modes, which would protect the consumer from the maximum possible number of emergency operating modes, reduce the influence of errors of current and voltage transducers, and increase the accuracy of measurements of power parameters, consumed from the mains and eliminated false positives, as well as create a device for the implementation of such a method, which would be simple to implement and reliable in operation.
  • the method of protecting the energy consumer of a three-phase AC network from emergency operation consists in determining the current values of the phase shifts between the supply voltage and the current consumption or current consumption in at least two phase conductors, compare these current values with acceptable values of the phase shift in the range specified taking into account the maximum and minimum values of the consumer power factor and disconnect the consumer from the network if kuschee phase shift value is beyond a predetermined range.
  • the device for protecting consumers of AC power from emergency operation containing current sensors, voltage sensors and a shutdown unit in the phase conductors connected to the consumer, according to the invention, contains a phase shift control unit connected by inputs to outputs sensors of current and voltage and configured to issue a signal to disconnect the consumer from the AC network to the control input of the shutdown node in the event that the phase shift is outside the range range of permissible phase shift values.
  • the device further comprises an input / output device connected to the phase shift control unit, adapted to input and output the values of the set allowable phase shift range, as well as consumer parameters, before and after the trip.
  • the device further comprises a synchronization unit, the inputs of which are connected to the phase conductors of the network, and the output is connected to the phase shift control unit.
  • phase shift between the voltages and the consumed currents in the three-phase network, as well as between the consumed currents in the various phase conductors, is essentially the only and sufficient indicator of the consumer's work with the reactive nature of the load, controlling which according to the proposed method it is possible to protect the consumer from any emergency operating conditions.
  • the mentioned phase shift can be measured both in the time domain and in the frequency domain. Conversion from one unit of measure to another can be done through operations that are obvious to those skilled in the art. Due to the fact that the time measurement corresponding to the phase shift can be performed with much higher accuracy than the measurement of currents or voltages, taking into account the need to ensure the linearity of their conversion, the present invention can significantly improve the accuracy of measurements.
  • Fig. L depicts a diagram of an AC power consumer protection device that implements the method according to the invention for the case a three-phase network with phase shift control between phase voltage and current consumption in each supply conductor;
  • figure 2 - diagram of another variant of the same device for the case of a three-phase network with phase shift control between the phase voltage of one conductor and the total current of two other conductors for two different combinations of conductors;
  • FIG. L depicts a diagram of an AC power consumer protection device that implements the method according to the invention for the case a three-phase network with phase shift control between phase voltage and current consumption in each supply conductor
  • figure 2 - diagram of another variant of the same device for the case of a three-phase network with phase shift control between the phase voltage of one conductor and the total current of two other conductors for two different combinations of conductors
  • FIG. L depicts a diagram of an AC power consumer protection device that implements the method according to the invention for the case a three-phase network with phase shift control between phase voltage and current consumption
  • 3 is a diagram of a variant of the same device for a three-phase network with phase shift control between the phase-to-phase voltage of two conductors and the total currents of these conductors for two different combinations of conductors;
  • 4 is a timing diagram of the control of the phase shift between all phase voltages and currents in a three-phase consumer network, where the values of voltages "U” and currents "1" in the network conductors are plotted along the ordinate axis, and the time “t” is the abscissa axis;
  • 5 is a timing diagram of the control of the phase shift between the phase voltage of one conductor and the total current of two other conductors, as well as the phase shift between the two total currents;
  • figb is a timing diagram of the control of the phase shift between the interphase voltage of two conductors and the total current of the same conductors relative to the selected reference point t0, synchronized with the frequency of the network, as well as the phase shift between the two total currents
  • the proposed protection device is designed to protect energy consumers from emergency operating modes - overload, underload; breaks and short circuits in the power circuits, both on the source side and on the consumer side; voltage imbalances and other violations of the operating mode in three-phase AC networks.
  • the proposed device contains: current and voltage sensors connected to phase conductors in the consumer circuit; converters of alternating voltage of sensor signals to pulse voltages; a phase shift control unit, to the inputs of which the outputs of said converters are connected; the body that responds to the control signal from the output of the phase shift control unit, as well as the disconnection unit, which directly disconnects the consumer from the network.
  • an input / output device can be connected to the phase shift control unit for inputting the necessary consumer data into the microprocessor memory and outputting data on its operating mode, as well as fixing time instants, reasons for disconnection, and other parameters.
  • phase shift measurements can be made between the current and voltage of any phase conductors in various combinations, for example, between the current of one phase and the current of another, the current and voltage of one phase, the current of one phase and voltage in the other, different voltages phases, currents of several phases relative to the current in another, etc.
  • current sensors 4, 5, 6 are connected in series to each of the conductors of the three-phase AC network 1 through the shutdown unit 2 from the consumer 3.
  • voltage sensors 7, 8 and 9 are connected to each of the conductors.
  • Sensors 4 to 9 of current and voltage can operate using any principle of operation. A general requirement is the possibility of their response to currents and voltages in the phase conductors both from the consumer 3 and from the network 1.
  • induction-type current transformers or Hall effect sensors can be used as current sensors 4-6.
  • sensors 7 - 9 voltage can be used voltage transformers, resistive, capacitive or resistive-capacitive voltage dividers, etc.
  • the information outputs of the sensors 4 to 9 are connected to the corresponding inputs of the converters 10 to 15 of an alternating voltage to pulsed, the outputs of which are connected to the information inputs of the phase shift monitoring unit 16.
  • Various threshold devices can be used as converters.
  • the phase shift control unit 16 in the most preferred embodiment can be implemented on the basis of a microprocessor. It is assumed that in the case of the implementation of a phase shift control unit based on a microprocessor, it also includes a memory device in which a program for controlling the microprocessor and the necessary data for its operation are stored.
  • control unit 16 To the output of the control unit 16 is connected by its input an element 17 for generating a trip signal (intermediate relay), made on the basis of a semiconductor device, in this case, optosimistor, the output of which is connected to the shutdown unit 2.
  • a semiconductor device in this case, optosimistor, the output of which is connected to the shutdown unit 2.
  • the device 18 input / output of controlled values, made in the form of a standalone remote control, however, this device is not required.
  • the embodiment of the device shown in FIG. 2 differs from the above in that current sensors 4 and 5 are each connected to a pair of conductors (B, C and A, B, respectively), one of which (B) is common to both sensors, and voltage sensors 7 and 8 are connected each to the third conductor (A and C, respectively) of the three-phase network.
  • the outputs of the sensors 4,5,7 and 8 through the converters 10 - 13 AC to pulsed connected to the inputs of the block 16 control the phase shift, the output of which through the element 17 of the formation of the shutdown signal is connected to the node 2 shutdown.
  • An I / O device 18 is connected to the control unit 16.
  • the embodiment of the device shown in FIG. 3, differs from the above in that the voltage sensors 7 and 8 are connected between the same conductors to which the total current sensors 4 and 5 are connected.
  • the outputs of the sensors 4,5,7 and 8 through the converters 10 - 13 AC to pulsed connected to the inputs of the block 16 control the phase shift, the output of which through the element 17 of the formation of the shutdown signal is connected to the node 2 shutdown.
  • a synchronization unit 19 is additionally introduced, the inputs of which are connected to the network conductors, and the output is connected to the synchronizing input of the control unit 16.
  • Block 19 synchronization is used to set the moment to reference time intervals in block 16 control.
  • the input / output device 18 is connected to the control unit 16.
  • the essence of the method of protecting consumers of AC energy from emergency conditions is as follows.
  • the time shifts between the voltages on the conductors and the currents in the conductors in various combinations are determined by the time points of the change in the direction of the currents in the conductors supplying the consumer (according to the signals of the sensors 4 to 6) and by the moments of the change in the polarity of the voltage (according to the signals from the sensors 7 to 9)
  • the corresponding time shifts are compared with each other, determining the current values of the phase shift, which are then compared with the boundary (limit) values of the range of permissible changes, given taking into account the maximum and minimum values of the power factor of the protected consumer.
  • the range of acceptable values of the time shift between voltage and currents is determined by the values ⁇ tmi ⁇ and ⁇ t ma ⁇ , which are established by the maximum and minimum values of the power factor (cos ⁇ ) of a particular consumer, which, in turn, can be set by the manufacturer and the nature of the consumer's work.
  • the consumer switches off (load) from the network, followed by blocking the re-inclusion for adaptive time, with fixing the time and reason for the disconnection.
  • the mentioned parameters are the minimum time, boundary values of the interval of admissible values, adaptive time are pre-recorded in the memory of the phase shift control unit 16 or input from the input / output device 18.
  • the consumer switches off 3 by the shutdown node 2, followed by a lock for the adaptive time of the consumer's repeated switching on, with a possible fixation of the time and reason for the disconnection.
  • phase shift ⁇ between phase currents and voltages, is greater than the value ⁇ max , while at the outputs of the control unit 16 there are control signals corresponding to the normal operation of the electric motor. If the rated load value is exceeded on the motor shaft, the condition ⁇ ⁇ max is met , and at the output of the control unit 16, the control signal corresponds to the trip signal.
  • the implementation of this range can be taken as a range of valid values. As already mentioned, time intervals can be measured with a very high degree of accuracy, therefore, the comparison error can be quite small, and the reliability of the protection device can be high.
  • the device can be connected as shown in FIG. 2, while the current sensor 4 controls the total current of the two phases B and C, and the current sensor 5 monitors the total current of the two phases A and B, respectively.
  • the total current of phases B and C is equal to the current of phase A with the opposite sign.
  • the parameter ⁇ t ⁇ can be measured, which should be equal to 1/3 of the period T of the network when the consumer is operating in normal mode.
  • Timing diagrams corresponding to this method of phase shift control are shown in Fig.6.
  • an arbitrary moment t0 of the start of measurements is set, which is set using the synchronization unit 19.
  • the device for protecting consumers of AC power energy from emergency operating conditions can also be used in other devices, for example, “direct fuse” devices, as a unit that directly protects the consumer's power circuits.
  • the main integral criterion for consumer protection for example, an asynchronous electric motor (transformer) is the comparison of phase shifts between currents and voltages in the supply conductors with the limit deviations established on the basis of the passport values of cs ⁇ n .
  • Additional criteria may include:
  • the shift between the phases of the flowing currents in the conductors allow: fast recognition of an emergency during the period of the current frequency; ensuring independence from the frequency of the supply network (50 Hz or another frequency) and shape (sinusoidal, triangular, rectangular) and high accuracy of measuring the power factor, because essentially time intervals are measured, which guarantees protection against false alarms.
  • the device can be used in a wide range of consumer capacities.
  • the method according to the invention protects the energy consumer essentially from all possible emergency situations in the consumer's electrical circuit.
  • the invention can be successfully used to protect induction motors and transformers from overload, underload (idle); when the voltage is distorted; a break in the supply conductors, both on the source side and on the consumer side; short circuits in power circuits and other emergency operation modes.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

The inventive method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions consists in determining actual values of a phase-shift between a feeding voltage and a consumption current(s) in at least two phase conductors, in comparing said actual values with permitted phase-shift values within a range which is determined taking into account the maximum and minimum values of a user's power factor (cos?) and in disconnecting the user from the network when a current value exceeds a specified permitted value range. The inventive device for protecting the user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions comprises current sensors (4, 5, 6), voltage sensors (7, 8, 9) and a unit (2) for disconnecting in the phase conductors. Said device also comprises a phase shift control unit (16), which is embodied in such a way that it makes it possible to produce a signal that the user id disconnected from the alternating-current network when said phase shift exceeds a specified permitted value range and a synchronising unit (19) whose inputs are connected to the network phase conductors, whereas the output thereof is connected to the phase shift control unit (16).

Description

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОТРЕБИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО METHOD FOR PROTECTING ENERGY CONSUMERS OF THREE-PHASE AC NETWORK FROM EMERGENCY OPERATION MODES AND DEVICE
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯFOR ITS IMPLEMENTATION
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электротехники и более точно касаются способа защиты потребителей энергии сети переменного тока от аварийных режимов работы и устройства для его осуществления.The invention relates to the field of electrical engineering and more specifically relates to a method for protecting consumers of AC power from emergency operating modes and devices for its implementation.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен способ защиты потребителей энергии сети трехфазного переменного тока от аварийных режимов, основанный на измерении токов и их разностей в различных фазах питающего напряжения с последующим сравнением разностей токов двух фаз с током в оставшейся фазе и формированием выходного сигнала отключения при превышении любой из полученных разностей порогового значения [SU,A,1314411, H 02 H З/26, 1987].There is a method of protecting consumers of energy of a three-phase alternating current network from emergency conditions, based on measuring currents and their differences in various phases of the supply voltage, followed by comparing the differences of the currents of two phases with the current in the remaining phase and generating a shutdown output signal when any of the obtained threshold difference values is exceeded [SU, A, 1314411, H 02 H Z / 26, 1987].
Однако этот способ защиты характеризуется сравнительно невысокой точностью, связанной с погрешностью измерительных преобразователей фазных токов и погрешностью реализации вычислительных операций. Кроме того, в данном случае необходимо устанавливать пороги срабатывания индивидуально для каждого типа двигателя в зависимости от его мощности и, соответственно, величин токов в питающих проводниках.However, this method of protection is characterized by relatively low accuracy associated with the error of the measuring transducers of phase currents and the error in the implementation of computational operations. In addition, in this case, it is necessary to set operation thresholds individually for each type of motor, depending on its power and, accordingly, the magnitudes of the currents in the supply conductors.
Известен способ защиты электродвигателя от перегрузки, основанный на измерении токов и напряжений в электродвигателе в момент пуска, вычислении по результатам измерений и паспортным данным электродвигателя номинального значения тока нагрузки Iн и сравнении его с измеренным реальным током нагрузки Ip в установившемся режиме; в том случае, когда отношение Ip/Iн становится больше единицы электродвигатель отключается от сети [RU,A,2027272, H 02 H 7/08, 1995].There is a method of protecting the motor against overload, based on measuring currents and voltages in the electric motor at the time of start-up, calculating the rated value of the load current Iн from the results of measurements and the nameplate of the electric motor and comparing it with the measured real load current Ip in steady state; in the case when the ratio I p / Iн becomes more than one, the electric motor is disconnected from the network [RU, A, 2027272, H 02 H 7/08, 1995].
Этому способу также свойственна невысокая точность, связанная с погрешностью измерительных преобразователей тока и напряжения, а также погрешностью вычислительных операций.This method is also characterized by low accuracy associated with the error of the measuring transducers of current and voltage, as well as the error of computational operations.
Близким по своему техническому решению является способ защиты асинхронных двигателей от повреждений и аномальных режимов работы, основанный на измерении токов и напряжений на входах электродвигателя и определении активной мощности на входе и выходе защищаемого электродвигателя, причем последнюю определяют по крутящему моменту на валу и угловой скорости ротора. По результатам измерения и с учетом рабочей характеристики электродвигателя вычисляют потери активной мощности в электродвигателе и формируют сигнал защиты, если указанные потери превышают допустимую величину потерь активной мощности в номинальном режиме работы [SU3A, 1594642 H 02 H 7/08, 1990].Close in its technical solution is the method of protection induction motors from damage and abnormal modes of operation, based on measuring currents and voltages at the motor inputs and determining the active power at the input and output of the protected motor, the latter being determined by the torque on the shaft and the angular speed of the rotor. According to the measurement results and taking into account the operating characteristics of the electric motor, the active power losses in the electric motor are calculated and a protection signal is generated if the specified losses exceed the permissible active power losses in the nominal operating mode [SU 3 A, 1594642 H 02 H 7/08, 1990].
Данный способ сложен в реализации и, кроме того, характеризуется сравнительно невысокой точностью, что обусловлено погрешностью измерительных преобразователей тока и напряжения, погрешностью вычислительных операций, а также погрешностью определения активных потерь по рабочим характеристикам.This method is difficult to implement and, in addition, is characterized by relatively low accuracy, which is due to the error of the measuring transducers of current and voltage, the error of computational operations, as well as the error in determining active losses by operating characteristics.
Наиболее близким по своему техническому решению является способ защиты от замыкания на землю контактной сети переменного тoкa(SU,A, 637890 H 02 H 3/16, 3/38), в котором непрерывно измеряют угол сдвига фаз между током и напряжением, сравнивают его с опорным углом и формируют сигнал на отключение, в случае, если величина измеренного угла меньше опорного, причем дополнительно непрерывно измеряют величину тока в контактной сети и по измеренной величине тока непрерывно устанавливают величину опорного угла в зависимости от величины измеренного тока.The closest in its technical solution is a method of protection against earth faults of an alternating current contact network (SU, A, 637890 H 02 H 3/16, 3/38), in which the phase angle between the current and voltage is continuously measured, compared with the reference angle and form a trip signal, in case the measured angle is less than the reference, moreover, the current value in the contact network is continuously measured and the reference angle is continuously determined from the measured current value depending on the measured current value.
Однако данный способ имеет ограниченную область применения и обеспечивает защиту только от короткого замыкания или перегрузки сети), а необходимость в измерении абсолютной величины тока в сети сужает диапазон контролируемой потребляемой мощности от сети.However, this method has a limited scope and provides protection only against short circuit or network overload), and the need to measure the absolute value of the current in the network narrows the range of controlled power consumption from the network.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В основу изобретения поставлена задача создать способ защиты потребителей энергии трехфазной сети переменного тока от аварийных режимов работы, который обеспечивал бы защиту потребителя от максимально возможного количества аварийных режимов работы, позволял уменьшить влияние погрешностей измерительных преобразователей тока и напряжения, обеспечивал бы повышение точности измерений параметров мощности, потребляемой от питающей сети и исключал при этом ложные срабатывания, а также создать устройство для осуществления такого способа, которое было бы простым в реализации и надежным в работе.The basis of the invention is the task of creating a method of protecting consumers of energy of a three-phase AC network from emergency operating modes, which would protect the consumer from the maximum possible number of emergency operating modes, reduce the influence of errors of current and voltage transducers, and increase the accuracy of measurements of power parameters, consumed from the mains and eliminated false positives, as well as create a device for the implementation of such a method, which would be simple to implement and reliable in operation.
Поставленная задача решается тем, что способ защиты потребителя энергии трехфазной сети переменного тока от аварийных режимов работы, согласно изобретению состоит в том, что определяют текущие значения сдвигов фаз между питающим напряжением и потребляемым током или потребляемыми токами, по меньшей мере, в двух проводниках фаз, сравнивают эти текущие значения с допустимыми значениями сдвига фаз в диапазоне, заданном с учетом максимального и минимального значений коэффициента мощности потребителя и отключают потребителя от сети, если текущее значение сдвига фаз выходит за пределы заданного диапазона.The problem is solved in that the method of protecting the energy consumer of a three-phase AC network from emergency operation, according to the invention, consists in determining the current values of the phase shifts between the supply voltage and the current consumption or current consumption in at least two phase conductors, compare these current values with acceptable values of the phase shift in the range specified taking into account the maximum and minimum values of the consumer power factor and disconnect the consumer from the network if kuschee phase shift value is beyond a predetermined range.
Возможно сдвиг фаз определять между напряжением и потребляемым током в каждом из трех проводников трехфазной сети.It is possible to determine the phase shift between the voltage and the consumed current in each of the three conductors of a three-phase network.
Возможно, кроме того, фазовый сдвиг определять между напряжением одной из фаз трехфазной сети и суммарным потребляемым током в проводниках двух других фаз.It is also possible to determine the phase shift between the voltage of one of the phases of the three-phase network and the total current consumption in the conductors of the other two phases.
В еще одном варианте воплощения возможно фазовый сдвиг определять между межфазным напряжением двух фаз трехфазной сети и суммарным потребляемым током в проводниках данных фаз.In another embodiment, it is possible to determine the phase shift between the interphase voltage of the two phases of the three-phase network and the total current consumption in the conductors of these phases.
Предпочтительно для определения текущего значения сдвига фаз выбрать на временной оси произвольную точку отсчета в течение периода сети, задать относительно этой точки интервалы времени, в которые эталонные кривые изменения токов и напряжений достигают одной и той же заданной величины, измерять действительные интервалы времени, через которые действительные токи и напряжения достигают указанной заданной величины и сравнивать измеренное значение интервалов с заданным, при этом если разница превышает допустимые пределы, отключать потребителя от питающей сети.It is preferable for determining the current value of the phase shift to choose an arbitrary reference point on the time axis during the network period, to set time intervals relative to this point, in which the reference curves of changes in currents and voltages reach the same specified value, to measure the actual time intervals through which currents and voltages reach the specified set value and compare the measured value of the intervals with the set value, in this case, if the difference exceeds the permissible limits, turn off the Fucker from the mains.
Для того, чтобы защитить потребителя от несимметричного режима работы целесообразно дополнительно определять текущее значение сдвига фаз между токами, по меньшей мере, в двух разных фазах, сравнивать измеренное значение с допустимыми значениями сдвига фаз в диапазоне, заданном с учетом допустимой асимметрии потребляемых токов во времени и отключать потребителя от сети, если указанный сдвиг выходит за пределы этого заданного диапазона. Поставленная задача решается также и тем, что устройство защиты потребителей энергии сети переменного тока от аварийных режимов работы, содержащее датчики тока, датчики напряжения и узел отключения в проводниках фаз, подключённых к потребителю, согласно изобретению, содержит блок контроля сдвига фаз, связанный входами с выходами датчиков тока и напряжения и выполненный с возможностью выдачи сигнала отключения потребителя от сети переменного тока на управляющий вход узла отключения в случае, если упомянутый сдвиг фаз выходит за пределы диапазона допустимых значений сдвига фаз.In order to protect the consumer from an asymmetric operating mode, it is advisable to additionally determine the current value of the phase shift between currents in at least two different phases, compare the measured value with the acceptable values of the phase shift in the range specified taking into account the permissible asymmetry of the consumed currents in time and disconnect the consumer from the network if the specified shift is outside the specified range. The problem is also solved by the fact that the device for protecting consumers of AC power from emergency operation, containing current sensors, voltage sensors and a shutdown unit in the phase conductors connected to the consumer, according to the invention, contains a phase shift control unit connected by inputs to outputs sensors of current and voltage and configured to issue a signal to disconnect the consumer from the AC network to the control input of the shutdown node in the event that the phase shift is outside the range range of permissible phase shift values.
Желательно, чтобы устройство дополнительно содержало устройство ввода/вывода, подключенное к блоку контроля сдвига фаз, приспособленное для ввода и вывода значений установленного допустимого диапазона сдвига фаз, а также параметров потребителя до отключения и в момент отключения.It is desirable that the device further comprises an input / output device connected to the phase shift control unit, adapted to input and output the values of the set allowable phase shift range, as well as consumer parameters, before and after the trip.
В предпочтительном варианте устройство дополнительно содержит блок синхронизации, входы которого подключены к фазным проводникам сети, а выход подключен к блоку контроля сдвига фаз.In a preferred embodiment, the device further comprises a synchronization unit, the inputs of which are connected to the phase conductors of the network, and the output is connected to the phase shift control unit.
Сдвиг фаз между напряжениями и потребляемыми токами в трехфазной сети, а также между потребляемыми токами в различных фазных проводниках по существу является единственным и достаточным показателем работы потребителя с реактивным характером нагрузки, контролируя который согласно предлагаемому способу возможно защитить потребителя от любых аварийных режимов работы. Упомянутый сдвиг фаз может быть измерен как во временной области, так и в частотной. Преобразование из одних единиц измерения в другие может быть выполнено посредством операций, очевидных для специалистов в данной области техники. Вследствие того, что измерение времени, соответствующее сдвигу фаз, может быть выполнено с намного более высокой точностью, чем измерение токов или напряжений с учетом необходимости обеспечения линейности их преобразования, настоящее изобретения позволяет значительно повысить точность измерений.The phase shift between the voltages and the consumed currents in the three-phase network, as well as between the consumed currents in the various phase conductors, is essentially the only and sufficient indicator of the consumer's work with the reactive nature of the load, controlling which according to the proposed method it is possible to protect the consumer from any emergency operating conditions. The mentioned phase shift can be measured both in the time domain and in the frequency domain. Conversion from one unit of measure to another can be done through operations that are obvious to those skilled in the art. Due to the fact that the time measurement corresponding to the phase shift can be performed with much higher accuracy than the measurement of currents or voltages, taking into account the need to ensure the linearity of their conversion, the present invention can significantly improve the accuracy of measurements.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг.l изображает схему устройства защиты потребителей энергии сети переменного тока, реализующего способ, согласно изобретению, для случая трехфазной сети с контролем сдвига фаз между фазным напряжением и потребляемым током в каждом питающем проводнике; фиг.2 - схему другого варианта того же устройства для случая трехфазной сети с контролем сдвига фаз между фазным напряжением одного проводника и суммарным током двух других проводников для двух разных комбинаций проводников; фиг.З - схему варианта того же устройства для случая трехфазной сети с контролем сдвига фаз между межфазным напряжением двух проводников и суммарным токам этих проводников для двух разных комбинаций проводников; фиг.4 — временную диаграмму контроля сдвига фаз между всеми фазными напряжениями и токами в трехфазной сети потребителя, где по оси ординат отложены значения напряжений «U» и токов «1» в проводниках сети, а оси абсцисс - время «t»; фиг.5 - временную диаграмму контроля сдвига фаз между фазным напряжением одного проводника и суммарным током двух других проводников, а также сдвига фаз между двумя суммарными токами; фиг.б - временную диаграмму контроля сдвига фаз между межфазным напряжением двух проводников и суммарным током этих же проводников относительно выбранной точки отсчета tо, синхронизированной с частотой сети, а также сдвига фаз между двумя суммарными токами;The invention is further illustrated by the description of specific variants of its implementation and the accompanying drawings, in which: Fig. L depicts a diagram of an AC power consumer protection device that implements the method according to the invention for the case a three-phase network with phase shift control between phase voltage and current consumption in each supply conductor; figure 2 - diagram of another variant of the same device for the case of a three-phase network with phase shift control between the phase voltage of one conductor and the total current of two other conductors for two different combinations of conductors; FIG. 3 is a diagram of a variant of the same device for a three-phase network with phase shift control between the phase-to-phase voltage of two conductors and the total currents of these conductors for two different combinations of conductors; 4 is a timing diagram of the control of the phase shift between all phase voltages and currents in a three-phase consumer network, where the values of voltages "U" and currents "1" in the network conductors are plotted along the ordinate axis, and the time "t" is the abscissa axis; 5 is a timing diagram of the control of the phase shift between the phase voltage of one conductor and the total current of two other conductors, as well as the phase shift between the two total currents; figb is a timing diagram of the control of the phase shift between the interphase voltage of two conductors and the total current of the same conductors relative to the selected reference point t0, synchronized with the frequency of the network, as well as the phase shift between the two total currents;
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Предлагаемое устройство защиты предназначено для защиты потребителей энергии от аварийных режимов работы - перегрузки, недогрузки; обрывов и замыканий в цепях питания, как на стороне источника, так и на стороне потребителя; перекосов напряжений сети и других нарушений режима работы в трехфазных сетях переменного тока.The proposed protection device is designed to protect energy consumers from emergency operating modes - overload, underload; breaks and short circuits in the power circuits, both on the source side and on the consumer side; voltage imbalances and other violations of the operating mode in three-phase AC networks.
В минимально возможной конфигурации предлагаемое устройство содержит: датчики тока и напряжения, подключенные к проводникам фаз в цепи потребителя; преобразователи переменного напряжения сигналов датчиков в импульсные напряжения; блок контроля сдвига фаз, к входам которого подсоединяются выходы упомянутых преобразователей; орган, реагирующий на управляющий сигнал с выхода блока контроля сдвига фаз, а также узел отключения, непосредственно выполняющий отключение потребителя от сети. Необязательно, к блоку контроля сдвига фаз может подсоединяться устройство ввода/вывода для ввода в ЗУ микропроцессора необходимых данных потребителя и вывода данных о режиме его работы, а также фиксации моментов времени, причин отключения и других параметров.In the smallest possible configuration, the proposed device contains: current and voltage sensors connected to phase conductors in the consumer circuit; converters of alternating voltage of sensor signals to pulse voltages; a phase shift control unit, to the inputs of which the outputs of said converters are connected; the body that responds to the control signal from the output of the phase shift control unit, as well as the disconnection unit, which directly disconnects the consumer from the network. Optionally, an input / output device can be connected to the phase shift control unit for inputting the necessary consumer data into the microprocessor memory and outputting data on its operating mode, as well as fixing time instants, reasons for disconnection, and other parameters.
Важным преимуществом изобретения является то, что могут быть выполнены измерения сдвига фаз между током и напряжением любых проводников фаз в различной комбинации, например, между током одной фазы и током другой, током и напряжением одной фазы, током одной фазы и напряжением в другой, напряжениями различных фаз, токов нескольких фаз относительно тока в другой и т.п.An important advantage of the invention is that phase shift measurements can be made between the current and voltage of any phase conductors in various combinations, for example, between the current of one phase and the current of another, the current and voltage of one phase, the current of one phase and voltage in the other, different voltages phases, currents of several phases relative to the current in another, etc.
В конкретном варианте осуществления устройства защиты, представленном на фиг.l, в каждый из проводников трехфазной сети 1 переменного тока через узел отключения 2 со стороны потребителя 3 последовательно включены датчики 4, 5, 6 тока. Кроме того, к каждому из проводников подключены датчики 7, 8 и 9 напряжения. Датчики 4 - 9 тока и напряжения могут работать с использованием любого принципа действия. Общим требованием является возможность их реагирования на токи и напряжения в проводниках фаз как со стороны потребителя 3, так и со стороны сети 1. Например, в качестве датчиков 4 - 6 тока могут быть использованы токовые трансформаторы индукционного типа или датчики на основе эффекта Холла. В качестве датчиков 7 - 9 напряжения могут использоваться трансформаторы напряжения, резистивные, емкостные или резистивно-емкостные делители напряжения и др.In a specific embodiment of the protection device shown in FIG. L, current sensors 4, 5, 6 are connected in series to each of the conductors of the three-phase AC network 1 through the shutdown unit 2 from the consumer 3. In addition, voltage sensors 7, 8 and 9 are connected to each of the conductors. Sensors 4 to 9 of current and voltage can operate using any principle of operation. A general requirement is the possibility of their response to currents and voltages in the phase conductors both from the consumer 3 and from the network 1. For example, induction-type current transformers or Hall effect sensors can be used as current sensors 4-6. As sensors 7 - 9 voltage can be used voltage transformers, resistive, capacitive or resistive-capacitive voltage dividers, etc.
Информационные выходы датчиков 4 — 9 подключены к соответствующим входам преобразователей 10 — 15 переменного напряжения в импульсное, выходы которых соединены с информационными входами блока 16 контроля сдвига фаз. В качестве преобразователей могут быть применены различные пороговые устройства (усилители-ограничители, компараторы и др.). Блок 16 контроля сдвига фаз в наиболее предпочтительном варианте осуществления может быть реализован на основе микропроцессора. Предполагается, что в случае реализации блока контроля сдвига фаз на основе микропроцессора, в его составе имеется также запоминающее устройство (ЗУ), в котором хранится программа для управления микропроцессором и необходимые данные для его работы. К выходу блока 16 контроля подключен своим входом элемент 17 формирования сигнала отключения (промежуточное реле), выполненный на основе полупроводникового прибора, в данном случае, оптосимистора, выход которого соединен с узлом 2 отключения. К блоку 16 контроля подключено, кроме того, устройство 18 ввода/вывода контролируемых значений, выполненное в виде автономного пульта, однако, это устройство не является обязательным.The information outputs of the sensors 4 to 9 are connected to the corresponding inputs of the converters 10 to 15 of an alternating voltage to pulsed, the outputs of which are connected to the information inputs of the phase shift monitoring unit 16. Various threshold devices (limiters, comparators, etc.) can be used as converters. The phase shift control unit 16 in the most preferred embodiment can be implemented on the basis of a microprocessor. It is assumed that in the case of the implementation of a phase shift control unit based on a microprocessor, it also includes a memory device in which a program for controlling the microprocessor and the necessary data for its operation are stored. To the output of the control unit 16 is connected by its input an element 17 for generating a trip signal (intermediate relay), made on the basis of a semiconductor device, in this case, optosimistor, the output of which is connected to the shutdown unit 2. To the control unit 16 is connected, in addition, the device 18 input / output of controlled values, made in the form of a standalone remote control, however, this device is not required.
Вариант устройства, представленный на фиг. 2, отличается от вышеописанного тем, что датчики тока 4 и 5 подключены каждый к паре проводников (B,C и A,B соответственно), один из которых (В) является общим для обоих датчиков, а датчики 7 и 8 напряжения подключены каждый к третьему проводнику (А и С соответственно) трехфазной сети. Выходы датчиков 4,5,7 и 8 через преобразователи 10 — 13 переменного напряжения в импульсное подключены к входам блока 16 контроля сдвига фаз, выход которого через элемент 17 формирования сигнала отключения соединен с узлом 2 отключения. К блоку 16 контроля подключено устройство 18 ввода-вывода.The embodiment of the device shown in FIG. 2, differs from the above in that current sensors 4 and 5 are each connected to a pair of conductors (B, C and A, B, respectively), one of which (B) is common to both sensors, and voltage sensors 7 and 8 are connected each to the third conductor (A and C, respectively) of the three-phase network. The outputs of the sensors 4,5,7 and 8 through the converters 10 - 13 AC to pulsed connected to the inputs of the block 16 control the phase shift, the output of which through the element 17 of the formation of the shutdown signal is connected to the node 2 shutdown. An I / O device 18 is connected to the control unit 16.
Вариант устройства, представленный на фиг. 3, отличается от вышеописанного тем, что датчики 7 и 8 напряжения включены между теми же проводниками, к которым подключены датчики 4 и 5 суммарного тока. Выходы датчиков 4,5,7 и 8 через преобразователи 10 - 13 переменного напряжения в импульсное подключены к входам блока 16 контроля сдвига фаз, выход которого через элемент 17 формирования сигнала отключения соединен с узлом 2 отключения. Кроме того, в данный вариант устройства дополнительно введен блок 19 синхронизации, входы которого подключены к проводникам сети, а выход соединен с синхронизирующим входом блока 16 контроля. Блок 19 синхронизации служит для задания момента tо отсчета временных интервалов в блоке 16 контроля. Аналогично тому, как в предыдущем варианте к блоку 16 контроля подключено устройство 18 ввода-вывода.The embodiment of the device shown in FIG. 3, differs from the above in that the voltage sensors 7 and 8 are connected between the same conductors to which the total current sensors 4 and 5 are connected. The outputs of the sensors 4,5,7 and 8 through the converters 10 - 13 AC to pulsed connected to the inputs of the block 16 control the phase shift, the output of which through the element 17 of the formation of the shutdown signal is connected to the node 2 shutdown. In addition, in this embodiment of the device, a synchronization unit 19 is additionally introduced, the inputs of which are connected to the network conductors, and the output is connected to the synchronizing input of the control unit 16. Block 19 synchronization is used to set the moment to reference time intervals in block 16 control. In the same way as in the previous embodiment, the input / output device 18 is connected to the control unit 16.
Сущность способа защиты потребителей энергии сети переменного тока от аварийных режимов согласно одному из вариантов осуществления заключается в следующем.The essence of the method of protecting consumers of AC energy from emergency conditions according to one embodiment is as follows.
По моментам времени изменения направления токов в питающих потребителя проводниках (по сигналам датчиков 4 - 6 тока) и по моментам изменения полярности напряжений (по сигналам датчиков 7 - 9 напряжения), определяют временные сдвиги между напряжениями на проводниках и токами в проводниках в различных комбинациях. Соответствующие временные сдвиги сравнивают между собой, определяя текущие значения сдвига фаз, которые затем сравнивают с граничными (предельными) значениями диапазона допустимых изменений, заданного с учетом максимального и минимального значений коэффициента мощности защищаемого потребителя. При выходе хотя бы одного из контролируемых относительных временных сдвигов за заранее установленные предельные значения формируется адекватный сигнал отключения потребителя от сети.The time shifts between the voltages on the conductors and the currents in the conductors in various combinations are determined by the time points of the change in the direction of the currents in the conductors supplying the consumer (according to the signals of the sensors 4 to 6) and by the moments of the change in the polarity of the voltage (according to the signals from the sensors 7 to 9) The corresponding time shifts are compared with each other, determining the current values of the phase shift, which are then compared with the boundary (limit) values of the range of permissible changes, given taking into account the maximum and minimum values of the power factor of the protected consumer. When at least one of the controlled relative time shifts exceeds the pre-set limit values, an adequate signal for disconnecting the consumer from the network is formed.
Работу устройства по варианту, представленному на фиг.l, иллюстрируют диаграммы изображенные на Фиг.4.The operation of the device according to the embodiment shown in Fig. 1 is illustrated by the diagrams shown in Fig. 4.
После подключения к трехфазной сети 1 потребителя 3 контролируются временные сдвиги Δti, At2 и Δtз между токами IA, IB? IC И фазными напряжениями UA? UB И UC соответственно. Диапазон допустимых значений временного сдвига между напряжением и токами определяется величинами Δtmiп и Δtmaχ, которые устанавливают по максимальному и минимальному значениям коэффициента мощности (соs φ) конкретного потребителя, которые, в свою очередь могут устанавливаться заводом изготовителем и характером работы потребителя.After connecting to the three-phase network 1 of consumer 3, the time shifts Δti, At 2 and Δtз between the currents I A , IB ? IC And phase voltage U A? U B and U C, respectively. The range of acceptable values of the time shift between voltage and currents is determined by the values Δtmiп and Δt ma χ, which are established by the maximum and minimum values of the power factor (cos φ) of a particular consumer, which, in turn, can be set by the manufacturer and the nature of the consumer's work.
В случае, если сдвиг фаз между током и напряжением в любом из контролируемых проводников не изменяется и находится за пределами заранее установленного диапазона допустимых значений, или его изменение происходит не в диапазоне допустимых значений в течение времени, которое превышает установленное минимальное время, происходит отключение потребителя (нагрузки) от сети с последующей блокировкой повторного включения на адаптивное время, с фиксацией времени и причины отключения. Упомянутые параметры - минимальное время, граничные значения интервала допустимых значений, адаптивное время предварительно записаны в ЗУ блока 16 контроля сдвига фаз или введены с устройства 18 ввода/вывода.In the event that the phase shift between the current and voltage in any of the monitored conductors does not change and is outside the predetermined range of permissible values, or it does not change in the range of permissible values for a time that exceeds the set minimum time, the consumer switches off ( load) from the network, followed by blocking the re-inclusion for adaptive time, with fixing the time and reason for the disconnection. The mentioned parameters are the minimum time, boundary values of the interval of admissible values, adaptive time are pre-recorded in the memory of the phase shift control unit 16 or input from the input / output device 18.
При выходе любого из контролируемых параметров за установленные пределы диапазона допустимых значений происходит отключение потребителя 3 узлом 2 отключения с последующей блокировкой на адаптивное время повторного включения потребителя, с возможной фиксацией времени и причины отключения.When any of the monitored parameters goes beyond the set limits of the range of permissible values, the consumer switches off 3 by the shutdown node 2, followed by a lock for the adaptive time of the consumer's repeated switching on, with a possible fixation of the time and reason for the disconnection.
Например, при отсутствии перегрузки сдвиг фаз φ , между фазными токами и напряжениями больше значения φмax, при этом на выходах блока 16 контроля присутствуют сигналы управления, соответствующие нормальной работе электродвигателя. При превышении на валу электродвигателя номинального значения нагрузки выполняется условие φ < φмax, при этом на выходе блока 16 контроля сигнал управления соответствует сигналу отключения.For example, in the absence of an overload, the phase shift φ, between phase currents and voltages, is greater than the value φ max , while at the outputs of the control unit 16 there are control signals corresponding to the normal operation of the electric motor. If the rated load value is exceeded on the motor shaft, the condition φ <φ max is met , and at the output of the control unit 16, the control signal corresponds to the trip signal.
Если дополнительно установлен нижний предел нагрузки двигателя, то при нагрузке больше минимальной φ < срmm на выходе блока 16 контроля сдвига фаз присутствуют сигналы управления, соответствующие нормальной работе э лектр о двигателя.If the lower limit of the engine load is additionally set, then when the load is greater than the minimum φ <cpm m, the control signals corresponding to the normal operation of the electric motor are present at the output of the phase shift control unit 16.
При сбросе нагрузки (холостой ход) выполняется условие φ > срmь, и на выходе блока 16 контроля сигнал управления соответствует сигналу отключения.When the load is dropped (idle), the condition φ> cf m b is satisfied, and at the output of the control unit 16, the control signal corresponds to the trip signal.
Поскольку в блоке 16 контроля фаз контролируется только сдвиг фаз между сигналами, практически не принципиальны ни значение коэффициентов преобразования фазного тока и напряжения, ни их стабильность.Since in the phase monitoring unit 16 only phase shift between the signals is controlled, neither the value of the phase current and voltage conversion coefficients nor their stability are of principle importance.
Это обстоятельство существенно упрощает реализацию датчиков 4 - 9 тока и напряжения, поскольку к ним не предъявляется строгих требований по точности и линейности преобразования.This circumstance greatly simplifies the implementation of sensors 4 - 9 current and voltage, since they do not have strict requirements for accuracy and linearity of conversion.
Типовые значения номинального коэффициента нагрузки асинхронных электродвигателей находятся в пределах соs φn = 0,6 ... 0,95, что соответствует сдвигу фаз 53°... 18°. При частоте питающей сети 50 Гц это соответствует временному интервалу Δt ~ 1 ... 3,3 мс. В одном из вариантов осуществления этот диапазон может быть принят в качестве диапазона допустимых значений. Как уже упоминалось, временные интервалы могут быть измерены с очень высокой степенью точности, следовательно, погрешность сравнения может быть достаточно малой, а надежность срабатывания устройства защиты - высокой.Typical values of the nominal load factor of induction motors are within cos φ n = 0.6 ... 0.95, which corresponds to a phase shift of 53 ° ... 18 °. With a mains frequency of 50 Hz, this corresponds to a time interval Δt ~ 1 ... 3.3 ms. In one embodiment, the implementation of this range can be taken as a range of valid values. As already mentioned, time intervals can be measured with a very high degree of accuracy, therefore, the comparison error can be quite small, and the reliability of the protection device can be high.
Для многофазной сети электрические процессы, происходящие в одной фазе, являются однозначными функциями других. Например, электрические процессы, происходящие в третьей фазе трехфазной сети, являются однозначными функциями первых двух, поэтому для надежной защиты потребителя достаточно контролировать две фазы из трех. Для этой цели устройство может быть подключено так, как показано на фиг. 2, при этом датчик 4 тока контролирует суммарный ток двух фаз В и С, а датчик 5 тока контролирует суммарный ток двух фаз А и В соответственно. Суммарный ток фаз В и С равен току фазы А с противоположным знаком. При подключении устройства согласно фиг.2 производится измерения сдвигов фаз между: l)нaпpяжeниeм в фазе А и суммарным током фаз В и С, 2)нaпpяжeниeм в фазе С и суммарным током фаз А и В.For a multiphase network, electrical processes occurring in one phase are unambiguous functions of others. For example, electrical processes occurring in the third phase of a three-phase network are unambiguous functions of the first two, therefore, for reliable consumer protection, it is sufficient to control two of the three phases. For this purpose, the device can be connected as shown in FIG. 2, while the current sensor 4 controls the total current of the two phases B and C, and the current sensor 5 monitors the total current of the two phases A and B, respectively. The total current of phases B and C is equal to the current of phase A with the opposite sign. When connecting the device according to figure 2, phase shifts are measured between: l) the voltage in phase A and the total current of phases B and C, 2) voltage in phase C and the total current of phases A and B.
Временные диаграммы, соответствующие такому способу контроля сдвига фаз приведены на фиг.5Timing diagrams corresponding to such a phase shift control method are shown in FIG.
Дополнительно, для контроля баланса токов в фазах может измеряться параметр Δtз который должен быть равен 1/3 периода T сети при работе потребителя в нормальном режиме.Additionally, to control the balance of currents in phases, the parameter Δtз can be measured, which should be equal to 1/3 of the period T of the network when the consumer is operating in normal mode.
В ряде случаев, в цепях питания потребителя отсутствует «нeйтpaль» N. В этом случае устройство защиты выполняется согласно тому, как это представлено на фиг. 3. При этом контролируются сдвиги фаз между:In some cases, there is no “neutral” N in the consumer’s supply circuits. In this case, the protection device is made according to the way it is shown in FIG. 3. In this case, phase shifts between:
1) суммарным током фаз А и В, и межфазным напряжением в этих же фазах А и В.1) the total current of phases A and B, and the interfacial voltage in the same phases A and B.
2) суммарным током фаз В и С и межфазным напряжением в этих же фазах В и С.2) the total current of phases B and C and interfacial voltage in the same phases B and C.
Временные диаграммы, соответствующие такому способу контроля сдвига фаз приведены на фиг.6.Timing diagrams corresponding to this method of phase shift control are shown in Fig.6.
Для определения временных сдвигов токов и напряжений в устройстве задается произвольный момент tо начала измерений, который задается с помощью блока 19 синхронизации.To determine the time shifts of currents and voltages in the device, an arbitrary moment t0 of the start of measurements is set, which is set using the synchronization unit 19.
Устройство защиты потребителей энергии сети переменного тока от аварийных режимов работы согласно настоящему изобретению также может быть использовано в других устройствах, например, устройствах «плaвнoгo пycкa», в качестве блока, непосредственно обеспечивающего защиту цепей питания потребителя.The device for protecting consumers of AC power energy from emergency operating conditions according to the present invention can also be used in other devices, for example, “direct fuse” devices, as a unit that directly protects the consumer's power circuits.
Таким образом, основным интегральным критерием для защиты потребителя, например, асинхронного электродвигателя (трансформатора), является сравнение фазовых сдвигов между токами и напряжениями в питающих проводниках с установленными на основании паспортных значений соs φн предельными отклонениями.Thus, the main integral criterion for consumer protection, for example, an asynchronous electric motor (transformer), is the comparison of phase shifts between currents and voltages in the supply conductors with the limit deviations established on the basis of the passport values of cs φ n .
Дополнительными критериями могут быть:Additional criteria may include:
• Чередование фазных напряжений;• Phase voltage alternation;
• Сдвиг между фазами напряжений питающих проводников;• The shift between the phases of the voltage of the supply conductors;
• Сдвиг между фазами протекающих токов в проводниках. Предложенные технические решения позволяют осуществлять: быстрое распознавание аварийной ситуации в течение периода текущей частоты; обеспечение независимости от частоты питающей сети (50 Гц или иной частоты) и формы (синусоидальная, треугольная, прямоугольная) и высокой точности измерения коэффициента мощности, т.к. по сути измеряются временные интервалы, что гарантирует защиту от ложных срабатываний. Устройство может быть использовано в широчайшем диапазоне мощностей потребителя.• The shift between the phases of the flowing currents in the conductors. The proposed technical solutions allow: fast recognition of an emergency during the period of the current frequency; ensuring independence from the frequency of the supply network (50 Hz or another frequency) and shape (sinusoidal, triangular, rectangular) and high accuracy of measuring the power factor, because essentially time intervals are measured, which guarantees protection against false alarms. The device can be used in a wide range of consumer capacities.
Благодаря тому, что пределы диапазона допустимых отклонений сдвига фаз ограничены максимальным и минимальным значениями коэффициента мощности потребителя и контроль текущего значения фазового сдвига осуществляют для случая трехфазной сети, по меньшей мере, в двух проводниках, способ, согласно изобретению, обеспечивает защиту потребителя энергии по существу от всех возможных аварийных ситуаций в электрической цепи потребителя.Due to the fact that the range of permissible deviations of the phase shift is limited by the maximum and minimum values of the power factor of the consumer and the control of the current value of the phase shift is carried out for the case of a three-phase network in at least two conductors, the method according to the invention protects the energy consumer essentially from all possible emergency situations in the consumer's electrical circuit.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Изобретение с успехом может быть использовано для защиты асинхронных электродвигателей и трансформаторов от перегрузки, недогрузки (холостого хода); при перекосе напряжений сети; обрыве питающих проводников, как на стороне источника, так и на стороне потребителя; замыканиях в цепях питания и других аварийных режимах работы. The invention can be successfully used to protect induction motors and transformers from overload, underload (idle); when the voltage is distorted; a break in the supply conductors, both on the source side and on the consumer side; short circuits in power circuits and other emergency operation modes.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ защиты потребителя энергии трехфазной сети переменного тока от аварийных режимов работы, состоящий в том, что определяют текущие значения сдвига фаз между питающим напряжением и потребляемым током или потребляемыми токами, по меньшей мере, в двух проводниках фаз, сравнивают эти текущие значения с допустимыми значениями сдвига фаз в диапазоне, заданном с учетом максимального и минимального значений коэффициента мощности (соsφ) потребителя и отключают потребителя от сети, если какой-либо из определенных текущих сдвигов фаз выходит за пределы заданного диапазона допустимых значений сдвига фаз.1. A method of protecting an energy consumer of a three-phase AC network from emergency operation, which consists in determining the current values of the phase shift between the supply voltage and the consumed current or consumed currents in at least two phase conductors, compare these current values with allowable phase shift values in the range specified taking into account the maximum and minimum values of the power factor (cosφ) of the consumer and disconnect the consumer from the network if any of the defined current phase shifts output It extends beyond the predetermined permissible range of phase shift values.
2. Способ по п.l, в котором сдвиг фаз определяют между напряжением и потребляемым током в каждом из трех проводников трехфазной сети.2. The method according to claim 1, wherein the phase shift is determined between the voltage and the consumed current in each of the three conductors of the three-phase network.
3. Способ по п. l, в котором фазовый сдвиг определяют между напряжением одной из фаз трехфазной сети и суммарным потребляемым током в проводниках двух других фаз.3. The method according to p. L, in which the phase shift is determined between the voltage of one of the phases of the three-phase network and the total current consumption in the conductors of the other two phases.
4. Способ по п.l, в котором фазовый сдвиг определяют между межфазным напряжением двух фаз трехфазной сети и суммарным потребляемым током в проводниках данных фаз.4. The method according to claim 1, wherein the phase shift is determined between the interphase voltage of the two phases of the three-phase network and the total current consumption in the conductors of these phases.
5. Способ по любому из п. п.1-4, в котором для определения текущего значения сдвига фаз выбирают на временной оси произвольную точку отсчета, задают относительно этой точки интервалы времени, в которые эталонные кривые изменения токов и напряжений достигают одной и той же заданной величины, измеряют интервалы действительные времени, через которые токи и напряжения достигают указанной заданной величины и сравнивают измеренное значение интервалов с заданным, при этом, если разница превышает допустимые пределы, отключают потребителя от питающей сети.5. The method according to any one of p. 1-4, in which to determine the current value of the phase shift, an arbitrary reference point is selected on the time axis, time intervals are set relative to this point, in which the reference curves of current and voltage changes reach the same set value, measure the actual time intervals at which currents and voltages reach the specified set value and compare the measured value of the intervals with the set, in this case, if the difference exceeds the permissible limits, disconnect the consumer from power network.
6. Способ по любому из п.п.1-4, в котором дополнительно определяют текущее значение сдвига фаз между токами, по меньшей мере, в двух разных фазах, сравнивают измеренное значение с допустимыми значениями сдвига фаз в диапазоне, заданном с учетом допустимой асимметрии потребляемых токов во времени и отключают потребителя от сети, если указанный сдвиг выходит за пределы этого заданного диапазона.6. The method according to any one of claims 1 to 4, in which the current value of the phase shift between the currents, at least in two different phases, is further determined, the measured value is compared with the acceptable values of the phase shift in the range specified taking into account the allowable asymmetry consumed currents in time and disconnect the consumer from the network if the specified shift goes beyond this given range.
7. Устройство защиты потребителя энергии трехфазной сети переменного тока от аварийных режимов работы, содержащее датчики (4, 5, 6) тока, датчики (7, 8, 9) напряжения и узел (2) отключения в проводниках фаз (А, В, С), подключённых к потребителю (3), отличающееся тем, что содержит блок (16) контроля сдвига фаз, связанный входами с выходами датчиков (4 - 9) тока и напряжения и выполненный с возможностью выдачи сигнала отключения потребителя от сети переменного тока на управляющий вход узла (2) отключения в случае, если упомянутый сдвиг фаз выходит за пределы заданного диапазона допустимых значений сдвига фаз.7. A device for protecting an energy consumer of a three-phase AC network from emergency operating conditions, comprising current sensors (4, 5, 6), voltage sensors (7, 8, 9) and a disconnection unit (2) in the phase conductors (A, B, C) ) connected to the consumer (3), characterized in that it contains a phase shift control unit (16) connected by the inputs to the outputs of the current and voltage sensors (4 - 9) and configured to provide a signal for disconnecting the consumer from the AC mains to the control input of the shutdown unit (2) in case the said phase shift is beyond a given range of acceptable phase shift values.
8. Устройство по п.7, которое дополнительно содержит устройство (18) ввода/вывода, подключенное к блоку (16) контроля сдвига фаз, приспособленное для ввода и вывода значений установленного допустимого диапазона сдвига фаз, а также параметров потребителя (3) до отключения и в момент отключения.8. The device according to claim 7, which further comprises an input / output device (18) connected to the phase shift control unit (16), adapted to input and output the values of the set allowable phase shift range, as well as the consumer parameters (3) before shutting down and at the time of shutdown.
9. Устройство по любому из п.п.7 или 8, которое дополнительно содержит блок (19) синхронизации, подключенный входами к фазным проводникам сети, а выходом к блоку (16) контроля сдвига фаз. 9. The device according to any one of claims 7 or 8, which further comprises a synchronization unit (19) connected by inputs to the phase conductors of the network, and an output to the phase shift control unit (16).
PCT/RU2005/000271 2005-05-18 2005-05-18 Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod WO2006123962A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2005/000271 WO2006123962A1 (en) 2005-05-18 2005-05-18 Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2005/000271 WO2006123962A1 (en) 2005-05-18 2005-05-18 Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006123962A1 true WO2006123962A1 (en) 2006-11-23

Family

ID=37431483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000271 WO2006123962A1 (en) 2005-05-18 2005-05-18 Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2006123962A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104393575A (en) * 2014-10-24 2015-03-04 上海山源电子科技股份有限公司 Phase-sensitive protection method and system for coal mine low-voltage distribution protector
EP4170841A1 (en) * 2021-10-25 2023-04-26 Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd Fault detection method and fault detection device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU637890A1 (en) * 1976-03-15 1978-12-15 Новосибирское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского И Проектного Института "Вниипроектэлектромонтаж" Method of protecting contact wire ac network against earthing
US4251766A (en) * 1977-02-09 1981-02-17 Enertec Method and apparatus for determining the direction of a fault on a power transmission line
SU951535A1 (en) * 1980-10-03 1982-08-15 Новочеркасский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Device for protecting three-phase consumers against phase current asymmetry
RU2027272C1 (en) * 1990-07-23 1995-01-20 Котов Константин Владимирович Method of protection of electric engine against overload

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU637890A1 (en) * 1976-03-15 1978-12-15 Новосибирское Отделение Всесоюзного Государственного Научно-Исследовательского И Проектного Института "Вниипроектэлектромонтаж" Method of protecting contact wire ac network against earthing
US4251766A (en) * 1977-02-09 1981-02-17 Enertec Method and apparatus for determining the direction of a fault on a power transmission line
SU951535A1 (en) * 1980-10-03 1982-08-15 Новочеркасский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.Серго Орджоникидзе Device for protecting three-phase consumers against phase current asymmetry
RU2027272C1 (en) * 1990-07-23 1995-01-20 Котов Константин Владимирович Method of protection of electric engine against overload

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104393575A (en) * 2014-10-24 2015-03-04 上海山源电子科技股份有限公司 Phase-sensitive protection method and system for coal mine low-voltage distribution protector
CN104393575B (en) * 2014-10-24 2017-05-31 上海山源电子科技股份有限公司 Phase-sensitive protection method and system for coal mine low-voltage distribution protector
EP4170841A1 (en) * 2021-10-25 2023-04-26 Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd Fault detection method and fault detection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11967916B2 (en) Load control apparatus, automation system, electrical load, busbar system and fuse housing
RU2263925C2 (en) Method and device for detecting short-circuit ground and calculating its resistance
CN103532108B (en) Differential protection in electric power networks
EP1764894A1 (en) Method for detecting islanding operation of a distributed generator
KR101759598B1 (en) Digital relay with sensibility of secondary circuit opening
CN102656794A (en) Softstarter for controlling asynchronous three-phase motor
BR112014027284B1 (en) ARRANGEMENT TO CONTROL A SYNCHRONOUS GENERATOR, GENERATOR SYSTEM AND POWER SYSTEM
CN111801583A (en) Over-excitation protection for power system equipment
Guillot et al. Protection of embedded generation connected to a distribution network and loss of mains detection
US20140321176A1 (en) Systems and methods for electronic tru input protection
US7420343B2 (en) Current limiting DC motor starter circuit
Ludwinek et al. Experimental analysis of assessing of the tripping effectiveness of miniature circuit breakers in an electrical installation fed from a synchronous generator set
WO2006123962A1 (en) Method for protecting a user of a three-phase alternating-current network against operating emergency conditions and device for carrying out said mehtod
RU2263382C2 (en) Method and device for protecting ac mains power consumers in emergency situations
RU2529505C1 (en) Method and system for disconnecting of generator from electric power system
JP6116499B2 (en) Circuit breaker
KR20120000053U (en) Simplified protection relay apparatus for three phase equipment with monitoring electric power
JP2010273478A (en) Method and system for detection of line-to-ground fault in dc and ac circuit
EP4510441A1 (en) Power generation device
EP3016265B1 (en) Apparatus for controlling inverter
Zorin et al. The Improved Voltage Control Relay For The Single-phase Household Consumers Protection
RU2400004C1 (en) Device for protection of three-phase electric motor against open-phase mode
JP4202954B2 (en) Grid connection protection device for regular power generator
KR100236259B1 (en) Apparatus for detecting fuse breakdown of power conversion system
Vico et al. Low voltage motor protection & control–industrial process applications

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05817820

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载