УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ


RU (11) 2096887 (13) C1

(51) 6 H02H7/22, H02H7/26 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93039709/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.08.04 
(45) Опубликовано: 1997.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Современные средства релейной защиты и противоаварийной автоматики. Каталог спецэкспозиции.- М.: Союзтехэнерго, 1989, с. 15. 2. Никитаев О.В., Селиванин А.У. Применение дуговых защит в комплексных распределительных устройствах сельскохозяйственных подстанций. Эксплуатация устройств сельскохозяйственного электроснабжения. Сборник научных трудов.- М., 1989, с. 44. 3. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. - М.: Советское радио, 1979, с. 179. 4. Система функциональных блоков и устройств преобразования информации СУПИ. Каталог.- М., 1985, с. 9, 25, 34. 
(71) Заявитель(и): Казачков Юрий Петрович 
(72) Автор(ы): Казачков Юрий Петрович 
(73) Патентообладатель(и): Казачков Юрий Петрович 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 

Использование: для подачи сигнала на аварийное отключение комплексных распределительных устройств (КРУ) при возникновении в них электрической дуги короткого замыкания. Сущность изобретения: устройство содержит световод, два фотоэлектронных преобразователя (ФЭП), блок логарифмирования отношения токов, схему ИЛИ, АЦП, микропроцессор и исполнительные органы. Каждый конец световода подключен к входу соответствующего ЭП, выходы ФЭП подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ и блока логарифмирования. Выход последнего соединен с первым входом АЦП, второй вход которого соединен с первым выходом микропроцессора. Выход АЦП подключен к первому входу микропроцессора. Выход схемы ИЛИ подключен к второму входу микропроцессора, а остальные выходы микропроцессора соединены с соответствующими входами исполнительных органов, количество которых определяется числом ячеек в КРУ, охваченных заявляемым устройством. Положительный эффект: расширение функциональных возможностей устройства, а именно обеспечение возможности отключения той ячейки КРУ, в которой возникла электрическая дуга, без отключения КРУ в целом. При возникновении электрической дуги одновременно в двух и более ячейках отключаются все КРУ. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Предлагаемое устройство относится к системам релейной защиты электрооборудования и может быть использовано для подачи сигнала на аварийное отключение комплексных распределительных устройств (КРУ) при возникновении в них электрической дуги короткого замыкания.

При разработке систем аварийной защиты электрораспределительного оборудования, в частности КРУ, встает задача отключения отдельной ячейки КРУ без отключения КРУ в целом при возникновении электрической дуги в этой ячейке, либо отключения всего КРУ, если дуга возникла одновременно в двух и более ячейках. Устройство для отключения КРУ должно охватывать все его ячейки, иметь высокое быстродействие и не реагировать на электромагнитные помехи.

Известно фотореле "Молния-2" [1] используемое для подачи сигнала на аварийное отключение КРУ. Устройство срабатывает при условии непосредственного попадания вспышки света от электрической дуги на фотодатчик, в качестве которого используется фоторезистор. Поэтому для отключения КРУ в целом, состоящего из нескольких ячеек, необходимо устанавливать фотодатчик в каждой ячейке и соединять их электрическим кабелем. Однако в этом случае исключается возможность отключения отдельной ячейки КРУ, а электрический кабель подвергается воздействию электромагнитных помех.

Наиболее близким техническим решением к прелагаемому является устройство дуговой защиты УДЗ-1 [2] состоящее из световода, выполненного из пластмассового волокна, фотоприемника, компаратора и исполнительного органа. Световод прокладывается в местах вероятного возникновения электрической дуги и соединяется с фотоприемником, подключенным к неинвертирующему входу компаратора, нагрузкой которого является исполнительный орган, отключающий КРУ.

Работает устройство следующим образом. При возникновении электрической дуги у световода подгорает или перегорает изоляционный слой. По светопроводящему каналу свет попадает на фотоприемник, где преобразуется в электрический аналог, который сравнивается на компараторе с заданным уровнем напряжения, превышение которого свидетельствует о появлении электрической дуги. В этом случае сигнал с компаратора вызывает срабатывание исполнительного органа, который отключает КРУ в целом. Данное устройство позволяет охватывать несколько ячеек за счет прокладки световода в этих ячейках.

Недостатком прототипа является невозможность отключения отдельной ячейки КРУ, в которой возникла электрическая дуга. В случае возникновения электрической дуги в одной ячейке отключается КРУ в целом.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно обеспечение возможности отключения той ячейки КРУ, в которой возникла электрическая дуга, без отключения КРУ в целом.

Указанная цель достигается тем, что устройство для отключения ячейки КРУ, содержащее световод, фотоэлектронный преобразователь (ФЭП), к входу которого подключен световод, и исполнительный орган, дополнительно содержит второй ФЭП, блок логарифмирования отношения токов, схему ИЛИ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор и n-1 исполнительных органов, где n число контролируемых ячеек КРУ, световод подключен вторым концом к входу второго ФЭП, выходы первого и второго ФЭП подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ и блока логарифмирования, выход последнего соединен с первым входом АЦП, второй вход которого соединен с первым входом микропроцессора, выход АЦП соединен с первым входом микропроцессора, к второму входу которого подключен выход схемы ИЛИ, а остальные выходы микропроцессора соединены с соответствующими входами исполнительных органов.

Существо изобретения заключается в том, что в устройстве регистрируют два световых сигнала с противоположных концов световода, возникающих в одной точке световода при попадании в эту точку через его боковую поверхность света от электрической дуги и распространяющихся по этому же световоду в его противоположные концы. По отношению амплитуд этих сигналов находят расстояние от точки попадания света электрической дуги на световод до первого ФЭП вдоль световода и, зная расположение световода в ячейках КРУ, определяют ячейку, в которой возникла электрическая дуга, и отключают ее, не отключая КРУ в целом. При возникновении электрической дуги одновременно в двух и более ячейках отключаются все КРУ.

Блок-схема устройства представлена на фиг. 1, на фиг.2 приведена схема экспериментальной установки, на фиг.3 график экспериментальной зависимости прологарифмированного отношения амплитуд выходных сигналов с ФЭП от расстояния от первого ФЭП до места возникновения световой вспышки.

Устройство для отключения ячейки КРУ содержит световод 1, два ФЭП 2 и 3, блок логарифмирования отношения токов 4, схему ИЛИ 5, АЦП 6, микропроцессор 7 и исполнительные органы 8. Каждый конец световода подключен к входу своего ФЭП, выходы которых подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ 5 и блока логарифмирования 4. Выход последнего соединен с первым входом АЦП 6, второй вход которого соединен с первым выходом микропроцессора, выход АЦП подключен к первому входу микропроцессора 7. Выход схемы ИЛИ 5 подключен к второму входу микропроцессора 7, а остальные выходы микропроцессора 7 соединены с соответствующими входами исполнительных органов 8, количество которых определяется числом ячеек в КРУ, охваченных заявляемым устройством.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Возникновение и горение электрической дуги в ячейке КРУ сопровождается интенсивным испусканием света, который попадает на боковую поверхность световода 1 с прозрачной защитной оболочкой и возбуждает в точке внутри световода 1, расположенной напротив дуги, два световых сигнала, которые распространяются по световоду в противоположные концы и поступают на ФЭП 2 и ФЭП 3, где преобразуются в электрические аналоги. Электрические сигналы через схему ИЛИ 5 поступают на микропроцессор 7, вызывая его прерывание. Одновременно сигналы с выходов ФЭП 2 и ФЭП 3 поступают на блок логарифмирования отношения токов 4, на выходе которого формируется сигнал, поступающий на АЦП 6. По прерыванию микропроцессор 7 подает команду пуска на АЦП 6. По этой команде АЦП 6 преобразует сигнал с выхода блока 4 в двоичный цифровой код, который считывается микропроцессором 7. Микропроцессор 7 осуществляет сравнение этого кода с кодами ячеек КРУ, заранее записанными в нем, и при совпадении зарегистрированного кода с кодом одной из ячеек подает сигнал на исполнительный орган, соответствующий этой ячейке, в результате чего ячейка отключается. В случае, если зарегистрированный код не совпадает с кодами ячеек, микропроцессор 7 подает сигналы на исполнительные органы всех ячеек, тем самым отключая КРУ в целом. После подачи сигнала на отключение через временной интервал, определяемый техническими характеристиками данного типа КРУ, микропроцессор 7 снова подает сигнал пуска на АЦП 6 и цикл повторяется. При наличии на выходе АЦП 6 кода, соответствующего тому, что дуга еще горит, микропроцессор 7 выдает сигналы на исполнительные органы всех ячеек, тем самым отключая КРУ в целом.

Принцип действия предлагаемого устройства основан на зависимости амплитуды сигнала на выходе блока логарифмирования 4 отношения токов с выходов ФЭП 2 и ФЭП 3 от расстояния x между вспышкой света, возникающей в одной точке внутри световода, и ФЭП 3. Зная это расстояние при известной прокладке световода, можно определить ячейку, где возникла дуга, что подтверждается следующим.

Токи i1 и i2, возникающие в ФЭП 2 и ФЭП 3, определяются формулами:



где e коэффициент преобразования света электрической дуги в световую мощность, индуцированную в световоде;

S крутизна преобразования световой мощности в ток в ФЭП;

F освещенность световода, создаваемая светом от электрической дуги;

l длина облучения световода светом дуги;

а коэффициент затухания световой мощности в световоде;

L длина световода;

x расстояние от ФЭП 3 до ячейки, где возникла электрическая дуга.

Блок логарифмирования 4 производит математическую операцию отношения токов i1 и i2 с выходов ФЭП 2 и ФЭП 3:

Uвых=Rlg(i2/i1)+Uсмо,

где Uвых напряжение на выходе блока 4;

Uсмо, R константы, определяемые конкретным исполнением блока 4.

Подставляя (1) и (2) в (3) и проводя необходимые математические преобразования, получим для определения x формулу:



Микропроцессор 7 по этой формуле определяет x и сравнивает его с расстоянием от ФЭП 3 до каждой ячейки, определенными заранее и введенными в микропроцессор 7. При попадании x в интервал [Xn, Xn + dXn] для n-й ячейки микропроцессор 7 выдает сигнал на исполнительный орган, соответствующий этой ячейке, и последняя отключается.

Пример конкретного выполнения заявляемого устройства:

световод 1 нерегулируемый волоконно-оптический жгут с прозрачной защитной оболочкой, выполненный по чертежу 5AC503582-14;

ФЭП 2 и ФЭП 3 фотодиоды ФД263;

блок логарифмирования отношения токов выполнен в соответствии с [3]

схема ИЛИ 5 серии 564;

АЦП 6 микросхема К1113ПВ1;

микропроцессор 7 серии К580;

исполнительные органы 8 электромагнитные реле типа РПГ-5-212073.

Для подтверждения работоспособности устройства была экспериментально исследована функциональная зависимость вида:

ln(i1/i2)=f(x)

Экспериментальная установка приведена на фиг. 2. Она состоит из световода 1 вышеуказанного типа длиной 20 м, двух ФЭП 2, 3 также указанных типов, двух АЦП 9, 10 типа СПН33 [4] блоков оперативно-запоминающих устройств типа СОЗУ7 11, 12 [4] блока управления СМБУ13 [4] ПЭВМ типа РС/АТ 14, связанной с СМБУ13 последовательным каналом RS232, а также генератора световых импульсов СГС-251 15 [4]

С помощью генератора создавались световые импульсы, которые освещали боковую поверхность световода 1, при этом измеряли расстояние между точкой освещения световода и ФЭП 2 x. Свет, индуцированный световым импульсом в световоде, преобразовывался на ФЭП 2, 3 в электрические аналоги, которые измерялись блоками СПН33, СОЗУ7, СМБУ13 и по RS232 передавались в ПЭВМ РС/АТ, где определялись амплитуды импульсов и находилось логарифмическое отношение амплитуд ln(i1/i2). В ПЭВМ РС/АТ вручную заносили значения x.

Результаты экспериментов приведены в виде графика на фиг.3. По оси ординат отложены значения ln(i1/i2), а по оси абсцисс значения x. График в пределах погрешности измерения имеет линейный характер, что подтверждает верность формулы (4).

Таким образом, предлагаемое устройство для отключения КРУ в сравнении с прототипом обеспечивает выборочное отключение ячейки КРУ при возникновении в ней электрической дуги без отключения КРУ в целом, а при возникновении электрической дуги одновременно в двух и более ячейках отключается все КРУ, т. е. функциональные возможности. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для отключения ячейки КРУ, содержащее световод, фотоэлектронный преобразователь, к входу которого подключен световод, и исполнительный орган, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй фотоэлектронный преобразователь, блок логарифмирования отношения токов, схему ИЛИ, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и n 1 исполнительных устройств, где n число контролируемых ячеек, световод подключен вторым концом к входу второго фотоэлектрического преобразователя, выходы фотоэлектрических преобразователей подключены к соответствующим входам схемы ИЛИ и блока логарифмирования, выход которого соединен с входами аналого-цифрового преобразователя, выход последнего соединен с первым входом микропроцессора, к второму входу которого подключен выход схемы ИЛИ, а выходы микропроцессора соединены с соответствующими входами исполнительных органов, причем микропроцессор выполнен с возможностью реализации функции

X (Uсмо Uвых) / (0,2 а R) + L / 2,

где X расстояние от второго фотоэлектронного преобразователя до ячейки КРУ, где возникла электрическая дуга;

Uвых напряжение на выходе блока логарифмирования отношения токов;

Uсмо, R константы, определяемые конкретным исполнением блока логарифмирования отношения токов;

а коэффициент затухания световой мощности в световоде;

L длина световода.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru