Устройства переключения питания

Рис. 99. Схема устройства разгрузки генератора типа УРГ-1

двух отдельных блоков: датчика активного тока УРГ-1 ДА или датчика полного тока УРГ-1ДП и релейного блока УРГ-1Р. Блоки оформлены в типовых корпусах исполнения IP23. К одному датчику тока могут подключаться несколько релейных блоков, что позво­ляет увеличить число ступеней отключения потребителей. Рассмот­рим работу схемы устройства УРГ-1 с датчиком полного тока (рис. 99).

Датчик полного тока ДТ контролирует полный ток нагрузки и отключает первую ступень потребителей. В его состав входит из­меритель полного тока, пороговый триггер, реле времени и блок питания. Измеритель полного тока через согласующий трансформатор Т1 питается от трансформатора тока. Напряжение, пропор­циональное току нагрузки, снимается с потенциометра RP1позволяющего регулировать уставку тока срабатывания в предках (0,6... 1,0) I_н. После выпрямления мостом VD1 и фильтрации конденсатором С1 это напряжение поступает на вход несимметричного порогового триггера VT1—VT2. При перегрузке СГ происходит пробой стабилитрона VDZ1 и переключение триггера. После отпирания VT2 начинается зарядка конденсатора С2 через резисторы R8 и R9, чем обеспечивается выдержка времени отключения первой ступени. После зарядки С2 до напряжения пробоя стаби­литрона VDZ2 ключ на транзисторе VT3 отпирается, что приводит к переключению выходного триггера VT4—VT5 и срабатыванию реле К, зашунтированного защитным диодом VD3.

Релейный блок БР обеспечивает выдержки времени между сту­пенями и состоит из двух транзисторных реле времени. После сра­батывания реле К его контактом включается реле отключения 1-й очереди потребителей К1 и начинается зарядка конденсатора С2 и конденсаторной батареи СЗ—С4. Зарядка С2 из-за меньшей ем­кости протекает быстрее, что обеспечивает необходимый порядок отключения 2-й и 3-й очереди потребителей с интервалами времени 4... 8 с. При исчезновении перегрузки после отключения соот­ветствующей очереди потребителей реле К теряет питание, что исключает отключение последующих очередей потребителей.

Устройства включения резерва

Устройства включения резерва типа УВР обеспечивают подачу импульса на запуск и остановку резервного ДГ при верхнем и ниж­нем пороговых значениях нагрузки основного ДГ, а также на от­ключение основного и запуск резервного ДГ при длительном сни­жении напряжения. Эти устройства имеют четыре модификации: УВР-1А1, УВР-1А2, УВР-1П1 и УВР-1П2. Модификация А имеет в своем составе датчик активного тока, а модификация П-датчик полного тока. Последний элемент обозначения модификации ука­зывает род питания: 1 — переменное напряжение 127 В, 50 Гц; 2 — постоянное напряжение 24 В. Конструктивно устройство оформлено в типовом корпусе исполнения IP 23 и подключается к СГ через типовые трансформаторы тока и напряжения. Уставка по току на запуск и отключение ДГ имеет регулировку в широких- пределах. Уставка по напряжению составляет 80 % и имеет вы­держку времени 5... 8 с..

В состав устройства УВР-1А1 (рис. 100) входят блоки: кон­троля повышения нагрузки БПН, контроля снижения нагрузки БСН, контроля напряжения БКН и питания БП.

Блок БПН контролирует верхнее пороговое значение активной нагрузки и состоит из нескольких узлов: измерителя активного тока, порогового триггера, реле времени и выходного электромаг­нитного реле. Измеритель активного тока ИАТ преобразует актив­ную составляющую тока в постоянное напряжение и представляет собой кольцевой демодулятор на резисторах R47... R50 и дио­дах VD4 и VD5. Резисторы R45 и R46 совместно с демодулятором образуют искусственную нулевую точку. Поэтому ил диагональ демодулятора подается напряжение фазы В. Одновременно на вход демодулятора от трансформатора тока ТА через согласующий трансформатор Т1 подается напряжение, пропорциональное току нагрузки фазы А. Конденсатор С4 выделяет постоянную составляю­щую выходного напряжения демодулятора, которая по величине пропорциональна активной составляющей тока нагрузки. Потен­циометр RP1 позволяет регулировать уставку устройства на за­данную величину верхнего порогового значения нагрузки. Поро­говый триггер VT1—VT2 имеет на входе стабилитрон VDZ1, про­бой которого происходит при достижении активным током нагрузки

Рис. 100. Схема устройства включения резерва типа УВР-1А1

значения тока уставки. Реле времени состоит из транзисторного ключа VT3 с конденсатором С1 и стабилитроном VDZ2 на входе и триггера VT4—VT4. После опрокидывания порогового триггера и запирания VT2 начинается зарядка С1, что приводит к повышению напряжения на VDZ2. С установленной выдержкой времени отпирается VT3 и опрокидывается триггер VT4—VT5, что приходит к срабатыванию электромагнитного реле К1. Его контакты дают импульс на выполнение программы пуска резервного ДГ его смете мой ДАУ и включают необходимый сигнал.

Блок БСН контролирует нижнее пороговое значение нагрузки и состоит из измерителя полного тока, порогового триггера, реле времени и выходного электромагнитного реле. Измеритель пол­ного тока ИПТ преобразует полный ток нагрузки в пропорциональ­ное напряжение постоянного тока и получает питание от трансфор­матора тока ТА через согласующий трансформатор Т2, выпрями­тельного моста VB1 и фильтра С5. При снижении тока нагрузки до значения тока уставки стабилитрон VDZ3 запирает транзистор VT6, а транзистор VT7 отпирается, что приводит к запиранию стабилитрона VDZ4 и разрядке С2. Стабилитрон VDZ5 обеспечи­вает термостабилизацию напряжения запирания стабилитрона VDZ4. После разрядки С2 через резисторы R27 и R36 транзистор VT8 запирается, триггер VT9—VT10 опрокидывается и реле К2 теряет питание. Контакты К2 подают импульс на выполнение про­граммы остановки ДГ его системой ДАУ.

Блок БКН контролирует нижнее пороговое напряжение и со­стоит из измерителя напряжения ИН (трансформатор напряжения TV, потенциометр RP62, выпрямительный мост VB2 и фильтр С6), порогового триггера VT11—VT12, реле времени на транзисторах VT13... VT15 и выходного электромагнитного реле КЗ. Работа этого блока аналогична работе блока БСН.

Блок питания БП обеспечивает устройство необходимым напряжением питания и состоит из трансформатора питания ТЗ, вы­прямителя VB3 и фильтра С7.

Устройство комбинированной защиты синхронного генератора

Устройство комбинированной защиты фирмы «Транслог» (ГДР- обеспечивает защиту СГ от обратной мощности, перегрузки по ак­тивной мощности и перегрузки по току и конструктивно выполнено в виде двух блоков: блока питания и логического блока защиты.

Блок питания и контроля обеспечивает питание элементов схемы стабилизированными напряжениями ± 24 и + 12 В и сигна­лами контроля соответствующих параметров. В состав блока вхо­дят силовые и измерительные трансформаторы, выпрямители, на­грузочные резисторы, стабилитроны и другие элементы.

Логический блок защиты вырабатывает управляющие воздейст­вия и выполнен на диодно-транзисторных логических модулях типа «Транслог-1» и контактных исполнительных элементах тина «Релог». Рассмотрим работу схемы логического блока защиты (рис. 101) в различных режимах.

При перегрузке по активной мощности напряженно на входе а9 модуля напряжения D8 типа 2Е10, поступающее с им хода вы­прямителя-демодулятора, входящего в состав блока питания и вы­полняющего роль датчика активного тока, превышает пороговое значение, и на выходе модуля появляется сигнал 0. Этот сигнал поступает на вход модуля Пирса DI5 типа 1NII и с помощью элемента D15 (2) (ЗИЛИ—НЕ) инвертируется в сигнал 1, который поступает на вход 7 модуля мощности D13 типа 1Р40. Элемент D13 (1) этого модуля реализует функцию ЗИЛ И, а элемент D13 (2) усиливает мощность сигнала, поэтому срабатывает релейный эле­мент К2, что приводит к отключению 1-й очереди потребителей и включению соответствующей сигнализации. Одновременно сигнал 1 с выхода элемента D15 (2) поступает на вход 5 модуля Пирса D10 типа 1N11 и на входы модуля конъюнкции D11 типа 1КК01. Модуль D10 работает с выдержкой времени, так как после инвертирования входного сигнала 1 элементом D10(1) в сигнал 0 на выходе 10 начинается разрядка конденсаторной батареи С1 через вход 8 элемента D10 (2), по окончании которой на выходе 11 элемента D10 (2) появится сигнал 1. Этот сигнал поступает на вход 6 модуля конъюнкции D11 и на вход 5 модуля D12, аналогичного модулю D10. Наличие на всех входах элемента D11 (ЗИ) сигнала 1 (на входе 4 сигнал «Константа 1») приводит к появлению сигнала / на выходе этого элемента. После усиления этого сигнала модулем мощности D13 произойдет срабатывание релейного элемента К2, если это срабатывание не произошло под действием основного сиг­нала, ранее поступающего на вход 7 модуля D13.

Рис. 101. Схема логического блока защиты фирмы «Транслог»

Если отключение второстепенных потребителей не устраняет перегрузку СГ, то сигнал с выдержкой времени появляется на вы­ходе модуля D12 и поступает на вход 8 элемента D11 (2), где реали­зуется функция ЗИ. С выхода D11 (2) сигнал 1 после усиления модулем импульсного усилителя D7 типа 1В21 поступает на вход 6 элемента D5 (2), реализующего функцию ЗИ и входящего в состав модуля типа 1KN05. Через дифференцирующую цепочку R2—С7 сигнал с выхода D11 (2) дополнительно поступает на вход 9 модуля одновибратора D6 типа 1М20. В зависимости от емкости конденса­торной батареи С4 на выходе 11 одновибратора D6 через 2... 14 с появляется сигнал 0, который после инвертирования элементом НЕ D5 (1) поступает на вход 7 элемента ЗИ D5 (2). С выхода 10 этого элемента сигнал 1 поступает на вход модуля усилителя мощ­ности D4 типа 1Р40 и вызывает срабатывание релейного элемента К1, что приводит к отключению генераторного автомата.

При перегрузке по току повышается напряжение на входах модуля напряжения D9 (2Е10), что приводит к появлению на его выходе сигнала 1, поступающего на входы модуля D10 и элементов D11 (1) и D11 (2). Далее схема работает так же, как и при пере­грузке по активной мощности.

При появлении обратной мощности срабатывает модуль напря­жения D1 (2Е10), реагирующий на изменение полярности на входе b5. Сигнал 1 с его выхода поступает на вход 6 элемента ЗИ D3 (1), входящего в состав модуля 1KN05, и на вход одновибратора D 2 (1М20) через дифференцирующую цепочку С1—R5. С выдержкой времени на выходе D2 появится сигнал 0, который после инверти­рования элементом НЕ D3 (2) поступает на вход 7 элемента ЗИ D3 (1), где на выходе 10 появляется сигнал 1. Этот сигнал после усиления модулем D4 (1Р40) включает релейный элемент К1, и происходит отключение генераторного автомата.

Устройство комбинированной защиты имеет канал, включаю­щий сигнализацию и дающий импульс на запуск резервного ДГ. При достижении нагрузкой значения 80 % поминальной мощно­сти срабатывает модуль напряжения D 14 (2Е10). Сигнал 0 на его выходе инвертируется элементом ЗИЛ И—НЕ D15 (/), усиливается модулем D16 (1Р40) и вызывает срабатывание релейного элемента КЗ. Реле КЗ включает сигнализацию и замедленную программу запуска резервного ДГ. Если отключились неответственные потре­бители, то произойдет включение ускоренной программы пуска ДГ.

Устройства защиты от обрыва фазы

Устройства типа ЗОФН-1 с контактным выходом и ЗОФН-1Б с бесконтактным выходом рассчитаны для защиты судовых потре­бителей от работы при обрыве фазы при питании судна с берега трехфазным током и для сигнализации о понижении напряжения. В комплект устройства ЗОФН-1 входит блок трансформаторов тока и блок реле, оформленный в типовом корпусе исполнения IP23. Схема этого устройства приведена на рис. 102. Блок трансформаторов тока контролирует токи нагрузки фи­дера питания с берега и состоит из трех специальных быстронасыщающихся трансформаторов тока ТА1...ТАЗ с двумя вторич­ными обмотками, замкнутыми на нагрузочные резисторы R1...R6 для предотвращения перенапряжений.

Рис. 102. Схема устройства 'защиты от обрыва фазы типа ЗОФН-1

Блок реле состоит из трех функциональных узлов: защиты, сиг­нализации и питания. Узел защиты отключает автомат питания с берега при обрыве фазы и состоит из измерительного и исполни­тельного элементов. Измерительный элемент выполнен по мосто­вой схеме, образованной однофазным выпрямителем на диодах VD1... VD4, трехфазным выпрямителем на диодах VD5... VI НО и резисторами R1 и R6. В диагональ моста включены элементы, регулирующие выходной сигнал, формируемый на резисторе R5. Исполнительный элемент представляет собой несимметричный триггер VT1—VT2 с электромагнитным реле К1 на выходе. При отсутствии токов нагрузки в контролируемой цепи транзистор VT1открыт отрицательным смещением на базе, снимаемым с делителя R7—R8. Транзистор VT2 соответственно будет заперт, и реле К1 питания не имеет. При наличии трехфазной нагрузки трансформа­торы тока переходят в режим магнитного насыщения, что приводит к появлению в их вторичных обмотках несинусоидальных ЭДС, которые могут быть представлены в виде гармонического ряда, состоящего из нечетных гармоник.

Гармоники 1, 7, 13,... образуют симметричные системы ЭДС прямой последовательности фаз с взаимным сдвигом 120°, гармо­ники 5, 11, 17,... образуют симметричные системы ЭДС обратной последовательности фаз с взаимным сдвигом — 120°, а гармоники 3, 19, 15... представляют собой системы ЭДС нулевой последова­тельности фаз с взаимным сдвигом 0°. Геометрическая сумма гар­моник прямой и обратной последовательности фаз при последова­тельном соединении вторичных обмоток 1—2 трансформаторов тока равна 0, но при этом алгебраически суммируются гармоники нулевой последовательности фаз. В обмотках 3—4, соединенных звездой, суммируются гармоники прямой и обратной последова­тельности фаз, но взаимно компенсируются гармоники нулевой последовательности фаз. При нормальных условиях напряжение на выпрямителе VD1... VD4 преобладает над напряжением на выпрямителе VD5... VD10, поэтому напряжение в диагонали измерительного моста увеличивает отрицательное смещение на базе транзистора VT1.

При обрыве фазы контролируемая цепь превращается в одно­фазную, т. е. токи в исправных фазах будут равны по величине и направлены встречно. Поэтому в обмотках 1—2 трансформаторов тока в исправных фазах ЭДС компенсируют друг друга, а ЭДС, снимаемая с обмоток 3—4, изменится незначительно. Сигнал на выходе измерительной части меняет свою полярность, что приве­дет к опрокидыванию триггера и срабатыванию реле К1, которое отключает автомат питания с берега. Стабилитрон VDZ является ограничителем выходного сигнала измерительного элемента, а кон­денсатор СЗ замедляет срабатывание защиты и исключает ложные отключения автомата в момент подачи питания и изменения на­грузки. Узел сигнализации выдает сигнал о понижении напряжения и состоит из понижающего трансформатора Т2, диодного моста VD19... VD22, динистора VS, стабилизирующих резисторов R13... R17 и ключа на транзисторе VT3. При понижении напря­жения на 15... 20 % динистор запирается, а после разрядки С5 отпирается VT3, и срабатывает реле К2, включающее сигнализацию. Узел питания обеспечивает напряжением питания все элементы устройства и состоит из трансформатора T1, выпрямителя VD15.....VD18 и фильтра С4.

Устройство ЗОФН-1Б отличается от рассмотренного наличием тринисторов вместо электромагнитных реле. Устройство ЗОФН имеет аналогичный принцип действия, но построено с использова­нием только электромагнитных элементов.

Устройства переключения питания

Устройства переключения' питания типа УПП обеспечивают минимальную защиту ответственных потребителей и переключают потребители на резервное питание при снижении частоты и напря­жения в основной цепи. Они имеют регулируемые уставки: 70...... 85 % U_н — по напряжению и 87... 93 % f_н — по частоте. Выполнены в типовом корпусе исполнения IP23. Схему устройства УПП-1 (рис. 103) можно разбить на функцио­нальные блоки: контроля напряжения, контроля частоты, выход­ной и питания.

Блок контроля напряжения состоит из измерителя напряжения, порогового триггера VT3—VT4 и промежуточного реле К2. В со­став измерителя напряжения входят вторичные обмотки 7—8 и 8—9 трансформатора Т, выпрямитель VD3—VD4, фильтр СЗ и де­литель напряжения R3—R4. При понижении напряжения стаби­литрон VDZ запирается и триггер опрокидывается, шунтируя от­крытым транзистором VT4 реле К2, которое теряет питание.

Сеть 380 В, 5О Г и

Рис. 103. Схема устройства переключения питания типа УПП-1

Блок контроля частоты состоит из измерителя частоты, триг­гера VT1—VT2 и промежуточного реле К1. Измеритель частоты является индуктивно-емкостным. Его параметры подобраны так, что при f=f_н имеет место неравенство X_L>X_C. На вход VT1 по­дается отпирающее напряжение, a VT2 находится в запертом со­стоянии. При понижении частоты триггер опрокидывается и реле К1 теряет питание. Диод VD7 является ограничителем сигнала при глубоких понижениях частоты, а конденсатор С11 исключает ложные срабатывания при кратковременных понижениях частоты.

Выходной блок включает в себя реле КЗ, накопительные кон­денсаторы С5... С10 и блок выпрямителей VB6. При понижении напряжения или частоты реле К2 или К1 подключает реле КЗ к накопительной батарее. Длительность нахождения КЗ в притяну­том состоянии при исчезновении напряжения в сети составляет 1... 2с.

Блок питания представляет собой многообмоточный трансфор­матор, у которого роль обмотки питания выполняет обмотка 12—13. Напряжение питания выпрямляется блоком VB5 и сглаживается конденсатором С4.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Приведете определение и классификацию систем автоматической защиты.

2. Рассмотрите работу схем унифицированных устройств защиты СГ типа РОТ-51 и УРГ-1 А.

3. Рассмотрите работу схемы устройства комбинированной защиты СГ фирмы «Транслог».

4. Рассмотрите работу схем унифицированных устройствзащиты потре­бителей типа УВР-1А1, УПП-1 и ЗОФН-1.