Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от всех видов замыканий обмоток статора

(51) 02 7/08 (2006.01) Н 02 Н 3/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ устройства путем отключения электродвигателя при витковых замыканиях и обрыве фаз. Технический результат достигается тем, что в устройство для защиты трехфазного электродвигателя от всех видов замыканий обмотки статора содержащее семь блоков с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопроводов фаз электродвигателя. Три логических элемента И, каждый из которых подключен к выходам двух блоков соответствующей фазы, и исполнительный орган, к которому подключен выход одного из блоков, дополнительно введены еще шесть элементов И, одиннадцать элементов ВРЕМЯ, три элемента ПАМЯТЬ и один элемент ЗАПРЕТ, функционально связанные между собой. Технико-экономическая эффективность устройства заключается в уменьшении затрат на ремонт электродвигателя за счет быстрого выявления повреждений в обмотке на ранней стадии.(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Клецель М.Я., Майшев П.Н. Схема дифференциально-фазной защиты трансформатора на герконах с обмотками подмагничивания.Омский научный вестник, 2004.4. с.106-109(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ВСЕХ ВИДОВ ЗАМЫКАНИЙ ОБМОТОК СТАТОРА(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано в качестве защиты электродвигателей от всех видов замыканий обмотки статора и обрыва фазы без использования трансформаторов тока. Технический результат изобретения расширение функциональных возможностей 22073 Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано в качестве защиты электродвигателей от всех видов замыканий обмотки статора и обрыва фазы без использования трансформаторов тока. Известно устройство для максимальной токовой защиты электродвигателя от коротких замыканий,содержащее геркон и исполнительный орган.(Клецель М.Я., Мусин В.В. Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты без трансформаторов тока на герконах. Промышленная энергетика, 1990,4, с.32-36). Однако это устройство обладает малой чувствительностью к коротким замыканиям в соединительном кабеле и в электродвигателе, при значительной длине кабеля. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от всех видов замыканий обмотки статора, содержащее первый, второй и третий блоки с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопровода каждой из фаз электродвигателя со стороны питания, четвертый,пятый и шестой блоки с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопровода каждой из фаз электродвигателя соответственно со стороны нейтрали, седьмой блок с магнитоуправляемыми элементами, расположенный в магнитном поле токопровода одной из фаз электродвигателя со стороны питания, причем выходы первого и четвертого, второго и пятого,третьего и шестого блоков с магнитоуправляемыми элементами подключены соответственно к входам первого, второго и третьего элементов И, выходы которых связаны с исполнительным органом, к которому также подключен выход седьмого блока с магнитоуправляемыми элементами. (Клецель М.Я.,Майшев П.Н. Схема дифференциально-фазной защиты трансформатора на герконах с обмотками подмагничивания. Омский научный вестник. -2004.- 4 (29), - с.106-109). Это устройство чувствительно к коротким замыканиям в кабеле, но не реагирует на витковые замыкания внутри электродвигателя и на обрыв фазы. Технический результат изобретения расширение функциональных возможностей устройства путем отключения электродвигателя при витковых замыканиях и обрыве фаз. Технический результат достигается тем, что в устройство для защиты трехфазного электродвигателя от всех видов замыканий обмотки статора,содержащее первый, второй и третий блоки с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопровода каждой из фаз электродвигателя со стороны питания, четвертый,пятый и шестой блоки с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопровода каждой из фаз электродвигателя соответственно со стороны нейтрали, седьмой блок с магнитоуправляемыми элементами, расположенный в магнитном поле токопровода одной из фаз электродвигателя со стороны питания, причем 2 выходы первого и четвертого, второго и пятого,третьего и шестого блоков с магнитоуправляемыми элементами подключены соответственно к входам первого, второго и третьего элементов И, выходы которых связаны с исполнительным органом, к которому также подключен выход седьмого блока с магнитоуправляемыми элементами, дополнительно введены четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый элементы И, первый, второй, третий,четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой,девятый, десятый и одиннадцатый элементы ВРЕМЯ,первый, второй и третий элементы ПАМЯТЬ,элемент ЗАПРЕТ, при этом выходы первого, второго и третьего элементов И подключены через первый,второй и третий элементы ВРЕМЯ соответственно к первому элементу ПАМЯТЬ, выход которого подключен к реагирующему органу, причем выход первого блока с магнитоуправляемыми элементами подключн к одному из входов четвертого, пятого и седьмого элементов И, выход второго блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов пятого, шестого и девятого элементов И,выход третьего блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов четвертого, шестого и восьмого элементов И, выход четвертого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов восьмого элемента И, выход пятого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов седьмого элемента И,выход шестого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов девятого элемента И, причем выходы четвертого, пятого и шестого элементов И подключены через четвертый,пятый и шестой элементы ВРЕМЯ соответственно к второму элементу ПАМЯТЬ, выходы седьмого,восьмого и девятого элементов И подключены через седьмой, восьмой и девятый элементы ВРЕМЯ соответственно к третьему элементу ПАМЯТЬ,причем выход второго элемента ПАМЯТЬ через последовательно соединенные элемент ЗАПРЕТ и десятый элемент ВРЕМЯ подключен к исполнительному органу, выход третьего элемента ПАМЯТЬ соединен с блокирующим входом элемента ЗАПРЕТ и одиннадцатым элементом ВРЕМЯ, выход которого подключен к исполнительному органу,причем первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки с магнитоуправляемыми элементами выполнены в виде геркона с обмоткой,подключенной к источнику оперативного тока, при этом полярности обмоток, первого, второго и третьего блоков противоположны полярности обмоток четвертого, пятого и шестого блоков. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, фиг. 2 - выполнение блоков с магнитоуправляемыми элементами. Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит блоки 1-7 с магнитоуправляемыми элементами,расположенными в магнитном поле токопроводов так, что первый и четвертый, второй и пятый,третий и шестой блоки формируют сигнал на выходе в разные полуволны переменного тока,питающего электродвигатель 8. При этом блоки 1, 2, 22073 3 и 7 установлены вблизи выводов выключателя,блоки 4-6 - со стороны нулевых выводов электродвигателя 8. К выходам блоков 1-6 подключены первый,второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой,восьмой и девятый логические элементы И 9-17 соответственно. При этом выход блока 1 соединен с одним из входов элементов 9, 12, 13 и 15 выход блока 2-с одним из входов элементов 10, 13, 14 и 17 выход блока 3 - с одним из входов элементов 11, 12, 14 и 16 выход блока 4-с одним из входов элементов 9 и 16 выход блока 5-с одним из входов элементов 10 и 15 выход блока 6-с одним входом элементов 11 и 17. К выходам элементов И 9-17 подключены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой,седьмой, восьмой и девятый элементы ВРЕМЯ 1826 соответственно. Блок 7 и десятый и одиннадцатый элементы ВРЕМЯ 27 и 28 подключены к исполнительному органу 29, отключающему выключатель 30. К выходам элементов ВРЕМЯ 18-20 подключен первый элемент ПАМЯТЬ 31, к выходам элементов ВРЕМЯ 21-23 подключен второй элемент ПАМЯТЬ 32, к выходам элементов ВРЕМЯ 24-26 подключен третий элемент ПАМЯТЬ 33, причем выходы элементов 32 и 33 подключены к элементу ЗАПРЕТ 34. Блок 7 выполняется в виде геркона и служит для защиты от трехфазных коротких замыканий (КЗ) в момент включения выключателя (электродвигатель еще не вращается). Ток срабатывания геркона (т.е. ток в шине, при котором он срабатывает) выбирается точно так же, как в обычной максимальной токовой защите. Блоки 1-6 выполнены (фиг. 2) в виде магнитоуправляемых элементов - герконов 35 и 36 с обмотками 37 и 38 соответственно. При этом полярность постоянного тока, подаваемого на обмотку 37 герконов 35, на которых выполняются блоки 1-3, должна быть противоположной полярности тока, подаваемого на обмотку 38 каждого из герконов 36, на которых выполняются блоки 4-6. Для того, чтобы герконы давали сигнал лишь в один полупериод переменного тока, на их обмотки подается постоянный ток,достаточный для срабатывания. Тогда геркон отпадает лишь в одну полуволну переменного тока на время превышения амплитуды переменного тока над величиной тока срабатывания. Факт отпадания используется для выдачи сигнала. Для повышения быстродействия и надежности устройство может дополняться точно такой же схемой, как на (фиг. 1). Подключение элементов И в дополняющей схеме производится точно также, но к выходам, показанным пунктиром (фиг. 1). Каждый блок выполняется не менее чем с двумя герконами. При выполнении блока на двух герконах полярности их управляющих обмоток противоположны. В этом случае устройство производит сравнение фаз токов в обе полуволны переменного тока. На элементах 21-23 устанавливается время,равное времени совпадения сигналов от соответствующих блоков при сдвиге фаз токов электродвигателя в 60-70. На элементах 24-26 при сдвиге в 150-160, на элементах 18-20 - в 80-90. На элементах 18-26 сравнивается время совпадения положительных или отрицательных полуволн тока. Устройство работает следующим образом. В режиме нагрузки или пуска двигателя угол между векторами токов его фаз равен 120, и на выходах элементов 18-26 сигнал отсутствует,поскольку время совпадения сигналов на входах элементов, к которым они подключены, меньше установленного на них. При междуфазном КЗ внутри электродвигателя или в соединительном кабеле фаза тока в поврежденной фазе со стороны нулевых выводов меняется на противоположную, а время совпадения сигналов от блоков с герконами этой фазы превосходит установленное на элементах 18-20, и на входе первого элемента ПАМЯТЬ 31 появляется сигнал,который запоминается на время несовпадения указанных сигналов. Исполнительный орган 29 отключает выключатель 30. При витковом замыкании внутри электродвигателя сдвиг фаз между токами поврежденной и одной из неповрежденных фаз становится меньше 60. Время совпадения сигналов от блоков этих фаз превосходят установленное на элементах 21-23, и на входе элемента ЗАПРЕТ 24 появляется сигнал. На его блокирующем входе нет сигнала, так как ни один из элементов 24-26 не сработал. Через выдержку времени, превосходящую установленную на элементах 24-26, элемент ВРЕМЯ 27 подает сигнал на исполнительный орган. При обрыве одной из фаз электродвигателя токи двух других находятся в противофазе. Время совпадения сигналов, поступающих от блоков 1 и 5 или 2 и 6, или 3 и 4 на элементы 15-17,соответственно, превосходят время, установленное на элементах 24-26, и на выходе элемента ПАМЯТЬ 33 появляется сигнал (элемент 33 запоминает сигнал на время несовпадения, как и элементы 31 и 32). Через выдержку времени (0,5-1 с) элемент 22 подает сигнал на исполнительный орган. Выдержка времени установлена с целью несрабатывания защиты при внешнем для двигателя несимметричном КЗ, когда токи в двух поврежденных фазах в первый момент КЗ близки к противофазе. Поскольку угол между током поврежденной и неповрежденной фаз при таком КЗ может быть мал, возможно появление сигнала на выходе элементов 21-23. Но излишнее срабатывание защиты при этом блокируется сигналом,поступившим от элемента 33 на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 34. При трехфазном КЗ при включении электродвигателя (когда электродвигатель еще не вращается) срабатывает магнитоуправляемый элемент блока 7 и подает сигнал на исполнительный орган. Таким образом, предлагаемое устройство защищает электродвигатель от междуфазных и витковых замыканий и от обрыва фаз, не требуя сложной аппаратуры, и может быть применено для защиты электродвигателей разной мощности. 3 22073 Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в уменьшении затрат на ремонт электродвигателя за счет быстрого выявления повреждений в обмотке на ранней стадии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для защиты трехфазного электродвигателя от всех видов замыканий обмоток статора, содержащее первый, второй и третий блоки с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопровода каждой из фаз электродвигателя со стороны питания, четвертый,пятый и шестой блоки с магнитоуправляемыми элементами, расположенными в магнитном поле токопровода каждой из фаз электродвигателя соответственно со стороны нейтрали, седьмой блок с магнитоуправляемыми элементами, расположенный в магнитном поле токопровода одной из фаз электродвигателя со стороны питания, причем выходы первого и четвертого, второго и пятого,третьего и шестого блоков с магнитоуправляемыми элементами подключены соответственно к входам первого, второго и третьего элементов И, выходы которых связаны с исполнительным органом, к которому также подключен выход седьмого блока с магнитоуправляемыми элементами, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем защиты электродвигателя от витковых замыканий и обрыва фаз, в него дополнительно введены четвертый, пятый, шестой,седьмой, восьмой и девятый элементы И, первый,второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой,восьмой, девятый, десятый и одиннадцатый элементы ВРЕМЯ, первый, второй и третий элементы ПАМЯТЬ, элемент ЗАПРЕТ, при этом выходы первого, второго и третьего элементов И подключены через первый, второй и третий элементы ВРЕМЯ соответственно к первому элементу ПАМЯТЬ, выход которого подключен к реагирующему органу, причем выход первого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов четвертого, пятого и седьмого элементов И,выход второго блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов пятого, шестого и девятого элементов И,выход третьего блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов четвертого, шестого и восьмого элементов И, выход четвертого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов восьмого элемента И, выход пятого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов седьмого элемента И, выход шестого блока с магнитоуправляемыми элементами подключен к одному из входов девятого элемента И, причем выходы четвертого, пятого и шестого элементов И подключены через четвертый,пятый и шестой элементы ВРЕМЯ соответственно к второму элементу ПАМЯТЬ, выходы седьмого,восьмого и девятого элементов И подключены через седьмой, восьмой и девятый элементы ВРЕМЯ соответственно к третьему элементу ПАМЯТЬ,причем выход второго элемента ПАМЯТЬ через последовательно соединенные элементы ЗАПРЕТ и десятый элемент ВРЕМЯ подключен к исполнительному органу, выход третьего элемента ПАМЯТЬ соединен с блокирующим входом элемента ЗАПРЕТ и одиннадцатым элементом ВРЕМЯ,выход которого подключен к исполнительному органу. 2. Устройство по п. 1 отличающееся тем, что первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки с магнитоуправляемыми элементами выполнены в виде геркона с обмоткой,подключенной к источнику оперативного тока,причем полярности обмоток первого, второго и третьего блоков противоположны полярности обмоток четвертого, пятого и шестого блоков.