Устройство защиты и мониторинга электроустановок

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Авторы Гершензон Владимир Семенович Гинзбург Марат Львович Самоделко Михаил Викторович(57) 1. Устройство защиты и мониторинга электроустановок, состоящее из, по меньшей мере, одного преобразователя тока, пульта управления и электронного блока, включающего модуль питания, модуль управления, содержащий энергонезависимую память, часы реального времени, интерфейс и модуль контроля напряжений, содержащий аналогоцифровые преобразователи и схемы предварительного масштабирования входных сигналов, отличающееся тем, что модуль управления дополнительно содержит микроконтроллер, порт межмодульного интерфейса и порт интерфейса связи с удаленным терминалом,а модуль контроля напряжений дополнительно содержит микроконтроллер и порт межмодульного интерфейса. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электронный блок дополнительно содержит не менее одного модуля контроля токов, содержащего микроконтроллер и порт межмодульного интерфейса. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что модуль контроля напряжений дополнительно содержит генератор импульсного тока.(56) 1.2205488 С 1, 2003. 2.2003101929 А, 2004. Полезная модель относится к электроэнергетике и обеспечивает защиту, мониторинг состояния, электробезопасность, пожаробезопасность электроустановок переменного тока напряжением до 1000 В и частотой 50 Гц с глухозаземленной нейтралью, защиту от появления опасных потенциалов на корпусах оборудования из-за неисправности заземляющего устройства или нарушения изоляции действующего электрооборудования. Устройство может быть использовано на трансформаторных подстанциях, в том числе цеховых, в распределительных щитах, комплектных распределительных устройствах, в электросети промышленных предприятий, жилых и административных зданий, преобразовательных и выпрямительных установках. Известно устройство для токовой защиты электроустановки от перегрузок и коротких замыканий с зависимой характеристикой времени срабатывания, содержащее преобразователь тока в напряжение, вход которого подключен к датчику тока электроустановки, к выходу преобразователя тока в напряжение последовательно подключены первый резистор, блок сравнения и блок выдержки времени, к входу первого резистора параллельно подсоединена цепь, состоящая из последовательно соединенных потенциометра и биметаллического элемента, а к выходу первого резистора параллельно подсоединена цепь, состоящая из последовательно соединенных размыкающего контакта, второго резистора и блока задания уставки, при этом параллельно размыкающему контакту присоединен третий резистор 1. Недостатком известного устройства является зависимость тока срабатывания от фиксированного значения величины сопротивления третьего резистора, что существенно ограничивает гибкость изменения уставок при изменении нагрузочных характеристик потребителя. Наиболее близким к заявляемому является устройство защиты и мониторинга электроустановок, состоящее из, по меньшей мере, одного преобразователя тока, пульта управления и электронного блока, включающего модуль питания, модуль управления,содержащий энергонезависимую память, часы реального времени, интерфейс и модуль контроля напряжений, содержащий аналого-цифровые преобразователи и схемы предварительного масштабирования входных сигналов 2. Недостаток известного устройства заключается в отсутствии защиты от аварийных и ненормальных режимов сетей, в частности защиты от появления опасного напряжения на элементах контура заземления и контроля сопротивления заземляющего устройства. Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства, обеспечивающего групповую защиту электроустановок от ненормальных и аварийных режимов с независимо программируемыми уставками по каждому контролируемому присоединению, с возможностью программного выбора необходимого потребителю набора защит из выполняемых устройством защита от трехфазного или двухфазного короткого замыкания на сборных шинах и на отходящих линиях, защита от симметричной перегрузки на линии ввода и на отходящих линиях, защита от однофазного или двухфазного короткого замыкания на землю на линии ввода, сборных шинах и на отходящих линиях, защита от повышения или понижения напряжений на линии ввода, защита от асимметрии величин фазных напряжений на линии ввода, защита от неполнофазных режимов на линии ввода, защита от изменения порядка чередования фазных напряжений на линии ввода, защита от появления опасного напряжения на элементах контура заземления, контроль сопротивления контура заземления токам растекания с архивацией параметров аварийной ситуации и интерфейса интегрирования в АСУ. 2 26252006.04.30 Поставленная задача решена тем, что в устройстве защиты и мониторинга электроустановок, состоящем из, по меньшей мере, одного преобразователя тока, пульта управления и электронного блока, включающего модуль питания, модуль управления, содержащий энергонезависимую память, часы реального времени, интерфейс и модуль контроля напряжений, содержащий аналого-цифровые преобразователи и схемы предварительного масштабирования входных сигналов, модуль управления дополнительно содержит микроконтроллер, порт межмодульного интерфейса и порт интерфейса связи с удаленным терминалом, а модуль контроля напряжений дополнительно содержит микроконтроллер и порт межмодульного интерфейса. Электронный блок дополнительно может содержать не менее одного модуля контроля токов, содержащего микроконтроллер и порт межмодульного интерфейса, а модуль контроля напряжений может дополнительно содержать генератор импульсного тока. На фигуре представлена функциональная схема заявляемого устройства. Устройство защиты и мониторинга электроустановок включает в себя электронный блок 1, содержащий модуль управления 3, включающий в себя энергонезависимую память 4,часы реального времени 5, микроконтроллер 6, порт межмодульного интерфейса 7, порт подключения пульта 13 и порт интерфейса связи с удаленным терминалом 14, модуль контроля напряжений 8, включающий в себя модуль питания 2, микроконтроллер 6, порт межмодульного интерфейса 7, аналого-цифровой преобразователь 9, схемы предварительного масштабирования 10, выходные реле 11 и генератор импульсного тока 16, модуль (модули) контроля токов 15, включающие в себя микроконтроллер 6, порт межмодульного интерфейса 7, аналого-цифровой преобразователь 9, схемы предварительного масштабирования 10 и выходные реле 11, пульт 12 и преобразователи тока 17. Модули управления 3,контроля напряжений 8 и контроля токов 15 соединены между собой межмодульным интерфейсом 18. Пульт 12 и удаленный терминал соединены с модулем управления посредством соответствующих портов 13 и 14. Контролируемые напряжения линии ввода подключены к модулю контроля напряжений 8 посредством схем предварительного масштабирования входных сигналов 10. Вспомогательный заземлитель (зонд) подключен к генератору импульсного тока 16. Выходные реле 11 подключены к цепям отключения(сигнализации) защищаемых присоединений. Преобразователи тока 17 соединены со схемами предварительного масштабирования входных сигналов 10 модуля контроля токов 15. Осуществление полезной модели иллюстрируется следующим примером. Гибкость изменения уставок при изменении величин нагрузок у потребителя обеспечивают применением в модуле контроля напряжений 8 и модулях контроля токов 15 независимых микроконтроллеров 6 для хранения уставок, сравнения измеряемых параметров защищаемой установки с заданными уставками и принятия решений об отключении защищаемых присоединений. Кроме того, применение независимых микроконтроллеров позволяет любому из модулей контроля 8 и/или 15 выполнять функции защиты автономно, даже при отказе других модулей, что обеспечивает повышенную надежность заявляемого устройства защиты и мониторинга электроустановок. Защиту от появления опасного напряжения на элементах контура заземления осуществляют следующим образом на один из входов модуля контроля напряжений 8 подают измеряемое между вспомогательным заземлителем (зондом) и заземляющим устройством(нейтралью) напряжение, которое через схемы предварительного масштабирования 10 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 9, выходной код которого поступает в микроконтроллер 6, который сравнивает его с запрограммированными уставками по величине и длительности. При достижении величин, определенных как уставка срабатывания, с установленной выдержкой времени микроконтроллер 6 выдает сигналы на срабатывание выходных реле 11, к контактам которых подключены цепи отключения(сигнализации) защищаемой линии. Кроме того, информацию о величинах контролируемых напряжений через порт межмодульного интерфейса 7 передают в модуль управления 3 3 26252006.04.30 для индикации, а в случае произошедшей аварийной ситуации записывают в энергонезависимую память 4 для последующей индикации по запросу величина, вид и время аварийного события. Контроль сопротивления заземлителя токам растекания осуществляют следующим образом генератор импульсного тока 16, входящий в состав модуля контроля напряжений 8,выдает тестовые импульсы тока в цепь, состоящую из заземляющего устройства и вспомогательного заземлителя (зонда). Вызываемое этими импульсами тока напряжение через схемы предварительного масштабирования 10 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 9, выходной код которого поступает в микроконтроллер 6. Омическое сопротивление контура заземления токам растекания, определяемое как частное от деления величины измеряемого напряжения на величину импульсного тока, сравнивают с запрограммированными уставками по величине и длительности. При достижении величин, определенных как уставка срабатывания, с установленной выдержкой времени микроконтроллер 6 выдает сигналы на срабатывание выходных реле 11, к контактам которых подключены исполнительные органы защиты контролируемой линии. Кроме того, информацию о величинах контролируемых напряжений через порт межмодульного интерфейса 7 передают в модуль управления 3 для индикации, а в случае произошедшей аварийной ситуации записывают в энергонезависимую память 4 для последующей индикации по запросу величина, вид и время аварийного события. Защиту от аварийных и ненормальных режимов, связанных с асимметрией, неполнофазным режимом, нарушением порядка чередования фаз, понижением или повышением напряжения питающей сети, осуществляют следующим образом на вход модуля контроля напряжений 8 подают фазные напряжения, обеспечивающие питание устройства и измерение величин и фазных напряжений, которые через схемы предварительного масштабирования 10 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 9, выходной код которого поступает в микроконтроллер 6, который сравнивает его с запрограммированными уставками по величине и длительности. При достижении величин, определенных как уставка срабатывания, с установленной выдержкой времени микроконтроллер 6 выдает сигналы на срабатывание выходных реле 11, к контактам которых подключены цепи отключения(сигнализации) защищаемой линии. Кроме того, информацию о величинах контролируемых напряжений через порт межмодульного интерфейса 7 передают в модуль управления 3 для индикации, а в случае произошедшей аварийной ситуации записывают в энергонезависимую память 4 для последующей индикации по запросу величина, вид и время аварийного события. Защиту от аварийных и ненормальных режимов, связанных с трехфазными и двухфазными короткими замыканиями, однофазными или двухфазными короткими замыканиями на землю, симметричными перегрузками на линии ввода и отходящих линиях, осуществляют следующим образом на вход модуля контроля токов 15 от преобразователей тока 17, установленных в нулевом и в фазных проводах, подают сигналы, которые через схемы предварительного масштабирования 10 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 9, выходной код которого поступает в микроконтроллер 6, который сравнивает его с запрограммированными уставками по величине и длительности. При достижении величин, определенных как уставка срабатывания, с установленной выдержкой времени микроконтроллер 6 выдает сигналы на срабатывание выходных реле 11, к контактам которых подключены цепи отключения (сигнализации) защищаемой линии. Кроме того, информацию о величинах контролируемых напряжений через порт межмодульного интерфейса 7 передают в модуль управления 3 для индикации, а в случае произошедшей аварийной ситуации записывают в энергонезависимую память 4 для последующей индикации по запросу величина, вид и время аварийного события. Таким образом, устройство мониторинга и защиты электроустановок с глухозаземленной нейтралью переменного тока частотой 50 Гц и напряжением до 1000 В обеспечивает электро 4 26252006.04.30 безопасность, пожаробезопасность электроустановок, групповую защиту электроустановок от ненормальных и аварийных режимов с архивацией параметров аварийной ситуации в энергонезависимой памяти, индикацией текущих значений измеряемых величин, управлением с местного или удаленного пульта, с интегрированием в АСУ, с независимо программируемыми уставками по каждой защищаемой линии, с возможностью программного выбора необходимого потребителю набора защит из выполняемых устройством защита от трехфазного или двухфазного короткого замыкания на сборных шинах и на отходящих линиях, защита от симметричной перегрузки на линии ввода и на отходящих линиях, защита от однофазного или двухфазного короткого замыкания на землю на линии ввода,сборных шинах и на отходящих линиях, защита от повышения или понижения напряжений на линии ввода, защита от асимметрии величин фазных напряжений на линии ввода,защита от неполнофазных режимов на линии ввода, защита от изменения порядка чередования фазных напряжений на линии ввода, защита от появления опасных потенциалов на оборудовании из-за неисправности заземляющего устройства или нарушений изоляции действующего электрооборудования, контроль сопротивления заземлителя токам растекания. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5