Типа ЗОФН-1

Устройство ЗОФН-1 с контактным выходом рассчитано для защиты судо­вых ЭЭУ трехфазного переменного тока при обрыве одной из фаз путем отключения фидера и для сигнализации о понижении напряжения при пита­нии судна с берега.

Устройство предназначено для сетей трехфазного пере­менного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц при токе нагрузке до 600 А или 1500 А в зависимости от модификации трансформатора тока.

В комплект устройства входят: блок трансформаторов тока; блок реле, который состоит из блока защиты при обрыве фазы(блок защиты); блока сиг­нализации о понижении напряжения (блок сигнализации) и блока питания, смонтированных в одном корпусе.

Блок трансформаторов тока, предназначенный для контроля то­ков нагрузки, построен с использованием специальных быстронасыщающихся двухобмоточных трансформаторов тока тороидального типа, помещенных в немагнитный корпус брызгозащищенного исполнения.

Для защиты вторич­ных обмоток трансформатора тока от перенапряжений и безопасности обслу­живания выводы вторичных обмоток зашунтированы сопротивлениями.

Принципиальная схема устройства ЗОФН-1 приведена на рис. 3.7.

Блок защиты состоит из двух частей: измерительной и исполнитель­ной. Измерительная часть представляет собой выпрямительный мост на дио­дах VD1…VD4. На вход этого моста подается напряжение со вторичных об­моток трансформатора тока, соединенных в открытый треугольник. Напряже­ние, снимаемое с моста, подается на электромагнитное реле К1.

Исполнительная часть состоит из трехфазного выпрямителя VD5…VD10 и электромагнитного реле К2. Напряжение на выпрямительный мост подается со вторичных обмоток трансформатора тока, соединенных по схеме «звезда».

В блок сигнализации о понижении напряжения входят трансформатор напряжения TV1, выпрямительный однофазный мост на диодах VD11…VD14 и электромагнитное реле К3.

Защита от исчезновения фазы работает следующим образом. Так как сер­дечник трансформатора тока выполнен из быстронасыщающейся стали, форма ЭДС во вторичной обмотке этого трансформатора будет отличаться от синусоидальной. ЭДС можно разложить в ряд Фурье.

При полученной форме сигнала значительную роль будет иметь третья гармоника. Первые гармоники фаз А, В, С представляют симметричную систему ЭДС со сдвигом, равным 120 эл. град. На выходе открытого треугольника первая гармоника даст ну­левой сигнал. Третьи гармоники фаз А, В, С дадут систему ЭДС со взаимным сдвигом равным нулю, т.е. третьи гармоники в фазах А, В, С совпадают по фазе. Поэтому третья гармоника даст на выходе открытого треугольника на­пряжение тройной частоты, т.е. 150 Гц.

При питании судна с берега напряжение с открытого треугольника блока трансформаторов тока поступит на мост VD1…VD4, после выпрямле­ния - на обмотку реле К1 и вызовет его срабатывание. Конденсатор С1 форси­рует срабатывание реле, а резистор R1 ограничивает ток через обмотку реле в установившихся режимах. Размыкающийся контакт реле К1 в исполнительной части блока реле разомкнется и обесточит катушку реле К2. Для того чтобы реле К2 не сработало раньше, чем успеет разомкнуться контакт К1, и для вы­держки времени на срабатывание защиты от исчезновения фазы в схеме уста­новили конденсатор С2.

При обрыве фазы питающей сети трехфазная нагрузка превращается в однофазную. Токи в исправных фазах становятся равными и сдвинутыми от­носительно друг друга на 180 эл. град. При этом во вторичных обмотках трансформатора тока, соединенных по схеме открытого треугольника, наво­дятся равные и противоположно направленные ЭДС, геометрическая сумма которых будет равна нулю. А ЭДС, созда- ваемые в обмотках трансформатора тока, соединенных по схеме, направлены в одну сторону и будут складывать­ся.

Таким образом, при исчезновении фазы напряжение на выходе «звезды» и трехфазного выпрямителя VD5…VD10 останется, а на

Основными элементами схемы блока сигнализации о понижении напряже­ния являются понижающий трансформатор TV, выпрямительный мост VD21…VD24, стабилитроны VD и электромагнитное реле К3. При номиналь­ном напряжении в сети стабилитроны пробиты, реле К3 в сработан­ном состоянии. При снижении напряжения в сети ниже уставки стабилитроны закрываются, реле обесточивается, отпускает и своими контактами подает ко­манду на включение сигнализации о недопустимом снижении напряжения в сети. Отключение фидера питания судна с берега в этом случае не предусмот­рено.

Устройство ЗОФН-1 рассчитано таким образом, чтобы не происходило ложных срабатываний при возникновении следующих отклонений от нор­мального состояния в сети: симметричных (трехфазных) и несимметричных (двухфазных и однофазных) коротких замыканий; несимметрии токов на­грузки, доходящих до 25 %, набросах любой нагрузки (по величине и харак­теру) и сбросов нагрузки до нуля; кратковременных колебаний напряжения от –25 до 13 % и частоты напряжения от –6 до 4 % относительно номинальных значений. В указанных случаях допускается кратковременное включение сиг­нализации о понижении напряжения.

Подача импульса блоком сигнализации о понижении напряжения произ­водится при снижении напряжения от 85 % (323 В) до 80 % (304 В) относи­тельно номинального, равного 380 В.

3.5. Комбинированное защитное устройство генераторов на модулях «ТРАНСЛОГ»

Эта автоматика обеспечивает следующие виды защит СГ:

· от перегрузки по полному току на 120 % с отключением второстепенных потребителей с выдержкой времени 20 с;

· от перегрузки СГ по активной мощности 105 % отключением второстепен­ных потребителей без выдержки времени и СГ с выдержкой времени 60 с;

· от перегрузки дизеля по температуре выхлопных газов отключением потре­бителей и СГ без выдержки времени;

· от перегрузки дизеля по максимальной подаче топлива отключением потре­бителя с выдержкой времени 20 с и СГ с выдержкой времени 60 с;

· от обратной мощности 5-15 % отключением СГ с выдержкой времени 6 с, а так же обеспечивает сигнализацию о нагрузке СГ на 90 %.

Конструктивно устройство выполнено в виде двух блоков в одном вы­движном каркасе: блок питания и датчиков и логический блок защиты.

За­щита от перегрузки дизеля в данной главе не рассматривается, но выполнена она на аналогичных логических модулях.

Блок питания и датчиков (рис. 3.8) обеспечивает блок защиты необходи­мым напряжением питания и формирует управляющие сигналы. Датчик мощ­ности формирует выходные сигналы по активной мощности СГ 105 и 17 % (обратной мощности) и выполнен по схеме демодулятора. Напряжение, про­порциональное фазному напряжению СГ, снимается со вторичной обмотки трансформаторов m 002, m 003, m 004 и через трехфазный выпрямитель В2 и сглаживающий конденсатор подается на резистор r 014.

Напряжение, снимае­мое со второй вторичной обмотки того же трансформатора, суммируется с па­дением напряжения на резисторах r 011, r 012, r 013, включенных на вторич­ную обмотку трансформаторов тока в линейных проводах той же фазы. Затем это суммарное напряжение через трехфазный выпрямитель В1 и фильтрую­щий конденсатор подается на резистор r 015. Выходы мостов В1 и В2 соеди­нены последовательно и на встречную полярность.

Из векторной диаграммы на рис. 3.9 видно, что с уменьшением угла j (увеличением активной мощности) напряжение на входе и на выходе моста В1 будет увеличиваться. Следовательно, напряжение выхода моста В1 (подаваемого к входу модуля U 008 в блоке защиты) пропорционально активной мощности генератора.

С уменьшением активной мощности, очевидно, напряжение выхода с вы­прямителя В1 уменьшается, а напряжение выхода с выпрямителя В2 остается постоянным.

Когда синхронная машина приближается к двигательному ре­жиму, напряжение выхода В1 приближается к нулю. Поэтому полярность суммарного напряжения, снимаемого с обоих мостов, определится полярно­стью выпрямителя В2. Таким образом, на выходе датчика обратной мощности сменится полярность, откроется диод и пропустит сигнал в блок за­щиты о двигательном режиме синхронной машины.

Датчик полного тока формирует сигнал, пропорциональный полному току генератора. Напряжения, снимаемые с резисторов r 017, r 018, r 019, включен­ных во вторичные обмотки трансформаторов тока m 005, m 006, m 007, вы­прямляются выпрямительными мостами В3, В4, В5. Напряжение, снимаемое с этих параллельно включенных мостов, будет пропорционально усредненному току нагрузки генератора. Стабилитрон

КС3 ограничивает входной сигнал на входе блока защиты.

Сигнал, пропорциональный напряжению на выходе генератора, снима­ется с выпрямительного моста В2 (вывод к U 014).

Блок питания логических элементов имеет однофазный трехобмоточ­ный трансформатор m 001, два выпрямительных моста В1 и В2, стабилитроны КС1 и КС2, набор резисторов и конденсаторов. С этого блока снимается ста­билизированное напряжение ±12 В для питания логических модулей ТРАНСЛОГ и нестабилизированное ±24 В для питания электромагнитного реле РЕЛОГ.

Логический блок защиты (рис. 3.10) выполнен на базе диодно-транзистор­ных логических модулей ТРАНСЛОГ и контактно-исполнительных электромагнитных реле РЕЛОГ. На входе логического блока защиты установ­лены пороговые модули, на входе которых подключены следующие датчики: датчик активного тока на входе модуля U 008, датчик полного тока на входе U 009, датчик обратной мощности на входе модуля U 001, датчик напряжения на входе модуля U 014. На выходе блока защиты установлены выходные модули, представляющие собой усилители мощности (U 004, U 013, U 016). Эти модули питают исполнительные элементы – элек­тромагнитные реле РЕЛОГ (d 001, d 002, d 003).

Рассмотрим работу логического блока защиты. При достижении актив­ной мощности заданной уставки на выходе модуля U 008 типа 2Е10 логиче­ская 1 сменяется логическим 0. Этот сигнал поступает на вход модуля Пирса U 015 типа 1N11 и с помощью этого элемента (3ИЛИ-НЕ) инвертируется в сигнал лог.1, который поступает на вход 7 модуля мощности U 013 типа 1Р40. Первый элемент этого модуля реализует функции 3ИЛИ, а второй элемент усиливает мощность сигнала и вызывает срабатывание реле d 002, что приво­дит к отключению первой очереди потребителей. При перегрузке по активной мощности (105 % Р_ном ) отключение потребителя происходит без выдержки времени.

Если после отключения потребителей вышеуказанная перегрузка сохра­нится и будет существовать 60 с, то должна поступить команда на отключение генератора. Происходит это следующим образом. Одновременно сигнал с вы­хода элемента U 015 поступает на вход 5 модуля Пирса U 010 и на входы 5 и 8 модуля двойной конъюнкции U 011 типа 1КК01. Модуль U 010 работает с вы­держкой времени. После появления 1 на его входе инвертор 3ИЛИ-НЕ инвер­тирует ее в сигнал 0. И на выхо-

де первого элемента начнется разрядка кон­денсаторной батареи через вход 8 второго элемента модуля U 010, по оконча­нии которой на выходе 11 модуля появится сигнал 1. Выдержка времени определяется количеством конденсаторов, подключенных к данному модулю. Логическая 1 с выхода модуля U 010 поступит на такой же модуль U 012 и через выдерж­ку времени появится на его выходе 11. С выхода модуля U 012 логическая 1 поступит на вход 8 модуля U 011.

Если до этого момента сохранится перегрузка, то на входе второго элемента 3ИЛИ-НЕ модуля U 011 будет полный комплект еди­ниц и, следовательно, на выходе этого модуля будет 1. С выхода U 011 сигнал 1 после усиления модулем импульсного усили­теля U 007 типа 1В21 поступает на вход 6 модуля U 005 типа 1КN05 на ло­гику, реализующую функцию 3И. И одновременно с выхода импульсного усилителя U 007 лог. 1 поступит через дифференцирующую цепочку к 007 на вход 9 модуля одновибратора U 006 типа 1М20. Одновибратор мгновенно на своем выходе выдаст импульс (лог. 1), которая после инверсии в модуле U 005 обеспечит на входе 7 второго элемента этого модуля 3И лог. 0, который за­блокирует проход лог.1 через элемент 3И. Длительность импульса на выходе одновибратора определяется емкостью конденсаторов, подключенных на выход 6 модуля одновибратора. После окончания импульса с одновибратора на его выходе лог. 1 сменится лог. 0, который после инверсии в модуле U 005 превратится в лог.1 и поступит на вход 7 логики 3И этого же модуля. Если за время существования импульса на выходе одновибратора перегрузка генера­тора не устранится, на входе 6 логики 3И модуля U 005 сохранится лог.1. Полный комплект единиц на входе 3И этого модуля создаст лог. 1 на его вы­ходе 11. Эта логическая 1 поступит на усилитель мощности, сработает реле d 001 и даст команду на отключение генератора.

При перегрузке по полному току на выходе входного модуля U 009 поя­вится лог. 1. С выхода этого модуля она поступит на вход 5 модуля задерж­ки времени U 010 и на вход 5 логики 3И модуля U 011. Через 20 с лог. 1 поя­вится на выходе модуля U 010. Если за это время перегрузка не устранится, то на входах логики 3И 4, 5, 6 модуля U 011 будет полный комплект единиц, и лог. 1 с этой логики поступит на усилитель мощности U 013. В результате сработает реле d 002 и отключится потребитель.

Если есть перегрузка по пол­ному току и нет перегрузки по активной мощности, то команда на отключение генератора не поступит. Диод не пропустит лог. 1 (-12 В) на вход 8 логики 3И модуля U 011, поэтому лог.1 после второй выдержки времени на модуле U 012 не пройдет на формирователь импульса U 007.

Статическая характеристика автоматического регулятора напряжения позволяет использовать датчик напряжения в качестве источника информации о величине тока нагрузки на генераторе. При нагрузке 90 % от номинальной на выходе модуля U 014, связанного с датчиком напряжения, лог. 1 сменяется лог. 0. После инверсии лог.0 в модуле U 015 лог. 1 поступает на усилитель мощности U 016 , срабатывает реле d 003, включается сигнализация о 90 % нагрузке на генераторе и одновременно происходит запуск резервного генера­тора.

При появлении обратной мощности меняется полярность на входе мо­дуля U 001 типа 2Е10, что приводит к появлению на его выходе лог. 1. Эта лог. 1 поступает на одновибратор U 002 типа 1М20 и набор логики U 003 типа 1KN05. Происходит временная задержка сигнала точно так же, как в канале на отключение генератора при перегрузке по активной мощности. После этого лог. 1 поступает на усилитель мощности U 004 типа 1Р40, срабатывает реле d 001 и дает команду на отключение генератора.