RU2741063C1 - Current protection device with mathematical analysis function - Google Patents
Current protection device with mathematical analysis function Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741063C1 RU2741063C1 RU2020129527A RU2020129527A RU2741063C1 RU 2741063 C1 RU2741063 C1 RU 2741063C1 RU 2020129527 A RU2020129527 A RU 2020129527A RU 2020129527 A RU2020129527 A RU 2020129527A RU 2741063 C1 RU2741063 C1 RU 2741063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- voltage
- microcontroller
- control module
- analog
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/02—Details
- H02H3/06—Details with automatic reconnection
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на железнодорожном транспорте для защиты оборудования тягового подвижного состава (ТПС) или моторвагонного подвижного состава (МВПС) от коротких замыканий и перегрузки в электрических сетях.The invention relates to electrical engineering and can be used in railway transport to protect equipment of traction rolling stock (TPS) or multiple unit rolling stock (MVPS) from short circuits and overload in electrical networks.
Известно устройство - устройство токовой защиты (патент №2706421 RU), содержащее фазный проводник, нулевой проводник, силовые контакты с катушкой независимого расцепителя, датчик тока, соединенный с третьим входом микроконтроллера, нагрузку, блок питания, орган усиления, соединенный с первым выходом микроконтроллера, датчик напряжения, соединенный с первым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды напряжения через нуль, соединенный со вторым входом микроконтроллера, датчик перехода синусоиды тока через нуль, соединенный с четвертым входом микроконтроллера, орган индикации состояния электрической сети, соединенный со вторым выходом микроконтроллера. В результате в микроконтроллере происходит непрерывное алгоритмическое обрабатывание поступающих значений и выделение приращений тока в электрической сети. По вычисленным значениям приращения тока и коэффициента мощности электрической сети микроконтроллер подает сигнал на отключение нагрузки через выдержку времени или мгновенно.A known device is a current protection device (patent No. 2706421 RU), containing a phase conductor, a neutral conductor, power contacts with a shunt release coil, a current sensor connected to the third input of the microcontroller, a load, a power supply, an amplification organ connected to the first output of the microcontroller, a voltage sensor connected to the first input of the microcontroller, a voltage sine-wave zero crossing sensor connected to the second microcontroller input, a current zero-crossing sensor connected to the fourth microcontroller input, an electrical network state indicating body connected to the second microcontroller output. As a result, in the microcontroller there is a continuous algorithmic processing of the incoming values and the allocation of current increments in the electrical network. Based on the calculated values of the current increment and the power factor of the electrical network, the microcontroller gives a signal to disconnect the load after a time delay or instantly.
Недостатком данного устройства является отсутствие анализа математической функции постоянного тока на основе накопленных данных по значениям приращения тока.The disadvantage of this device is the lack of analysis of the mathematical function of direct current based on the accumulated data on the values of the current increment.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство интеллектуальной токовой защиты электрических сетей от однофазных замыканий на землю (патент №2715909 RU), содержащее на каждой линии датчик тока нулевой последовательности и связанный с ним по входу релейный орган блока защиты с задаваемой уставкой на срабатывание, функциональный модуль вычисления показателя неполноты замыкания на землю, измерительный трансформатор напряжения, модуль автоматической адаптивной коррекции тока уставки на срабатывание защиты, содержащий набор датчиков контроля параметров внешней среды.The closest in technical essence to the proposed device is a device for intelligent current protection of electrical networks against single-phase earth faults (patent No. 2715909 RU), containing on each line a zero-sequence current sensor and a relay element of the protection unit connected to it at the input with a set setting for operation , a functional module for calculating the indicator of incompleteness of an earth fault, a voltage measuring transformer, a module for automatic adaptive correction of the setting current for protection operation, containing a set of sensors for monitoring environmental parameters.
Недостатком данного устройства является также отсутствие анализа математической функции постоянного тока, что не позволяет проанализировать предысторию какого-либо события, вызвавшего переход системы в защитное состояние.The disadvantage of this device is also the lack of analysis of the mathematical function of direct current, which does not allow analyzing the history of any event that caused the transition of the system to a protective state.
Технической задачей изобретения является устранение системных недостатков аппаратуры и алгоритмов управления в результате анализа математической функции тока во времени, позволяющего находить закономерности в алгоритме работы локомотива и переходами в защитный режим.The technical objective of the invention is to eliminate the systemic shortcomings of the equipment and control algorithms as a result of the analysis of the mathematical function of the current in time, which makes it possible to find patterns in the algorithm of the locomotive operation and transitions to the protective mode.
Технический результат достигается тем, что устройство токовой защиты с функцией математического анализа, содержит модуль коммутации, включающий в себя измерительный датчик на эффекте Холла или измерительный шунт и электромагнитное реле или контактор, модуль управления, включающий в себя аналого-цифровой тракт, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер, схему управления устройствами коммутации, преобразователь питания, микросхему энергонезависимой памяти и микросхему драйвера линии передачи данных.The technical result is achieved by the fact that a current protection device with a mathematical analysis function contains a switching module including a Hall effect measuring sensor or a measuring shunt and an electromagnetic relay or contactor, a control module including an analog-digital path consisting of a voltage divider , operational amplifiers, filters and analog-to-digital converter, microcontroller, switching device control circuit, power converter, non-volatile memory microcircuit and data transmission line driver microcircuit.
Предлагаемое устройство выполняет следующие функции:The proposed device performs the following functions:
- измерение протекающего в цепи постоянного или переменного тока, измерение напряжения и сохранение измеренных значений в энергонезависимой памяти;- measurement of DC or AC current flowing in the circuit, voltage measurement and storage of measured values in non-volatile memory;
- математический анализ функции напряжения и тока в цепи:- mathematical analysis of the function of voltage and current in the circuit:
- анализ динамики изменения величины пульсаций напряжения и тока;- analysis of the dynamics of changes in the magnitude of voltage and current ripples;
- анализа динамики изменения тока или величины напряжения;- analysis of the dynamics of changes in current or voltage;
- вычисления спектра частот сигналов тока и напряжения;- calculation of the frequency spectrum of current and voltage signals;
- управление внешними или внутренними устройствами коммутации цепей по командам, полученным из линии связи;- control of external or internal circuit switching devices according to commands received from the communication line;
- автоматическое снятия напряжения с устройств коммутации при нарушении условий, описываемых программным алгоритмом.- automatic removal of voltage from switching devices in case of violation of the conditions described by the software algorithm.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства токовой защиты с функцией математического анализа.FIG. 1 shows a block diagram of a current protection device with a mathematical analysis function.
Устройство состоит из модуля коммутации, выполняющий функцию коммутации внешних электрических цепей, а также преобразование величины тока в выходное напряжение посредством датчиков на эффекте Холла или измерительного шунта, и модуля управления, который производит управление устройствами коммутации и обеспечивает измерение, сохранение и анализ функций тока и напряжения во времени.The device consists of a switching module that performs the function of switching external electrical circuits, as well as converting the current value into an output voltage using Hall effect sensors or a measuring shunt, and a control module that controls switching devices and provides measurement, storage and analysis of current and voltage functions. in time.
Модуль коммутации включает в себя измерительный датчик 1 на эффекте Холла или измерительный шунт (выбирается на основе уровня протекающего тока в анализируемой цепи) и электромагнитную катушку 2.1, управляющую нормально-замкнутым и/или нормально-разомкнутым контактами реле (контактором) 2.2.The switching module includes a Hall
Модуль управления включает в себя аналого-цифровой тракт 3, состоящий из делителя напряжения, операционных усилителей, фильтров и аналого-цифрового преобразователя, микроконтроллер 4, схему управления устройствами коммутации 5, преобразователь питания 6, микросхему энергонезависимой памяти 7 и микросхему драйвера линии передачи данных 8 интерфейсов CAN или RS485.The control module includes an analog-to-
Устройство токовой защиты с функцией математического анализа можно настраивать на выполнение перехода в защитное состояние коммутируемых цепей, программно задав пороги для данного события - в абсолютном или относительном значении. На фиг. 2 показаны различные графики функции тока во времени, соответствующие: а - лавинообразному росту тока; b -экспоненциальному росту тока; с - медленному росту тока; d - медленному убыванию тока. Устройство позволяет задать оконную функцию тока, и таким образом позволяет оповестить какую-либо функцию диагностики или управления о скорости изменения параметра, тем самым, предотвращая выход из строя какого-либо внешнего оборудования.The overcurrent protection device with the function of mathematical analysis can be configured to perform a transition to the protective state of the switched circuits by programmatically setting the thresholds for this event - in absolute or relative value. FIG. 2 shows various graphs of the stream function in time, corresponding to: a - avalanche-like growth of current; b -exponential current growth; c - slow current growth; d - slow decrease in current. The device allows you to set the window function of the current, and thus allows you to notify any diagnostic or control function about the rate of change of the parameter, thereby preventing the failure of any external equipment.
При этом программно можно настраивать шаг дискретизации входных измеряемых сигналов тока и напряжения. В энергонезависимую память блока будет записываться три значения: временная метка, величины тока и напряжения. Запись в память будет производиться непрерывно циклически, при этом в определенной области памяти будет храниться массив точек, соответствующих переходу внешней коммутируемой цепи в защитное состояние, которая может быть очищена только обслуживающим персоналом. Длина участков памяти и ширина сохраняемых фрагментов определяются при программной конфигурации блока.In this case, you can programmatically adjust the sampling step of the input measured current and voltage signals. Three values will be recorded in the nonvolatile memory of the block: time stamp, current and voltage values. Writing to the memory will be performed continuously cyclically, while an array of points corresponding to the transition of the external switched circuit to the protective state, which can only be cleared by the service personnel, will be stored in a certain memory area. The length of the memory sections and the width of the saved fragments are determined by the program configuration of the block.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129527A RU2741063C1 (en) | 2020-09-07 | 2020-09-07 | Current protection device with mathematical analysis function |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129527A RU2741063C1 (en) | 2020-09-07 | 2020-09-07 | Current protection device with mathematical analysis function |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2741063C1 true RU2741063C1 (en) | 2021-01-22 |
Family
ID=74213325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020129527A RU2741063C1 (en) | 2020-09-07 | 2020-09-07 | Current protection device with mathematical analysis function |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2741063C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2422964C1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Device of electric circuits current protection against single-phase ground faults (versions) |
US8990036B1 (en) * | 2013-09-16 | 2015-03-24 | Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. | Power line parameter adjustment and fault location using traveling waves |
RU2706421C1 (en) * | 2019-05-23 | 2019-11-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" | Current protection device |
RU2715909C1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-03-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Device for electric current protection of electric circuits against single-phase earth faults |
-
2020
- 2020-09-07 RU RU2020129527A patent/RU2741063C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2422964C1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Device of electric circuits current protection against single-phase ground faults (versions) |
US8990036B1 (en) * | 2013-09-16 | 2015-03-24 | Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. | Power line parameter adjustment and fault location using traveling waves |
RU2715909C1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-03-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Device for electric current protection of electric circuits against single-phase earth faults |
RU2706421C1 (en) * | 2019-05-23 | 2019-11-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" | Current protection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9568516B2 (en) | Determining status of electric power transmission lines in an electric power transmission system | |
US5455776A (en) | Automatic fault location system | |
RU2583452C2 (en) | Directed detection of resistive ground fault and rupture of conductor of medium voltage | |
RU2422964C1 (en) | Device of electric circuits current protection against single-phase ground faults (versions) | |
US20110241654A1 (en) | Method and apparatus for dynamic signal switching of a merging unit in an electrical power system | |
JP6503322B2 (en) | Ground fault detection device | |
CA3000879A1 (en) | Improvements in or relating to direct current distance protection controllers | |
DE102006019467A1 (en) | Electrical network`s short-circuit detecting method for use in e.g. industry, involves determining actual values as intensity of current flowing in electrical network, and detecting short-circuit when threshold value exceeds threshold value | |
CN102067403B (en) | Method and arrangement for generating an error signal | |
DE102007017543A1 (en) | Earth fault distance locating method for earth fault-compensated, operated three-phase-electrical power network, involves calculating distance to earth fault based on phase voltage under consideration of earth impedance | |
US10338122B2 (en) | Method and device for detecting a fault in an electrical network | |
RU2741063C1 (en) | Current protection device with mathematical analysis function | |
PL230775B1 (en) | System for measuring the resistance of buried insulation on the direct current low voltage distribution board busbars | |
US10228406B2 (en) | Detecting a fault, in particular a transient fault, in an electrical network | |
CN112970162B (en) | Acceleration zone-2 protection for transmission lines | |
EP2756571A1 (en) | Method and protective device for identifying a ground fault in a polyphase electrical energy supply network having a compensated or isolated star point | |
RU2498328C1 (en) | Method for control of automatic reclosure of feeder switch with short-circuiting control in overhead system | |
JP2019507573A (en) | Improvements in or related to power systems | |
JP2018514173A (en) | Improvement in digital output circuit or improvement related to digital output circuit | |
US11114892B2 (en) | Electric power system transducer failure monitor and measurement recovery | |
US11366176B2 (en) | Compensation device for leakage currents | |
US11411390B2 (en) | Secure and dependable restricted earth fault protection for electric power generators and transformers | |
JP3727802B2 (en) | Protective relay device | |
US20220178976A1 (en) | Frequency estimation and tracking using current | |
RU2400899C1 (en) | Method of ultra-rapid emergency protection of ac power system elements and device for its realisation |