Устройство токовой защиты типа УТЗ-1М

Техническое описание

1. Устройство токовой защиты типа УТЗ-1М предназначено для выдачи сигналов при перегрузке судовых генераторов переменного тока частотой 50 Гц.

Устройство имеет две ступени выдачи сигналов. Первая ступень выдает сигнал с выдержкой времени, зависимой от тока нагрузки. Вторая ступень выдает сигнал с постоянной выдержкой времени после срабатывания первой ступени, а также независимо от первой ступени (отсечка) при превышении током нагрузки заданного максимального значения.

2. Устройство состоит из блока датчика активного тока УТЗ-ДА, предназначенного для выработки напряжения, пропорционального активному току генератора, и блока времени УТЗ-БВ, предназначенного для выдачи сигналов при повышении тока нагрузки.

3. Блок УТЗ-ДА устройства подключается к генератору трехфазного переменного тока через типовые измерительные трансформаторы напряжения с вторичным напряжением 133В, частотой 50 Гц и трансформатор тока с вторичным током 5 А.

Блок УТЗ-БВ устройства питается от однофазной сети переменного тока напряжением 133В, частотой 50 Гц.

4. Мощность, потребляемая:

а) блоком УТЗ-ДА – не более 5 ВА;

б) блоком УТЗ-БВ – не более 50 ВА.

5. Устройство обеспечивает надежную работу при условиях:

а) температуры окружающей среды от 0⁰ до ±45⁰ С;

б) относительной влажности до 98% при температуре + 40⁰С;

в) корабельной качки с наклонами до 45⁰ и периодом 7-9 с, а также при длительных наклонах в любую сторону до 45⁰;

г) вибрации с частотой до 25 Гц и ускорения 5 м/с²;

д) ударных сотрясений с ускорением 15д в вертикальном направлении и 5д – в горизонтальном;

е) морского тумана;

ж) длительных колебаний напряжения питающей сети от +6% до -10% и частоты +5% от номинальных значений, а при кратковременных колебаниях напряжения от +15% до -30% от номинальных значений не более 1, 5 с и колебаниях частоты +10% от номинального значения не более 5 с и не дает ложных срабатываний.

6. Устройство предусматривает возможность изменения уставки по активному току в пределах 2, 4-4 А при изменении cos φ от 0, 7 до 1, 0 с точностью срабатывания по уставкам +5%, а при изменении cos φ от 0, 7 до 0, 6 точность срабатывания по уставкам +10%.

7. По отсечке устройства настраивается на ток не менее 110% тока уставки, при этом верхний предел уставки отсечки должен выбираться с учетом допустимых перегрузок, оговоренных в п.12 настоящего ТО. Точность срабатывания при cos φ от 1, 0 до 0, 7 – +5%,а при cos φ от 0, 7 до 0, 6 +10%.

8. Первая ступень выдает сигнал при токе уставки с выдержкой времени, настраиваемой в пределах от 10 до 1, 5 с. Заданное время при нормальных климатических условиях (НКУ) должно находится в зоне допуска на уставку по току. В остальных условиях, оговоренных в ТУ, изменение выдержки времени не должно превышать +20%. При токах, больших тока уставки, время выдержки уменьшается.

9. При сохранении перегрузки после срабатывания первой ступени, вторая ступень выдает сигнал с постоянной выдержкой времени, настраиваемой в пределах (2-6) с +20%.

10. Вторая ступень выдает сигнал также независимо от первой ступени (отсечка) с нерегулируемой выдержкой времени не превышающей 1 сек при превышении током нагрузки заданного максимального значения.

11. Коэффициент возврата устройства, определяемый отношением тока отпускания к току срабатывания, должен быть не менее 0, 85.

12. Блок УТЗ-ДА устройства допускает следующие перегрузки по полному току:

а) в течение двух часов – 5, 5 а;

б) в течение 30 мин. – 6, 225 а;

в) в течение 5 мин. – 7, 5 а.

13. В качестве выходных элементов первой и второй ступеням блока УТЗ-БВ устройства использованы электромеханические реле.

14. Сопротивление электрической изоляции токоведущих частей относительно корпуса:

а) при температуре окружающей среды +25⁰ до +10⁰С и относительной влажности 95+3% - не менее 20 Мом;

б) при температуре окружающей среды +40⁰+2⁰С и относительной влажности 95+3% - не менее 1 Мом.

15. Иллюстрационные чертежи блоков устройства приведены в приложениях 1 и 2 (л ).

16. Исполнение блоков устройства – брызгозащищенное.

17. Рабочее положение блоков устройства – вертикальное.

18. Устройство рассчитано на непрерывную работу в течение 5000 час. Общий срок службы устройства 25000 час, но не более пяти лет с момента дачи устройства заказчику. Между периодами непрерывной работы допускается подрегулировка устройства и замена вышедших из строя блоков.

Описание общее и основных узлов.

Устройство осуществляет непрерывный контроль по активному току и выдает сигнал при достижении контролируемой величины тока уставки.

Блок датчика тока устройства (рис. 1.16 ) состоит из:

а) тороидального трансформатора напряжения Тр1 с двумя первичными обмотками, каждая из которых намотана на отдельный сердечник, и четырьмя вторичными, охватывающими оба сердечника;

б) тороидального согласующего трансформатора Тр2, первичная обмотка которого подключена к выходной обмотке трансформатора тока фазы; вторичная имеет вывод от средней точки;

в) четырех транзисторов ПП1…ПП4, выполняющих роль ключей.

При нагруженном генераторе и cos φ=1 (при активной нагрузке) напряжения на вторичных обмотках трансформатора напряжения Тр1 (Uф) совпадают по фазе с напряжением на вторичной обмотке согласующего трансформатора Тр2 (U=Iф).

Допустим, что в данный момент (участок Ов рис. 1.16) на концах вторичных обмоток 12 и 14 трансформатора Тр1 имеется отрицательный потенциал. В этом случае транзисторы ПП1 и ПП2 открыты, т.к. отрицательные напряжения приложены к их базам. Транзисторы ПП3 и ПП4 при этом закрыты – к их базам приложен положительный потенциал.

При наличии напряжения на вторичной обмотке согласующего трансформатора Тр2 по цепи 5 Тр2 («+») – диодный мост Д5…Д8 – 2в (2П2) – «+4ОВ» - нагрузка датчика – «- 40В» - Iв (IП2) – резистор R9 – 6 Тр2 («-») потечет ток прямого направления.

В цепи полуобмотки 6-7 Тр2 тока не будет т.к. транзисторы ПП3 и ПП4 закрыты.

В следующий полупериод (участок вс рис.1.16) откроются транзисторы ПП3 и ПП4 (7 и 9 Тр1 – отрицательный потенциал), а транзисторы ПП1 и ПП2 закроются.

В этом случае со вторичной обмотки трансформатора Тр2 потечет ток по цепи: 7 Тр2 («+») - диодный мост Д9…Д12 – транзисторы ПП3 и ПП4 – диодный мост Д9…Д12 – 2в (2П2) – «+4ОВ» - нагрузка датчика – «-4ОВ» - Iв (1П2) – резистор R9 – 6 Тр2 («-») также в прямом направлении.

При активной нагрузке (cos φ=1) напряжение на нагрузке (Uвых) датчика имеет форму двухполупериодной пульсации (рис.1.16).

Среднее значение напряжения на нагрузке равно:

При cos y<1 напряжения на вторичных обмотках трансформатора напряжения Тр1 (Uф) не совпадают по фазе с напряжением на вторичной обмотке согласующего трансформатора Тр2 (U=Iф).

На участке od (рис. 1.17 и 1.18) ток и напряжение находятся в противофазе. На концах вторичных обмоток 12 и 14 трансформатора Тр1 имеется отрицательный потенциал – транзисторы ПП1 и ПП2 открыты.

В этом случае (для участка od) ток со вторичной обмотки Тр2 потечет по цепи: 6 Тр2 («+») – резистор R9 – Iв (1П2) – «-» - нагрузка датчика – «+» - 2в (2П2) – диодный мост Д5…Д8 – 5 Тр2 («-») в обратном направлении.

На участке dв ток и напряжение находятся в фазе. Транзисторы ПП1 и ПП2 открыты.

Ток со вторичной обмотки Тр2 потечет по цепи: 5 Тр2 («+») – диодный мост Д5…Д8 – транзисторы ПП1 и ПП2 – диодный мост Д5…Д8 – 2в (2П2) – «+» - нагрузка датчика – «-» - Iв (1П2) – резистор R29 – 6 Тр2 («-») в прямом направлении.

Аналогично для участков ве и ес, но только при этом открыты транзисторы ПП3 и ПП4.

Для участка ве: 6 Тр2 («+») – резистор R9 – Iв (1П2) – «-» - нагрузка датчика – «+» - 2в (2П2) - диодный мост Д9…Д12 - транзисторы ПП3 и ПП4 - диодный мост Д9…Д12 – 7 Тр2 («-») – ток обратного направления.

При cos y<1 среднее значение напряжения на нагрузке датчика (Uвых датчика) будет меньше, чем при cos y=1 (рис. 1.17 и 1.18)

Таким образом, напряжение на нагрузке датчика пропорционально активному току.

Характеристика выхода датчика приведена на рис.1.19

Блок времени УТЗ-БВ (рис 1.20) состоит из:

а) трансформатора питания с тремя выпрямителями стабилизированного источника питания;

б) четырех эммитерных повторителей;

в) трех триггеров Шмита;

г) двух формирователей выдержки времени;

д) двух выходных триодных тиристоров;

е) двух электромеханических реле;

ж) магнитного усилителя.

Магнитный усилитель служит для разделения входов и усиления сигнала, поступающего в формирователь выдержки времени.

Магнитный усилитель УМ является однокаскадным, одноконтактным усилителем с выходом на постоянного токе, с внешней отрицательной обратной связью (обмотка обратной связи WI-2).

При отсутствии тока в обмотке управления W3-4, поле, создаваемое обмоткой смещения W5-6, запирает магнитный усилитель. При появлении тока управления магнитный усилитель открывается и выдает сигнал на первый формирователь выдержки времени.

Характеристика выхода магнитного усилителя приведена на рис. 1.19

Величину минимального тока, при котором срабатывает УТЗ-1М, и начальную выдержку времени можно изменять. Эти параметры устанавливаются перед включением устройства в работу.. величина минимального тока срабатывания устанавливается потенциометром R1, начальная выдержка времени при этом токе – потенциометр R3, а минимальный ток отсечки – потенциометром R7.

При достижении выходным напряжением блока УТЗ-ДА величины, достаточной для пробоя стабилитрона Д22, последний пробивается и на вход первого триггера Шмита (на базу транзистора ПП2) через первый эммитерный повторитель (транзистор ПП1) поступает сигнал. Триггер изменяет свое состояние (транзистор ПП2 открывается, а транзистор ПП3 закрывается) и с выхода его поступает сигнал на второй эммитерный повторитель (транзистор ПП4).

Отрицательный потенциал, снимаемый с эммитерного повторителя (с резистора R19), запирает диод Д7; таким образом, заряд конденсатора С4 и С5 проходит по цепи первого формирователя выдержки времени под действием суммы напряжения UI, снимаемого с потенциометра R3, и напряжения U2, снимаемого с резистора R19, через стабилитрон Д5, Д6, конденсатор С4 или С5, резистор R4.

Конденсатор С4 или С5 стремится зарядиться до напряжения, равного сумме напряжений UI и U2, с постоянной времени:

Т=С4(R19+R4+RД5+RД6)

Но при достижении на конденсаторе величины напряжения, равной напряжению U2, диод Д7 открывается и заряд конденсатора прекращается. Таким образом, конденсатор заряжается по начальному участку экспоненты до напряжения выхода второго эммитерного повторителя.

При изменении величины тока нагрузки генератора изменяется напряжение UI, при этом время заряда конденсатора С4 или С5 до постоянного напряжения U2 тока изменяется (рис. 1.21).

Чем больше ток нагрузки генератора, а, следовательно, больше и напряжение UI, тем меньше выдержка времени устройства (рис.1.21).

Стабилитроны Д5 и Д6 включены в схему для смещения характеристики выдержки времени устройства по оси токов.

Зависимость выдержки времени срабатывания первой ступени от тока нагрузки показана на рис. 1.22, где сплошными линиями показаны характеристики при максимальной постоянной времени

RC=[R*4+R₁₉+R_завII (R₂+R_зас)] (C₄+C₅),

R^*₄=20ком; R₁₉=5, 6ком; R₂=510ом,

R_зав, R_зас – величина, зависимая от положения движка потенциометра R₃, С4=50 мкф, С5=100 мкф (приложение 6), а пунктирными – характеристики при минимальной постоянной времени

RC=[R*4+R₁₉+R_завII (R₂+R_зас)] C₄

R^*₄=7, 5ком

Параметром характеристик является положение движка потенциометра R₃.

Для задания наклона рабочей характеристики поступают следующим образом: из точки уставки по активному току (Iуст, tуст) проводятся кривые характеристики (пользуясь методом интерполяции) при максимальной и минимальной постоянной времени. Между построенными характеристиками можно задать вторую точку рабочей характеристики при токе большем тока уставки.

Примеры

1.Уставка по активному току Iуст= 3, 2а, выдержка времени срабатывания первой ступени при токе уставки 3, 2а – tуст=6 сек (точка I).

При токе -3, 6а выдержка времени срабатывания первой ступени может быть задана в пределах от 2, 9 (точка 2) до 5, 45 сек (точка 3).

2. Уставка по активному току Iуст=2, 8а, выдержка времени срабатывания первой ступени при токе уставки 2, 8а – tуст=3, 5 сек (точка 4).

При токе -3, 1а выдержка времени срабатывания первой ступени может быть задана в пределах от 2, 225 (точка 5) до 3 сек (точка 6).

При достижении напряжением на конденсаторе С4 или С5 величины, достаточной для пробоя стабилитрона Д23, последний пробивается, и на вход триггера Шмитта (на базу транзистора ПП6) через эммитерный повторитель (транзистор ПП5) поступает сигнал. назначение эммитерного повторителя – увеличение входного сопротивления следующего за ними триггера Шмитта с целью исключения его влияния на заряд конденсатора С4 или С5. Триггер изменяет свое состояние (транзистор ПП6 открывается, а транзистор ПП7 закрывается), в результате чего по цепи управления триодного тиристора Д116 течет ток через резистор R27 и стабилитрон Д20. Триодный тиристор открывается и замыкает цепь питания катушки реле Р1.

Цепь питания реле Р1 состоит из выпрямителя на диодах Д8, Д9 и триодного тиристора Д16.

При срабатывании реле Р1 контакт последнего подключает цепочку второго формирователя выдержки времени: R29, С6 – к питающему напряжению.

Конденсатор С6 заряжается с постоянной выдержкой времени, равной: Т=R29хС6 до напряжения пробоя стабилитрона Д25. При этом сигнал поступает на вход триггера Шмитта (транзистор ПП9). Транзистор ПП9 открывается, транзистор ПП10 закрывается. С триггера Шмитта сигнал поступает в цепь управления триодного тиристора Д17. Триодный тиристор открывается, замыкая цепь питания катушки реле Р2.

Цепь питания реле Р2 состоит из выпрямителя на диодах Д10, Д11 и триодного тиристора Д17.

Кроме того, в устройстве предусмотрено срабатывание второй ступени с нерегулируемой выдержкой времени и независимо от первой ступени при превышении током нагрузки заданного максимального значения (отсечка R7).

Схема устройства питается постоянным напряжением 24В, получаемом от стабилизированного источника.

Стабилизированный источник состоит из выпрямителя на диодах Д12, Д13, баластного резистора R9 и стабилитронов Д18, Д19.

Описание конструкции

Конструктивно каждый блок устройства состоит из корпуса и выдвижного блока (I), вдвигаемого в корпус по направляющим (приложения 1, 2 л ).

Фиксация выдвижного блока осуществляется при помощи четырех винтов М8 (3), а электрическое соединение выдвижного блока с корпусом посредством разъема РП14.

В корпусе расположены клеемные платы для подсоединения внешнего кабеля и гнездная часть разъема РП14.

Выдвижной блок состоит из шасси, на котором установлены трансформаторы, платы и другие элементы схемы, а также ножевая часть разъема РП14.

Блоки устройства выполнены в брызгозащищенном исполнении с вводом кабеля снизу через отверстие в корпусе.

Конструкция корпуса и выдвижного блока сварная, из немагнитного алюминиево-магниевого сплава АМГ-5М.

2. Инструкция по эксплуатации

А. Общее наблюдение и уход.

В период эксплуатации устройства для содержания его в исправности и чистоте должен осуществляться уход за его элементами в соответствие с действующими правилами эксплуатации судового оборудования.

К обслуживанию устройства допускается подготовленный личный состав - электрики, хорошо знающие работу устройства и системы, в которой оно применяется.

При работе с устройством соблюдать правила техники безопасности.

Б. Подготовка к действию.

Подготовку к действию производить одновременно с подготовкой системы, в которой оно применяется.

При этом необходимо выполнить следующие операции:

- убедиться в отсутствии напряжения на блоках устройства;

- вскрыть каждый блок устройства, произвести внешний осмотр и убедиться в отсутствии механических повреждений, пыли, грязи и посторонних предметов;

- проверить надежность резьбовых соединений, деталей, качество паек, крепление монтажных проводов к клеммным платам, исправность штепсельного разъема и исправность в микровыключателе в блоке УТЗ-ДА, закорачивающего цепь трансформатора тока;

- замерить сопротивление изоляции блоков устройства мегомметром на рабочее напряжение 500В приложением испытательного напряжения между контактом в3 и всеми остальными контактами штепсельного разъема в блоке УТЗ-ДА, между контактом и всеми остальными контактами штепсельного разъема в блоке УТЗ-БВ. Величина сопротивления изоляции в нормальных условиях должна быть не менее 20 МОм;

- вставить выдвижные блоки в корпуса, затянуть невыпадающие винты.

В. Включение, обслуживание во время работы и отключение.

Устройство включается в работу на длительное время одновременно с включением в работу генераторов и осуществляет непрерывный контроль нагрузки генератора.

Во время работы элементы устройства не требуют обслуживания.

Отключение устройства производится снятием напряжения питания.

Периодическая проверка устройства производится через 5000 часов работы устройства, но не реже одного раза в 12 месяцев в объеме, предусмотренном в разделе Б.

Г. Обслуживание во время длительного бездействия.

Во время длительного бездействия устройства необходимо:

- содержать блоки его сухими и чистыми с подтянутыми крепежными и контактными соединениями;

- при обнаружении коррозии на наружных частях блоков немедленно удалить ее;

- подкрашивать места с поврежденной краской;

- периодически замерять величину сопротивления изоляции, которая должна быть не менее 20 Мом в нормальных условиях (не реже одного раза в 12 месяцев).

Д. Обслуживание во время ППО и ППР.

Во время длительного, ежедневного и ежемесячного осмотра необходимо убедиться в отсутствии повреждений внешнего монтажа и корпусов блоков устройства.

Паспорт блока датчика активного тока УТЗ-ДА.

Основные характеристики.

8. Индекс – УТЗ-ДА.

9. Подключение блока через типовой измерительный трансформатор напряжения с вторичным напряжением 133В и трансформатор тока с вторичным током 5А к генератору трехфазного тока частотой 50 Гц.

10. Режим работы – длительный.

11. Мощность, потребляемая от измерительного трансформатора напряжения блоком УТЗ-ДА – не более 5 ВА.

12. Выходная характеристика блока датчика активного тока УТЗ-ДА представлена на рис.1.

13. Условия эксплуатации:

а) температура окружающей среды от 0 до +45 С;

б) относительная влажность воздуха до 98% при температуре до +40 С;

в) длительное колебание напряжения питающей сети от+6% до -10% и частоты ±5% от номинальных значений.

Кратковременные колебания напряжения от +15% до -30% от номинального значения не более 1, 5 сек и колебания частоты ±10% от номинального значения не более 5 сек.

14. Сопротивление электрической изоляции токоведущих частей относительного корпуса:

а) при температуре окружающей среды +25⁰С ±10⁰С и относительной влажности 65±15% - менее 20 Мом;

б) при температуре окружающей среды +40±2⁰С и относительной влажности 95±3№ - не менее 1, 0 Мом.

15. Исполнение блока – брызгозащищенное.

16. Габаритные размеры: высота – 265 мм, ширина – 270 мм, глубина – 220 мм.

17. Масса – 7, 5 кг±10%.

18. Гарантийный срок устанавливается два года со дня сдачи объекта в эксплуатацию. Срок хранения блока без переконсервации – три года.

19. Блок рассчитан на непрерывную работу в течение 5000 часов. Общий срок службы блока 25000 час, но не более 5 лет с момента сдачи блока заказчику. Между периодами непрерывной работы допускается подрегулировка и замена вышедшего из строя блока.

20. Перечень примененных драгоценных материалов:

 

Наименование	Масса г (чистоты)	Номер акта на изъятии
Золото	0, 0261
Серебро	0, 0455

 

Паспорт 222.020 II. Блок времени УТЗ-БВ

устройства токовой защиты типа УТЗ=1М.

Основные характеристики.

8. Индекс – УТЗ-БВ.

9. Питание блока одноразовой сети переменного тока напряжением 133 В, частотой 50 Гц.

10. Режим работы – длительный.

11. Мощность, потребляемая от измерительного трансформатора напряжения блоком УТЗ-БВ – не более 5 ВА.

12. Блок УТЗ-БВ совместно с блоком УТЗ-ДА настроен на активный ток 3, 4А с точностью срабатывания ±5% при изменении cos φ от 1 до 0, 7 и с точность срабатывания ±10% при изменении cos φ от 0, 7 до 0, 6.

13. Коэффициент возврата не менее 0, 85.

14. Первая ступень выдает сигнал с выдержкой времени, зависимой от тока нагрузки (см. график на рис.1).

15. Вторая ступень выдает сигнал с выдержкой времени после срабатывания первой ступени 2 сек ±20%.

16. Отсечка настроена на ток, равный 4, 16 а, с выдержкой времени, не превышающей одной секунды. Точность срабатывания при cos φ от 1 до 0, 7 - ±5%,при cos φ от 0, 7 до 0, 6 - ±10%.

17. Условия эксплуатации:

а) температура окружающей среды от 0 до +45 С;

б) относительная влажность воздуха до 98% при температуре до +40 С;

в) длительные колебания напряжения питающей сети от+6% до -10% и частоты ±5% от номинальных значений; кратковременные колебания напряжения от +15% до -30% от номинального значения не более 1, 5 сек и колебания частоты ±10% от номинального значения не более 5 сек.

18. Сопротивление электрической изоляции токоведущих частей относительного корпуса:

а) при температуре окружающей среды +25⁰С ±10⁰С и относительной влажности 65±15% - менее 20 МОм;

б) при температуре окружающей среды +40±2⁰С и относительной влажности 95±3№ - не менее 1, 0 МОм.

19. Исполнение блока – брызгозащищенное.

20. Габаритные размеры: высота – 305 мм, ширина – 340 мм, глубина – 220 мм.

21. Вес – 12 кг±10%.

22. Гарантийный срок устанавливается два года со дня сдачи объекта в эксплуатацию. Срок хранения блока без переконсервации – три года.

23. Блок рассчитан на непрерывную работу в течение 5000 часов. Общий срок службы блока 25000 час. Между периодами непрерывной работы допускается подрегулировка и замена вышедшего из строя блока.

24. Перечень примененных драгоценных материалов:

Наименование	Масса г (чистоты)	Номер акта на изъятии
Золото	0, 1727
Серебро	12, 5990