В соответствии с Правилами Морского Регистра судоходства РФ генераторы, предназначенные для параллельной работы, должны иметь следующие виды защитных устройств (ЗУ): от токов КЗ, токов перегрузки, снижения напряжения, перехода генератора в двигательный режим. Конструктивно перечисленные ЗУ могут быть составной частью генераторного АВ, а также выполняться отдельно от АВ в виде узкоспециализированного унифицированного устройства (например УТЗ) или отдельного узла устройства с расширенными функциональными возможностями (например, БКЗГ). Применение ЗУ обеспечивает практически бесперебойное снабжение приемников электроэнергией и тем самым повышает безопасность плавания. В качестве примера рассмотрим защиту генераторов от токов перегрузки.
Блок контроля загрузки генераторов БКЗГ в состав СУ СЭЭС типа "Ижора - М" и обеспечивает защиту СГ от токов перегрузки при помощи двух каналов контроля загрузки с уставками 1,0 (1,1) и 1,3 (1,5)Рном. Схемы этих каналов подобныранее рассмотренной схеме канала контроля загрузки генератора до 0,9 (1,0) Рном (см. рис. 10.3), поэтому ограничимся описанием алгоритма работы каналов.
Канал с уставкой 1,0 (1,1) Рном состоит из двух последовательно включенных ступеней. Первая ступень имеет уставки по активной мощности 1,0 или 1,1Рном и по времени 2,0; 4,0; 10,0 или 20,0с, задаваемые при помощи соответствующих переключателей. Выдержка времени 2-й ступени не регулируется и составляет 4,0с. При увеличении активной мощности генератора до 1,0 или 1,1Рном первая ступень с выдержкой времени отключает 1-ю группу неответственных приемников и одновременно подает сигнал на вход 2-й ступени. Если за время 4,0с перегрузка генератора не исчезнет, 2-я ступень выдает сигнал на отключение 2-й группы неответственных приемников.
В отличие от рассмотренного канал с уставкой 1,3 (1,5)Рном выдает сигнал на одновременное отключение обеих групп неответственных приемников. Этот режим работы канала называют отсечкой.
Блок устройства токовой защиты УТЗ-1А входит в состав СУ СЭЭС типа "Ижора" и предназначено для защиты СГ от токов перегрузки посредством отключения неответственных приемников электроэнергии. Устройство устанавливают на каждом генераторе. Оно имеет 2 модификации: УТЗ-1А и УТЗ-1П, обеспечивающие срабатывание устройств соответственно по активному и полному току нагрузки генератора.
Каждая модификация имеет 2 ступени выдачи сигналов. Алгоритмы работы обеих ступеней подобны рассмотренным выше для каналов контроля загрузки генераторов 1,0 (1,1) Рном и 1,3 (1,5)Рном блока БКЗГ. Первая ступень выдает сигнал с постоянной выдержкой времени при токе нагрузки I = (1,0÷1,1)Iном При больших токах выдержка времени ступени уменьшается обратно пропорционально току. Вторая ступень выдает сигнал с постоянной выдержкой времени в случае сохранения перегрузки после срабатывания 1-й и без выдержки времени при токе нагрузки I > (1,3-1,5)Iном (режим отсечки).
Устройство УТЗ-1А (рис.10.12) подключается к генератору при помощи трансформаторов тока ТА1 и напряжения TV1 и TV2. Первая ступень выдачи сигналов состоит из измерительной и исполнительной частей. Измерительная часть включает в себя датчики активного тока ДАТ-1 и ДАТ-2 с общими для обоих датчиков трансформаторами тока ТА2 и напряжения ТVЗ. Датчик ДАТ-1 построен на трансформаторах напряжения TV5, TV6, выпрямителях UZ1, UZ2, резисторах R7-R9. Выходное напряжение U1 датчика снимается с потенциометра RPI0.
Датчик ДАТ-2 включает потенциометр RP2, резисторы R3-R6 и диоды VD1, VD2. Выходное напряжение Ude снимается между точками d и е датчика. Применение двух ДАТ вызвано необходимостью получения в 1-й ступени выдержки времени, находящейся в обратной зависимости от тока нагрузки и исполнительная часть 1-й ступени построена на транзисторах VT1-VT7 и реле напряжения KV1. При этом транзисторы VT1, VT4 и VT5 включены по схеме эмиттерного повторителя, а пары транзисторов VT2, VT3 и VT6, VT7 образуют триггеры Тr1 и Тr2 Шмидта.
Вторая ступень выдачи сигналов включена последовательно с первой и построена на транзисторах VT8-VT10 и реле KV2 напряжения. Транзистор
Рисунок 10.12. Принципиальная схема устройства токовой защиты УТЗ-1А
VT8 включен по схеме эмиттерного повторителя, транзисторы VT9, VT10 образуют триггер ТrЗ Шмидта. В качестве источника питания используется многообмоточный трансформатор TV4. Выпрямленное диодами VD11-VD12 и стабилизированное при помощи стабилитронов VD41, VD42 напряжение Un1 = 24В используется для питания исполнительных частей обеих ступеней. Напряжения Un2 и Un3 постоянного тока, полученные при помощи диодов VD13-VD16 служат для питания катушек реле KV1 и KV2.
При токе нагрузки генератора, меньшем тока уставки, напряжение Ude с выхода ДАТ-2 недостаточно для пробоя стабилитрона VD45. Последний закрыт, поэтому напряжение на входе триггера Тr1, снимаемое с резистора R13, отсутствует. Триггер находится в исходном состоянии, при котором транзистор VT2 закрыт, а VT3 открыт. Напряжение на выходе открытого VT3 близко к нулю, поэтому закрыт VT4 и на резисторе R21 напряжение U2 = 0. Поскольку ток нагрузки генератора меньше тока уставки, напряжение U1 на выходе ДАТ-1, снимаемое с потенциометра RP10, недостаточно для пробоя стабилитронов VD46, VD47. Поэтому разряжен конденсатор С6 и закрыт стабилитрон VD48.
Триггер Тr2 находится в исходном состоянии: транзистор VT6 закрыт, VT7 открыт. Последний шунтирует цепь со стабилитроном VD43 и тиристором VS19, реле KV1 обесточено. Контакты КV1:1 этого реле разомкнуты, поэтому напряжение на входе 2-й ступени отсутствует. Схема 2-й ступени на транзисторах VT8-VT10 и часть схемы 1-й ступени на транзисторах VT5-VT7 подобны, поэтому идентичные элементы обеих ступеней находятся в одинаковом состоянии, реле KV2 обесточено.
При увеличении тока нагрузки генератора до тока уставки напряжение Ude на выходе ДАТ-2 достигает значения напряжения пробоя стабилитрона VD45. Последний пробивается, что приводит к опрокидыванию триггера Тr1. Напряжение на выходе закрытого VT3 увеличивается до 24В. Поэтому открывается транзистор VT4 и на резисторе R21 устанавливается неизменное напряжение U2 = 24В. Одновременно напряжение U1 на выходе ДАТ-1 становится достаточным для пробоя стабилитронов VD46, VD47. С этого момента образуется цепь заряда конденсатора С6: потенциометр RP10 - стабилитроны VD46, VD47 - резистор R21 - конденсатор С6 - резистор R22. В этой последовательной цепи падения напряжений U1 и U2 действуют согласно, поэтому конденсатор С6 стремится зарядиться до напряжения (U1 + U2). Однако при достижении на конденсаторе С6 напряжения U2 = 24В отпирается диод VD21, вследствие чего заряд С6 прекращается. Таким образом, конденсатор С6 заряжается по начальному участку экспоненциальной кривой 1 (2) до одного и того же значения напряжения U2 = 24В (см.рис. 10.12, б).
Получаемая при заряде С6 выдержка времени 1-й ступени обратно пропорциональна току нагрузки генератора. Пусть, например, при определенном токе нагрузки напряжение на выходе ДАТ-1 составит U1. При этом заряд конденсатора происходит по кривой 2, чему соответствует выдержка времени t2. Увеличение тока нагрузки вызовет пропорциональное увеличение напряжения до значения U"1. Тогда заряд конденсатора осуществится по кривой 1 и выдержка времени уменьшится до значения t1.
Как только напряжение на С6 достигнет напряжения пробоя стабилитрона VD48, последний пробивается. Это приводит к опрокидыванию триггера Тr2. Напряжение на выходе закрывшегося транзистора VT7 увеличивается до 24В, поэтому пробивается стабилитрон VD43. Через него и резистор R30 потечет ток управления тиристора VS19. Последний откроется, сработает реле KV1, что вызовет отключение 1-й группы неответственных приемников. Одновременно с этим замыкаются контакты KV1:1 и размыкаются KV1:2. Начинается заряд конденсатора С8 через резистор R32. При увеличении напряжения на С8 до напряжения пробоя стабилитрона VD49 последний пробивается. Триггер ТrЗ опрокидывается, открывается тиристор VS20, включается реле KV2. При этом отключается 2-я группа неответственных приемников.
При увеличении тока нагрузки генератора до установленного наибольшего значения происходит практически мгновенное срабатывание 2-й ступени независимо от 1-й. В этом случае напряжение с выхода ДАТ-2 становится достаточным для пробоя стабилитрона VD49. В результате через резистор R36, VD49, резистор R33 образуется цепь тока базы транзистора VT8, который откроется. Далее работа схемы 2-й ступени повторяется.
Токи уставок составляют: для 1-й ступени I уст = (1,0 ÷1,1)Iyом 2-й ступени в режиме отсечки I уст = (1,3 ÷1,5)Iyом . Настройку указанных значений токов уставок проводят: 1-й ступени потенциометром RP2; 2-й ступени изменением номинального сопротивления резистора R33. Выдержку времени регулируют: 1-й ступени в пределах 1,5-10с потенциометром RP10 и изменением емкости конденсатора С6; 2-й ступени в пределах 2-6с изменением номинального сопротивления резистора R32.