CC BY
0
Секция «Автоматика и электроника»
УДК 621.396
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Д. А. Ерохин Научный руководитель - Н. В. Штабель
1Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: erohhaa@mail.ru
Описаны устройства защиты выходных линий источников питания постоянного тока, а также устройство защиты на основе микроконтроллера. Анализ каждого устройства продемонстрировал работоспособность и целесообразность применения.
Ключевые слова: устройство защиты, микроконтроллер, источник питания постоянного тока, АЦП, АЛУ.
COMPARATIVE ANALYSIS OF DC POWER SUPPLY PROTECTION DEVICES
D. A. Erokhin Scientific supervisor - N. V. Shtabel
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: erohhaa@mail.ru
Devices for protection of output lines of DC power supplies, as well as a protection device based on a microcontroller, are described. The analysis of each device has demonstrated the operability and feasibility of use.
Keywords: protection device, microcontroller, DC power supply, ADC, ALU.
В современных системах, например, электропитание космического аппарата, широко рассматривается проблема надежности, безопасности оборудования и человека от последствий снижений сопротивления изоляции (утечки токов), напряжения, мощности и выхода тока нагрузки за допустимые пределы.
На данный момент, существую устройства, которые обеспечивают защиту выходных линий источников питания. Однако большинство из них для переменного тока, а также нет такого устройства, которые сочетало бы в себе одновременно функции контроля напряжения, токов, мощности, токов утечки и времени отключения линии.
Для оценки текущего технического уровня устройств и методов защиты от перенапряжений, повышенных токов и токов утечки был произведен анализ существующих устройств и патентов, выполняющих указанные функции для выбора наилучшего метода решения каждой из поставленных задач.
В данной работе представлено устройство защиты от повышенного напряжения в сетях постоянного тока РКН-1-1-15[1], от повышенных токов РКТ-3[2] и от токов утечки (контроль изоляции) РКИ110/3Р^2[3].
Реле контроля постоянного напряжения РКН-1-1-15 [1] - это устройство предназначено для выдачи управляющего сигнала при обнаружении выхода значения напряжения выше или ниже установленного значения в сетях. Питание реле осуществляет от контролируемого
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
напряжения, отдельного напряжения питания не требуется. Технические характеристики реле контроля напряжения РКН-1-1-15 представлены в табл. 1.
Таблица 1
Технические характеристики РКН-1-1-15
Параметры Значения
Номинальное напряжения 110 В
Минимальное допустимое напряжение питания 72 В
Максимальное допустимое напряжение питания 165 В
Контроль перенапряжения +5..+30%
Контроль снижения напряжения -30..-5%
Точность установки порогов напряжения 5%
Точность измерения 2%
Диапазон установки времени задержки, X 0.1-10 с
Время включения 200 мс
Потребляемая мощность (не более) 4 ВА
Рассмотри реле контроля тока РКТ-3[2], устройство предназначено для контроля перегрузок, потребления и диагностики удалённого оборудования от работы на пониженном или повышенном токе из-за неполадок в сети. А также для выдачи управляющего сигнала при обнаружении выхода значения тока выше или ниже установленного значения.
В табл. 2 представлены технические характеристики РКТ-3.
Таблица 2
Технические характеристики РКТ-3
Параметры Значения
Напряжение питания 50-270 В
Диапазон измерения тока 1.6 - 16 А
Перегрузка по току (длительность 100мс), не более 50 А
Регулируемый порог срабатывания от максимального значения тока +10..+100%
Погрешность установки порога срабатывания 10%
Регулируемая задержка срабатывания реле 0.1,1,2,4,10
Потребляемая мощность (не более) 2 ВА
Теперь рассмотрим реле контроля изоляции РКИ110/3P-v2[3], предназначенное для измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока между двумя полюсами шины и корпусом, а также для выдачи сигнала аварии на реле при увеличении устанавливаемых порогов.
Технические характеристики:
- Диапазон измерения сопротивления изоляции шины: 1кОм - 500Юм.
- Номинальное входное напряжение: 100 В.
- Диапазон измерения по токам утечки: 0.2 мА - 100 мА.
Таким образом, проанализировав существующие устройства, следует вывод о том, что ни одно устройство не выполняет все 4 функции, то есть защита по току, по напряжению, току утечки, мощности, а также время срабатывания у большинства устройств не удовлетворяет требованиям защиты. В табл. 3 приведены обобщенные технические характеристики всех приведенных устройств.
Все рассмотренные выше защиты работают с аналоговыми величинами. Кроме них в последнее время в промышленности и особенно в энергетике начинают активно внедрять цифровые технологии на основе работы микропроцессорных устройств и статических реле
(Секция «Автоматика и электроника»
Обобщенные технические характеристики устройств
Таблица 3
Устройство Защит Защит Защит Диапа Диапаз Диапазон Потреб Время
а по а от а от зон по он по по току ляемая задержк
току перен токов току I, напряж утечки 1ут, мощнос и t, с
I апряж утечк А ению U, мА ть, не
ения и 1ут B более Р,
U Вт
РКН-1-1-15 - + - 0-36 72-165 - 4 0.1
РКТ-3 + - - 0-16 - - 2 0.1
РКИ110/3 Р^2 - - + - - 0.2-100 1 -
Измеряются сигналы с датчиков по току, напряжению и току утечки при помощи встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Затем сигнал поступает на логическую часть микропроцессорной защиты (АЛУ), которая работает по определенному, заранее настроенному алгоритму. При возникновении аварийных ситуаций логика устройства выдает команду исполнительному отключающему механизму на снятие напряжения с сети.
Преимущество данного устройства — это гибкость в настройке порогов срабатывания, возможность настройки времени срабатывания (не более 20 мкс.), стабильность характеристики и фильтрация сигналов.
Анализ устройств защиты выходных линий источников питания постоянного тока, показал, что каждый датчик «проигрывает» устройству защиты на базе микроконтроллера в быстродействие системы, в функционале защиты.
Библиографические ссылки
1. Реле контроля постоянного напряжения РКН-1-1-15 [Электронный ресурс]. URL: https://www.meandr.ru/files/files/rele/rkn_1_1_15/rkn-1-1-15.pdf (дата обращения 15.04.2021).
2. Реле контроля тока РКТ-3 [Электронный ресурс]. URL: https://www.meandr.ru/files/files/rele/rkt-3/rkt-3-v12.pdf (дата обращения 15.04.2021).
3. Реле контроля изоляции РКИ110/3Р^2 [Электронный ресурс]. URL: https://sgep.ru/upload/lblock/07b/2018.04.18._РЭ%20РКИ220-110-48_3Р.pdf (дата обращения 15.04.2021).
4. Никитин А. А. Микропроцессорные реле. М.: Научно-образовательный центр Экра, 2016. 108 с.
© Ерохин Д. А., 2021
