Реле тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле тока. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. Для этого устройство содержит промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, выпрямитель, исполнительный элемент, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, вход которого является входом запуска реле тока, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, блок вычитания, двухсторонний ограничитель, сумматор, а также фильтр нижних частот. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле тока.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле тока.

Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый блок и исполнительный элемент [2].

Недостатком этого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее исполнительный элемент, последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, выпрямитель, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска генератора тактовых импульсов. Кроме того, исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом реле с замыкающими контактами [3].

Недостатком этого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость в условиях кратковременных высокочастотных помех.

Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости.

Этот технический результат достигается тем, что в реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, исполнительный элемент, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска генератора тактовых импульсов, введены блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя, двухсторонний ограничитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, а также фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом первого порогового блока и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, вход фильтра нижних частот соединен с выходом сумматора.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле тока, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Реле тока содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель 2, первый пороговый блок 3, первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом “меньше” и выходом “больше” первого порогового блока 3, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 4, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента 5 И, а также одновибратор 12, вход которого является входом запуска реле тока, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10. Кроме того, устройство содержит блок 14 вычитания, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя 2, двухсторонний ограничитель 15, вход которого соединен с выходом блока 14 вычитания, сумматор 16, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 15, а также фильтр 17 нижних частот, выход которого соединен с входом первого порогового блока 3 и со вторыми входами блока 14 вычитания и сумматора 16. При этом, исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента 9, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом реле с замыкающими контактами.

Первый 3, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, а также пороговый блок 13 могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [4, стр. 177, 187], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель - по схеме, приведенной в [2, стр.113], делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Остальные элементы являются стандартными элементами электронной техники.

Вход промежуточного трансформатора 1 тока является информационным входом реле тока, а вход одновибратора 12 является входом запуска реле тока.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2,а - сигнал U₂ на выходе выпрямителя 2, на фиг.2,б - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,в - сигнал U₁₃ на выходе порогового блока 13.

Реле тока работает следующим образом.

При включении реле тока питание подается на все его элементы, в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывает импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента U_иэ (фиг.2,б). На вход промежуточного трансформатора 1 тока, который является информационным входом реле тока, поступает входной сигнал, поэтому на выходе выпрямителя 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и несглаженное напряжение U₂ (фиг.2,а). В отсутствие аномальных искажений входного напряжения сигнал с выхода выпрямителя проходит последовательно через блок 14 вычитания, двухсторонний ограничитель 15, сумматор 16 и сглаживается в фильтре 17 нижних частот. Поскольку на вторые входы блока 14 вычитания и сумматора 16 поступает один и тот же сигнал с выхода фильтра 17, то эти элементы никак не изменяют выходной сигнал выпрямителя 2, который сглаживается в фильтре 17. Это сглаженное напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_оп, которое может выбираться исходя из максимально допустимых значений величины тока в обычных условиях эксплуатации защищаемой цепи. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе “больше” первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе “меньше”. В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент 5 И поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6 после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент 4 И поступают на его вход сложения (фиг.2,б). В результате этого при значительном увеличении амплитуды входного тока сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента U_иэ, что приведет к формированию в сигнале U₁₃ на выходе порогового блока 13 уровня логической единицы (сигнала короткого замыкания КЗ) и срабатыванию замыкающего контакта реле тока.

Если в выходном напряжении выпрямителя 2 присутствуют случайные кратковременные выбросы, то они сглаживаются в двухстороннем ограничителе 15, что повышает помехоустойчивость реле тока.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле тока. При длительной работе в нормальном режиме, когда входной ток находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала Uп+ реверсивного счетчика, при недопустимо большом уровне входного сигнала - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала Uп-.

Таким образом, в предложенной конструкции реле тока повышается помехоустойчивость и надежность реле тока, т.к. обеспечивается устранение влияния высокочастотных помех в контролируемой сети.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.

2. Ченобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с.112, рис.2.66 (прототип).

3. Патент РФ, №2192084, МПК⁷ Н 02 Н 3/06, 3/08, 2002.

4. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.

Формула изобретения

Реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, исполнительный элемент, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле тока, отличающееся тем, что введены блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом выпрямителя, двухсторонний ограничитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, а также фильтр нижних частот, выход которого соединен с входом первого порогового блока и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, вход фильтра нижних частот соединен с выходом сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2