Реле тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле тока. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и расширении функциональных возможностей. Для этого реле тока содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, два исполнительных элемента, три пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, сумматор, блок вычитания, двухсторонний ограничитель, два фильтра 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 заявляемом 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, а также относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие реагировать на скорость приращения тока.

Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и расширении функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, первый 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 первого 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, 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, первый фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен с входом первого порогового блока и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а также последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, и второй исполнительный элемент.

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 первый 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 И 5, 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 первый фильтр 17 нижних частот, выход которого соединен с входом первого порогового блока 3 и со вторыми входами блока 14 вычитания и сумматора 16. Устройство содержит также последовательно соединенные второй фильтр 18 нижних частот, вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 15, и второй исполнительный элемент 19. При этом первый 9 и второй 19 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента, 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 Uиэ (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 отсутствии аномальных искажений входного напряжения сигнал с выхода выпрямителя проходит последовательно через блок 14 вычитания, двухсторонний ограничитель 15, сумматор 16 и сглаживается в первом фильтре 17 нижних частот. Поскольку на вторые входы блока 14 вычитания и сумматора 16 поступает один и тот же сигнал с выхода первого фильтра 17, то эти элементы никак не изменяют выходной сигнал выпрямителя 2, который сглаживается в первом фильтре 17. Это сглаженное напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем Uoп, 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 И 5 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 И 4 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 Uиэ, 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.

Кроме того, сигнал с выхода двухстороннего ограничителя 15, пропорциональный приращению входного тока относительно его средней величины на некотором интервале усреднения, задаваемого параметрами первого фильтра 17, поступает на вход второго фильтра 18 нижних частот. На его выходе формируется сигнал, пропорциональный средней скорости изменения входного. Если этот сигнал превысит допустимое значение, то срабатывает второй исполнительный элемент 19, что обеспечивает реакцию реле на недопустимую скорость изменения 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. Кроме того, расширяются функциональные возможности реле, поскольку обеспечивается его реакция на скорость приращения тока.

Источники информации, принятые во внимание

[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.

Реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, первый 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 первого 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, двусторонний ограничитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двустороннего ограничителя, первый фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен с входом первого порогового блока и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, а также последовательно соединенные второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом двустороннего ограничителя, и второй исполнительный элемент.