Способ линеаризации проходной характеристики времяимпульсного омметра релейной защиты

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение точности. Согласно способу для получения линейной проходной характеристики между параметрами входного сопротивления короткого замыкания линии электропередачи z_w.кз и длительности Δt₁ генерируемых компаратором прямоугольных импульсов напряжения на основе периодической последовательности прямоугольных импульсов с длительностью Δt₁ и частотой следования 2f формируют вторую периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения с постоянной амплитудой, имеющих длительность Δt₂=1/(2f)-Δt₁ и частоту следования f. Из второй периодической последовательности выделяют гармонику с частотой f, амплитуда, действующее и среднее значения которой линейно связаны с величиной модуля z_w.кз сопротивления короткого замыкания. При этом за линеаризованную проходную характеристику принимают функциональную зависимость, линейно связывающую величину модуля z_кз полного сопротивления либо с амплитудой, либо с действующим, либо со средним значением выделенной гармоники напряжения с частотой f. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к входящему в структуру релейной защиты объекта электротехнического назначения, например линии электропередачи W системы электроснабжения синусоидального переменного тока с частотой f (период Т=1/f)) времяимпульсному измерительному органу релейной защиты с двумя подведенными к нему электрическими величинами, одна из которых определяется действующим значением I_w синусоидального тока, протекающего в объекте электротехнического назначения, а другая определяется действующим значением U_w синусоидального напряжения на этом объекте, при этом времяимпульсный измерительный орган релейной защиты функционирует как времяимпульсный омметр релейной защиты, измерительная часть которого содержит компаратор с двумя входами и одним выходом, на котором при возникновении короткого замыкания на контролируемом релейной защитой электротехническом объекте генерируется выходной электрический сигнал u_вых1 в виде периодической последовательности прямоугольных импульсов напряжения, длительность Δt₁ импульсов которых косвенно связана с электрической удаленностью места короткого замыкания, определяемой модулем z_w.кз=U_w.кз/I_w.кз входного сопротивления, например, линии электропередачи W при коротком замыкании на ней, т.е. Δt₁(z_w.кз).

Времяимпульсными омметрами релейной защиты, функционирующими по описанному принципу, например, являются времяимпульсные измерительные органы релейной защиты со способом формирования подводимых к компаратору электрических величин согласно [А.с. СССР 281610, МПК Н01Н 83/16. Реле сопротивления / В.А.Мамаев (СССР). - №1361064/24-7; заявл. 09.09.69; опубл. 14.09.70, бюл. №29] или [Пат. 2336590 РФ, МПК Н01Р 83/16. Способ формирования сравниваемых компаратором электрических величин во времяимпульсном измерительном органе сопротивления (омметре защиты) / В.А.Мамаев (RU); заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский государственный технический университет. - №2007128680/09; заявл. 25.07.07; опубл. 20.10.08. Бюл. №29], причем в [Пат. 2336590 РФ] решена задача по повышению точности работы времяимпульсного измерительного органа релейной защиты за счет возведения в положительную степень n>1 подводимых к входам компаратора соответствующим образом сформированных электрических величин, при этом, если в [Пат. 2336590 РФ] использовать n=1, то компаратор будет функционировать в условиях, аналогичных его функционированию по [А.с. СССР 281610].

За ближайший прототип принят времяимпульсный измерительный орган по [Пат. 2336590 РФ], функционирующий как омметр защиты, но в котором при формировании соответствующих электрических величин степень n может принимать значения n≥1.

Существенный недостаток времяимпульсного омметра релейной защиты по прототипу [Пат. 2336590 РФ] - это наличие у него нелинейной проходной характеристики z_w.кз(Δt₁), связывающей модуль z_w.кз сопротивления короткого замыкания со значением длительности Δt₁ прямоугольного импульса, из периодической последовательности которых состоит напряжение u_вых1 и которое при коротком замыкании на защищаемом объекте электротехнического назначения в пределах зоны ответственности времяимпульсного омметра релейной защиты генерируется на выходе его компаратора.

Предлагаемый в изобретении способ линеаризации проходной характеристики z_w.кз(Δt₁) применим к времяимпульсному измерительному органу релейной защиты, функционирующему как омметр релейной защиты, у которого, например, к первому входу компаратора подведено вызывающее его срабатывание мгновенное значение рабочего напряжения u_р.кз(t), а к его второму входу подведено тормозное напряжение U_т.кз постоянного тока, при этом по прототипу рабочее напряжение u_р.кз(t) является периодической последовательностью из однополярных импульсов мгновенных значений напряжений, полученных в результате возведения в положительную степень n≥1 модулей мгновенных значений синусоидального напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя, при этом подводимое к его входу синусоидальное напряжение функционально связано постоянным коэффициентом k₁ с подводимым к токовому входу времяимпульсного омметра релейной защиты мгновенным значением синусоидального тока i_кз(t)=I_m.кзsin(2πf·t) с действующим значением , где ток i_кз(t) через коэффициент трансформации трансформатора тока определяется синусоидальным током i_w.кз(t) соответствующей фазы линии электропередачи W, т.е. при коротком замыкании на линии электропередачи W рабочее напряжение u_р.кз(t), в общем случае, получают посредством возведения в положительную степень n≥1 модуля мгновенного синусоидального напряжения k₁·i_кз(t):

которое является периодической последовательностью однополярных импульсов с частотой следования f_и1 и периодом Т_и1:

При коротком замыкании в пределах контролируемой времяимпульсным омметром релейной защиты зоны ответственности, когда к входам компаратора приложены определяющие условие срабатывание времяимпульсного омметра релейной защиты напряжения

на выходе компаратора времяимпульсного омметра релейной защиты генерируется периодическая последовательность прямоугольных импульсов напряжения и_вых1 с длительностью импульсов Δt₁, которая на этом интервале времени определяется существованием неравенства (3), при этом подводимое ко второму входу компаратора времяимпульсного омметра релейной защиты тормозное напряжение U_т.кз, в общем случае, определяется выражением

где - абсолютное значение подводимого к входу напряжения времяимпульсного омметра защиты синусоидального напряжения u_кз(t) с действующим значением U_кз; k₂ - постоянный коэффициент, причем напряжение u_кз(t) через коэффициент трансформации трансформатора напряжения определяется соответствующим мгновенным значением напряжения u_w.кз(t), подведенного к первичной обмотке трансформатора напряжения, при этом коэффициенты k₁ в (1) и k₂ в (2) определяют уставку срабатывания z_y (8) времяимпульсного омметра релейной защиты и, в конечном итоге, величиной z_y задают зону его ответственности.

При коротком замыкании в зоне ответственности времяимпульсного омметра релейной защиты, когда возникает условие существования неравенства (3), на выходе входящего в измерительную часть времяимпульсного омметра релейной защиты компаратора формируется выходное напряжение u_вых1, которое в предлагаемом изобретении рассматривается как первая периодическая последовательность однополярных прямоугольных импульсов, которая характеризуется частотой следования f_и1, периодом Т_и1 (2) и длительностью импульсов Δt₁, которая на периоде T_и1 определяется интервалом времени, на котором соблюдается условие (3), при этом длительность импульсов Δt₁ косвенно отражает результат деления подводимых к входам времяимпульсного омметра релейной защиты электрических величин, а именно действующего значения напряжения U_кз на действующее значение тока I_кз, т.е. длительность импульсов Δt₁ при коротком замыкании в пределах контролируемой зоны через некоторую функцию имеет косвенную связь с модулем z_кз=U_кз/I_кз полного сопротивления, рассчитываемым относительно входов этого измерительного органа защиты:

при этом в зависимости от электрической удаленности z_кз короткого замыкания длительность Δt₁ прямоугольных импульсов напряжения u_вых1 во времяимпульсном омметре релейной защиты по прототипу изменяется от 0 при z_кз=z_y до Т_и1 (2) при z_кз=1 и с учетом коэффициентов трансформации трансформатора тока и напряжения значение z_кз, в конечном итоге, связано с электрической удаленностью z_w.кз места короткого замыкания, например на линии электропередачи W; при этом скважность q_и1 и, следовательно, относительная длительность Δt₁,∗ следующих друг за другом прямоугольных импульсов первой периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов напряжения u_вых1 на выходе компаратора времяимпульсного омметра защиты определяется выражением

где частота f_и1 и период следования импульсов Т_и1 с частотой питающей сети f связаны выражениями (2), и также функционально связаны (5) с измеряемым на входе времяимпульсного омметра релейной защиты модулем z_кз полного сопротивления короткого замыкания.

Проходная характеристика времяимпульсного омметра релейной защиты, связывающая контролируемый им параметр z_кз с длительностью Δt₁ импульсов на выходе компаратора в относительных единицах, в общем виде может быть представлена как

где z_кз,∗=z_кз/z_y - относительное значение модуля сопротивления короткого замыкания, фиксируемого на входе времяимпульсного омметра релейной защиты, при этом модуль сопротивления уставки z_y времяимпульсного омметра защиты определяют через отношение коэффициентов k₁ к k₂:

Существенным недостатком времяимпульсного омметра релейной защиты по прототипу [Пат. 2336590 РФ], является нелинейность проходной характеристики (7), которая обусловлена наличием в описывающем ее аналитическом выражении тригонометрической функции, аргументом которой является угол, определяемый через длительность Δt₁ прямоугольных импульсов напряжения u_вых1 на выходе компаратора. Нелинейность проходной характеристики времяимпульсного омметра релейной защиты снижает функциональные возможности использующей его релейной защиты, например в случае выполнения релейной защиты с выдержкой времени срабатывания t_cp, зависимой от контролируемого времяимпульсным омметром релейной защиты параметра z_кз, т.е. t_ср(z_кз). Кроме того, нелинейная проходная характеристика (7) усложняет получение конечной информации по фиксируемому модулю удельного полного сопротивления z_уд.w расстояния ℓ_w.кз=z_кз/z_уд.w до места повреждения на линии электропередачи W.

Технический результат, достигаемый в результате использования предлагаемого изобретения, состоит в формировании такого алгоритма функционирования измерительной части времяимпульсного омметра защиты, когда его проходная характеристика описывается уравнением прямой линии, которое в относительных единицах может быть представлена как:

где: k_Z - постоянный безразмерный масштабный коэффициент;

U_{гарм.кз,}∗=А⁽¹⁾m(Z_кз,∗)/A⁽¹⁾m(Z_у,∗=1) - отношение значения амплитуды А⁽¹⁾m(z_кз,∗) гармоники u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) с частотой f (14), соответствующей текущему значению относительного модуля z_кз,∗ сопротивлений короткого замыкания, к значению амплитуды А⁽¹⁾m(z_у,∗=1) этой гармоники, соответствующей срабатыванию времяимпульсного омметра релейной защиты при коротком замыкании на границе зоны его срабатывания, т.е. при z_y,∗=1, при этом согласно изобретению гармонику с частотой f выделяют из специально формируемой второй периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов напряжения u_вых2, параметры импульсов которой имеют постоянную амплитуду А_m, причем частота следования импульсов f_и2 и длительность импульсов Δt₂ которых определяются выражениями

т.е. частота f_и2 равна частоте f системы синусоидального переменного тока, питающей объект электротехнического назначения, а длительность импульсов Δt₂ определятся интервалом времени, на котором в условиях короткого замыкания соблюдается условие U_т.кз≥u_р.кз(t), при этом в зависимости от величины контролируемого времяимпульсным омметром релейной защиты параметра z_кз со способом линеаризации проходной характеристики по изобретению у времяимпульсного омметра защиты длительность импульсов Δt₂ изменяется в диапазоне от T_и1=Т/2 при z_кз,∗=1 до 0 при z_кз,∗=0, при этом согласно изобретению формируемая вторая периодическая последовательность прямоугольных импульсов напряжения u_вых2 характеризуется скважностью q₂ и, следовательно, относительной длительностью импульсов Δt₂∗, которые со скважностью q₁ и длительностью Δt_1,∗ первой периодической последовательности импульсов напряжения u_вых1 на выходе компаратора связаны выражениями:

Наличие проходной характеристики со структурой по (9) при соответствующей технической реализации предлагаемого в изобретении способа линеаризации проходной характеристики существенно расширяет функциональные возможности времяимпульсный омметра релейной защиты, например, со способом формирования подводимых к компаратору электрических величин по прототипу [Пат. 2336590 РФ].

Теоретической основой предлагаемого изобретения является структура первой по номеру гармоники разложения в ряд Фурье периодической последовательности прямоугольных однополярных импульсов с постоянной амплитудой, частотой следования импульсов f и переменной скважности q [Электротехнический справочник: в 3 т. Т.1 Общие вопросы. Электротехнические материалы / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимова и др. - 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. С.100, таблица 4.3, п.п.4].

Для получения согласно изобретению линейной проходной характеристики со структурой по выражению (9) на основе первой периодической последовательности прямоугольных импульсов напряжения u_вых1 с частотой следования f_и1=2f (2), генерируемой при коротком замыкании на выходе компаратора времяимпульсного омметра защиты, например по [Пат. 2336590 РФ], формируют вторую периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения u_вых2; имеющих постоянную амплитуду А_m, длительность импульсов Δt₂ (11) и частоту следования f_и2, равную частоте f (10), причем из второй периодической последовательности прямоугольных импульсов напряжения u_вых2 согласно изобретению выделяют напряжение u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) гармоники с частотой f, т.е. выделяют первую по номеру гармонику из спектра гармоник, определяющих вторую периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения u_вых2, при этом мгновенное значение напряжение выделенной гармоники u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) с учетом решаемой в изобретении задачи определяется выражением:

где амплитуда выделенной гармоники с частотой f имеет структуру

которая показывает, что при постоянной амплитуде А_m прямоугольных импульсов формируемого согласно изобретению напряжения u_вых2, амплитуда А⁽¹⁾ _m(z_кз,∗) выделяемой гармоники является линейной функцией от текущего значения относительного модуля z_кз,∗ полного сопротивления короткого замыкания.

Таким образом, структура выражения (14) является теоретическим обоснованием предлагаемого способа линеаризации проходной характеристики времяимпульсного омметра релейной защиты, например по прототипу [Пат. 2336590 РФ], так как из этого выражения следует, что при постоянной амплитуде А_m такие фиксируемые у синусоидального напряжения u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) выделенной гармоники с частотой f(13) параметры, как амплитудное значение А⁽¹⁾ _m(z_кз,∗), действующее значение и среднее значение А⁽¹⁾ _ср(z_кз,∗)=А_m(z_кз,∗)/π линейно связаны с величиной модуля z_кз=z_кз,∗·z_у=U_кз/I_кз полного сопротивления, фиксируемого относительно входов по напряжению и току времяимпульсного омметра релейной защиты, в котором используют способ линеаризации проходной характеристики по изобретению, т.е. выделяемая согласно изобретению из напряжения u_вых2 второй периодической последовательности прямоугольных импульсов гармоника u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) с частотой f (13) является тем информационным электрическим сигналом, посредством которого согласно изобретению решают задачу линеаризации проходной характеристики времяимпульсного омметра защиты, например по прототипу [Пат. 2336590 РФ].

Сущность изобретения состоит в способе линеаризации проходной характеристики времяимпульсного омметра релейной защиты, при этом его измерительная часть содержит компаратор с двумя входами и одним выходом, на котором при соблюдении условия срабатывания (3) генерируется напряжение u_вых.1 первой периодической последовательности прямоугольных импульсов с частотой следования f_и1, равной 2f (2), и длительностью импульса Δt₁, которая функционально связана с контролируемым времяимпульсным омметром релейной защиты модулем z_кз сопротивления короткого замыкания, определяемым через деление модуля напряжения U_кз на модуль I_кз, подводимых к соответствующим входам времяимпульсного омметра релейной защиты синусоидальных напряжения и тока, т.е. z_кз=U_кз/I_кз, и отличается тем, что поставленную цель по линеаризации проходной характеристики времяимпульсного измерительного органа релейной защиты, например по прототипу [Пат. 2336590 РФ], обеспечивают формированием напряжения u_вых.2 второй периодической последовательности прямоугольных импульсов, импульсы которой имеют постоянную амплитуду А_m, частоту следования f (10), и длительность импульсов Δt₂, определяемую выражением (11), при этом в качестве средства линеаризации проходной характеристики используют информационный электрический сигнал в виде синусоидального напряжения u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) с частотой f (13), которую согласно изобретению выделяют из напряжения u_вых.2, при этом амплитуда (14), а также действующее А⁽¹⁾(z_кз,∗) и среднее А⁽¹⁾ _ср(z_кз,∗) значения выделенной гармоники u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) имеет линейную связь с величиной относительного модуля z_кз,∗ полного сопротивления короткого замыкания, фиксируемого на входе времяимпульсного омметра релейной защиты, что, в конечном итоге, обеспечивает согласно изобретению получение линейной проходной характеристики у времяимпульсного омметра релейной защиты, например, по сравнению с известными способами [А.с. СССР 281610; Пат. 2336590 РФ] формирования подводимых к соответствующим входам компаратора электрическими величинами, а именно рабочего напряжения u_р.кз(t) (1) тормозного напряжения U_т.кз (4), которые заключаются в том, что на первый вход компаратора подают вызывающее его срабатывание рабочее напряжение u_р.кз(t) (1), которое получают путем возведения в положительную степень n≥1 однополярных импульсов напряжения, которые являются модулем мгновенного значения напряжения и которое получают посредством двухполупериодного выпрямления мгновенного значения изменяющегося с частотой f синусоидального напряжения k₁·i_кз(t), которое постоянным коэффициентом k₁ связано с током i_кз(t), подводимым к токовому входу времяимпульсного омметра релейной защиты, причем частота f_и1 следования импульсов напряжения u_р.кз(t) (1) равна удвоенной частоте f сети (2), при этом на второй вход компаратора подают вызывающее его несрабатывание тормозное напряжение U_т.кз постоянного тока, которое формируют на основе выражения (4) возведением в положительную степень n≥1 абсолютного значения напряжения комплексного напряжения связанного постоянным коэффициентом k₂ с подводимым к входу напряжения времяимпульсного омметра релейной защиты синусоидальным напряжением u_кз(t), при этом абсолютное значение напряжения получают посредством выпрямления и сглаживания синусоидального напряжения k₂·u_кз(t).

Сущность способа линеаризации проходной характеристики по изобретению поясняет пример его использования применительно к времяимпульсному ненаправленному омметру релейной защиты по прототипу [Пат. 2336590 РФ], что, в конечном итоге, позволяет получить модернизированный времяимпульсный омметр релейной защиты с линейной проходной характеристикой, при этом подводимые к входам компаратора электрические величины сформированы согласно используемым в прототипе алгоритмам (1) и (4) при условии, что используют степень n=1. Функционирование измерительной части времяимпульсного омметра релейной защиты поясняется в условиях короткого замыкания в точке КЗ на линии электропередачи W (фиг.1) системы электроснабжения с частотой питающего напряжения, равной f.

На фиг.1 приведена функциональная блок-схема построения измерительной части времяимпульсного омметра релейной защиты с одним из возможных вариантов реализации способа линеаризации проходной характеристики по изобретению, при этом, в конечном итоге, модернизированный времяимпульсный омметр релейной защиты обеспечивает получение информационного электрического сигнала в виде гармонического сигнала u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) с частотой f, который выделяют селективным фильтром из специально сформированного напряжения u_вых.2 второй периодической последовательности прямоугольных импульсов, при этом амплитуда гармонического сигнала с учетом коэффициентов трансформации трансформатора тока ТА и трансформатора напряжения TV линейно связана как с электрическим удалением z_w.кз места короткого замыкания на линии электропередачи W, так и линейно связана с расстоянием ℓ_w.кз=z_кз/z_уд.w до места короткого замыкания на линии электропередачи W; на фиг.2 приведены эпюры напряжений в обозначенных на фиг.1 латинскими буквами в характерных точках функциональной блок-схемы; на фиг.3 приведены в относительных единицах соответствующих величин две зависимости, из которых зависимость z_кз,∗(U⁽¹⁾ _гарм,∗) является проходной характеристикой модернизированного времяимпульсного омметра релейной защиты, при этом коэффициент k_z в (9) принят равным единице (k_z=1), а зависимость z_кз,∗(Δt₁,∗) является проходной характеристикой времяимпульсного омметра релейной защиты по прототипу [Пат. 2336590 РФ].

На токовый вход времяимпульсного омметра релейной защиты (фиг.1) от трансформатора тока ТА подан синусоидальный ток i_кз(t), на вход напряжения времяимпульсного омметра релейной защиты от трансформатора напряжения TV подано синусоидальное напряжение u_кз(t), при этом посредством селективного фильтра 10 выделяют электрический сигнал в виде гармоники u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) (13) с частотой f, которая согласно изобретению является тем информационным сигналом, у которого величина амплитуды (14) линейно связана с информацией о величине относительного значения модуля сопротивления z_кз,∗ и, следовательно, о величине модуля z_кз=z_кз,∗·z_у полного сопротивления короткого замыкания, рассчитываемого относительно входов модернизированного времяимпульсного омметра релейной защиты.

На фиг.1 обозначены: 1 - субблок, имеющий постоянный, но регулируемый коэффициент передачи k₁, который из подводимого к его входу синусоидального тока i_кз(t) формирует на своем выходе электрическое синусоидальное напряжение u_a=k₁·i_кз(t) (фиг.2а); 2 - субблок, который на основе двухполупериодного выпрямления из напряжения u_a на его входе (фиг.2а) согласно (1) формирует напряжение , которое является модулем мгновенного синусоидального напряжения u_a и образует периодическую последовательность однополярных импульсов напряжения из полусинусоид с частотой следования f_и1 (2) (фиг.2б), при этом подаваемое на первый вход Вх.1 компаратора 5 напряжение u_b является рабочим напряжением u_р.кз(t) (1); 3 - субблок, имеющий постоянный, но регулируемый коэффициент передачи k₂, который из подводимого к его входу синусоидального напряжения u_кз(t) формирует на своем выходе синусоидальное напряжение, равное k₂·u_кз(t), которое поступает на вход субблока 4; 4 - субблок, который из подводимого к его входу синусоидального напряжения k₂·u_кз(t) на своем выходе согласно (4) формирует тормозное напряжение u_c=U_т.кз постоянного тока (фиг.2в), которое определяется абсолютным значением подводимого к времяимпульсному омметру релейной защиты тормозного синусоидального напряжения u_кз(t), причем в основе функционирования этого субблока используют схему выпрямления с фильтром, при этом тормозное напряжение u_с=U_т.кз поступает на второй вход Вх.2 компаратора 5; 5 - компаратор, который сравнивает поступающие на его входа Вх.1 и Вх.2 соответственно рабочее (фиг.2б) и тормозное (фиг.2в) напряжения и при возникновении условия срабатывания (3) генерирует на своем выходе напряжение u_d=u_вых1 (фиг.2г), которое согласно описанию изобретения считают первой периодической последовательностью прямоугольных импульсов с частотой f_и1 (2), длительность Δt₁ которых нелинейно связана с величиной модуля сопротивления z_кз (5); 6 - субблок, который согласно изобретению на основе поступающих на его вход прямоугольных импульсов u_d с частотой следования f_и1 на своем выходе формирует напряжение u_e (фиг.2д), которое является периодической последовательностью прямоугольных импульсов с частотой следования f_и1=f, но длительность Δt₂ которых по изобретению определяется выражением (11). Согласно изобретению для получения информационного электрического сигнала в виде напряжения u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) гармоники с частотой f со структурой по (13), в схеме на фиг.1 предусмотрено формирование напряжения u_h (фиг.2з), которое согласно изобретению является формируемой второй периодической последовательностью прямоугольных импульсов напряжения u_вых2 с постоянной амплитудой А_m и с длительностью Δt₂, которая определяется выражением (11), но при этом частота их следования f_и2 равна частоте f сетевого напряжения (10), т.е. в два раза меньше, чем частота следования f_и1 прямоугольных импульсов напряжения u_d=u_вых.1 на выходе компаратора 5.

Схемотехнические решения получения напряжения u_вых2 (напряжение u_h на фиг.2з), которое согласно изобретению рассматривают как формируемую вторую периодическую последовательность прямоугольных импульсов, могут быть различны.

На фиг.1 задачу уменьшения частоты периодической последовательности импульсов напряжения u_e (фиг.2д) в два раза при сохранении их длительности Δt₂ решают путем формирования вспомогательной периодической последовательности прямоугольных импульсов напряжения u_g (фиг.2ж) с длительностью импульсов Δt₃ при частоте следования f и синхронизированной с напряжением u_a, при этом длительность Δt₃, например, может быть равна половине периода Т:

Вспомогательную периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения u_g формируют посредством субблоков 7 и 8, при этом субблок 7 обеспечивает фазовое смещение на угол φ° (на время t_φ=φ°/(360°·f)) подводимого к его входу напряжения u_a и получения на его выходе вспомогательного синусоидального напряжения u_f с частотой f (на фиг.2е угол смещения принят равным φ°=90°, т.е. t_φ=0,25/f), из которого субблок 8 на своем выходе формирует синхронизированные с напряжением u_f (фиг.2е) однополярные импульсы напряжения u_g (фиг.2ж) с частотой следования f длительностью Δt₃ (15), появление которых, например, привязано к положительным мгновенным значениям синусоидального напряжения u_f; 9 - субблок, имеющий два входа и который посредством логического умножения (u_e&u_g) подводимых к ним двух сигналов и импульсного усилителя генерирует на своем выходе согласно изобретению вторую периодическую последовательность прямоугольных импульсов u_вых2=u_h (фиг.2з) с частотой следования f, длительностью импульсов Δt₂ и постоянной амплитудой А_m, при этом на первый вход субблока 9 от субблока 6 подают импульсы напряжение u_e (фиг.2д), а на его второй вход от субблока 8 подают импульсы напряжения u_g (фиг.2ж); 10 - селективный фильтр, который из подводимого к его входу второй периодической последовательности прямоугольных импульсов напряжения u_h=u_вых2 на своем выходе (точка k на фиг.2и) согласно сути изобретения выделяет напряжение u_k=u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) гармоники с частотой f, т.е. первую по номеру гармонику из спектра гармоник напряжения u_h=u_вых2, амплитуда которой определяется выражением (14), т.е. мгновенное значение напряжение u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) выделенной гармоники с частотой f по изобретению является тем информационным электрическим сигналом, у которого значения амплитуды А⁽¹⁾ _m(z_кз,∗), действующего A⁽¹⁾(z_кз,∗) и среднего А⁽¹⁾ _ср(z_кз,∗) линейно связаны с величиной контролируемого времяимпульсным омметром релейной защиты параметра z_кз,∗.

На фиг.3 в относительных единицах изображены проходные характеристики сопоставляемых времяимпульсных омметров релейной защиты, где функциональная зависимость z_кз,∗(U⁽¹⁾ _гарм,∗) отображает линейную проходную характеристику модернизированного времяимпульсного омметра релейной защиты, в котором использованы способы формирования подводимых к компаратору электрических величин, аналогичные используемым в прототипе [Пат. 2336590 РФ], но его измерительная часть дополнена схемными компонентами, совокупность которых реализует способ линеаризации проходной характеристики по предлагаемому изобретению, при этом функциональная зависимость z_кз,∗(Δt₁,∗) отображает нелинейную проходную характеристику, которую имеет времяимпульсный омметр релейной защиты по прототипу [Пат. 2336590 РФ], причем в качестве относительных величин по оси абсцисс принято отношение z_кз,∗=z_кз/z_y и по оси ординат приняты соответственно отношение U⁽¹⁾ _гарм,∗=А⁽¹⁾ _m(z_кз,∗)/A⁽¹⁾ _m(z_y=1) и Δt₁,∗=2Δt₁·f(6).

Сопоставление графиков z_кз,∗ (U⁽¹⁾ _гарм,∗) и z_кз,∗(Δt₁,∗) на фиг.3 показывает эффективность предложенного способа линеаризации проходной характеристики времяимпульсного омметра релейной защиты.

Расширение функциональных возможностей времяимпульсного омметра защиты с предложенным способом линеаризации его проходной характеристики может быть основано, например, на: регулировании длительности импульсов Δt₃ (фиг.2ж); изменении угла φ° сдвига фаз (фиг.2е); возможностью построения многоступенчатой защиты и защиты с зависимым от удаленности короткого замыкания временем срабатывания; так как выделяемая гармоника u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) имеет частоту, равную частоте f питающего электротехнический объект синусоидального напряжения, например, возможно использовании выделенной гармоники u⁽¹⁾ _{гарм.кз}(t) для синтеза времяимпульсного измерительного органа релейной защиты направленного действия и решения других практических задач.

Предлагаемый способ линеаризации проходной характеристики времяимпульсного измерительного органа релейной защиты может быть реализован с использованием известных в технике синтеза измерительных органов релейной защиты, автоматики и электроники схемотехнических решений.

Способ линеаризации проходной характеристики времяимпульсного омметра релейной защиты, входящей в структуру функционирующей в среде электроснабжения синусоидального тока с частотой f релейной защиты объекта электротехнического назначения, и имеющего вход по току и вход по напряжению, измерительная часть которого содержит компаратор с двумя входами и одним выходом, на котором при коротком замыкании на объекте электротехнического назначения формируется с частотой следования 2f первая периодическая последовательность однополярных прямоугольных импульсов напряжения с длительностью Δt₁, которая нелинейной функцией связана с модулем полного сопротивления z_кз, определяемого через отношение модуля напряжения к модулю тока, подводимых к времяимпульсному омметру релейной защиты соответствующих синусоидальных электрических величин, при этом появление импульсов с длительностью Δt₁ является следствием сравнения поданного на первый вход компаратора вызывающего его срабатывание мгновенного значения рабочего напряжения, сформированного возведением в положительную степень n≥1 модуля мгновенного синусоидального напряжения, линейно связанного с подводимым к токовому входу времяимпульсного омметра релейной защиты синусоидальным током, при этом ко второму входу компаратора подведено вызывающее его несрабатывание тормозное напряжение постоянного тока, которое сформировано возведением в ту же положительную степень n, которую используют при получении рабочего напряжения, абсолютного значения синусоидального напряжения, подводимого к входу напряжения времяимпульсного омметра защиты, отличающийся тем, что на основе первой периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов напряжения формируют напряжение в виде второй периодической последовательности прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и частотой следования, равной частоте питающей сети f, и длительностью прямоугольных импульсов, равной Δt₂=1/(2f)-Δt₁, из которой выделяют гармонику напряжения с частотой f, которую рассматривают как информационный синусоидальный сигнал, у которого амплитуда, действующее и среднее значения линейно связаны с фиксируемым относительно входа времяимпульсного омметра релейной защиты модулем z_кз полного сопротивления, при этом за линеаризованную проходную характеристику времяимпульсного омметра релейной защиты принимают функциональную зависимость, линейно связывающую величину модуля z_кз полного сопротивления либо с амплитудой, либо с действующим, либо со средним значением выделенной гармоники напряжения с частотой f.