Реле напряжения

 

Изобретение относится к релейной защите и может применяться, в частности, для быстродействующей защиты высоковольтных двигателей с отстройкой от влияния подпитывающего эффекта. Технический результат состоит в обеспечении возможности распознать возникновение подпитывающего эффекта, заключающегося в замедленном снижении напряжения на шинах питания из-за подпитки их электродвигателями во время выбега. Это достигается тем, что в реле дополнительно введены генератор импульсов, элемент выдержки времени, три импульсных ключа с самоблокировкой, три ключа, элемент задержки, два реверсивных двоичных счетчика, два регистра памяти, три цифровых компаратора, элемент 2И, элемент 2ИЛИ. 2 ил.

Изобретение относится к области релейной защиты и может применяться, в частности, для быстродействующей защиты высоковольтных двигателей с отстройкой от влияния подпитывающего эффекта.

Известно реле напряжения [1] , реагирующее исключительно на значение уровня входного напряжения и вследствие этого не способное распознать возникновение подпитывающего эффекта, проявляющегося в замедленном снижении напряжения на шинах питания из-за подпитки последних электродвигателями во время выбега, что влечет за собой значительное увеличение времени срабатывания данного реле, за которое двигатель может потерять устойчивость в работе.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности реле напряжения, повысить быстродействие и чувствительность работы реле.

Это достигается тем, что в него дополнительно введены генератор импульсов, элемент выдержки времени, три импульсных ключа с самоблокировкой, три ключа, элемент задержки, два реверсивных двоичных счетчика, два регистра памяти, три цифровых компаратора, элемент 2И, элемент 2 ИЛИ, причем выход генератора импульсов связан с рабочим входом первого ключа и, кроме того, с рабочими входами трех импульсных ключей, выход компаратора связан с управляющим входом первого ключа, со входом выдержки времени, а также с управляющими входами первого и второго импульсных ключей, элемент выдержки времени первым своим выходом связан с управляющим входом второго ключа, вторым своим выходом - с управляющим входом третьего импульсного ключа, а третьим своим выходом - с управляющим входом третьего ключа, выход первого импульсного ключа связан со входом предварительной записи D первого реверсивного двоичного счетчика, а также со входом сброса R первого регистра памяти, выход второго импульсного ключа связан со входом записи C первого регистра памяти, выход третьего импульсного ключа связан со входом записи C второго регистра памяти, а также через элемент задержки со входами сброса R второго реверсивного двоичного счетчика и второго регистра памяти, выход первого ключа связан с вычитающим входом C первого реверсивного двоичного счетчика, а также с рабочими входами второго и третьего ключей, выход второго ключа связан с суммирующим входом C1 второго реверсивного двоичного счетчика, выход третьего ключа связан с вычитающим входом C2 второго реверсивного двоичного счетчика, выход первого реверсивного двоичного счетчика связан с информационным входом D первого регистра памяти, выход второго реверсивного двоичного счетчика связан с информационным входом D второго регистра памяти, выход первого регистра памяти связан со входами A первого и второго цифровых компараторов, выход второго регистра памяти связан со входом A третьего цифрового компаратора, входы B трех цифровых компараторов связаны с выходами микроЭВМ, подающей на них двоичные сигналы, выход A > первого цифрового компаратора связан с первым входом элемента 2ИЛИ, выход A > второго цифрового компаратора связан с первым входом элемента 2 И, выход A > третьего цифрового компаратора связан со вторым входом элемента 2И, выход элемента 2И связан со вторым входом элемента 2ИЛИ, выход элемента 2ИЛИ является выходом реле напряжения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема реле напряжения, на фиг. 2 - временные диаграммы его работы в режимах: а) несрабатывания, б) немедленно срабатывания, а) логического срабатывания.

Реле напряжения содержит входной преобразователь (1), выпрямитель (2), компаратор (3), генератор импульсов (4), элемент выдержки времени (5), три импульсных ключа с самооблокировкой (6, 7, 8), три ключа (9, 10, 11), элемент задержки (12), два реверсивных двоичных счетчика (13, 14), два регистра памяти (15, 16), три цифровых компаратора (17, 18, 19), элемент 2И (20), элемент 2ИЛИ (21).

Реле напряжения работает следующим образом.

Сигнал напряжения поступает на входной преобразователь (1), служащий для согласования сети с реле напряжения, далее данный сигнал поступает на выпрямитель (2), который формирует модуль входного сигнала, подаваемый на рабочий вход компаратора (3), т.е. на его сравниваемый вход. Компаратор выполняет сравнение по уровню данного сигнала с опорным напряжением, находящимся на его сравнивающем входе, в случае превышения входным сигналом опорного напряжения компаратор на своем выходе формирует импульс, продолжительностью равный времени данного превышения (фиг. 2, U₃). Этот импульс поступает на управляющий вход первого ключа (9), на управляющие входы первого (6) и второго (7) импульсных ключей, а также на вход элемента выдержки времени (5). Рабочие входы первого ключа, а также трех импульсных ключей (6, 7, 8) связаны с выходом генератора импульсов (4).

Таким образом, на выходе первого ключа будет сформирована последовательность импульсов, своей длительностью равная времени превышения входным сигналом опорного напряжения (фиг. 2, U₉). Данная последовательность импульсов поступает на вычитающий вход C первого реверсивного двоичного счетчика (13). На входы предварительной записи D этого же счетчика поступает от генератора импульсов через первый импульсный ключ импульс, устанавливающий первый реверсивный двочный счетчик по всем разрядам в единичное состояние, а также осуществляющий сброс первого регистра памяти (15). Первый импульсный ключ срабатывает по переднему фронту управляющего импульса, поступающего с выхода компаратора на его управляющий вход, и пропускает на свой выход один импульс с генератора импульсов, после чего сам принудительно закрывается до переднего фронта следующего управляющего импульса.

Следовательно, на выходе первого реверсивного двоичного счетчика будет сформирована разность между предварительным единичным состоянием всех разрядов указанного счетчика и последовательностью импульсов, поступивших с выхода первого ключа. Выше указанная разность двоичных чисел поступает с выхода первого реверсивного двоичного счетчика на информационный n-разрядный вход D первого регистра памяти. На выход первого регистра памяти данная информация передается по импульсу, поступающему с генератора импульсов через второй импульсный ключ на записывающий вход C данного регистра памяти. Второй импульсный ключ срабатывает по заднему фронту управляющего импульса, поступающего с выхода компаратора на его управляющий вход, и пропускает на свой выход один импульс с генератора импульсов, после чего сам принудительно закрывается до заднего фронта следующего управляющего импульса.

Таким образом, на n-разрядных входах A первого (17) и второго (18) цифровых компараторов в момент окончания импульса, поступающего с компаратора, формируется двоичное число величины превышения входным сигналом опорного напряжения. На n-разрядный вход B первого цифрового компаратора с микроЭВМ подается двоичное число B1 (фиг. 2, U_17B), служащее для сравнения с двоичным числом, находящимся на его выходе A (фиг. 2, U_17A). Двоичное число B1 должно быть выбрано таким, чтобы оно отражало режим работы сети со значительным снижением напряжения, например с уровнем напряжения в сети, равным 0,6 U_ном. Тогда при превышении числа, находящегося на входе A, над числом, находящимся на входе B, на выходе A > первого цифрового компаратора будет сформирован сигнал немедленного срабатывания реле напряжения (фиг. 2б, U_17вых), поступающий на первый вход элемента 2ИЛИ (21), выход последнего является выходом реле напряжения.

Второй цифровой компаратора (18) необходим для логического срабатывания реле напряжения, т.е. когда уровень напряжения сети снижается до некоторой установленной величины, например 0,85 U_ном, и скорость данного снижения уровня напряжения также достигнет некоторой наперед заданной величины.

Двоичное число, находящееся на входе A первого цифрового компаратора, поступает также на n-разрядный вход A второго цифрового компаратора (фиг. 2в, U_18A). На n-разрядном входе B второго цифрового компаратора находится двоичное число B2 (фиг. 2в, U_18B), подаваемое с микроЭВМ и отражающее допустимый предел уровня напряжения сети при ее нормальной работе. В случае превышения числа, находящегося на входе A, над числом, находящимся на входе B, на выходе A > второго цифрового компаратора появится импульс (фиг. 2в, U_18вых), поступающий на первый вход элемента 2И (20).

Параллельно с контролем уровня напряжения сети осуществляется и проверка скорости изменения сетевого напряжения, причем учитывается только снижение напряжения (положительная разность двоичных чисел на входах C1 и C2 второго реверсивного двоичного счетчика). Проверка осуществляется следующим образом. Выход первого ключа связан также с рабочими входами второго (10) и третьего (11) ключей, которыми управляет элемент выдержки времени. Последний сначала открывает второй ключ по переднему фронту выходного импульса компаратора и тем самым пропускает последовательность импульсов величины превышения входным сигналом опорного напряжения (фиг. 2в, U₁₀) с выхода первого ключа на суммирующий вход C1 второго реверсивного двоичного счетчика (14). Далее элемент выдержки времени закрывает второй ключ по заднему фронту выходного импульса компаратора и открывает третий ключ, осуществив выдержку времени t_в.в. (равную 2 - 4 полупериодам промышленной частоты), по очередному переднему фронту импульса компаратора, пропуская тем самым последовательность импульсов новой величины превышения входным сигналом опорного напряжения с выхода первого ключа на вычитающий вход C2 второго реверсивного двоичного счетчика. Закрытие третьего ключа осуществляется также с элементом выдержки времени по заднему фронту импульса компаратора.

Таким образом, на информационном n-разрядном входе D второго регистра памяти (16) формируется разность двоичных чисел превышения входным сигналом опорного напряжения и разные моменты времени, т.е. в двоичном виде отражена скорость изменения сетевого напряжения.

На выходе второго регистра памяти данная информация появляется в момент поступления импульса с генератора импульсов через третий импульсный ключ (8) на записывающий вход C данного регистра. Третий импульсный ключ открывается по управляющему сигналу элемента выдержки времени, который вырабатывается последним по заднему фронту импульса, поступающего с компаратора, после выполнения каждой операции вычитания вторым реверсивным двоичным счетчикам.

Под действием описанного выше управляющего сигнала третий импульсный ключ пропускает с генератора импульсов один импульс на вход C второго регистра памяти, а через элемент задержки, который осуществляет кратковременную задержку данного импульса (необходимую для передачи информации на выход второго регистра памяти), пропускает этот же импульс на входы сброса R второго реверсивного двоичного счетчика и второго регистра памяти, после чего третий импульсный ключ принудительно сам закрывается до очередного управляющего сигнала.

Таким образом, на n-разрядном входе A третьего цифрового компаратора (19) формируется двоичное число скорости изменения напряжения сети по уровню (фиг. 2в, U_19A). На n-разрядном входе B третьего цифрового компаратора находится двоичное число B3 (фиг. 2в, U_19B), подаваемое с микроЭВМ и равное допустимому пределу скорости изменения напряжения сети в нормальном режиме работы. В случае превышения числа, находящегося на входе A, над числом, находящимся на входе B, на выходе A > третьего цифрового компаратора формируется импульс (фиг. 2в, U_19вых), поступающий на второй вход элемента 2И. Если на обоих входах элемента 2И будут находиться одновременно единичные импульсы, отражающие режим работы сети, когда уровень напряжения незначительно снизился, но скорость его уменьшения велика, то на выходе элемента 2И будет сформирован выходной импульс (фиг. 2в, U₂₀), поступающий на второй вход элемента 2ИЛИ и далее на его выход. Выход элемента 2ИЛИ является выходом реле напряжения. Так осуществляется логическое срабатывание реле напряжения.

Используемая литература 1. Ванин В.К., Павлов Г.М. Релейная защита на элементах вычислительной техники. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 206 с.

Формула изобретения

Реле напряжения, содержащее входной преобразователь, выпрямитель и компаратор, при этом сигнал напряжения поступает на входной преобразователь, затем на выпрямитель, который формирует модуль входного сигнала, подаваемого на вход компаратора, выполняющего его сравнение с опорным напряжением на другом входе, отличающееся тем, что в него дополнительно введены генератор импульсов, элемент выдержки времени, три импульсных ключа с самоблокировкой, три ключа, элемент задержки, два реверсивных двоичных счетчика, два регистра памяти, три цифровых компаратора, элемент 2И, элемент 2ИЛИ, причем выход компаратора связан с управляющим входом первого ключа, со входом элемента выдержки времени, а также с управляющими входами трех импульсных ключей, элемент выдержки времени первым своим выходом связан с управляющим входом второго ключа, вторым выходом - с управляющим входом третьего импульсного ключа, а третьим выходом - с управляющим входом третьего ключа, выход первого импульсного ключа связан со входом предварительной записи D первого счетчика, а также со входом сброса R первого регистра памяти, выход второго импульсного ключа связан со входом записи C первого регистра памяти, выход третьего импульсного ключа связан со входом записи C второго регистра памяти, а также через элемент задержки со входами сброса R второго счетчика и второго регистра памяти, выход первого ключа связан с вычитающим входом C первого счетчика и с рабочими входами второго и третьего ключей, выход второго ключа связан с суммирующим входом C1 второго счетчика, выход третьего ключа связан с вычитающим входом C2 второго счетчика, выход первого счетчика связан с информационным входом D первого регистра памяти, выход второго счетчика связан с информационным входом D второго регистра памяти, выход первого регистра памяти связан со входами A первого и второго цифровых компараторов, выход второго регистра памяти связан со входом A третьего цифрового компаратора, на входы B первого и второго цифровых компараторов подают двоичные числа, характеризующие уровень напряжения в сети, на вход B третьего цифрового компаратора подают двоичное число, характеризующее скорость изменения напряжения в сети, выход A больше первого цифрового компаратора связан с первым входом элемента 2ИЛИ, выход A больше второго цифрового компаратора связан с первым входом элемента 2И, выход A больше третьего цифрового компаратора связан со вторым входом элемента 2И, выход элемента 2И связан со вторым входом элемента 2ИЛИ, выход элемента 2ИЛИ является выходом реле напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2