Реле тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронных реле тока, реагирующих на приращение тока. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. Для этого реле тока содержит промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, исполнительный элемент, три пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, алгебраический сумматор, блок задержки. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронных реле тока, реагирующих на приращение тока, например тока обратной последовательности.

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 реле тока [3].

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.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость.

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 реле тока, введены алгебраический сумматор, выход которого соединен с входом первого порогового блока, и блок задержки, вход которого соединен с входом сложения алгебраического сумматора и с выходом выпрямителя, а выход - соединен с входом вычитания алгебраического 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 алгебраический сумматор 14, выход которого соединен с входом первого порогового блока 3, и блок 15 задержки, вход которого соединен с входом сложения алгебраического сумматора 15 и с выходом выпрямителя 2, а выход - соединен входом вычитания алгебраического сумматора 14. При этом исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде четвертого 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, с.177, 187], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель - по схеме, приведенной в [2, с.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.2а - сигнал U₂ на выходе выпрямителя 2, на; фиг.2б - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде; на фиг.2в - 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 вырабатывается 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.2б). 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.2а). В алгебраическом сумматоре 14 из выпрямленного напряжения U₂ вычитается то же самое напряжение, но задержанное в блоке 15 задержки. Таким образом, на выходе алгебраического сумматора 14 формируется напряжение, пропорциональное текущему приращению тока на выходе выпрямителя 2, т.е. на входе реле тока. Это напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем Uoп, которое может выбираться исходя из допустимых изменений 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.2б). В результате этого при значительном увеличении амплитуды входного тока сигнал ₆ 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.

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-.

Тем самым повышается помехоустойчивость и надежность реле тока, т.к. обеспечивается быстрая реакция реле на приращение входного тока.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2; Электротехнические изделия и устройства/ Под общ. ред. В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, 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 H 02 H 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 алгебраический сумматор, выход которого соединен с входом первого порогового блока, и блок задержки, вход которого соединен с входом сложения алгебраического сумматора и с выходом выпрямителя, а выход-соединен с входом вычитания алгебраического сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2