Реле напряжения

 

О Il И СА Н-И E 0|1600653

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 17.05.76 (21) 2360776/24-07 с присоединением заявки № (23) П р и ор итет (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 04.04.78 (51) М. Кл.2 H 02Н 3/40

Государственный комитет

Совета Министров СССР ао делам изобретений н открытий (53) 1ДК 621 316 925 (088.8) (72) Автор изобретения

И. К. Сурвило

Рижский опытный завод Латвэнерго (71) Заявитель (54) РЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области релейной защиты и автоматики энергосистем.

Известны быстродействующие реле, основанные на принципе сравнения выпрямленной величины с опорным напряжением. Эти устройства содержат выпрямитель, а в качестве реагирующего органа — пороговый орган пли нуль-орган (1).

Известно реле напряжения или тока, содержащее измерительный трансформатор с выпрямителем на вторичной стороне, диагональ которого через зарядную цепь подключена к измерительному конденсатору, разрядную цепь, исполнительный элемент, управляемые входы которого подключены параллельно измерительному конденсатору, стабилизированный источник питания, к выходам которого подключен импульсно-потенциальный преобразователь (2).

Это реле наиболее близко к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Недостатки его состоят в том, что напряжение на измерительном конденсаторе зависит от емкости и сопротивления утечки измерительного конденсатора, которые с температурой изменяются, а также в большем потреблении цепи измерительного сигнала и контроле среднего по модулю значения сигнала.

Целью пзобретс|шя является обеспечение быстродействия п точности измерения путем исключения влияния нестабильности емкости и сопротивления утечки измерительного коп5 денсатора.

Достигается это тем, что в предлагаемом реле напряжения зарядная цепь выполнена в виде квадратора, а испол|штсльньш элемент выполнен на опрашпваю|цсм и коммутпрую10 шем транзисторах, соединенных последовательно, коллектор опрашпваюшсго транзистораа соединен с входом .помянутого импульсно-потенциального преобразователя, эмпттср коммутирующего транзистора соедп15 цен с положительным выводом упомянутого выпрямителя и с отрицательным полюсом упомянутого стабилизированного источника питания, а его база через резисторы соединена с отрицательным выводом выпрямителя и поло20 жптельпым полюсом стабилизированного источника питания, соединенного через разрядную цепь с одной пз обкладок указанного измерительного конденсатора.

На фпг. 1 приведена принципиальная схема э5 предлагаемого реле напряжения; па фпг. 2— графшсп напряжений между разлпчнымп точкамп с.емы; на фпг. 3 — график зав||спмостtI тока, протекающего через зарядный резистор от напряжения на выходе выпрямителя пзмсЗО рптельного сшнала.

800653

Устройство содержит: измеригельййй трансформатор 1 с вь1йрймителем 2 на Вгоричной стороне; стабилизированный источник 3 питания, построенный на стабилитронах 4, 5 и балластном резисторе 6; измерительный кон. денсатор 7; зарядную цепь, выполненную в виде квадратора, состоящего из резистора 8, последовательно соединенного с резистором 9, шунтированным стабилитроном 10; разрядную цепь в виде резистора 11; исполнительный элемент 12, выполненный на опрашивающем

13 и коммутирующем 14 транзисторах, соединенных последовательно. Коллектор опрашивающего транзистора соединен с входом импульсно-потенциального преобразователя 15.

Эмиттер коммутирующего транзистора 14 соединен с положительным выводом выпрямителя 2 и с отрицательным полюсом стабилизированного источника 3 питания. База коммутирующего транзистора 14 через резистор

16 соединена с отрицательным выводом выпрямителя, через резистор 17 — с положительным полюсом источника 3 питания и через защитный диод 18 — с эмиттером, Стабилизированный источник 3 питания через разрядную цепь соединен с одной из обкладок измерительного конденсатора 7.

Импульсно-потенциальный преобразователь

15 включает одновибратор 19 и преобразователь «время — потенциал», построенный на конденсаторе 20, диоде 21, стабилитроне 22 и резисторах 23 и 24.

Реле напряжения работает следующим образомм.

При отсутствии сигнала на входе реле напряжения, т. е. на первичной обмотке измерительного трансформатора 1, что соответствует интервалу от О до 11 на фиг. 2, коммутирующий транзистор 14 постоянно открыт током в базу через резистор 17; напряжение Ua, между коллектором и эмиттером приближенно равно нулю (см. фиг, 2). Ток разряда через резистор 11 и измерительный конденсатор

7 уходит в базу опрашивающего транзистора

13. При этом напряжение на конденсаторе 7 постоянно и близко к нулю, опрашивающий транзистор 13 постоянно открыт и напряжение U, на коллекторе транзистора 13 постоянно и отрицательно.

При появлении на первичной обмотке трансформатора 1 сигнала (от источника тока или напряжения), недостаточного для срабатывания реле (интервал t> — tz), на выходе выпрямителя 2 появляется напряжение U, 6. Коммутирующий транзистор 14 запирается током с выпрямителя 2 по резистору 16 и отпирается кратковременно, когда сигнал на входе близок к нулю. Поэтому напряжение U,, большую часть полупериода положительно и только кратковременно равно нулю. Во время запертого состояния транзистора 14 ток в базу транзистора 13 не протекает и он заперт; напряжение Up-e равно нулю. В измерительный конденсатор 7 протекает ток заряда по за5

65 рядной цепочке и ток разряда 11о разрФдн6йу резистору 11.

Пока сигнал на входе недостаточен дЛФ срабатывания реле напряжения, среднее значение зарядного тока за полупериод меньше среднего значения разрядного тока через резистор 11. Поэтому напряжение Ua, на конденсаторе 7 к концу полупериода становится больше нуля. Когда к концу полупериода коммутирующий транзистор 14 открывается, то ввиду того, что напряжение на конденсаторе

7 положительно, открывается опрашивающий транзистор 13, и конденсатор 7 разряжается по цепи база — эмиттер транзистора 13 — коллектор — эмиттер транзистора 14 почти до нуля. Напряжение U импульсно падает ниже нуля, Так осуществляется импульсный опрос напряжения на конденсаторе. Цикл повторяется в течение каждого полупериода, если сигнал на входе недостаточен для срабатывания измерительного органа.

При появлении на входе сигнала, достаточного для срабатывания реле (интервал правее 4 на фиг. 2), среднее значение тока заряда за полупериод больше среднего значения тока разряда. В конце полупериода напряжение Ua на конденсаторе 7 отрицательно и, когда в конце полупериода коммутирующий транзистор 14 кратковременно открывается, опрашивающий транзистор 13 остается запертым. При этом измерительный конденсатор во время импульсного опроса не разряжается до нуля. Напряжение U < остается равным нулю. Напряжение U на выходе одновибратора 19 равно нулю или импульсно падает до нуля (интервал от О до tq), пока напряжение U, на его входе отрицательно или импульсно падает ниже нуля, при этом конденсагор 20 не успевает зарядиться до напряжения пробоя стабилитрона 22, так как для этого требуется время, большее полупериода измерительного сигнала. И только когда напряжение на выходе одновибратора будет отрицательным более полупериода измерительного сигнала (интервал времени правее

t ) на выходе реле появляется напряжение

Уд т. е. оно срабатывает (момент времени

tz). Время срабатывания реле напряжения с момента возникновения сигнала, достаточного для срабатывания, не превышает 1,25 периода измерительного сигнала, так как при несрабатывании реле в конце каждого полупериода измерительный конденсатор 7 разряжается до нуля.

Изменение емкости и сопротивления утечки измерительного конденсатора 7 не вносит погрешности в измерения, так как на границе срабатывания реле напряжения в момент onроса напряжение на конденсаторе 7 почти равно нулю, т. е. контролируется нулевой уровень напряжения на измерительном конденсаторе.

Потребление энергии уменьшается ввиду того, что нет необходимости в большом напряжении на выходе выпрямителя. Это обуслов600653

Т/2

Т/2

40 лено тем, что ток разряда конденсатора по резистору 11 протекает постоянно и колебание напряжения на измерительном конденсаторе в

10 раз меньше при том же зарядном токе, чем при разряде конденсатора только в конце полупериода; а чем больше кратность напряжения на выходе выпрямителя к амплитуде напряжения на измерительном конденсаторе, тем ближе среднее значение тока зарядной цепи к требуемому (когда конденсатор закорочен).

Благодаря стабилитрону 10 и резистору 9 ток зарядной цепи в зависимости от напряжения на выходе выпрямителя изменяется, как показано на фиг. 3, что является аппроксимацией параболы. Поэтому

i, (t) fU (; (t)j, (1) а среднее значение тока заряда за полупериод равно

О 0 г 2 — <- a — б ф где U б — эффективное значение напряжения на выходе выпрямителя;

Т вЂ” период изменения тока заряда;

t — время срабатывания реле напряжения.

Таким образом, контролируется эффективное значение измерительного сигнала (тока или напряжения) при сохранении быстродействия.

Схема проста и удобна при создании многоступенчатых защит.

Формула изобретения

Реле напряжения, содержащее измерительный трансформатор с выпрямителем на вто10

30 ричной стороне, диагональ которого через зарядную цепь подключена к измер (тельному конденсатору, разрядную цепь, исполнительный элемент, управляемые входы которого подключены параллельно измерительному конденсатору, стабилизированный источник питания, к выходам которого подключен импульсно-потенциальный преобразователь, о тл и ч аю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения быстродействия и точности измерения путем исключения влияния нестабильности емкости и сопротивления утечки измерительного конденсатора, зарядная цепь выполнена в виде квадратора, а исполнительный элемент выполнен на опрашивающем и коммутирующем транзисторах, соединенных последовательно, коллектор опрашивающего транзистора соединен с входом упомянутого импульсно-потенциального преобразователя, эмиттер коммутирующего транзистора соединен с положительным выводом упомянутого выпрямителя и с отрицательным полюсом упомянутого стабилизированного источника питания, а его база через резисторы соединена с отрицательным выводоM выпрямителя и положительным полюсом стабилизированного источника питания, соединенного через разрядную цепь с одной из обкладок указанного измерительного конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР М2307458, кл. Н 02Н 3/40, 1971.

2. Грей(вулис Л. П. и др. Полупроводниковые реле тока и напряжения. М., «Энергия», 1970, рпс. 37.

600653.2 7, а-о

Составитель T. Щеголькова

Корректоры: А. Степанова и Л. Брахнина

Тскрсд Л. Гладкова

Редактор 3. Старикова

Подписное

Заказ 356/16 Изд. № 340 Тира>к 892

НПО Государственного кол(итста Совета Министров СССР по дог(ал(изобретений и открытий

113035, Москигп )К-35, Раугпскаи и;(б., д, 4, 5 (ип(>Гp I(1)(((l, Ilp. Сапунова, 2