реле тока

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, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый 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, блок задержки, вход которого соединен с входом сложения алгебраического сумматора и с выходом выпрямителя, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, формирователь коротких импульсов и третий элемент И, прямой вход которого соединен с входом формирователя коротких импульсов и с выходом “больше” первого порогового блока, инверсный вход соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а выход третьего элемента И соединен со вторым прямым входом второго элемента И.

Описание изобретения к патенту

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 заявляемому 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.

Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости.

Этот технический результат достигается тем, что в реле тока, содержащем 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, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый 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, блок задержки, вход которого соединен с входом сложения алгебраического сумматора и с выходом выпрямителя, а выход соединен с входом вычитания алгебраического сумматора, формирователь коротких импульсов и третий элемент И, прямой вход которого соединен с входом формирователя коротких импульсов и с выходом “больше” первого порогового блока, инверсный вход соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а выход третьего элемента И соединен со вторым прямым входом второго элемента И.

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 элемент И 4, первый вход которого соединен с выходом “меньше” первого порогового блока 3, второй элементы И 5, 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 с первым 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 с входом вычитания алгебраического сумматора 14. Устройство содержит также формирователь 16 коротких импульсов и третий элемент И 17, прямой вход которого соединен с входом формирователя 16 коротких импульсов и с выходом “больше” первого порогового блока 3. Инверсный вход третьего элемента И 17 соединен с выходом формирователя 16 коротких импульсов, а выход соединен со вторым прямым входом второго элемента И 5. При этом исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде 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, стр. 177, 187], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель 2 - 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.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 не сглаженное 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 Uоп, 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 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.

Коме того, появление уровня логической единицы на выходе “больше” первого порогового блока 3 приведет к формированию короткого импульса формирователем 16, подача которого на инверсный вход третьего элемента И 17 исключит на время длительности короткого импульса подачу уровня логической единицы на второй вход второго элемента И 5. Следовательно, если недопустимо большое приращение амплитуды тока будет кратковременным, то это исключит срабатывание реле из-за кратковременных бросков 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 позволяют 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 и исключается срабатывание реле из-за его кратковременных бросков.

Источники информации

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.