РЕЛЕ МАКСИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H02H3/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле защиты, срабатывающего на повышение напряжения в сети защищаемой электроустановки.

Известны реле максимального напряжения (см. книгу Линт Г.З. Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах. М., Энергоатомиздат, 1990, с.63-67), которые содержат измерительный узел, представляющий трансформатор напряжения, узел формирования - выпрямительный мост, узел сравнения - однопороговый компаратор, который используется одновременно как первая ступень сравнения, определяющая напряжение срабатывания реле, - поступающий сигнал сравнивается с заданным опорным напряжением. Для установки опорного напряжения, с помощью которого задается уставка реле, предусмотрены резисторы, образующие делитель напряжения, подключенный к источнику питания. Выходной сигнал однопорогового компаратора поступает на времясравнивающую цепочку.

Недостатком таких реле является низкое быстродействие, время срабатывания которого складывается из времени срабатывания времязадающей цепочки и времени срабатывания реле.

Наиболее близким по технической сущности является устройство (см. а.с. СССР 743102, М. Кл.: Н 02 h 3/16, опубл. 25.06.80 г. "Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока"), которое содержит датчик-трансформатор, блок предварительного усиления, выполненный на операционном усилителе, выпрямитель, интегрирующий контур, диод для обеспечения положительной обратной связи и исключения вибрации выходного реле, блок питания, выполненный с использованием трансформатора, выпрямителя, сглаживающей емкости и стабилитрона.

Указанное устройство имеет низкое быстродействие, так как уставка реле задается напряжением смещения, которое формируется на резисторе, подключенном к источнику питания, содержащему инерционное звено - емкость. При коммутации источника питания: при его включении осуществляется плавное нарастание напряжения смещения, в то время как измерительный сигнал на выходе датчика формируется без задержки. Поэтому время срабатывания реле не может быть меньше времени, необходимого для нарастания напряжения на выходе источника питания до установившегося значения. В противном случае при включении источника питания сигнал смещения оказывается меньше измеряемого сигнала, что вызывает ложное срабатывание реле. С целью избежания ложных срабатываний в устройство введены задержки, что существенно снижает быстродействие реле.

Техническим результатом заявленного реле максимального напряжения является повышение быстродействия реле.

Это достигается тем, что реле максимального напряжения, содержащее датчик, блок предварительного усиления многокаскадного усилителя, выполненный на операционном усилителе, выход которого через выпрямитель подключен к интегрирующей RC-цепи, диод положительной обратной связи, причем конденсатор интегрирующей RC-цепи одной обкладкой соединен с отрицательным полюсом источника стабилизированного питания, а другой - с анодом диода положительной обратной связи, катод которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выходное реле, подсоединенное к выходному каскаду усилителя, выполненному на транзисторе, согласно изобретению дополнительно содержит двухполупериодный выпрямитель, вход которого подключен к выходу датчика, а отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом источника питания, измерительную цепь, состоящую из двух последовательно соединенных резисторов, включенных параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя, средняя точка которых соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, цепь уставки реле, состоящую из ограничителя напряжения, выполненного на стабилитроне и резисторе, соединенном с его катодом и положительным полюсом двухполупериодного выпрямителя, при этом анод стабилитрона подключен к отрицательному полюсу источника питания, и делителя напряжения, подключенного параллельно стабилитрону и состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход выпрямителя соединен со входом выходного каскада усилителя.

В заявленном реле максимального напряжения дополнительно введенные двухполупериодный выпрямитель, вход которого подключен к выходу датчика, а отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом источника питания, измерительная цепь, состоящая из двух последовательно соединенных резисторов, включенных параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя, средняя точка которых соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, цепь уставки реле, состоящая из ограничителя напряжения, выполненного на стабилитроне и резисторе, соединенном с его катодом и положительным полюсом двухполупериодного выпрямителя, при этом анод стабилитрона подключен к отрицательному полюсу источника питания, и делителя напряжения, подключенного параллельно стабилитрону и состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход выпрямителя соединен с входом выходного каскада усилителя, обеспечивают одновременное формирование измеряемого сигнала и сигнала уставки реле и тем самым правильную работу при включении и высокое быстродействие.

Непосредственное подключение выпрямителя к входу выходного каскада усилителя также позволяет уменьшить время срабатывания реле.

Заявленное реле максимального напряжения соответствует критериям новизны и изобретательского уровня, так как при поиске по источникам патентной и научно-технической документации заявителями не выявлено, что реле дополнительно содержало бы двухполупериодный выпрямитель, вход которого подключен к выходу датчика, а отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом источника питания, измерительную цепь, состоящую из двух последовательно соединенных резисторов, включенных параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя, средняя точка которых соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, цепь уставки реле, состоящую из ограничителя напряжения, выполненного на стабилитроне и резисторе, соединенном с его катодом и положительным полюсом двухполупериодного выпрямителя, при этом анод стабилитрона подключен к отрицательному полюсу источника питания, и делителя напряжения, подключенного параллельно стабилитрону и состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход выпрямителя соединен с входом выходного каскада усилителя.

Заявленное реле максимального напряжения соответствует критерию "промышленная применимость", так как оно может быть использовано в реле защиты, срабатывающего на повышение напряжения в сети защищаемой электроустановки.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого реле максимального напряжения.

Реле максимального напряжения содержит датчик напряжения - трансформатор напряжения 1 с двухполупериодным выпрямителем 2 на выходе, цепь уставки реле, состоящую из ограничителя напряжения, выполненного на резисторе 3 и стабилитроне 4, и делителя напряжения, состоящего из резисторов 5 и 6, измерительную цепь, состоящую из двух последовательно соединенных резисторов 7 и 8, блок предварительного усиления многокаскадного усилителя, выполненный на операционном усилителе 9, выпрямитель 10, интегрирующую RC-цепь, состоящую из резистора 11 и конденсатора 12, диод 13 для обеспечения положительной обратной связи и исключения вибрации, выходной каскад усилителя, выполненный на транзисторе 14 выходного реле 15 источника питания, выполненный с использованием трансформатора 16, выпрямителя 17, слаживающей емкости 18 и стабилитрона 19.

Реле максимального напряжения работает следующим образом.

В исходном режиме, при напряжении сети меньше уровня срабатывания реле, напряжение, поступающее с трасформатора 1 через двухполупериодный выпрямитель 2 на инвертирующий вход операционного усилителя 9 через ограничитель напряжения, выполненный на резисторе 3 и стабилитроне 4, и делитель напряжения, выполненный на резисторах 5 и 6, больше, чем напряжение, поступающее на неинвертирующий вход операционного усилителя через измерительную цепь, выполненную на резисторах 7 и 8. При этом напряжение на выходе операционного усилителя 9 относительно отрицательного полюса источника стабилизированного питания примерно равно нулю, конденсатор 12 разряжен, транзистор 14 закрыт, а выходное реле 15 обесточено.

При увеличении напряжения в сети защищаемого устройства напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 9 увеличивается пропорционально его изменению, а напряжение на инвертирующем входе увеличивается только до момента, когда напряжение на стабилитроне 4 не достигнет напряжения стабилизации, в дальнейшем увеличение напряжения практически не происходит. При дальнейшем увеличении напряжения сети напряжение на неинветирующем входе усилителя 9 становится больше, чем напряжение на инвертирующем входе, и на выходе операционного усилителя 9 появляется напряжение, начинается заряд конденсатора 12. Транзистор 14 открывается и начинается нарастание тока в катушке выходного реле 15. При превышении на конденсаторе 12 величины напряжения на резисторе 8 открывается диод 13 и начинается действие положительной обратной связи, обеспечивающей удержание напряжения на выходе операционного усилителя 9. Выходное реле срабатывает, обеспечивая с помощью дополнительного коммутационного аппарата отключение электроустановки.

Диод 20 обеспечивает защиту операционного усилителя от возможных перенапряжений.

Возврат реле происходит путем снятия напряжения питания, осуществляемого коммутационным аппаратом.

Увеличение быстродействия реле максимального напряжения достигается за счет непосредственного подключения выходного усилителя к выходу операционного усилителя 9, минуя линии задержки. При этом обеспечивается правильная работа в режимах коммутации источника питания реле за счет того, что обе цепи: измерительная цепь и цепь уставки реле подключены к датчику напряжения и не содержат инерционных звеньев.

Постоянная времени RC-цепочки выбирается такой, чтобы при появлении напряжения на выходе операционного усилителя 9 напряжение на конденсаторе 12 достигало величины напряжения на резисторе 8 раньше, чем нарастет ток в катушке реле 15 до величины его срабатывания. Этим обеспечивается своевременный подхват положительной обратной связи и исключается вибрация реле 15, вызванная переменным характером напряжения сети.

Короткие же импульсы перенапряжения в сети, не вызывающие подхвата положительной обратной связи, не вызывают срабатывания реле максимального напряжения.

Таким образом, время срабатывания реле максимального напряжения определяется только временем срабатывания реле 15.

Заявленное реле максимального напряжения по сравнению с прототипом обеспечивает:
- более высокое быстродействие;
- надежность в работе в режиме коммутации, так как цепи уставки не содержат инерционных звеньев: электролитических конденсаторов, параметры которых сильно зависят как от температуры окружающей среды, так и от сроков хранения и эксплуатации;
- простоту настройки, так как измерительные цепи и цепи уставки не имеют общих элементов.

Заявленное реле максимального напряжения обеспечивает быстродействующую защиту электроустановки при повышении напряжения в питающей сети.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к реле защиты, срабатывающего на повышение напряжения в сети защищаемой электроустановки. Техническим результатом заявленного реле максимального напряжения является повышение его быстродействия. Кроме того, заявленное реле обеспечивает надежность в работе в режиме коммутации, так как цепи установки не содержат инерционных звеньев: электролитических конденсаторов, параметры которых сильно зависят как от температуры окружающей среды, так и от сроков хранения и эксплуатации. Заявленное реле обеспечивает простоту настройки, так как измерительные цепи и цепи установки не имеют общих элементов. Реле максимального напряжения дополнительно к известному содержит двухполупериодный выпрямитель, вход которого подключен к выходу датчика, а отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом источника питания, измерительную цепь, состоящую из двух последовательно соединенных резисторов, включенных параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя, средняя точка которых соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, цепь уставки реле, состоящую из ограничителя напряжения, выполненного на стабилитроне и резисторе, соединенном с его катодом и положительным полюсом двухполупериодного выпрямителя, при этом анод стабилитрона подключен к отрицательному полюсу источника питания, и делителя напряжения, подключенного параллельно стабилитрону и состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход выпрямителя соединен с входом выходного каскада усилителя. 1 ил.

Реле максимального напряжения, содержащее датчик напряжения, блок предварительного усиления многокаскадного усилителя, выполненный на операционном усилителе, выход которого через выпрямитель подключен к интегрирующей RC-цепи, диод положительной обратной связи, причем конденсатор интегрирующей RC-цепи одной обкладкой соединен с отрицательным полюсом источника стабилизированного питания, а другой - с анодом диода положительной обратной связи, катод которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выходное реле, подсоединенное к выполненному на транзисторе выходному каскаду многокаскадного усилителя, отличающееся тем, что реле максимального напряжения дополнительно содержит двухполупериодный выпрямитель, вход которого подключен к выходу датчика напряжения, а отрицательный полюс соединен с отрицательным полюсом источника стабилизированного питания, измерительную цепь, состоящую из двух последовательно соединенных резисторов, включенных параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя, средняя точка которых соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя, цепь уставки реле, состоящую из ограничителя напряжения, выполненного на стабилитроне и резисторе, соединенном одним выводом с катодом стабилитрона, а другим - с положительным полюсом двухполупериодного выпрямителя, при этом анод стабилитрона подключен к отрицательному полюсу источника стабилизированного питания, и делителя напряжения, подключенного параллельно стабилитрону и состоящего из двух последовательно соединенных резисторов, средняя точка которых соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход выпрямителя блока предварительного усиления соединен с входом выходного каскада многокаскадного усилителя.