УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И ФИКСАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН АВАРИЙНОГО РЕЖИМА Российский патент 2002 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к электроизмерительным устройствам, и может быть использовано для непрерывного измерения электрических величин, например тока, и фиксации значения тока, возникающего при коротких замыканиях или других аварийных режимах на линиях электропередачи, преимущественно с целью определения расстояния до места повреждения.

Известны устройства для фиксации электрических величин аварийного режима, например, приведенное в описании к авторскому свидетельству СССР 681394, класс МПК G 01 R 31/08, опубл. 25.08.79, содержащее входной трансформатор, параллельно вторичной обмотке которого включены полосовой фильтр и пусковой орган, выход которого через первый элемент задержки с размыкающим контактом соединен с входом второго элемента задержки с размыкающим контактом, размыкающий контакт первого элемента задержки включен между детектором амплитуды и общей шиной, выпрямитель, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход через последовательно соединенные резистор, детектор амплитуды, повторитель, размыкающий контакт второго элемента задержки и второй резистор подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом счетчика импульсов, а управляющий вход соединен с выходом второго элемента задержки, запоминающий конденсатор, включенный между входом аналого-цифрового преобразователя и общей шиной.

Недостатком описанного устройства является его низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для фиксации значений электрических величин, приведенное в описании к авторскому свидетельству СССР 834618, класс МПК G 01 R 31/08, опубл. 05.06.81, содержащее входной трансформатор, параллельно вторичной обмотке которого включены полосовой фильтр и пусковой орган, выход которого через первый элемент задержки с размыкающим контактом соединен с входом второго элемента задержки с размыкающим контактом, выпрямитель, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход через последовательно соединенные резистор, детектор амплитуды, повторитель, размыкающий контакт второго элемента задержки и второй резистор подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, один выход которого соединен с входом счетчика импульсов, управляющий вход соединен с выходом второго элемента задержки, а второй выход подключен к второму входу второго элемента задержки, запоминающий конденсатор, включенный между входом аналого-цифрового преобразователя и общей шиной, ограничитель длительности импульсов, включенный между выходом и соответствующим входом первого элемента задержки, размыкающий контакт которого включен между детектором амплитуды и общей шиной.

Описанное устройство имеет достаточно высокое быстродействие, однако оно не позволяет непрерывно измерять ток. Измерение производится только в том случае, когда значение входного тока превышает устанавливаемый в пусковом органе порог срабатывания. Если же входной ток меньше установленного порога, измерение не производится. После измерения значения входного тока, превысившего порог срабатывания, для измерения следующего превышения необходимо предварительно сбросить устройство. Кроме того, описанное устройство не позволяет измерять ток при коротком замыкании или перегрузке в трехфазной сети.

При создании предлагаемого изобретения стояла задача разработки такого устройства, которое при достаточно простой схемной реализации имело бы высокое быстродействие и позволяло непрерывно измерять ток и одновременно фиксировать значение тока при коротком замыкании или перегрузке в трехфазной сети с последующим его хранением в течение определенного интервала времени (например, в течение 1 секунды), достаточного для считывания этого значения системой телеизмерения.

Указанная задача решается за счет того, что в устройство для фиксации электрических величин аварийного режима, содержащее входной трансформаторный блок, последовательно соединенные резистор и конденсатор, соединенный с общей шиной, выпрямитель, выходом подключенный к входу детектора амплитуды, образующие измерительный блок, введен второй измерительный блок, аналогичный первому, в каждом измерительном блоке дополнительно введен формирователь сигнала СБРОС, а выход входного трансформаторного блока соединен с входом выпрямителя, первый выход детектора амплитуды через резистор соединен с конденсатором, второй выход детектора амплитуды подключен к входу формирователя сигнала СБРОС, выход которого подключен к точке соединения резистора и конденсатора, выходы первого и второго измерительных блоков подключены к входу выходного блока, формирующего сигнал постоянного тока, пропорциональный сигналу напряжения на его входе, детектор амплитуды обеспечивает заряд конденсатора до напряжения, равного амплитуде напряжения на выходе выпрямителя, и в момент начала уменьшения входного тока формирование импульса запуска формирователя сигнала СБРОС, обеспечивающего после запуска формирование импульса сброса напряжения, присутствующего на конденсаторе, а блок усиления обеспечивает усиление сигнала напряжения, поступающего на его вход, до уровня, необходимого для нормальной работы выходного блока.

Данное техническое решение за счет возможности непрерывного измерения тока и фиксации его максимального значения с последующим хранением его в течение, например, 1 секунды позволяет измерять ток как при аварийном режиме, так и при нормальной работе трехфазной сети, используя при этом сравнительно простое схемное решение.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведена схема подключения устройства при работе в трехфазной сети, на фиг.3 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы предлагаемого устройства, при этом на фиг.3 приняты следующие обозначения:
iк1, iк2 - входные токи первого и второго канала;
iкз1, iкз2 - установившиеся значения токов короткого замыкания 1-го и 2-го измерительного канала, iкз1>iкз2;
I - выходной сигнал (постоянный ток), пропорционален i к1;
tк - момент времени, когда произошло короткое замыкание;
tз - момент времени, когда сработала релейная защита (после срабатывания защиты входной сигнал равен 0);
tпп - длительность переходного процесса короткого замыкания;
tдт - время, когда значение тока равно установившемуся значению тока КЗ;
tдз - время от момента возникновения короткого замыкания до момента срабатывания защиты (уставка по защите);
tycт - время установления выходного сигнала устройства при увеличении входного сигнала,
txp - время хранения выходного сигнала при уменьшении входного сигнала.

Предлагаемое устройство, представленное на фиг.1, содержит входной трансформаторный блок 1, выход которого через выпрямитель 2 соединен с входом детектора амплитуды 3, первый выход которого через резистор 4 подключен к конденсатору 5, соединенному с общей шиной, и к входу блока усиления 6, а второй выход детектора амплитуды 3 соединен с входом формирователя сигнала СБРОС 7. Входной трансформаторный блок 1, выпрямитель 2, детектор амплитуды 3, резистор 4 с конденсатором 5, блок усиления 6 и формирователь сигнала СБРОС 7 образуют измерительный блок 8. Предлагаемое устройство содержит второй измерительный блок 9, структурная схема которого полностью аналогична структурной схеме первого измерительного блока 8. Выходы первого и второго блоков усиления 6 (первого 8 и второго 9 измерительных блоков) подключены к входу выходного блока 10, выход которого является выходом устройства.

Входной трансформаторный блок 1 предназначен для гальванической развязки входной и выходной цепей устройства, защиты от перегрузок при превышении входным сигналом определенного значения и обеспечения линейности преобразования сигнала. Входной трансформаторный блок 1 может быть выполнен, например, на трансформаторе тока и операционном усилителе, включенном таким образом, чтобы нагрузка трансформатора тока была близка к режиму короткого замыкания.

Выпрямитель 2 предназначен для выпрямления переменного напряжения, поступающего с выхода входного трансформаторного блока 1. Выпрямитель 2 выполнен по схеме двухполупериодного выпрямителя на операционном усилителе. Двухполупериодное выпрямление сигнала обеспечивает высокое быстродействие устройства.

Детектор амплитуды 3 предназначен для заряда конденсатора 5 через резистор 4 до напряжения, равного амплитуде напряжения на выходе выпрямителя 2, и для формирования импульса запуска формирователя сигнала СБРОС 7 в момент начала уменьшения входного сигнала.

Конденсатор 5 предназначен для хранения сигнала напряжения при исчезновении входного сигнала устройства. Детектор амплитуды 3 совместно с резистором 4 и конденсатором 5 может быть выполнен по схеме пикового детектора на операционном усилителе.

Блок усиления 6 предназначен для усиления сигнала напряжения, поступающего на его вход, до уровня, необходимого для нормальной работы выходного блока 10 и для усиления сигнала по току. Блок усиления 6 может быть выполнен по схеме неинвертирующего операционного усилителя, на выходе которого включен биполярный транзистор для усиления выходного тока. Транзистор играет также роль ключа. Если сигнал на выходе блока усиления б больше, чем сигнал на его входе, то ключ закрыт и сигнал на выходе блока усиления 6 отсутствует.

Формирователь сигнала СБРОС 7 предназначен для формирования импульса сброса сигнала напряжения, присутствующего на конденсаторе 5, через определенный промежуток времени после запуска его сигналом с выхода детектора амплитуды 3. Формирователь сигнала СБРОС 7 может быть выполнен на генераторе прямоугольных импульсов и счетчике с ключевым элементом, который, открываясь, разряжает конденсатор 5.

Выходной блок 10 представляет собой преобразователь сигнала постоянного напряжения в сигнал постоянного тока и предназначен для формирования выходного сигнала постоянного тока, пропорционального сигналу напряжения, присутствующему на его входе.

Входы входных трансформаторных блоков 1, входящих в состав первого 8 и второго 9 измерительных блоков, являются входами устройства и подключаются к измерительным обмоткам трансформаторов тока 11,12 (см.фиг.2). Трансформаторы тока 11,12 подключены к двум фазам трехфазной сети, например А и С, вторичные обмотки трансформаторов тока 11, 12 соединены по схеме неполной звезды.

Выход выходного блока 10 является выходом устройства и подключается к системе телеизмерения.

Предлагаемое устройство для фиксации электрических величин аварийного режима работает следующим образом.

При подаче сигнала переменного тока на входы преобразователя этот сигнал с помощью входного трансформаторного блока 1 преобразуется в сигнал, меньший по величине и гальванически развязанный от входного сигнала. Выходной сигнал входного трансформаторного блока 1 поступает на вход выпрямителя 2, который преобразует сигнал переменного тока в сигнал выпрямленного напряжения. Этот сигнал поступает на вход детектора амплитуды 3. С помощью детектора амплитуды 3, резистора 4, конденсатора 5 и блока усиления 6 сигнал выпрямленного напряжения преобразуется в сигнал постоянного напряжения. При увеличении входного сигнала детектор амплитуды 3 вместе с последовательно соединенными резистором 4, конденсатором 5 и блоком усиления 6 отслеживают увеличение входного сигнала. При уменьшении входного сигнала на конденсаторе 5 хранится предыдущее значение входного сигнала. В момент уменьшения входного сигнала детектор амплитуды 3 вырабатывает импульс запуска формирователя сигнала СБРОС 7, который разряжает конденсатор 5 через определенный заданный интервал времени, после чего устройство готово к дальнейшим измерениям. Сигнал с выхода блока усиления 6 поступает на вход выходного блока 10, который преобразует поступающий сигнал постоянного напряжения в сигнал постоянного тока. Этот сигнал незначительно зависит от сопротивления нагрузки, подключенной к выходной цепи.

При измерении тока, возникающего при аварийной ситуации в трехфазной сети, устройство работает следующим образом.

В момент возникновения аварийной ситуации на входах устройства появляется ток, значительно превышающий предыдущее значение тока. При появлении тока на входах первого и второго входных трансформаторных блоков 1, входящих в состав первого 8 и второго 9 измерительных блоков, на их выходах (на выходах первого и второго блоков усиления 6) появляются сигналы, пропорциональные входным, причем, если сигнал, поступающий на вход входного трансформаторного блока 1 первого измерительного блока 8, больше сигнала, поступающего на вход входного трансформаторного блока 1 второго измерительного блока 9, то на вход выходного блока 10 подается выходной сигнал с первого измерительного блока 8. Следовательно, выходной сигнал устройства пропорционален большему из входных сигналов измерительных блоков 8, 9.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными обладает следующими преимуществами. При сравнительно простой и недорогой схемной реализации оно позволяет осуществлять непрерывный процесс измерения тока и фиксацию максимального значения тока одновременно по двум фазам трехфазной сети.

Использование: для непрерывного измерения тока и фиксации его значения, возникающего при коротких замыканиях или других аварийных режимах на линиях электропередач. Устройство содержит первый и второй измерительные блоки, каждый из которых включает входной трансформаторный блок, выпрямитель, детектор амплитуды, резистор и запоминающий конденсатор, блок усиления, формирователь сигнала СБРОС. Выходы первого и второго измерительных блоков соединены между собой и подключены к выходному блоку, выход которого подключается к устройству телеизмерения. Входы первого и второго измерительных блоков являются входами устройства и подключаются к измерительным обмоткам трансформаторов тока, подключенных к соответствующим фазам трехфазной сети. Технический результат заключается в осуществлении непрерывного процесса измерения тока и фиксации максимального значения тока одновременно по двум фазам трехфазной сети. 3 ил.

Устройство для измерения и фиксации электрических величин аварийного режима, содержащее входной трансформаторный блок, последовательно соединенные резистор и конденсатор, соединенный с общей шиной, выпрямитель, выходом подключенный к входу детектора амплитуды, образующие измерительный блок, отличающееся тем, что в него введен второй измерительный блок аналогичный первому, в каждом измерительном блоке дополнительно введен формирователь сигнала СБРОС, а выход входного трансформаторного блока соединен с входом выпрямителя, первый выход детектора амплитуды через резистор соединен с конденсатором, второй выход детектора амплитуды подключен к входу формирователя сигнала СБРОС, выход которого подключен к точке соединения резистора и конденсатора, выходы первого и второго измерительных блоков подключены к входу выходного блока, формирующего сигнал постоянного тока, пропорциональный сигналу напряжения на его входе, детектор амплитуды обеспечивает заряд конденсатора до напряжения, равного амплитуде напряжения на выходе выпрямителя и в момент начала уменьшения входного тока формирование импульса запуска формирователя сигнала СБРОС, обеспечивающего после запуска формирование импульса сброса напряжения, присутствующего на конденсаторе, а блок усиления обеспечивает усиление сигнала напряжения, поступающего на его вход до уровня, необходимого для нормальной работы выходного блока.