ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ РЕЛЕ Российский патент 2003 года по МПК H01H47/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве дифференциального реле.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный трансформатор, выпрямительный блок, фильтр нижних частот, первый пороговый блок, реагирующий орган, выполненный в виде второго порогового блока, и исполнительный элемент, выполненный в виде реле [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях возможного действия помех, вызванных мощными бросками тока намагничивания, возникающими при включении ненагруженного трансформатора.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный трансформатор, вход которого является информационным входом реле, выпрямительный блок, фильтр нижних частот и первый пороговый блок, а также последовательно соединенные второй пороговый блок и исполнительный элемент, введены счетчик импульсов, выход которого соединен с входом второго порогового блока, генератор тактовых импульсов, элемент И, первый прямой вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока, второй прямой вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого порогового блока, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, одновибратор, вход которого соединен с входом запуска реле, а выход - со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, и третий пороговый блок, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход соединен с инверсным входом элемента И, при этом формирователь импульсов предназначен для формирования на его выходе импульса по заднему фронту его входного сигнала. Кроме того, исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом второго порогового блока.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема дифференциального реле, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Дифференциальное реле (фиг.1) содержит последовательно соединенные измерительный трансформатор 1, выпрямительный блок 2, фильтр 3 нижних частот и первый пороговый блок 4, последовательно соединенные счетчик 5 импульсов, второй пороговый блок 6 и исполнительный элемент 7, генератор 8 тактовых импульсов, элемент И 9, первый прямой вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока 4, второй прямой вход соединен с выходом генератора 8 тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика 5 импульсов, элемент ИЛИ 10, формирователь импульсов 11, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого порогового блока 4, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ 10, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика 5 импульсов, одновибратор 12, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ 10 и с входом запуска генератора 8 тактовых импульсов, и третий пороговый блок 13, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход соединен с инверсным входом элемента И.

Измерительный трансформатор 1, выпрямительный блок 2, фильтр 3 нижних частот могут иметь ту же конструкцию, что и в описании прототипа. Первый 4, второй 6 и третий 13 пороговые блоки являются соответственно аналоговым и цифровыми компараторами. Фильтр 3 нижних частот настроен на пропускание постоянной составляющей и составляющей промышленной частоты. Исполнительный элемент 7 может быть выполнен, как и в прототипе, в виде реле, обмотка которого через усилитель или непосредственно соединена с выходом второго порогового блока 6. Формирователь 11 импульсов вырабатывает одиночный импульс при перепаде на его входе сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы. Остальные элементы являются стандартными элементами электротехники. Цепи питания, кроме цепи питания одновибратора 12, на чертеже опущены, как несущественные.

На фиг. 2а показан сигнал на выходе фильтра 3, фиг.2б - на выходе счетчика, фиг.2в - на выходе второго порогового блока.

Работает дифференциальное реле следующим образом.

Дифференциальное реле предназначено для работы в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора. Для исключения ложных срабатываний производится отстройка от бросков тока намагничивания путем выявления различий между формой кривой тока короткого замыкания (область 2) и кривой тока намагничивания (область 3) на фиг.2а.

Сигнал тока от защищаемого объекта трансформируется в измерительном трансформаторе 1, выпрямляется в выпрямительном блоке 2 и фильтруется в фильтр 3 нижних частот, который выделяет постоянную составляющую и составляющую промышленной частоты (фиг.2а).

При подаче на одновибратор 12 сигнала питания последний вырабатывает импульс, поступающий на вход запуска генератора 8 тактовых импульсов и через элемент ИЛИ 10 - на вход установки в ноль счетчика 5 импульсов. При отсутствии короткого замыкания на выходе фильтра 3 вырабатывается сигнал постоянной составляющей и низкий уровень сигнала первой гармоники тока промышленной частоты (область 1 на фиг.2а). При коротком замыкании (область 2 на фиг.2а) на выходе "Больше" первого порогового блока 4 формируется сигнал с уровнем логической единицы, в результате чего на счетный (информационный) вход счетчика 5 поступают импульсы от генератора 8 импульсов. При превышении выходным сигналом счетчика 5 (фиг.2б) заданного порогового уровня срабатывает второй пороговый блок 6 (фиг.2в) и на его выходе формируется сигнал логической единицы, приводящий, в свою очередь, к срабатыванию исполнительного элемента 7.

Если наблюдаются броски тока намагничивания (область 3 на фиг.2а), то наличие периодических областей в выходном сигнале фильтра 3 ниже уровня порога первого порогового блока 4 приводит к периодическому обнулению счетчика 5 импульсов за счет формирования импульса обнуления формирователем 11. Поэтому срабатывания исполнительного элемента 7 не происходит.

Кроме того, для исключения возможного сбоя работы дифференциального реле вследствие переполнения счетчика 5 импульсов, что, как правило, приводит к его обнулению, на выходе счетчика 5 импульсов включен третий пороговый блок 13, порог срабатывания которого устанавливается несколько меньше объема счетчика 5, но выше порога срабатывания второго порогового блока 6. Поэтому при формировании на выходе третьего порогового блока 13 уровня логической единицы, который подается на инверсный вход элемента И 9, прекращается поступление импульсов генератора 8 на счетный вход счетчика 5. Поэтому его переполнения не происходит при любых ситуациях работы устройства.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем предусмотрена защита от мощных бросков тока намагничивания.

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. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с.112, рис. 2.66 (прототип).

Использование: в качестве дифференциального реле в устройствах защиты трансформаторов от токов короткого замыкания. Дифференциальное реле содержит последовательно соединенные измерительный трансформатор, выпрямительный блок, фильтр нижних частот и первый пороговый блок, последовательно соединенные счетчик импульсов, второй пороговый блок и исполнительный элемент, генератор тактовых импульсов, элемент И, первый прямой вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока, второй прямой вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен с информационным входом счетчика импульсов, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого порогового блока, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, одновибратор, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, и третий пороговый блок, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход соединен с инверсным входом элемента И. Технический результат заключается в обеспечении высокой точности в условиях возможного действия помех, вызванных мощными бросками тока намагничивания, возникающими при включении ненагруженного трансформатора. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Дифференциальное реле, содержащее последовательно соединенные измерительный трансформатор, вход которого является информационным входом дифференциального реле, выпрямительный блок, фильтр нижних частот и первый пороговый блок, а также последовательно соединенные второй пороговый блок и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены счетчик импульсов, выход которого соединен с входом второго порогового блока, генератор тактовых импульсов, элемент И, первый прямой вход которого соединен с выходом "Больше" первого порогового блока, второй прямой вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого порогового блока, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, одновибратор, вход которого соединен с входом запуска дифференциального реле, а выход - со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, и третий пороговый блок, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход соединен с инверсным входом элемента И, при этом формирователь импульсов предназначен для формирования на его выходе одиночного импульса при перепаде на его входе сигнала с уровня логического нуля на уровень логической единицы. 2. Реле по п.1, отличающееся тем, что исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающим контактом, обмотка которого непосредственно или через усилитель соединена с выходом второго порогового блока.