РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле сопротивления дистанционной защиты, выполняемое на основе сравнения фаз напряжения и тока.

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

Недостаток устройства - относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее блок формирования сравниваемых напряжений, выполненный в виде промежуточного трансформатора тока и промежуточного трансформатора напряжения, выходы каждого из которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, выходы которых соединены с входами соответствующих частотных фильтров, выходы которых являются выходами блока формирования сравниваемых напряжений, а также преобразователь сравниваемых напряжений, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами блока формирования сравниваемых напряжений, и исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом преобразователя сравниваемых напряжений [2, стр. 414, рис. 11.32].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях действия помех.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока и исполнительный элемент, введены первый компаратор, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора напряжения, второй компаратор, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора тока, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Меньше" первого и второго компараторов соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами "Больше" первого и второго компараторов соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом "Больше" первого компаратора и выходом "Меньше" второго компаратора, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом "Меньше" первого компаратора и выходом "больше" второго компаратора, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов И соответственно, пятый элемент И, первый прямой вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, шестой элемент И, первый прямой вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми прямыми входами пятого и шестого элементов И, элемент задержки, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами соответственно пятого и шестого элементов И, третий и четвертый компараторы, входы которых соединены с выходом реверсивного счетчика, а выходы соединены с инверсными входами соответственно пятого и шестого элементов И, нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а вход установки в нулевое состояние соединен с выходом одновибратора и со вторым входом третьего элемента ИЛИ, пятый компаратор, вход которого соединен с выходом нерекурсивного фильтра, а выход соединен с входом исполнительного элемента, а также формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого компаратора, а выход - с управляющим входом нерекурсивного фильтра и выходом элемента задержки.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле сопротивления; на фиг.2 - то же, нерекурсивного фильтра.

Реле сопротивления (фиг.1) содержит промежуточный трансформатор 1 напряжения, промежуточный трансформатор 2 тока, исполнительный элемент 3, первый компаратор 4, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора 1 напряжения, второй компаратор 5, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора 2 тока, первый элемент И 6, первый и второй входы которого соединены с выходами "Меньше" первого 1 и второго 2 компараторов, соответственно, второй элемент И 7, первый и второй входы которого соединены с выходами "Больше" первого 1 и второго 2 компараторов соответственно, третий элемент И 8, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом "Больше" первого компаратора 1 и выходом "Меньше" второго компаратора 2, четвертый элемент И 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом "Меньше" первого компаратора 1 и выходом "Больше" второго компаратора 2, первый элемент ИЛИ 10, первый и второй входы которого соединены с выходами первого 6 и второго 7 элементов И, второй элемент ИЛИ 11, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего 8 и четвертого 9 элементов И, пятый элемент И 12, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 10, шестой элемент И 13, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ 11, последовательно соединенные одновибратор 14 и генератор 15 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторыми входами пятого 12 и шестого 13 элементов И, последовательно соединенные элемент задержки 16 и третий элемент ИЛИ 17, реверсивный счетчик 18, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами соответственно пятого 12 и шестого 13 элементов И, третий 19 и четвертый 20 компараторы, входы которых соединены с выходом реверсивного счетчика 18, а выходы - с инверсными входами соответственно пятого 12 и шестого 13 элементов И, нерекурсивный фильтр 21, информационный вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 18, а вход установки в нулевое состояние - с выходом одновибратора 14 и со вторым входом третьего элемента ИЛИ 17, пятый компаратор 22, вход которого соединен с выходом нерекурсивного фильтра 21, а выход соединен с входом исполнительного элемента 3, а также формирователь 23 короткого импульса, вход которого соединен с выходом "Меньше" первого компаратора 4, а выход соединен с управляющим входом нерекурсивного фильтра 21.

Нерекурсивный фильтр (фиг.2) содержит последовательно соединенные параллельные регистры 24-1...24-к памяти, вход первого из которых является информационным входом фильтра, а выходы которых через соответствующие умножители на 1/к 25-1...25-к соединены с входами сумматора 26, где к - число последовательно соединенных регистров. Выход сумматора 26 является выходом нерекурсивного фильтра.

Исполнительный элемент 3 может быть выполнен в виде обмотки реле с соответствующим контактом, которая через усилитель или непосредственно соединена с выходом пятого компаратора 22. Формирователь 23 вырабатывает короткий импульс по переднему фронту импульса на выходе первого компаратора 4. Остальные элементы устройства являются стандартными элементами цифровой техники. Цепи питания на чертежах опущены как несущественные.

Работает реле сопротивления следующим образом.

В основу его работы положен принцип сравнения интервалов времени совпадения и несовпадения знаков мгновенных значений напряжения и тока в цепи.

Этот принцип реализуется в предложенном устройстве следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе, на вход одновибратора 14, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 15, на вход установки в нулевое состояние нерекурсивного фильтра 21 и через третий элемент ИЛИ 17 - на вход установки в ноль реверсивного счетчика 18.

На входы промежуточного трансформатора 1 и промежуточного трансформатора 2 поступают входные сигналы соответственно напряжения и тока, которые после трансформации поступают соответственно на входы первого 4 и второго 5 компараторов с нулевыми порогами, где сигналы преобразуются в прямоугольные. Выходы "Больше" первого 4 и второго 5 компараторов соединены с входами второго элемента И 7, а выходы "Меньше" - с входами первого элемента И 6. Поэтому на выходе первого элемента ИЛИ 10 сигнал с уровнем логической единицы формируется в течение интервалов времени, когда знаки мгновенных значений напряжения и тока совпадают. В эти интервалы времени через пятый элемент И 12 импульсы ГТИ 15 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 18, число которых пропорционально времени совпадения. Аналогично на выходе второго элемента ИЛИ 11 сигнал логической единицы формируется в течение интервалов времени, когда знаки мгновенных значений напряжения и тока не совпадают. В эти интервалы времени через шестой элемент И 13 импульсы ГТИ 15 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 18, число которых пропорционально времени несовпадения. В начале каждого периода напряжения формирователь 23 короткого импульса вырабатывает короткий импульс, по которому содержимое реверсивного счетчика 18 переписывается в нерекурсивный фильтр 21, а содержимое реверсивного счетчика 18 обнуляется после малой задержки импульса в элементе задержки 16 на время переходных процессов в нерекурсивном фильтре 21. В результате в нерекурсивном фильтре 21 формируется усредненное значение разности временных интервалов несовпадения и совпадения знаков мгновенных значений напряжения и тока за временной интервал, равный периоду сигнала. Выходной сигнал нерекурсивного фильтра 21 поступает на вход пятого компаратора 22, уровень логической единицы на выходе которого соответствует случаю, когда среднее значение интервала совпадения знаков мгновенных значений напряжения и тока будет меньше среднего значения интервала несовпадения знаков мгновенных значений напряжения и тока. Это приводит к срабатыванию исполнительного элемента 3.

Кроме того, с целью исключения влияния сбоев в работе устройства в случае переполнения реверсивного счетчика 18 в положительную или отрицательную сторону (например, при сбое работы компаратора 4 или формирователя 23 в условиях влияния случайных искажений сигнала цепи), предусмотрено блокирование его суммирующих и вычитающих входов при срабатывании соответственно третьего 19 и четвертого 20 компараторов, выходные сигналы которых с уровнем логической единицы поступают на инверсные входы соответственно пятого 12 и шестого 13 элементов И.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку уменьшается влияние помех и кратковременных искажений сигналов.

Источники информации, принятые во внимание
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998г., с.390, рис.35.10.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998г., стр. 414 (прототип).

Изобретение используется в электротехнике в качестве реле сопротивления. Технический результат заключается в повышении точности. Для этого реле сопротивления содержит исполнительный элемент, промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока, одновибратор, генератор тактовых импульсов, пять компараторов, три элемента ИЛИ, нерекурсивный фильтр, реверсивный счетчик, формирователь короткого импульса по переднему фронту, шесть элементов И, элемент задержки. 2 ил.

Реле сопротивления, содержащее промежуточный трансформатор напряжения, промежуточный трансформатор тока и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены первый компаратор, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора напряжения, второй компаратор, вход которого соединен с выходом промежуточного трансформатора тока, первый элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “Меньше” первого и второго компараторов соответственно, второй элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами “Больше” первого и второго компараторов соответственно, третий элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “Больше” первого компаратора и выходом “Меньше” второго компаратора, четвертый элемент И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом “Меньше” первого компаратора и выходом “Больше” второго компаратора, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, второй элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов И соответственно, пятый элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, шестой элемент И, первый вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, последовательно соединенные одновибратор и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен со вторыми входами пятого и шестого элементов И, элемент задержки, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами соответственно пятого и шестого элементов И, третий и четвертый компараторы, входы которых соединены с выходом реверсивного счетчика, а выходы соединены с инверсными входами соответственно пятого и шестого элементов И, нерекурсивный фильтр, информационный вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а вход установки в нулевое состояние соединен с выходом одновибратора и со вторым входом третьего элемента ИЛИ, пятый компаратор, вход которого соединен с выходом нерекурсивного фильтра, а выход соединен с входом исполнительного элемента, а также формирователь короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом “Меньше” первого компаратора, а выход соединен с управляющим входом нерекурсивного фильтра, причем одновибратор вырабатывает одиночный импульс, поступающий через третий элемент ИЛИ на вход установки в "0" реверсивного счетчика, а содержание реверсивного счетчика обнуляется после малой задержки с момента выработки импульса формирователем короткого импульса по переднему фронту.