РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01H47/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле сопротивления дистанционной защиты с четырехугольной характеристикой, выполняемое на основе сравнения фаз четырех величин в одной схеме сравнения.

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

Недостатком устройства является 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.416, рис.11.33].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях возможных изменений частоты входного сигнала и других внешних условий, например, температуры, поскольку известные конструкции преобразователей сравниваемых напряжений выполнены на аналоговых элементах, затрудняющих их оперативную подстройку.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем исполнительный элемент, преобразователь сравниваемых напряжений, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, и блок формирования сравниваемых напряжений, первый и второй входы которого соединены с выводами для подключения цепей контроля линейного напряжения Up между двумя фазами контролируемой цепи и с выводами для подключения цепей контроля разности токов Iр в указанных фазах, соответственно, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя сравниваемых напряжений, при этом, на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока формирования сравниваемых напряжений формируются соответствующие напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄, определяемые соотношениями:

U₁=K_U1·U_p+K₁₁·I_P=K_U1·I_P·ΔZ₁,

ΔZ₁=Z_P-Z₁, Z₁=-К₁₁/К_U1;

U₂=K_U2·U_P+K₁₂·I_p=K_U2·I_P·ΔZ₂,

ΔZ₂=Z_P-Z₂, Z₂=-K₁₂/K_U2;

U₃=К_U3·U_p+K₁₃·I_P=K_U3·I_P·ΔZ₃,

ΔZ₃=Z_P-Z₃, Z₃=-К₁₃/К_U3;

U₄=K_U4·Up+K₁₄·I_P=К_U4·I_p·ΔZ₄,

ΔZ₄=Z_P-Z₄, Z₄=-K₁₄/K_U4;

Z_p=U_P/I_P

где К_U1...К_U4 - постоянные масштабные коэффициенты, определяющие форму и уставки характеристики срабатывания реле сопротивления;

К₁₁...K₁₄ - комплексные коэффициенты, имеющие размерность сопротивлений;

Z_p – комплексное сопротивление на зажимах реле сопротивления;

Z₁...Z₄ – комплексные сопротивления, определяющие форму характеристики и уставки срабатывания реле сопротивления;

ΔZ₁...ΔZ₄ –_{разностные сопротивления, первые входы которых являются, соответственно, первым, вторым, третьим и четвертым входами упомянутого преобразователя, а вторые входы являются входами задания нулевого порога сравнения, первый элемент И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами “больше”, соответственно, первого, второго, третьего и четвертого компараторов, второй элемент И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами “меньше”, соответственно, первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого и второго элементов И, счетчик импульсов, третий элемент И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, регистр памяти, информационный вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, пятый компаратор, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход является выходом упомянутого преобразователя, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, третий элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль регистра памяти, одновибратор, вход которого подключен к выводу напряжения питания реле сопротивления, генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом одновибратора и с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, а выход соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, последовательно соединенные первый формирователь короткого импульса, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, и элемент задержки, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, а также второй формирователь короткого импульса, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход соединен с управляющим входом регистра памяти.}

На чертеже представлена электрическая структурная схема реле сопротивления.

Реле сопротивления содержит исполнительный элемент 1, преобразователь 2 сравниваемых напряжений, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 1, и блок 3 формирования сравниваемых напряжений, входы которого соединены с выводами для подключения контролируемой сети, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя 2 сравниваемых напряжений, первый и второй входы блока 3 соединены с выводами для подключения цепей контроля линейного напряжения U_p между двумя фазами контролируемой цепи и с выводами для подключения цепей контроля разности токов I_р в указанных фазах, соответственно, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены, соответственно, с его первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя сравниваемых напряжений. На первом, втором, третьем и четвертом выходах блока 3 формирования сравниваемых напряжений формируются соответствующие напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄ по приведенным выше математическим выражениям 1. Преобразователь 2 выполнен в виде первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов, первые входы которых являются, соответственно, первым, вторым, третьим и четвертым входами упомянутого преобразователя 2, а вторые входы являются входами задания нулевого порога сравнения, первый элемент И 5-1, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами “больше”, соответственно, первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов, второй элемент И 5-2, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами “меньше”, соответственно, первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-4 и четвертого 4-5 компараторов, первый элемент ИЛИ 6, первый и второй входы которого соединены с выходами, соответственно, первого 5-1 и второго 5-2 элементов И, третий элемент И 7, первый вход которого соединен с выходом первого элемента или 6, счетчик 8 импульсов, регистр 9 памяти, информационный вход которого соединен с выходом счетчика 8 импульсов, пятый компаратор 10, первый вход которого соединен с выходом регистра 9 памяти, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход является выходом упомянутого преобразователя 2, второй элемент ИЛИ 11, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика 8 импульсов, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И 7, третий элемент ИЛИ 12, выход которого соединен с входом установки в ноль регистра 9 памяти, одновибратор 13, вход которого подключен к выводу напряжения питания реле сопротивления, генератор 14 тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом одновибратора 13 и с первыми входами второго 11 и третьего 12 элементов ИЛИ, а выход соединен со вторым входом третьего элемента И 7, выход которого соединен со счетным входом счетчика 8 импульсов, последовательно соединенные первый формирователь 15 короткого импульса, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 6, а выход соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ 12, и элемент задержки 16, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 11, а также второй формирователь 17 короткого импульса, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 6, а выход соединен с управляющим входом регистра 9 памяти.

Исполнительный элемент 1 может быть выполнен в виде обмотки реле с замыкающим контактом, которая через усилитель или непосредственно соединена с выходом пятого компаратора 10. Блок 3 может иметь конструкцию, приведенную в [2, стр.416]. Первый формирователь 15 вырабатывает короткий импульс по переднему фронту импульса с выхода первого элемента ИЛИ 6, а второй формирователь 17 короткого импульса - по заднему фронту импульса с выхода первого элемента ИЛИ 6. 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 фаз четырех напряжений напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄, формируемых из напряжения и тока защищаемой сети по приведенным выше соотношениям. Как показано в [2, стр.413-414 и на рис.11.31, б], при повреждении в зоне реле сопротивления мгновенные значения напряжений U₁, U₂, U₃ и U₄ в каждый момент полупериода имеют разные знаки, т.е. совпадение знаков исключается. При наличии повреждения в течение полупериода имеется хотя бы кратковременное совпадение знаков всех четырех напряжений.

Этот принцип реализуется в предложенном устройстве следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход одновибратора 11, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 14, через второй элемент ИЛИ 11 на вход установки в ноль счетчика 8, а через третий элемент ИЛИ 12 в нулевое состояние регистра 9 памяти.

На входы блока 3 формирования сравниваемых напряжений поступают входные сигналы напряжения и тока контролируемой сети, из которых формируются четыре напряжения, поступающие на входы соответствующего им первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов, вторые входы которых являются входами задания нулевого порога сравнения. Выходы “больше” первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов соединены с входами первого элемента И 5-1, а выходу “меньше” - с входами второго элемента И 5-2. Поэтому на выходе первого элемента ИЛИ 6 сигнал с уровнем логической единицы формируется в течение интервалов времени, когда знаки сравниваемых напряжений одинаковы. В эти интервалы времени через третий элемент И 7 импульсы ГТИ 15 поступают на информационный вход счетчика 8, число которых пропорционально времени совпадения знаков сравниваемых напряжений. Содержимое счетчика 8 импульсов переписывается в регистр 9 памяти по сигналу, формируемому вторым формирователем 17, который вырабатывает короткий импульс по заднему фронту импульса с выхода первого элемента ИЛИ 6, который наблюдается в течении времени совпадения знаков фаз напряжений. Содержимое регистра 9 памяти сравнивается в пятом компараторе 10 с уровнем срабатывания и при ситуации, когда на его выходе “больше” формируется уровень логической единицы, что сигнализирует о наличии короткого замыкания в контролируемой сети, срабатывает исполнительный элемент 1. При прекращении режима короткого замыкания уровень сигнала на выходе первого элемента ИЛИ 6 в обязательном порядке переходит на уровень логического нуля. При переходе этого сигнала на уровень логической единицы, что сигнализирует о возможном коротком замыкании в контролируемой цепи, вырабатывает короткий импульс первый формирователь 15, в результате чего обнуляется и счетчик 8 и регистр 9. Далее, в зависимости от интервала времени, в течении которого наблюдается совпадение знаков сигналов сформированных напряжений, пятый компаратор 10 управляет соответствующим образом исполнительным элементом 1.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем облегчается подстройка к частоте входного сигнала путем изменения частоты генератора 14 и объема счетчика 8. Кроме того, преобразователь 2 выполнен, в основном, на цифровых элементах, что уменьшает влияние изменений внешних условий, например, температуры.

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.416 (прототип).

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле сопротивления дистанционной защиты с четырехугольной характеристикой, выполняемое на основе сравнения фаз четырех величин в одной схеме сравнения. Технический результат заключается в повышение точности. Для этого реле сопротивления содержит исполнительный элемент, преобразователь сравниваемых напряжений, выполненный в виде первого, второго, третьего, четвертого и пятого компараторов, первого, второго и третьего элемента И, первого, второго и третьего элементов ИЛИ, счетчика импульсов, регистра памяти, одновибратора, генератора тактовых импульсов, первого формирователя короткого импульса по переднему фронту, второго формирователя короткого импульса по заднему фронту и элемента задержки, и блок формирования сравниваемых напряжений. 1 ил.

Реле сопротивления, содержащее исполнительный элемент, преобразователь сравниваемых напряжений, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, и блок формирования сравниваемых напряжений, первый и второй входы которого соединены с выводами для подключения цепей контроля линейного напряжения U_p между двумя фазами контролируемой цепи и с выводами для подключения цепей контроля разности токов I_р в указанных фазах соответственно, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя сравниваемых напряжений, при этом на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока формирования сравниваемых напряжений формируются соответствующие напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄, определяемые соотношениями

U₁=K_U1 U_p+K₁₁I_p;

U₂=K_U2 U_p+K₁₂I_p;

U₃=К_U3 U_p+ K₁₃ I_p;

U₄=K_U4 U_p+K₁₄ I_p,

где K_U1...К_U14 - постоянные масштабные коэффициенты, определяющие форму и уставки характеристики срабатывания реле сопротивления;

К₁₁...K₁₄ - комплексные коэффициенты, имеющие размерность сопротивлений, отличающееся тем, что преобразователь сравниваемых напряжений выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами упомянутого преобразователя, а вторые входы являются входами задания нулевого порога сравнения, первого элемента И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами “Больше” соответственно первого, второго, третьего и четвертого компараторов, второго элемента И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами “Меньше” соответственно первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, счетчика импульсов, третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, регистра памяти, информационный вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, пятого компаратора, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход является выходом упомянутого преобразователя, второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль регистра памяти, одновибратора, вход которого подключен к выводу напряжения питания реле сопротивления, генератора тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом одновибратора и с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, а выход соединен со вторым входом третьего элемента И, последовательно соединенных первого формирователя короткого импульса по переднему фронту, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход соединен со вторым входом третьего элемента ИЛИ, и элемента задержки, выход которого соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, а также второго формирователя короткого импульса по заднему фронту, вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход соединен с управляющим входом регистра памяти.