РЕЛЕ ТОКА Российский патент 2011 года по МПК H02H3/06 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронных реле тока, реагирующих на приращение тока, например тока обратной последовательности.

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

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

Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый блок и исполнительный элемент [2].

Недостатком этого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее исполнительный элемент, последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, выпрямитель, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом «меньше» первого порогового блока, с выходом «больше» которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход «больше» второго порогового блока и выход «меньше» третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска генератора тактовых импульсов, причем исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом реле с замыкающими контактами [3].

Недостатком этого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно реагирует на абсолютную величину тока и не обеспечивает одновременный контроль скорости увеличения амплитуды тока, что необходимо для ряда технологических процессов контроля цепей.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Этот технический результат достигается тем, что в реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, исполнительный элемент, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом выход выпрямителя соединен со входом первого порогового блока, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первые прямые входы первого и второго элементов И соединены, соответственно, с выходом «меньше» и с выходом «больше» первого порогового блока, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход «больше» второго порогового блока и выход «меньше» третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле тока, исполнительный элемент содержит четвертый пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами, введены элемент задержки, блок вычитания, первый вход которого соединен с входом элемента задержки и с выходом реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом элемента задержки, фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, и пятый пороговый блок, вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя, а выход является выходом сигнала контроля скорости приращения тока реле тока, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым прямым входом второго элемента И, а выход делителя частоты импульсов соединен со вторым прямым входом первого элемента И.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле тока на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу (на фиг.2,а - сигнал U2 на выходе выпрямителя 2, на фиг.2,б - сигнал E₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,в - сигнал U₁₃ на выходе четвертого порогового блока 13).

Реле тока содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель 2, первый пороговый блок 3, первый элемент И 4, первый вход которого соединен с выходом «меньше» первого порогового блока, второй элемент И 5, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6.

Устройство содержит также последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым прямым входом второго элемента И 5, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым прямым входом первого элемента И 4, также одновибратор 12, вход которого является входом запуска реле тока, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10, причем исполнительный элемент 9 выполнен в виде четвертого порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента 9, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами..

Кроме того, реле тока содержит элемент задержки 14, блок вычитания 15, первый вход которого соединен с входом элемента задержки 14 и с выходом реверсивного счетчика 6, а второй вход соединен с выходом элемента задержки 14, фильтр-усреднитель 16, вход которого соединен с выходом блока 15 вычитания, и пятый пороговый блок 17, вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя 16, а выход является выходом скорости приращения тока реле тока, при этом выход генератора 10 тактовых импульсов соединен со вторым прямым входом второго элемента И 5, а выход делителя 11 частоты импульсов соединен со вторым прямым входом первого элемента И 4.

Первый 3, второй 7, третий 8, четвертый 13 и пятый 17 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в работе [4, стр.177, 187], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель - по схеме, приведенной в работе [2, стр.113], делитель 11 - в виде двоичного счетчика, элемент задержки 14 - в виде сдвигового регистра, фильтр-усреднитель 16 - в виде цифрового фильтра низкой частоты (входы тактирования блоков 14 и 16 для упрощения не показаны). Остальные элементы являются стандартными элементами электронной техники.

Вход промежуточного трансформатора 1 тока является информационным входом реле тока, вход одновибратора 12 является входом запуска реле тока, выход исполнительного элемента 9 является выходом контроля амплитуды тока реле тока, а выход пятого порогового блока 17 - выходом контроля скорости изменения амплитуды тока реле тока.

Реле тока работает следующим образом.

При включении реле тока питание подается на все его элементы, в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывает импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента U_иэ (фиг.2,б). На вход промежуточного трансформатора 1 тока, который является информационным входом реле тока, поступает входной сигнал, поэтому на выходе выпрямителя 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и несглаженное напряжение U₂ (фиг.2,а). Это напряжение сравнивается в первом пороговом блоке 3 с опорным уровнем U_оп, которое может выбираться исходя из допустимых изменений величины тока в обычных условиях эксплуатации защищаемой цепи. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе «больше» первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе «меньше». В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент 5 И поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент 4 И поступают на вход сложения реверсивного счетчика 6 (фиг.2,б) после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов. В результате этого при значительном увеличении амплитуды входного тока сигнал E₆ на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента U_иэ, что приведет к формированию в сигнале U₁₃ на выходе четвертого порогового блока 13 уровня логической единицы (например, сигнала короткого замыкания KЗ) и срабатыванию замыкающего контакта реле тока.

Кроме того, из текущего сигнала с выхода реверсивного счетчика 6 вычитается его задержанное в элементе задержки 14 значение, что приводит к формированию дифференциала амплитудного значения тока. Этот дифференциал, характеризующий скорость изменения амплитуды тока, усредняется в фильтре-усреднителе 16 и сравнивается с пороговым значением U_п в пятом пороговом блоке 17. При недопустимом значении скорости изменения тока на выходе пятого порогового блока 17 формируется уровень логической единицы, который может быть использован для приведения в рабочее состояние внешних исполнительных устройств.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле тока. При длительной работе в нормальном режиме, когда входной ток находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала U_п+ реверсивного счетчика, при недопустимо большом уровне входного сигнала - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала U_п-.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку обеспечивает не только контроль величины амплитуды тока, но и скорости ее изменения.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. /Под общей ред. 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.

3. RU 2192084, H02H 3/06, 3/08, 2001 (прототип).

4. Букреев И.Н. и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Сов. Радио, 1975.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронных реле тока, реагирующих на приращение тока, например тока обратной последовательности. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Для этого заявленное устройство содержит промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, выпрямитель, исполнительный элемент, пять пороговых блока, два элемента И, реверсивный счетчик, одновибратор, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, блок вычитания, элемент задержки и фильтр-усреднитель. 2 ил.

Реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, исполнительный элемент, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом выход выпрямителя соединен со входом первого порогового блока, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первые прямые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходом «меньше» и с выходом «больше» первого порогового блока, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход «больше» второго порогового блока и выход «меньше» третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле тока, исполнительный элемент содержит четвертый пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами, отличающееся тем, что введены элемент задержки, блок вычитания, первый вход которого соединен с входом элемента задержки и с выходом реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом элемента задержки, фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, и пятый пороговый блок, вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя, а выход является выходом сигнала контроля скорости приращения тока реле тока, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым прямым входом второго элемента И, а выход делителя частоты импульсов соединен со вторым прямым входом первого элемента И.