Измеритель напряжения прикосновения и тока короткого замыкания Советский патент 1992 года по МПК G01R31/02 

генератор 14 импульсов и с частотой 10 кГц заполняет реверсивный счетчик 26 в течение времени, равного половине периода синусоиды напряжения сети. При переходе второй раз синусоиды напряжения сети через нулевое значение блок 1 через блок 2 дает команду на считывание импульсов, но уже с частотой, вдвое большей, т.е. 20 кГц. Последний считанный импульс будет соответствовать четверти периода напряжения сети. Этот последний импульс посылает в блок 3 сигнал на открытие тиристоров 19 и 20 в блоке 4 тиристоров. Ток короткого замыкания проходит по измерительному резистору 21. Падение напряжения, появляющееся на нем, поступает в блок измерения и измеряется там. Приведена электрическая принципиальная схема устройства. Открытие тиристоров, когда синусоида напряжения сети проходит через свой максимум, т.е. через четверть периода после прохождения через нулевое значение, выполняется как в прототипе, так и в предлагаемом устройстве. В прототипе эта задача решается путем заполнения обычного (нереверсивного) счетчика импульсами в количестве 1000 при частоте 250 кГц. При частоте сети 50 Гц последний заполняемый импульс соответствует четверти периода. Он и дает команду на открывание тиристоров. Но если частота сети отлична от 50 Гц, появляется ошибка. Предлагаемое устройство устраняет этот недостаток, в результате чего обеспечивается возможность измерять напряжение прикосновения и ток короткого замыкания цепи паза-нуль в сетях с различными частотами с одинаковой погрешностью измерения. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройстве для измерения напряжения прикосновения и тока короткого замыкания в электрический сети с глухозаземленной нейтралью. Целью изобретения является повышение точности измерения. Предлагаемый измеритель содержит блок 1 управления, блок 2 логики, блок 3 управления тиристорами, блок 4 тиристоров, блок измерения и блок 6 начальной установки. Измеритель включается .между соответствующей фазой контролируемой сети и ее глухозаземленной нейтралью (нулем). При переходе синусоиды напряжения сети через нулевое значение блока 1 управления через блок 2 логики запускает Ј

Изобретение относитсяс к электротехнике и может быть использовано для измерения напряжения прикосновения и тока короткого замыкания в электрических цепях с глухозаземленной централью.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена, структурная схема измерителя напряжения прикосновения и тока короткого замыкания; на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема.

Измеритель напряжения прикосновения и тока короткого замыкания (см. фиг. 1) содержит блок 1 управления, блок 2 логики, блок 3 управления тиристорами, блок 4 тиристоров, блок 5 измерения, блок 6 начальной установки. Первый выход блока 1 управления соединен с первым входом блока 2 логики. Второй выход блока 1 управления соединен с первым входом блока 3 управления тиристорами. Третий выход блока 1 управления соединен с третьим входом блока 2 логики, первый и второй выходы которого соединены соответственно со вторым и третьим входами блока 3 управления тиристорами. Четвертый выход блока 1 управления соединен с четвертым входом блока 3 управления тиристорами. Первый выход блока 3 управления тиристорами соединен с первым входом блока 4 тиристоров. Четвертый выход блока 1 управления соединен с четвертым входом блока 2 логики, третий выход которого соединен с пятым входом блока 3 управления тиристорами, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый выходы которого соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым,

восьмым, девятым, десятым входами блока 2 логики. Второй выход блока 3 управления тиристорами соединен со вторым входом блока 4 тиристоров. Первый вход блока 1

управления и третий вход блока 4 тиристоров соединены с выводом, предназначенным для подключения соответствующей фазы контролируемой сети. Третий выход блока 3 управления тиристорами соединен

со вторым входом блока 1 управления, десятый выход которого соединен с шестым входом блока 3 управления тиристорами. Первый и второй выходы блока 4 тиристоров соединены соответственно с первым и оторым входами блока 5 индикации. Четвертый вход блока 4 тиристоров соединен с выводом, предназначенным для подключения нуля контролируемой сети. Выход блока б начальной установки соединен с третьим

входом блока 1 управления и с седьмым входом блока 3 управления тиристорами.

Кроме того блок 1 управления содержит (см, фиг. 2) D-триггер 7 режима работы, RS- триггер-компаратор 8, делитель 9 частоты,

D-триггер 10 полярности, RS-триггер 11 включения, счетчик 12 управления, формирователь 13 импульсов, задающий генератор 14, первый двухвходовый логический элемент 15 И-НЕ, логический элемент 16

И-2ИЛИ, первый выключатель 17, кнопочный выключатель 18.

D-вход D-триггера 7 режима работы через первый выключатель 17 соединен с общим выводом. Инверсный выход

формирователя 13 импульсов соединен с S- входом RS-триггера-компаратора 8 и с первым входом первой группы входов

логического элемента 16 И-2ИЛИ, второй вход первой группы которого соединен с прямым выходом D-триггера 10 полярности, инверсный выход которого соединен с D- входом D-триггера 10 полярности и с первым входом второй группы входов логического элемента 16 И-2ИЛИ, второй вход второй группы входов которого соединен с прямым выходом 13 формирователя импульсов, а выход - со счетным входом счетчика 12 управления и с выводом, являющимся первым выходом блока 1 управления. Вход формирователя 13 импульсов соединен с выводом, являющимся первым входом блока 1 управления, предназначенным для подключения соответствующей фазы контролируемой сети. С-вход D-триггера

10полярности соединен с С-входом D-триггера 7 режима работы, с первым выходом счетчика 12 управления и с выводом, являющимся вторым выходом блока 1 управления. Прямой выход RS-триггера-компаратора 8 соединен с выводом, являющимся третьим выходом блока 1 управления. Первый S-вход RS-Tpntrepa 11 включения соединен со вторым входом счетчика 12 управления, а выход соединен со входами сброса и выборки счетчика 12 управления. Инверсный выход делителя 9 частоты соединен с D-входом делителя 9 частоты, С-вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента 15 И-НЕ, первый вход которого соединен с инверсным выходом задающего генератора 14, а второй вход - с прямым выходом D-триггера 7 режима работы. Второй S-вход RS-триггера 11 включения, R-вход D-триггера 10 полярности, S-вход D-триггера 7 режима работы соединены с выводом, являющимся третьим входом блока 1 управления. R-вход RS-триггера

11включения соединен через кнопочный выключатель 18 с общим выводом. Третий выход счетчика 12 управления соединен с выводом, являющимся четвертым выходом блока 1 управления. Инверсный выход делителя 9 частоты соединен с выводом, являющимся пятым выходом блока 1 управления. С-вход делителя 9 частоты соединен с выводом, являющимся шестым выходом блока 1 управления. Второй вход первого двухвходового логического элемента 15 И-НЕ соединен с выводом, являющимся седьмым выходом блока 1 управления. Инверсный выход D-триггера 7 режима работы соединен с выводом, являющимся восьмым выходом блока 1 управления. Прямой выход задающего генератора 14 соединен с выводом, являющимся девятым выходом блока 1 управления. Четвертый выход счетчика 12 управления соединен с выводом, являющимся десятым выходом блока 1 управления. Кроме того, блок 4 тиристоров содержит первый 19 и второй 20 тиристоры, включенные встречно-парал5 лельно. управляющие электроды которых соединены соответственно с выводами, являющимися первым и вторым входами блока 4 тиристоров. Анод первого тиристора 19 и катод второго тиристора 20 соединены с

0 выводом, являющимся третьим входом блока 4 тиристоров. Катод первого тиристора 19 и анод второго тиристора 20 соединены через измерительный резистор 21с выводом, являющимся четвертый входом блока 4 тири5 сторов. Первый и второй выводы измерительного шунта 21 являются соответ: ственно первым и вторым выходами блока 4 тиристоров.

Кроме того, блок 2 логики содержит

0 двухвходовый логический элемент 22 И, трехвходовый логический элемент 23 И. логический элемент 24 И-4ИЛИ, второй выключатель 25. Первый вход двухвходового логического элемента 22 И через второй вы5 ключатель 25 соединен с общим выводом, а выход соединен с выводом, являющимся первым выходом блока 2 логики. Выход логического элемента И-4ИЛИ соединен с выводом, являющимся вторым выходом блока

0 2 логики. Выход трехвходового логического .элемента 23 И соединен с выводом, являющимся третьим выходом блока 2 логики. Первый вход первой группы входов логического элемента И-4ИЛИ соединен с выво5 дом, являющимся первым входом блока 2 логики. Первый вход трехвходового логического элемента 23 И и первый вход второй группы входов логического элемента 24 И- 4 ИЛИ соединены с выводом, являющимся

0 вторым входом блока 2 логики. Первый вход третьей группы входов логического элемента 24 И-4ИЛИ соединен с выводом, являющимся третьим входом блока 2 логики. Второй вхЪд первой группы входов логиче5 ского элемента 24 И-4ИЛИ соединен с выводом, являющимся четвертым входом блока 2 логики. Третий вход первой группы входов логического элемента 24 И-4ИЛИ соединена с выводом, являющимся пятым входом

0 блока 2 логики. Вторые входы второй и третьей группы входов логического элемента 24 И-4ИЛИ соединены с выводом, являющимся входом блока 2 логики. Вход четвертой группы входов логического эле5 мента 24 И-4ИЛИ соединен с выводом, являющимся седьмым входом блока 2 логики. Второй и третий входы трехвходооого логического элемента 23 И соединены соответственно с выводами, являющимися

восьмым и девятым входами блока 2 логики

с

Второй вход даухвходового логического элемента 22 И соединен с выводом, являющимся десятым входом блока 2 логики.

Кроме того, блок 3 управления тиристорами содержит реверсивный счетчик 26 и счетчик 27, второй деухвходовой логический элемент 28 И-НЕ, второй формирователь 29 импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с выводами, являющимися первым и вторым выходами блока 3 управления тиристорами. Выход реверсивного счетчика 26 соединен с первым входом двухвходового логического элемента 28 И-НЕ с выводом, являющимся третьим выходом блока 3 управления тиристорами. Выход счетчика 27 соединен со вторым входом двухвходового логического элемента 28 И. Первый управляющий вход счетчика 27 соединен с выводом, являющимся первым входом блока 3 управления тиристорами. Первый и второй управляющие входы счетчика 26 соединены с выводом, являющимся вторым входом блока 3 управления тиристорами. Счетный вход счетчика 26 соединен с выводом, являющимся третьим входом бло- ка 3 управления тиристорами. Вход направ- ления счета счетчика 26 и второго управляющего входа счетчика 27 соединены с выводом, являющимся четвертым входом блока 3 управления тиристорами. Счетный вход счетчика 27 соединен с выводом, являющимся пятым входом блока 3 управления тиристорами. Третий управляющий вход счетчика 27 соединен с выводом являющимся шестым входом блока 3 управления тири- сторами. Вход начальной установки счетчика 26 соединен с выводом, являющимся седьмым входом блока 3 управления тиристорами. Выход переполнения счетчика 26 соединен со входом переноса счетчика 27.

Кроме того, блок 6 начальной установки содержит источник постоянного напряжения (на фиг. 2 не показан), первый вывод которого через последовательно соединен- ные резистор 30 и конденсатор 31 соединен с общим выводом, с которым соединен второй вывод источника постоянного напряжения. Общая точка указанных резистора 30 и конденсатора 31 соединена с выводом, яв- ляющимся выходом блока 6 начальной установки..

Работа устройства основана на том, что в начале измерения в реверсивный счетчик 26 блока 3 управления тиристорами записы- вается количество импульсов, пропорциональное длительности периода сети, с частотой генератора, деленной на два в режиме прямого счета, и с частотой генератора в режиме обратного счета, чем вводится

информация о частоте контролируемой сети, которая является исходной для дальнейшей работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

Включают устройство в цепь фаза-нуль контролируемой сети. При этом при переходе синусоиды напряжения сети через нулевое значение блок 1 управления через блок 2 логики запускает генератор 14 импульсов и с частотой 10 кГц заполняет реверсивный счетчик 26 в течение времени, равным половине периода синусоиды напряжения сети. При переходе второй раз синусоиды напряжения сети через нулевое значение блок 1 управления через блок 2 логики дает команду на считывание импульсов, поуже с частотой вдвое долыией, т.е. 20 кГц. Последний считанный импульс будет соответствовать четверти периода напряжения сети. Этот последний импульс посылает в блок 3 управления тиристорами сигнал на открытие тиристоров 20 и 19 в блоке 4 тиристоров. Далее, как и в прототипе, ток короткого замыкания проходит по измерительному резистору 21. Падение напряжения, появляющееся на нем, поступает в блок 5 измерения и измеряется там.

Рассмотрим работу предложенного устройства по электрической схеме на фиг. 2.

Включают питание устройства. При этом блок 6 начальной установки вырабатывает импульс, который устанавливает схему в исходное состояние.

Логический ноль с триггера 11 поступает на входы сброса и выборки счетчика 12 и запрещает счет импульсов сформированных формирователем 13 импульсов из отрицательных полупериодов контролируемой сети. Логическая единица с триггера 10 разрешает прохождение импульсов с формирователя 13 импульсов через элемент 16 на счетный вход счетчика 12. Триггер 7 устанавливается в режиме измерения времени запаздывания перехода через нуль кривой тока относительно кривой напряжения контролируемой сети.

При нажатии кнопочного выключателя 18 триггер 11 устанавливается в состояние логической единицы, разрешая счет счетчиком 12 импульсов с формирователя 13 импульсов. Импульс с выхода, обозначенного на фиг, 2 цифровй 2, счетчика 12 через элемент 22 И устанавливает счетчик 26 в исходное состояние и импульс с выхода, обозначенного цифрой 3. счетчика 12 задает режим прямого счета счетчику 26 и совместно с импульсом с выхода элемента 16 разрешает прохождение через элемент 24, деленных на два делителем 9, импульсов, с генератора 14 в течение полупериода контролируемой сети. Количество импульсов, записанных в счетчик равно

n- f .

п 7f--

где Т - период сети;

f - частота задающего генератора 14, После окончания импульса с выхода. обозначенного цифрой 3, счетчика 12, счетчик 26 устанавливается в режим обратного счета. Импульс с выхода, обозначенного цифрой 5, счетчика 12 разрешает через элемент 24 прохождение импульсов генера- то ра 14 на счетный вход счетчика 26. На выходе счетчика 26 через четверть периода появится импульс, включающий через элемент 23 и формирователь 29 импульсов, тиристор 19. Этот же импульс устанавливает триггер 8 в состояние, разрешающее прохождение импульсов с генератора 14 через элемент 15, 24 на вход счетчика 26, считающего импульсы в режиме обратного счета в течение протекания тока через тиристор 19.

При прохождении кривой тока через нуль импульс с формирователя 13 переключает триггер 8 и запрещает счет счетчиком 26. Импульс с выхода, обозначенного цифрой 6, счетчика 12 устанавливает триггер 11 в исходное состояние. В счетчике 26 в режиме обратного счета записалось щ импульсов, пропорциональное времени протекания тока через тиристор 19.

ni

Д+-Ъ. 4 360

t/-f.

где Т - период сети:

f - частота генератора 14;

t - время запаздывания перехода через нуль кривой тока относительно кривой напряжения контролируемой сети.

Включением переключателя 25 обеспечивается запоминание информации о вре- мени t запрещением через элемент 22 сброса счетчика 26, хранящего эту информацию. -На этом первый такт измерения тока к.з. заканчивается. Повторным нажатием кнопочного выключателя 18 начинается вто- рой такт измерения. Импульс с выхода, обозначенного цифрой 2, счетчика 12 устанавливает счетчик 27 в исходное состояние, импульс с выхода, обозначенного цифрой 3, счетчика 12 устанавливает счет- чик 26 в режим прямого счета и совместно с импульсом с выхода, обозначенного цифрой 5Л разрешает прохождение через элемент 24 n импульсов с делителя 9 в течение полупериода контролируемой сети на счотный

вход счетчика 26 Так как ранее в счетчике 26 было записано в режиме обратного счета ni импульсов, то из него вычитается число импульсов г и остается число fia. равное

П2 П1-П IgJ

/f-/f/-T-t

4 360

f.

Число П2 несет информацию о времени t. Это число этим же импульсом с выхода, обозначенного цифрой 3 счетчика 12 переписывается в счетчик 27. Импульс с выхода, обозначенного цифрой 5, счетчика 12 устанавливает триггер 7 в режим измерения тока короткого замыкания цепи фаза-нуль, который через элемент 24 блокирует прохождение импульсов на счетный вход счетчика 26 и разрешает прохождение импульсов с генератора 14 через логический элемент 23 на счетный вход счетчика 27. Счетчик считает в режиме прямого счета и во время, соответствующее времени ц, переполняется, в результате чего импульс с выхода счетчика 27 через логический элемент 28 и формирователь 29 импульсов включит тиристор.

Импульс напряжения, снимаемый с резистора 21. пропорциональный току короткого замыкания цепи фаза-нуль, подается в блок 5 измерения, который выполнен по схеме импульсного вольтметра и может использоваться как для измерения тока корот- кого замыкания, так для измерения напряжения прикосновения. В обоих режимах принцип работы одинаков.

При последующих включениях кнопочного выключателя 18 устройство работает аналогично, кроме вычитания числа импульсов п, т.к. теперь на счетные входы счетчика 26 через элемент 24 импульсы не поступают. Благодаря триггеру 10 полярности замыкание происходит поочередно, то в положительном, то в отрицательном полупериодах, при этом поочередно включается то тиристор 19, то тиристор 20.

Таким образом, в основу работы измерителя положено измерение реального тока к.з. и напряжения прикосновения блоком измерения во время короткого замыкания, осуществляемого устройством с ограничением времени замыкания. Однофазное короткое замыкание цепи фаза-нуль производится с помощью соответствующего тиристора, в результате чего в цепи происходят переходные процессы. Кроме того, при однополярном коротком замыкании происходит намагничивание проводников.

Для исключения погрешностей от переходных процессов и намагничивания измерение производится в два такта с чередованием направления тока замыкания.

Во время первого такта тиристор включается в максимуме отрицательного полупериода напряжения сети (270 эл. град.) и определяется продолжительность протекания тока через тиристор и сдвиг фаз между током и напряжением в цепи фаза-нуль. Во втором такте производится включение тиристора с учетом фазы, определенной в первом такте и в противоположной полярности, что приводит к отсутствию переходного процесса и постоянного намагничивания. В последующих измерениях проводится второй такт с чередованием направления протекания тока при коротком замыкании.

Изобретение повышает точность измерения за счет возможности измерять ток короткого замыкания и напряжения прикосновения в сетях с различными частотами с одинаковой погрешностью измерения.

Формула изобретения

с выводом, предназначенным для подключения нуля контролируемой сети, выход блока начальной установки соединен с третьим входом блока управления и с седьмым входом блока управления тиристорами.

0 2. Измеритель по п. 1, отл ича ю щий- с я тем, что блок управления содержит D- триггер режима работы, RS-триггер-компа- ратор, делитель частоты, D-триггер полярности, RS-триггер включения, счетчик

5 управления, формирователь импульсов, задающий генератор, первый двухвходовой логический элемент 1/1-НЕ, логический элемент И-2ИЛИ, первый выключатель, кнопочный выключатель, причем D-вход

0 D-триггера режима работы через первый выключатель соединен с общим выводом, инверсный выход формирователя импульсов соединен с S-входом RS-триггера-ком- паратора и с первым входом первой группы

5 входов логического элемента И-2ИЛИ, второй вход первой группы которого соединен с прямым выходом D-тригг ера полярности, инверсный выход которого соединен с D- входом D-триггера полярности и с первым

0 входом второй группы входов логического элемента И-2ИЛИ, второй вход второй группы которого соединен с прямым выходом формирователя импульсов, а выход - со счетным входом счетчика управления и с

5 выводом, являющимся первым выходом блока управления, вход формирователя импульсов соединен с выводом, являющимся первым входом блока управления, предназначенным для подключения соответствую0 щей фазы контролируемой сети, С-вход D-триггера полярности соединен с С-вхо- дом D-триггера режима работы, с первым выходом счетчика управления, с выводом, являющимся вторым выходом блока управ5 ления, прямой выход RS-триггера-компара- тора соединен с выводом, являющимся третьим выходом блока управления, первый S-вход RS-триггера включения соединен с вторым входом счетчика управления, а вы0 ход - с входами сброса и выборки счетчика управления, инверсный выход делителя частоты соединен с D-входом делителя частоты, С-вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемен5 та И-НЕ, первый вход которого соединен с инверсным выходов задающего генератора, а второй вход - с прямым выходом D- триггера режима работы, второй S-вход RS-триггера включения, R-вход D-триггера «полярности, S-вход D-триггера режима работы соединены с выводом, являющимся ретьим входом блоха управления, R-вход RS-триггера включения соединен через кнопочный выключатель с общим выводом, третий выход счетчика управления соеди- 5 нен с выводом, являющимся четвертым выходом блока управления, инверсный выход делителя частоты соединен с выводом, являющимся пятым выходом блока управления, С-вход делителя частоты соединен с выво- 10 ом, являющимся шестым выходом блока управления, второй сход первого двухвхо- дового логического элемента И-НЕ соединен с выводом, являющимся седьмым выходом блока управления, инверсный вы- 15 ход D-триггера режима работы соединен с выводом, являющимся восьмым выхоДЪ м блока управления, прямой выход задающего генератора соединен с выводом, являющимся девятым выходом блока управления, 20 четвертый выход счетчика управления соединен с выводом, являющимся десятым выходом блока управления.

держит источник постоянного напряжения, первый вывод которого через последовательно соединенные резистор и конденсатор соединен с общим выводом, с которым соединен второй вывод источника постоянного напряжения, общая точка указанных резистора и конденсатора соединена с выводом, являющимся выходом блока начальной установки.