Реле напряжения Советский патент 1978 года по МПК H02H3/40 

1

Изобретение относится к области релейной защиты и автоматики энергосистем.

Известны быстродействующие реле, осноvsaHHHe на принципе сравнения выпрямленной величины с опорным напряжением. Эти устройства содержат выпрямитель, а в качестве реагирующего органа - пороговый орган или иуль-орган 1.

Известно реле напряжения или тока, содержащее измерительный трансформатор с выпрямителем иа вторичной стороне, диагональ которого через зарядную цепь подключена к измерительному конденсатору, разрядную цепь, исполнительный элемент, управляемые входы которого подключены параллельно измерительному конденсатору, стабилизированный источник интания, к выходам которого подключен импульсно-потенциальный преобразователь 2.

Это реле наиболее близко к описываемому изобретению по технической сущности н достигаемому результату.

Недостатки его состоят в том, что напряжение на измерительном конденсаторе зависит от емкости н сопротивлепия утечкп измерительиого конденсатора, которые с температурой изменяются, а также в больщем потреблеиии цепи измерительного сигнала п контроле среднего по значения сигнала.

Целью изобретения является обеспечение быстродействия и точностп измерения путем псключепия влияния нестабильности емкости и сопротивления утечки измерительного конденсатора.

Достигается это тем, что в предлагаемом реле напряжения зарядная цеиь выполнена в виде квадратора, а исполнительный элемент выполнен на опрашивающем и коммутирующем транзнсторах, соединенных последовательно, коллектор опращпзаюп1его транзистора соединен с входом упомянутого нмпульсио-потепцпального преобразователя, эмиттер коммутирующего траизистора соединен с положительным вывoдo r упомянутого вынрямителя и с отрицательпым полюсом упомянутого стабилизированного источника питания, а его база через резисторы соединена с отрицательиым выводом выпрямителя п положительным полюсом стабплизированного нсточника питаппя, соединенного через разрядную цепь с одпой из обкладок указапного измерительного конденсатора.

На фиг. 1 приведена ирп щнипальная схема предлагаемого реле напряжения; на фпг. 2 - графики нанряжений между различными точками схемы; на фиг. 3 - график зависимости тока, иротекающего через зарядный резистор от нанряження иа выходе выпрямителя измерительиого сигнала.

Устрбйство соДер кит: измepиteлвйЬtЙ Трансформатор 1 с вЫПрйМйтелем 2 на вторичной стороне; стабилизированный источник 13 пита-ния, построенный на стабилитронах 4, 5 и балластном резисторе 6; измерительный кон-денсатор 7; зарядную день, выполненную в виде квадратора, состоящего из резистора 8, последовательно соединенного с резистором 9, шунтированным стабилитроном 10; разрядную цепь в виде резистора 11; нснолнительный элемент 12, выполненный на опрашивающем 13 и коммутирующем 14 транзисторах, соединенных последовательно. Коллектор опрашивающего транзистора соединен с входом импульсно-потенциального преобразователя 15. Эмиттер коммутирующего транзистора 14 соединен с положительным выводом выпрямителя 2 и с отрицательным полюсом стабилизированного источника 3 питапия. База коммутирующего транзистора 14 через резистор 16 соединена с отрицательным выводом выпрямителя, через резистор 17 - с положительным полюсом источника 3 питания и через защитный диод 18 - с эмиттером. Стабилизированный источник 3 пита-ния через разрядную цепь соединен с одной из обкладок измерительного конденсатора 7.

Импульсно-потенциальный преобразователь 15 включает одновибратор 19 и преобразователь «время-потенциал, построенный на конденсаторе 20, диоде 21, стабилитроне 22 и резисторах 23 и 24.

Реле ианряжения работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе реле напряжения, т. е. на Первичной обмотке измерительного трансформатора 1, что соответствует интервалу от О до /i на фиг. 2, коммутирующий транзистор 14 постоянно открыт током в базу через резистор 17; напряжение t/a-в между коллектором и эмиттером приближенно равно нулю (см. фиг. 2). Ток разряда через резистор 11 и измерительный конденсатор 7 уходит в базу опрашивающего транзистора 13. При этом напряжение на конденсаторе 7 постоянно и близко к нулю, опрашивающий транзистор 13 постоянно открыт и напряжение на коллекторе транзистора 13 постоянно и отрицательно.

При появлении на первичной обмотке трансформатора 1 сигнала (от источника тока или напряжения), недостаточного для срабатывания реле (интервал ti-tz), на выходе выпрямителя 2 появляется напряжение t/a-e. Коммутирующий транзистор 14 запирается током с выпрямителя 2 по резистору 16 и отпирается кратковременно, когда сигнал на входе близок к нулю. Поэтому напряжение f/a-B большую часть полупериода положительно и только кратковременно равно нулю. Во время запертого состояния транзистора 14 ток в базу транзистора 13 не протекает и он заперт; напряжение равно нулю. В измерительный конденсатор 7 нротекает ток заряда по зарядной цепочке и ток разряда ltd разр дн-сйНу резистору И.

Пока сигнал на входе недостаточен дЛ срабатывания реле напряжения, среднее йначение зарядного тока за полупериод меньше среднего значения разрядного тока через резистор И. Поэтому напряжение t/a-r на конденсаторе 7 к концу полупериода становится больше нуля. Когда к концу полупериода коммутирующий транзистор 14 открывается, то ввиду того, что напряжение на конденсаторе 7 положительно, открывается опрашивающий транзистор 13, и конденсатор 7 разряжается по цепи база-эмиттер транзистора 13 - коллектор-эмиттер транзистора 14 почти до нуля. Папряжение импульсно падает ниже нуля. Так осуществляется импульсный опрос напряжения на конденсаторе. Цикл повторяется в течение каждого иолупериода, если сигнал на входе недостаточен для срабатывания измерительного органа.

При появлении на входе сигнала, достаточного для срабатывания реле (интервал правее /2 на фиг. 2), среднее значение тока

заряда за полупериод больше среднего значения тока разряда. В конце полупериода напрял ение L/a-r на конденсаторе 7 отрицательно и, когда в конце полупериода коммутирующий транзистор 14 кратковременно открывается, опрашивающий транзистор 13 остается запертым. При этом измерительный конденсатор во время импульсного опроса не разряжается до нуля. Напряжение б/д-е остается равным нулю. Напряжение на выходе

одновибратора 19 равно нулю или импульсно падает до нуля (интервал от О до t), пока напряжение Ур,-& на его входе отрицательно или импульсно падает ниже нуля, при этом кондеисагор 20 не успевает зарядиться до напряжения нробоя стабилитрона 22, так как для этого требзется время, большее полупериода измерительного сигнала. И только когда напряжение иа выходе одновибратора будет отрицательным более полупериода измерительного сигнала (интервал времени правее г), на выходе реле появляется напряжение Уд-и, т. е. оно срабатывает (момент времени tz). Время срабатывания реле напряжения с момента возникновения сигнала, достаточного

для срабатывания, не превышает 1,25 периода измерительного сигнала, так как при несрабатывании реле в конце каждого полупериода измерительный конденсатор 7 разряжается до нуля.

Изменение емкости и сопротивления утечки измерительного конденсатора 7 не вносит погрешности в измерения, так как на границе срабатывания реле иапряжепия в момент опроса напряжение на конденсаторе 7 почти

равно нулю, т. е. контролируется нулевой уровень напряжения иа измерительном конденсаторе.

Потребление энергии уменьшается ввиду того, ЧТО нет необходимости в большом напряжепии иа выходе выпрямителя. Это обусловленб тем, что ток разряда конденсатора по резистору 11 протекает постоянно и колебание напряжения на измерительном конденсаторе в 10 раз меньше при том же зарядном токе, чем при разряде конденсатора только в конце полупериода; а чем больше кратность напряжения на выходе выпрямителя к амплитуде напряжения на измерительном конденсаторе, тем ближе среднее значение тока зарядной цепи к требуемому (когда конденсатор закорочен).

Благодаря стабилитрону 10 и резистору 9 ток зарядной цепи в зависимости от напряжения на выходе выпрямителя изменяется, как показано на фиг. 3, что является аппроксимацией параболы. Поэтому

/з(/)1.-б((1)

а среднее значение тока заряда за полупериод равно

г/2г/2

4.СР у fз (О d(Y (И df 66

а-бэф

где i/a-б - эффективное значение напряжения

на выходе выпрямителя; Т - период изменения тока заряда; t - время срабатывания реле напряжения. Таким образом, контролируется эффективное значение измерительного сигнала (тока или напряжения) при сохранении быстродействия.

Схема проста и удобна при создании многоступенчатых зашит.

Формула изобретения

Реле напряжения, содержашее измерительный трансформатор с выпрямителем на вторичной стороне, диагональ которого через зарядную цепь подключена к измерительному конденсатору, разрядную цепь, исполнительный элемент, управляемые входы которого подключены параллельно измерительному конденсатору, стабилизированный источник питания, к выходам которого подключен имп льсно-нотенциальный преобразователь, о тли ч аю ш е е с я тем, что, с целью обеснечения быстродействия и точности измерения путем исключения влияния нестабильности емкости и сопротивления утечки измерительного конденсатора, зарядная цепь выполнена в виде квадратора, а исполнительный элемент выполнен на опрашивающем и коммутирлюшем транзисторах, соединенных последовательно, коллектор оирашиваюшего транзистора соединен с входом упомянутого импульсно-потенциального преобразователя, эмиттер коммутирующего транзистора соединен с положительным выводом упомянутого выпрямителя и с отрицательным полюсом упомянутого стабилизированного источника питания, а его база через резисторы соединена с отрицательным выводом выпрямителя и положительным полюсом стабилизированного источника питания, соединенного через разрядную цепь с одной из обкладок указанного измерительного конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №307458, кл. Н 02Н 3/40, 1971.

2.Грейвулис А. П. и др. Полупроводниковые реле тока и напряжения. М., «Энергия, 1970, рис. 37.

:7

ьпооптппп.

Ud-e

лгттгпг

IITEJIZJI

1

J