Реле тока Советский патент 1981 года по МПК H02H3/08 

(54) РЕЛЕ ТОКА

1

Изобретение относится к автоматизации и релейной защите электроустановок переменного тока и может быть использовано при построении различных устройств, работающих в условиях повышенной погрешности измерительных трансформаторов тока.

Известно устройство для защиты электроустановок переменного тока, содержащее трансформатор тока, зашунтированный стабилитронами, переменный резистор для регулирования установок, преобразователь тока в напряжение, выпрямитель, формирующий и логический блоки и реагирующий орган 1.

Однако устройство обладает пониженной помехоустойчивостью, что объясняется способностью срабатывать без выдержки времени. Наряду с этим оно имеет недостаточную точность работы при насыщении измерительных трансформаторов тока.

Известно также устройство, содержащее промежуточный трансформатор тока, защунтированный регулируемым резистором и двусторонним стабилитроном, к выходу которого подключен преобразователь тока в напряжение, детектор положительного сигнала, к выходу которого подключены

конденсатор с разрядным резистором, последовательно соединенные формирующий, логический и реагирующий блоки 2.

Однако устройство обладает пониженной надежностью при глубоком насыщении траноформаторов тока, когда кривая вторичного тока искажена уже в первой четверти периода. Кроме того, в данном устройстве не корректируются моменты перехода вторичного тока через нулевые значения, что ограничивает фунциональные возможности устройства, т. е. устройство не предназначается

0 для использования в качестве токового блока реле направления мощности, реле сопротивления и других фазосравнивающих реле.

Целью изобретения является повыщение надежности и расщирение функциональных 5 возможностей при насыщении измерительного трансформатора тока.

Поставленная цель достигается тем, что в реле тока, содержащее промежуточный трансформатор тока, зашунтированный регулируемым резистором и двусторонним стабилитроном, к входу которого подключен преобразователь тока в напряжение, детектор положительного сигнала, к выходу которого подключены конденсатор с разрядным

резистором, последовательно соединенные формирующий, логический и реагирующий блоки, дополнительно введены фазосмещающий блок, детектор отрицательного сигнала, конденсатор с разрядным резистором и аналоговый сумматор, причем вход фазосмещающего блока подключен к выходу преобзователя тока в напряжение, выход - к входу детектора положительного сигнала и.входу дополнительного введенного детектора отрицательного сигнала,- к выходу которого подключен конденсатор с разрядным резистором, вход аналогового сумматора подключен к точке соединения разрядных резисторов, выход - к входу формирующего блока.

Для повыщения точности детектирования полуволн входного сигнала детекторы выполнены на операционных усилителях, между инвертирующими входами и выходами которых в соответствующих направлениях включены диоды, причем в качестве входных зажимов детекторов использованы неинвертирующие входы операционных усилителей, а в качестве выходных - их инвертирующие входы.

С целью упрощения устройства детекторы могут быть выполнены на диодах, смещенных постоянным током.

Для повышения точности суммирования сигналов сумматор выполнен на операционном усилителе, к неинвертирующему входу которого подключены разрядные резисторы.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого реле тока; на фиг. 2 - вариант выполнения детекторов на диодах, смещенных постоянным током; на фиг. 3 - 6 - диаграммы, поясняющие работу предлагаемого реле тока.

Реле тока содержит промежуточный трансформатор 1 тока, защунтированный переменным резистором 2 и двусторонним стабилитроном 3, преобразователь 4 тока в напряжение, выполненным на операционном усилителе, фазосмещающий блок 5, предназначенный для получения сигнала с опережающей фазой, детекторы 6 и 7 положительного и отрицательного сигналов, к выходам которых подключены конденсаторы 8, 9, сумматор 10, выполненный на разрядных резисторах 11, 12 и операционном усилителе 13, формирующий и логический блоки 14 и 15 и реагирующий орган 16. Реле тока подключено к измерительному трансформатору 17 тока.

Промежуточный трансформатор 1 тока защунтирован переменным резистором 2 и двусторонним стабилитроном 3, к выходу которого подключен преобразователь 4 тока в напряжение, вход фазосмещающего блока 5 подключен к выходу преобразователя 4 тока в напряжение, выход - к входу детектора 6 положительного сигнала и входу детектора 7 отрицательного сигнала, к выходам детекторов положительного и отрицательного сигнала подключены, соответственно, конденсатор 8 с разрядным резистором 11 и конденсатор 9 с разрядным резистором 12, а вход аналогового сумматора 10 подключен к точке соединения разрядных резисторов, выход - к последовательно соединенным формирующему 14, логическому 15 и реагирующему 16 блокам.

Реле тока работает следующим образом.

В случае, когда измерительный трансформатор 17 ненасыщен и напряжение ria регулируемом резисторе 2 недостаточно для пробоя двустороннего стабилитрона 3, выходной сигнал преобразователя 4 тока в напряжение синусоидален (фиг. 3), где U - напряжение на выходе фазосмещающего блока 5, и Ч- и и- - напряжение на конденсаторах 8 и , и - напряжение на выходе сумматора 10 {Д(р-угол между напряжением и и Ug). Каждый полупериод выходного сигнала преобразователя 4 тока в напряжение отрабатывается детекторами 6, 7 отдельно: положительная полуволна выделяется детектором 6, а отрицательная - детектором 7. Знаки полуволн при этом сохраняются. Далее напряжения конденсаторов 8 и 9, полключенных к выходам детекторов 6, 7, соответственно U -f и U -, через разрядные резисторы 11, 12 поступают на инвертирующий вход операционного усилителя 13, напряжение на выходе которого Ug имеет вид, показанный на фиг. 2. Фазы напряжений 0 и U не совпадают, причем суммарное напряжение U отстает от напряжения на входах детекторов на угол . С целью компенсации этого угла в устройство специально введен фазосмещающий блок 5, с выхода которого на входы детекторов 6, 7 поступает сигнал с опережающей фазой, равной Avp. Благодаря этому при синусоидальном фазы первичного тока и суммарного сигнала Ug совпадают.

Наряду с этим фазосмещающий блок5 служит для подавления апериодических составляющих входного сигнала. При большой кратности тока вступает в действие двусторонний стабилитрон 3. Сигнал на выходе преобразователя 4 тока в напряжение при этом представляет собой скачкообразное знакопеременное напряжение (фиг. 4). Этот сигнал пропускается фазосмещающим блоком 5 без изменения фазы. Суммарный сигнал Ug, как видно из фиг. 4, по фазе совпадает с напряжением на выходе преобразователя 4, а, значит, и с первичным током измерительного трансформатора 17 тока. Следовательно, при прямоугольном сигнале на выходе г реобразователя 4 тока в напряжение погрешность измерения фазы не возникает.

В случае неглубокого насыщения измерительного трансформатора 17 тока работа реле тока аналогична работе реле при йенасыщенном измерительном трансформаторе 17 ToRa (фиг. 5). В случае глубокого насыщения, измерительного трансформатора 17 тока насыщение на каждом полупериоде наступает раньще, чем первичный ток достигнет своего амплитудного значения (фиг. 6). Суммарное напряжение Ug (фиг. 6) в этом случае имеет незначительный фазовьш сдвиг относительно продолженной синусоидальной части напряжения U на выходе фазосмещающего блока 5 (на фиг. 5 и 6 пунктирными линиями показано продолжение синусоидальной части кривой U). Этот сдвиг с увеличением степени насыщения уменьщается, стремясь в пределе к нулю Одновременно с этим уменьщается и фазовый сдвиг, создаваемый фазосмещающим блоком 5. Последнее объясняется тем, что синусоидальная часть напряжения U превращается в узкий импульс, который проходит сквозь фазосмещающий блок 5 без ощутимых изменений. Следовательно, и при повыщении степени насыщения кривая суммарного напряжения U остается близкой по фазе к первичному току измерительного трансформатора 17. Разность фаз суммарного напряжения Ug и первичного тока измерительного трансформатора 17 во всем реальном диапазоне изменения степени насыщения не превыщает 10°. Сумматор 10 в предлагаемом устройстве выполнен на операционном усилителе 13, что исключает взаимное влияние цепей заряда-разряда конденсаторов 8 и 9 друг на друга. Для получения высокой чувствительности детекторы 6 и 7 выполнены на операционных усилителях. В распространенных схемах детекторов имеются паразитные пути разряда конденсаторов 8, 9 на входные цепи. Поэтому в устройстве использована схема детектора, имеющего характеристику идеального диода как в прямом, так и в обратном направлениях В тех случаях, когда не требуется особо высокая чувствительность, детекторы 6, 7 могут быть выполнены на диодах (фиг. 2), смещенных постоянным током. Смещение постоянным током необходимо для обеспечения стабильности уставки по току и фазового сдвига суммарного сигнала Ug. Потенциалы на обкладках конденсаторов 8, 9, создаваемые прямыми падениями напряжения на диодах 6 и 7, после преобразования в сумматоре 10 компенсируют друг друга и практически не влияют на работу схемы. Таким образом, путем раздельной обработки положительной и отрицательной полуволн входного сигнала и использования в дальнейщей.обработке суммарного сигнала достигается высокая точность и надежность реле тока. Реле тока также корректирует момент перехода вторичного тока через нулевое значение, фазная погрешность реле тока не превыщает 10°, что позволяет использовать реле в качестве токового блока фазосравнивающих реле. Формула изобретения 1. Реле тока, содержащее промежуточный трансформатор тока, защунтированный регулируемым резистором и двусторонним стабилитроном, к выходу которого подключен преобразователь тока в напряжение, детектор положительного сигнала, к выходу которого подключены конденсатор и разрядный резистор, последовательно соединенные формирующий, логический и реагирующий блоки, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности и расщирения функпиокальных возможностей при насыщении измерительного трансформатора тока, дополнительно введены фазосмещающий блок, детектор ртрицательного сигнала, конденсатор с разрядным резистором и аналоговый сумматор, причем вход фазосмещающего блока подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, выход - к входу детектора положительного сигнала и входу дополнительно введенного детектора отрицательного сигнала, к выходу которого подключен конденсатор с разрядным резистором, вход аналогового сумматора подключен к точке соединения разрядных резисторов, выход - к входу формирующего блока. 2. Реле по п. 1, отличающееся тем, что детекторы положительного и отрицательного сигналов выполнены на операционных усилителях, между инвертирующими входами и выходами которых в соответствующих направлениях включены диоды, причем в качестве входных зажимов детекторов использованы неинвертирующие входы oneрационных усилителей, а в качестве выходных - их инвертирующие входы. 3. Реле по п. 1, отличающееся тем, что сумматор выполнен на операционном усилителе, к суммирующей точке которого подключены разрядные резисторы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Авторское свидетельство СССР № 448529, кл. Н 02 Н 3/08, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР № 540304, кл. Н 01 Н 47/18, Н 02 Н 3/08, 1977.. ,

оо

г||-Ч1 Н

хЬ

;

1

СГ

Г5

«

CS4

От 4

и

7

/

Фиг. 5