Реле тока Советский патент 1981 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к электротехнике, а .именно к релейной за11хите энергосистем и может быть использова но для построения измерительных реле тока. Известно измерительное реле тока, содержащее трансреактор в воспринимающей части реле, позволякияий ослабить влияние апериодической слагаю щей во входной величине на замер реле, схему сравнения преобразованного сигнала с опорным и реагирующий элемент Щ . Недостаток реле заключается в том, что из-за дифференцирующих свойств трансреактора на работу реле существенно влияют высшие гармоничес кие во входной величине. Известно также реле тока, содержащее блок пропорционального преобразования тока в напряжение, к выхо ду которого подключены пиковые детек торы положительной и отрицательной полярности, разрядные цепи, соединеи ные соответственно с каждьам из пиковых детекторов, и детектор уровня. При необходимости получения потенциального выходного сигнала к выходу детектора уровня подключается расширитель импульсов. в качестве блока пропорционального преобразования использован промежуточный трансформатор тока, нагруженный на резистор, пиковые детекторы вы полнены а простейшей схеме и состоят каячфлй из диода и конденсатора, каждая разрядная цепь включает реаистор и стабилитрон, детектор уровня выполнен на операционном усилителе, к однся из входов которого подключена цепь спторного сигнеша, включающая стабилитрошл 2. Недостатком зтого реле тока является то, что реле удовлетворительно функционирует лишь при нулевых начальных условиях, т.е. когда ток предшествующегб режима существенно меньше периодической спагагацай тока короткого,замыкания (КЗ). В противне случае создгиотся уЬловия для излишнего срабатывания, так кги суммарное напряжение на обоих конденсаторах может превысить величину опорного сигнала (в момент возрастания напряжения на одном конденсаторе сохраняется напряжение на другом конденсаторе). Указанный недостаток реле особенно проявляется на линиях с двухсторонним питанием,при реверсе мацности.

когда апериодическая слагающая тока КЗможет существенно превосходить амплитуду периодической слагающей.

Цель изобретения - повышение селективности работы реле путем уменьшения влияния апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Поставленная цель достигается тем что в реле тока, содержащее первый блок пропорционального преобразова,ния тока в напряжение, вход которого подключен к выводам защищаемой электроустановки, выход - к входам пиковых детекторов положительной и отрицательной полярности, выходы которых подключены к первым зажимам соЬтветствующих разрядных резисторов, последовательно соединенные детектор уровня и первый расширитель импульсов, дополнительно введены два резистора и в-торой блок пропорционального преобразования тока в напряжение, вход которого включен последовательно с входом первого блока пропорционального преобразователя тока в напряжение, выход подключен к первым зажимам дополнительныхрезисторов, вторые зажимы которых соединены с вторыми зажимами соответствующих разрядных резисторов и соответствующим входом детектора уровня, выполненного в виде двухполярного порогового элемента,

К выходу расширителя импульса подключен элемент времени с выдержкой времени превышающей Т/2,

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема реле тока. на фиг, 2, 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу реле тока (в режимах короткого замыкания, без апериодической слагающей, при наличии ее, и при наличии элемента времени на выходе расширителя импульсов

Реле тока содержит первый блок 1 пропорционального преобразования ток в напряжение, пиковый детектор 2 положительной полярности, пиковый детектор 3 отрицательной полярности, разрядные резисторы 4, 5, детектор 6 уровня, расширитель 7 импульсов, второй блок 8 пропорционального преобразования тока в напряжение, дополнительные резисторы 9 и 10, элементы 11.времени, ,

Вход первого блока 1 пропорционального преобразования тока в напряжение подключен к выводам защищаемой электроустановки, выход - к входам пиковых детекторов положительной 2 и отрицательной 3 полярно:;ти, выходы которых подключены к первым зажимам разрядных резисторов 4 и 5 соответственно, последовательно соединенные детектор б уровня, расширител 7 импульсов, вход второго блока 8 пропорционального преобразования ток в напряжение включен последовательнос входом первого блока 1 пропорционального преобразования тока в напряжение, выход подключен к первым зажимам дополнительных резисторов 9 и 10, вторые зажим которых соединены с вторыми зажимами разрядных резисторов 4 и 5 соответственно и с соответствующим входом детектора б уровня,выполненного в виде двухполярного порогового элемента, К входу расширителя б импульсов подключен элемент 11 времени.

Реле тока работает следующим образом.

Для того, чтобы детектор 6 уровня - двухполярный пороговый элемент перешел в состояние срабатывания, необходимо и достаточно чтобы результирующий сигнал, поступающий на один из выходов его, привел к запиранию соответствующего диода детектора б уровня, причем напряжение, запирающее его, превьшает падение напряжения Л ид на другом (открытом) диоде детектора б уровня на величину, определяемую чувствительностью операционного усилителя детектора б уровня bU{j.ji ,

Обозначим величины разрядных резисторов 4 и 5 RP , напряжение на конденсаторе одного из пиковых детекторов - Uj- , напряжение на выходе второго блока 8 пропорционального преобразования тока в напряжение идоб величины дополнительных резисторов 9 и 10 - ЯдоБ напряжение смещения, подаваемое на вход детектора б уровня - RCM величину резистора цепи смещения детектора б уровня UCM .

Условие срабатывания реле тока определяется неравенством

iJE. - Цдоб - Цсм, RO Вдо5 RCM

,ьид, + iUax (1)

Р

Пренебрегая правой частью неравенства, определим условие срабатыкак

вания.

IE. -

(2) RfroS

хм

Напряжение на конденсаторе, одного из пиковых детекторов, когда оно возрастает, изменяется по закону и,.. К , где i - мгновенное значение входного тока; К - коэффициент пропорциональности (т,е, полностью повторяет напряжение на выходе блока 1 пропорционального преобразования тока в напряжение),

В интервале времени, когда конденсатор пикового детектора разряжается т.е. начиная с момента t, , когда вводной ток достиг своего предельного значения , до момента времени, когда напряжение на выходе блока 1 пропорционального преобразования вновь превьшает напряжение на конденсаторе пикового детектора, величина KC изменяется по закону Ц °pp , где t - текущее время, Блок 8 пропорционального преобра зования тока в напряжение обеспечив ет ВБКОдной сигнал К I , где K,j, - коэффициент пропорциональности Если вьшолнять условие - - . и принять соответствующие обозначения, выражение (2) приведется к виду If - i 7, а„„ ( где Л- - значение опорного тока де тектора б уровня, Граничные условия срабатывания при синусоидальном входном токе соответствуют для выбранной начальной фазы моменту t S. j и всегда опре деляются как )1-Зо. О - максимальное значение сину соидального тока, В зависимости от начальной фазы тока КЗ время срабатывания реле изменяется в пределах J - Т. Рассмотрим поведение реле при КЗ апериодичеркой слагакяцей. Вначале предположим, что в момент, предшест вующий КЗ, входной ток был равен ну лю. Тогда -К ± (wtt-5-)i3me где tg - постоянная времени сети, в которой происходит КЗ, Конденсатор одного из пиковых де текторов заряжается по этому закону . Wn,) i ® 3 но на входе детектора 6 уровня связанном с этим конденсатором, не создается рабочий сигнал, так как напряжение, подводимое с блока 8 пропорционсшьного преобразования пол ностью компенсируется напряжением на конденсаторе пикового детектора, рабочий сигнал создается на друг входе детектора 6 уровня, связанном с другим конденсатором одного ий пиковых детекторов, который не заряжен. Этот сигнал определяется напря жением, снимаемым с блока 8 пропорг ционального преобразования тока. Сра батывание происходит, если |3п,) Сравнивая выражения (5) и (9) можно прийти к выводу, что для срабатывания реле в первый полупериод необходимо, чтобы -Vr.-WRpC т.е. чтобы постоянная времени сети оказалась больше, чем постоянная йремени разряда- конденсаторов пиковых детекторов. Если принять RPС 60 мс, то даже при t 300 мс расширение области срабатывания реле тока не превысит -6,5%. Во втоуой полупериод область срабатывания реле тока сократится в соответствии с выражением 8-е-. б - сокращение области срабатывания реле тока. .OjiHaKO (.б) 0,11. Если tj RpC, то во второй полу,период возможно расширение области срабатывания реле тока на незначительную величину. Так при t 30 мс и tj; 20 мс расширение области срабатывания, возможное во второй полупериод, согласно (6) составит 9,3% и 14%. Наличие элемента 11 времени на . выходе расширителя 7 импульсов исключает возможность излишнего срабатывания . Установка элемента 11 времени на выходе расширителя 7 импульсов полностью исключает возможность излишнего срабатывания. Однако, нет необходимости в этом элементе, если допустимо расширение области срабатывания в пределах 120%. В случае, когда величина тока нагрузочного режима близка к периодической составляющей тока КЗ, в первый и ряд последующих нечетных периодов возникают условия для срабатывания детектора уровня. При наличии элемента времени на выходе расширителя, область возможного срабатывания увеличивается не более, чем в 1.2 раза (фиг. 4), при этом скважность между импульсами на выходе детектора 6 уровня не превышает установленную выдержку времени расширителя,7 импульсов (J) . Периодическая составляющая тока КЗ равна 0,85 от значения величины срабатывания в установившемся режиме КЗ. Амплитуда рабочего сигнала на одном из . входов детектора 6 уровня в течение всего времени, лока кривая тока КЗ носит однополярный характер, близка к расчетному значению |Ь„( р , Если детектор 6 уровня выполнить с двумя выходами и дополнить схему етце одним расширителем импульсов, выходы обоих расширителей объединить схемой И, будет полностью исключена возможность излишнего срабатывания под воздействием апериодической составлякхцей тока КЗ в самых неблагоприятных условиях. При практической реализации реле тока оба блока пропорционального

пр.еобраэования тока в напряжение могут содержать ряд общих элементов, в том числе и входной трансформатор тока.

Технико-экономическая эффективность П1 €длагаемого реле тока заключается в значительном снижении ущерба от аварии, благодаря расширению зоны действия быстродействующих ступеней токовых защит и отсечек,

Таким образом, предлагаемое реле тока позволяет повысить селективность работы реле тока, путем уменьшения влияния апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Формула изобретения

t

1. Реле тока, содержащее первый блок пропорциойального преобразования тока в напряжение, вход которого подключен к выводам защищаемой электроустановки, выход - ко входам пиковых детекторов положительной и отрицательной полярности, выходы которых подключены к первым зажимам соответствующих разрядных резисторов, последовательно соединенные детектор уровня и расширитель импульсов, отличающееся тем, что, с

целью повышения селективности работы реле путем уменьшения влияния апериодической составлякяцей тока короткого замыкания, дополнительно введены два резистора и второй блок пропорционального преобразования тока в напряжение,вход которого включен последовательно с входом первого блока пропорционального преобразования ток в напряжение, выход подключен к первым зажимам дополнительных резисторов, вторые зажимы которых, соединены с вторыми зажимами соответствующих разрядных резисторов и соответствующим входом детектора уровня, выполненого в виде двухполярного порогового элемента.

2. Реле по П.1, отличают ее с я тем, что к выходу расширителя импульса подключен элемент ер&ленк с ввдержкой времени превышающей Т/2,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Федосеев А. М, Релейная защита электрических систем, Энергия.

М., 1976, с.115-120.

2.V/ltanov А., Peev N. и Тзарег- . kov V, Use of circuits In protective relays. Сб. статей СИГРЭ релейная защита и противоаварийная автомати-. ка. Энергия, 1976,