Устройство для максимальной токовой защиты с линейной времятоковой характеристикой срабатывания Советский патент 1982 года по МПК H02H3/08 

1

Изобретение относится к релейной защите энергосистем, а именно к устройствам, которые контролируют ток защищаемого объекта и воздействуют на его отключение с выдержкой времени, зависящей от величины тока перегрузки или короткого замыкания.

По основному авт. св. № известно устройство для максимальной токовой защиты с линейной время токовой характеристикой срабатывания, содержащее последовательно включенные преобразователь тока в напряжение и пусковой орган, генератор импульсов стабильной частоты, счетчик импульсов с поразрядно подключенным к его разрядным выходам цифро-аналоговым преобразователем, орган сравнения напряжений, подключенный первым входом к выходу цифро-аналогового преобразователя, делитель частоты и коммутатор, первый коммутирующий вход последнего непосредственно,| а второй - через делитель частоты j

подключены к выходу генератора импульсов стабильной частоты, управляю-) щий вход коммутатора подключен к выходу органа сравнения, причем выход пускового органа подключен к стартстопному входу генератора импульсов, а выход преобразователя тока в напряжение подключен к второму входу органа сравнения напряжений, и дополнительный орган.

Известное устройство обладает высокой точностью срабатывания; но имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку оно реализует только линейный вид зависимости времени срабатывания от величины тока.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем получения нелинейной зависимости времени срабатывания от величины тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены регистр памяти и интегрирующий 3 счетчик импульсов, причем первые входы регистра памяти подключены к разрядным выходам счетчика импульсо управляющий вход - к выходу органа сравнения напряжений, выходы - к уп равляющим входам делителя частоты, выполненного программируемым, установочный и тактовый входы интегриру ющего счетчика импульсов соединены соответственно с установочным входом и выходом счетчика импульсов выход - с входом исполнительного ор гана . На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2,семейство время токовых характеристик устройства. Устройство содер 1 ит преобразовав тель 1 тока в напряжение, пусковой орган 2, генератор 3 импульсов стабильной частоты, счетчик импульсов, коммутатор 5} цифро-аналоговый преобразователь 6, орган-7 сравнени напряжений, программируемый.делитель 8 частоты, регистр 9 памяти, интегрирующий счетчик 10 импульсов, исполнительньм орган 11. Устройство работает .следующим об разом. Преобразователь 1 формирует из контролируемого тока у однополяр ное сгла : енное напряжение UBX , (1) где K - коэффициент пропорциональности. Это напряжение подводится к входу пускового органа 2, где оно срав нивается по величине с напряжением Uy-i уставки срабатывания пускового органа 2. При срабатывании пусковог органа 2 включается генератор 3 импульсов стабильной частоты, а с установочного входа счетчика k импуль сов снимается сигнал сброса в ноль При этом счетчик k импульсов начинает тактироваться импульсами с пе.риодом То с выхода генератора 3 импульсов стабильной частоты через ко мутатор 5, а на выходе поразрядно связанного со счетчиком импульсов цифро-аналогового преобразователя 6 появляется напряжение Ufi UOH , опорное напряжение; п количество записанных в счетчик импульсов; N - полный объем счетчика им пульсов. 1 Напряжение и и Ugy подведены к Органу сравнения напряжений 7 который срабатывает по условию 1 / Ugj{ и, воздействуя на коммутатор 5, перег лючает тактовый вход счетчика импульсов на выход программируемого делителя 8 частоты. Одновременно с переключением коммутатора 5 происходит включение регистра Э памяти, сохраняющего с этого момента код того числа поступивших на счетчик k импульсов, при котором произошло срабатывание органа 7 сравнения напряжений. После переключения коммутатора 5 счетчик А импульсов тактируется импульсами с новым периодом КТо, где К - коэффициент деления частоты программируемого делителя 8 частоты, и формирует на своем выходе сигнал переполнения при последующем заполнении импульсами до своего полного .объема N. Таким образом, полное время t заполнения счетчика импульсов складывается из времени t pпредустановки счетчика некоторым числом п импульсов с момента срабатывания пускового органа 2 до момента срабатывания органа 7 сравнения напряжений и времени t досчета счетчиком k- импульсов оставшейся части N-n своего объема с момента срабатывания органа 7 сравнения напряжений до полного заполнения счетчика, т.е. Чр- о 1дс КТо (N-n) t- KToN - To(K-1)n (6) Если напряжение U достигло уровня U g с поступлением на счетчик k импульсов п-ного импульса и орган 7 сравнения напряжений сработал при Ug и, то связь между объемом п предустановки и током t g)(B этот момент, с учетом (1) и (2), определяется следующим образом: ИХ Uon . Отсюда, если К - const, выражение для t по (6) приводится к виду t А - Blg (8) и отображает обратную линейную зависимость времени от величины тока i g5 (справедливо для тех значений тока I g . при которых напряжение , т.е. при .,/К) . На фиг. 2 показано проходящее через точку О семейство линейных Xчрактеристик, отражающих каждая зависимость - Blg и отличающихся только наклоном, зздаваемым величиной К. Прямая 0-0 представляет собой характеристику з висимости зремени предустановки от тока igy , общую для всех линейны характеристик, проходящих через точ О . В точке о характеристика времени Ц переходит в независимую от то ка I g5( часть, поскольку при любом значении напряжения U0 /Uon3To напряжение Ugxвсегда больше Ug, а пот му орган 7 сравнения напряжений не переключит счетчик k импульсов из режима предустановки в режим досчет и время полного заполнения счетчика 4 импульсов в независимой части характеристики равно максимальному вр мени предустановки пр Нали чие в схеме устройства программируемого делителя 8 частоты и регистра 9 памяти позволяет устройству работать с нелинейной зависимостью времени t. от величины тока „у, при этом для получения кусочно-линейной аппроксимации заданной формы исполь зуется зависимость наклона каждой линейной (8) характеристики от величины коэффициента К деления частоты генератора 3 импульсов стабиль ной частоты программируемым делителем 8 частоты. Каждому дискретному интервалу, на которые разбит весь диапазон изменения тока Ijiy, задается свой коэффициент К или своя линейная характеристика. Информация о каждом дискретном значении тока Igy подведена к входам программируемого делителя 8 частоты с выходов регистра 9 памяти в виде кода числа п объема пред установки счетчика k импульсов, а это число ,п является фактически результатом аналого-цифрового преобразователя конкретной величины тока lg,)(B цифровой код. Код числа п, таким образом, является управляющим словом для программируемого делителя 8 частоты, программа работы которого задает свое значение коэффициента К каждому конкретному значению числа п, а значит (.7 ) и каждому значению тока ln,-i. В зависимости от за-данной программируемому делителю о частоты программы устройство может работать с обратной воемятоковой характеристикой любой формы. На фиг. 2 показана работа устройства (при близком к нулю тока пуска/ с .квадратичной зависимостью времени срабатывания от тока Ij, когда на одну линейную зависимость (8) накладывается другая линейная зависимость величины коэффициента К от то ка Igy. В этом случае в качестве программируемого делителя 8 частоты может использоваться, например, простейший делитель с переменным коэффициентом деления, имеющий следующую зависимость (программу) коэффициента К деления частоты от управляющего слова в виде двоичного кода числа п : К (М - п), где М - максимальный для данного делителя коэффициент деления частоты. При этом, если задать , то K(N-n) и в выражении (3) для полного времени заполнения счетчика k слагающая времени досчета по (5) принимает вид дс TO(N - п) Тогда, с учетом (), время (М - п ) а с переходом (7) от п к L уравнение для t- принимает от-1 t,. С - D IB 4- Е IB:, Это уравнение для зависимой от тока части характеристики соответствует квадратичному закону поскольку результат разложения (10) в ряд Тейлора (до второго порядка), например в интервале между током : пуска и током перехода в независимую часть характеристики, полностью соответствует виду уравнения (5Л Степень точности приближения кусочно-линейной характеристики к плавной кривой принципиально не ограничена, так как количество ступеней на характеристике С фиг. 2 ) определяется разрядностью связи счетчика импульсов с цифро-аналоговым преобразователем 6 и программируемым делителем 8 частоты. Так, если эти элементы связаны между собой, например, десятиразрядной шиной, то количество ступеней на характеристике составляет 2 - 1 или 1023J, а точность приближения к плавной кривой - порядка 0,1. До тех пир пока величина тока превышает уставку тока пуска устройства, счетчик импульсов непрерывно тактируется через коммутатор 5 импульсами, поступающими либо с выхода генератора 3 импульсов стабильной час тоты, либо с выхода программируемо- го делителя 8 частоты, а потому, за полнившись за время t по (З) до св его полного объема, счетчик импул сов автоматически устанавливается в ноль и начинает новый цикл счета. П переходу счетчика ) импульсов в ноль напряжение Ug по ( 2 ) становитс равным нулю, орган 7 сравнения напряжения возвращает коммутатор 5 и начальное состояние, и вся схема в целом повторяет свою работу, формир новый временной интервал t, По завершению отработки очередного элементарного интервала на выходе счетчика k импульсов в момент его перехода в ноль появляется сигнал переполнения, который тактирует интегрирующий счетчик 10. Заполнившись импульсами с выхода счетчика импульсов до своего полного объема S, интегрирующий счетчик 10 включае исполнительный орган 11, который отключает защищаемый объект. При снижении величины тока уставки пуска устройства выключившийся пороговый орган 2 octaнaвливaeт генератор 3 импульсов стабильной частоты, сбрасывает в ноль счетчики 4 и 10, чем возвращает в исходное состояние исполнительный орган 11. Полное время t pсрабатывания с момента пуска устройства до момента включения исполнительного органа 1 есть, практически, сумма S элементарных интервал ов времени t, длительность каждого из которых зависит от величины тока Igx своем этапе предустановки. Если за время набора выдержки времени t р величина тока 1);изменяется, то интервалы Ц будут различимы по длительности, а время tf 2 q ,где f(lg) по(8) или по (10), или люб го другого вида, будет соответство вать интегральному значению тока lg-j за время набора этой выдержки, Т.е. t,(i,) dt. Таким образом, для получения не жим образом, для линейной зависимости выдержки сраб тывания от величины тока использую устройство с линейной время токово 18 характеристикой срабатывания, способное работать на любой из определенного множества линейных характеристик, а конкретную характеристику и точку срабатывания на ней определяют по конкретному значению величины тока, при этом требуемую форму нелинейной зависимости задают программой перехода с одной линейной характеристики на другую в зависимости от величины тока, а сам переход осуществляют методом цифрового управления делением частоты импульсов опорного генератора, для чего-в качестве управляющего слова используют ранее полученный на промежуточном этапе работы . устройства с линейной времятоковой характеристикой результат аналогоцифрового преобразования величины тока в цифровой код. Широкие функциональные возможности в сочетании с простотой схемы и высокой точностью действия устройства позволяет унифицировать на его основе схемы ряда максимальных токовых защит с различными формами время токовых характеристик и диапазонами времени срабатывания. Формула изобретения Устройство для максимальной токовой защиты с линейной Бремятоковой характеристикой срабатывания по , авт,св. N , отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, путем получения нелинейной зависимости срабатывания от величины тока дополнительно введены регистр памяти и интегрирующий счетчик импульсов, причем первые входы регистра памяти подключены к разрядным выходам счетчика импульсов, управляющий вход к выходу органа сравнения напряжений, выходы - к управляющим входам делителя частоты, выполненного fipoi- раммируемым, установочный и тактовый входы интегрирующего счетчика импульсов соединены соответственно с установочным входом и выходом счетчика имлупьсов, выход - с входом исполнительного ..органа.