Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной, технике, в частности может быть использовано b электроэнергетике при аппаратурном контроле показателей i качества напряжения в электрических сетях.
Известен статистический регистратор гистограммы отклонений напряжения/ содержащий задатчик интервалов выборки, генератор линейно-изменяющегося напряжения, компаратор, пороговый датчик, регистр сдвига и счетчики импульсов lj.
Известен также многоуровневый анализатор выбросов и провалов напряжения, содержащий пороговые элементы, элементы И и НЕ, дифференцирую щее устройство, одновибратор, счетчики импульсов 2.
Получаемая с помощью известного устройства функция распределения или гистограмма амплитуды выбросов или провалов напряжения без учета площади превышения уровней анализа позволяет производить приближенно оценку влияния изменяющегося случайным образом напряжения питающей сети на электрооборудование.
Объясняется это следующим образом.
Любые элементы электрооборудования, которые подключены к питающей сети, обладают инерционностью. Например, замыкание контактов электромеханического реле происходит при достижений определенного критического значения площадью выброса питающего напряжения выше уставки срабатывания. Соответственно размыкание контактов этого реле происходит при достижении критического значений площадью провала (или отрицательного выброса) питающего напряжения ниже напряжения отпускания реле. Площадь выброса или провала напряжения в первом приближении пропорциональна энергии, которую необходимо
20 затратить для того, чтобы провести в действие механическую.систему реле замкнуть или разбмкнуть его контакты.
Для другого типа электроприемников, ртутных ламп высокого давления
25 типа ДРЛ важной характеристикой является площадь провала напряжения сети ниже напряжения зажигания лампы. При достижении этой площадью критического значения лампа погаса 30 ет и восстанавливает свою работоспоСобность только через несколько минут. Существуют и другие примеры устройств, для которых превышение плошадью выброса или провала питающего напряжения определенного значения (эту площадь назовем в дальнейшем критической и обозначим S) возможно его срабатывание или выход из строя, например силовых конденсаторо при перенапряжениях в сети,, сбой в работе. Неучет площади превышения напряжением уровней анализа при статистическом анализа выбросов позволяет производить приближенно -оценку влияния изменяющегося случайным образом напряжения на электрооборудование, причем приемлено это лишь для той группы электроприемников, для которы SK мала. Для устройства же с большими значениями Sy указанная оценка оказывается настолько приближенной, чтополученные выводы не соответствуют действительности. Цель изобретения - повышение точности работы анализатора, за счет по лучения гистограммы выбросов и провалов напряжения с площадью превышения уровней анализа больше критической. Поставленная цель достигается тем, что в статистический анализатор выбросов и провалов напряжения, содержащий блок дифференцирования, вход которого является информационным входом анализатора, а выход под ключен к входу управлякщего компара тора, и и каналов, каждый из которых содержит компаратор, формировав тель иглпульсов, элемент И и счетчи вход которого в каждом канале соеди нен с выходом элемента И своего ка нала, первый вход которого подключен к прямому выходу компаратора своего канала, инверсный выход которого в каждом канале соединен с вторым входом элемента И последующе го канала, введены триггер, дополни тельный компаратор, элемент ИЛИ и в каждом канале блок вычитания, инте1- ратор и нуль-орган, вход которого соединен с информационным входом ин тегратора и выходом блока вычитания своего канала, первый вход которого является соответствующим входом опо ного напряжения анализатора, а вторые входы блоков вычитания каналов объединены и являются информационным входом анализатора, выход интегратора в каждом канале соединен с входом компаратора своего канала, управляющие входы компараторов всех каналов объединены и подключены к выходу дополнительного компаратора, вход которого соединен с инверсным выходом триггера, вход установки единицы которогоподключен к пря мому выходу управляющего компаратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И каждого канала, четвертый вход которого в каждом канале подключен к выходу формирователя импульсов своего канала, а выход элемента И каждого канала соединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки нуля триггера. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого анализатора; на фиг. 2 - график изменения напряжения на ее элементах; на фиг. 3 и 4 - соответственно, принципиальная электрическая схема интегратора и графики изменения напряжения на ее элементах. . Анализатор содержит блок 1 дифференцирования, управляющий компаратор ; 2 , блоки 3 вычитания, интеграторы 4, компараторы 5 ( к.анальные), нуль нуль-орган б, формирователи 7 импульсов, элементы И 8, счетчики 9 (многовходовой) элемент ИЛИ 10, триггер 11, дополнительный компаратор 12. Интеграторы 4 выполнены в транзисторно-конденсаторных ячейках, содержащих транзисторы 13 и 14 и конденсатор 15. Анализатор выполнен и-канальным, опорные уровни устройства расставлены по равномерному закону с шагом ли (фиг.2), равным ширине разряда искомой гистограммы вь1бросов или провалов напряжения. Уставка управляющего компаратора 2 соответствует производной исследуемого йапряжения 1%/С, превышение которой является признаком колебания напряжения. Уровни срабатывания основных компараторов 5 и. (фиг.4) всех KaHajjoB анализатора равны между собой и соответствуют критической площс1ди выброса (или провала) Sj выше i-ro уровня анализа (фиг.1), достаточной для срабатывания (или отпускания, отказа выходы из строя) исследуемого электроприемника :релейных устройств защиты и автоматики, силовых конденсаторов , асинхронных электродвигателей, разрядников и др. Для различных электроприемников могут быть различными как уровни анализа выбросов напряжения, так и их критическая площадь превышения уровней анализа Зц. Для ламп ДРЛ, например, это объясняется различным напряжением зажигания ламп; поэтому целесообразно проводить многоуровневый анализ провалов напряжения во всем диапазоне изменения их амплитуды, а также различной типовой мощностью ламп; поэтому критическая площадь Sx для ламп каждой мощности задается.также различной. Еще большее различие между значениями S jt наблюдается для различных типов электроприемников: один диапазон значений для ламп ДРЛ, другой для инерционных электромеханических реле, третий - для асинхронных электродвигателей и т.д. В связи с этим перед проведением измерен ий уровни анализа устана ливаются таким образом, чтобы они разбивали весь диапазон изменения амплитуды выбросов или провалов напряжения, а уставка компараторов Ug5 задается соответствующей типу и мощности исследуемого электроприемника. Рассмотрим вначале работу интегратора 4, выполненного на транзисто но-конденсаторной ячейке (фиг.З). На интервале времени 0-t (фиг.4 на вход а ячейки подается отрицательное напряжение U.,. Транзистор 1 заперт, токи в его эмиттерной и кол лекторной це равны нулю. В результате выход..е напряжение ячейки Ug на этом участке равно напряжению источника питания .З и На интервале 0-t4 на вход с ячейки подается положительное напря жение Uj., в результате чего транзис тор 14 заперт на всем этом интервал В момент времени ц на вход а ячейки подается положительное напря жение. Конденсатор 15 начинает заряжаться током, пропорциональным входному напряжению ячейки Уд. В ре зультате напряжения конденсатора 15 изменяется по закону .t, (1) Лб - N5 где емкость конденсатора 15; S ток заряда конденсатора. 15; k - коэффициент пропорциональности, зависящий от величи ны сопротивлений эмиттерно-базовой и коллекторнобазовой цепей транзистора 13, а также от величины на пряжения Uj,; t - текущее время. Выходное напряжение ячейки меняется по закону и и + . t в с т.е. оно пропорционально площгщи фи гуры, ограниченной крибой UQ и осью абсцисс t. В момент времени t кривая U пе ресекает опорный уровень компаратора 5, который При Э.ТОМ срабатывает. Уровень Uj.p устанавливается соответс вующим критической площади превыше ния S. В момент t напряжение Ug спадае до нуля, заряд конденсатора 15 прек ращается, и выходное напряжение ячейки Ug. остается неизменным. В момент времени t управляющее напря-( жение ячейки Uj; становится отрицательным, причем () (и„) , конденсатор 15 полностью разряжается через открывагадийся транзистор 14, выходное напряжение ячейки становится равным исходному Ug Uy,. Формула справедлива при постоянном напряжении UQ. В общем случае - JUo{t)dt при Ug О, (3) т.е. интегратор 4, выполненный на транзисторно-конденсаторной ячейке, осуществляет операцию интегрирования входного напряжения при его положительном значении. При исследовании напряжения сети целесообразно производить анализ выбросов и провалов напряжения относительно номинального уровня. Указанные характеристики напряжения, т.е. выбросы и провалы, оказывают различное действие на электрооборудование, например выбросы напряжения достаточной амплитуды и площади превышения S приводят к выходу из строя силовых конденсаторов. В то же время провалы напряжения не оказывают на эти конденсаторы никакого отрицательного .воздействия. В другом случае, провалы напряжения достаточной глубины и площади приводят к погасанию ламп ДРЛ, в то время как выбросы напряжения на лампы подобного действия не оказывают и могут служить лишь косвенной оценкой сокращения их срока службы (точное опре- . деление степени сокращения срока службы ламп выполянется по моменту напряжения соответствующего порядка). Рассмотрим работу устройства при анализе выбросов напряжения. В этом случае на вход анализатора подается отклонение напряжения сети от его номинального уровня (фиг.2). V. - и, где V - отклонение напряжения сети; и - действующее значение напряжения сети; и - номинальное значение действукадего напряжения сети. В процессе своего изменения напряжение иg пересекаетпервый опорный уровень устройства U,,, в, момент времени t (фиг.2), в результате чего на выходе блока 3 вычитания (блоки 3 выполненына дифференциальных усилителях) первого канала появляется положительное напряжения UBX-UC..OПри этом выходное напряжение интегратора 4 первого канала изменяется согласно формуле (3). Это напряжение пропорционально площади выброса напряжения UQH.
В момент t эта площадь лостигает критического значения 5ц (фиг.2 заштрихована), в результате чего срабатывает компаратор 5 первого канала. Выходное напряжение этого компаратора прикладывается к второму входу элемента И 8 первого канала анализатора. К третьему входу элемента И 8 приложено единичное напряжение с инверсного выхода компаратора 5 второго канала. Однако запись информации в счетчик 9 первого канала не производится, так .как к четвертому и первому входам элемента И В приложено нулевое напряжение соответственно с инверсного выхода находящегося в сработавшем состоянии управлякхцего компаратора 2, а также формирователя 7первого канала, который подключен к инверсному выходу,, находящегося также в сработавшем состоянии (с момента t ) нуль-органа б первого канала.
В процессе своего дальнейшего изменения напряжения UBXпересекает уровень анализа в момент времени t (фиг.2) интегратор 4 второго канала начинает интегрировать площадь выброса входного напряжения выше этого уровня.-В момент времени t площадь выброса достигает критического значения Sj, так как срабатывает компаратор второго канала 5, подавая со своего прямого выхода единичное напряжение на второй вход элемента И 8 второго канала и снимая со своего инверсного выхода напряжение с третьего входа элемента И 8 первого канала, и оказывается подготовленным к записи информации в счетчик 9 второй канал устройства и т.д.
В процессе дальнейшего изменения напряжения Ug достигает амплитудного значения и начинает убывать. Производная напряжения этом становится меньше 1%/С, управляющий компаратор 2 отпускает,, снимая единичное напряжение со входа установки единицы триггера 11 подавая его на четвертые входы всех элементов И 8 анализатора. Однако и при этом не происходит записи информации ни в один из счетчиков 9, так как окончательно факт превышения или непревышения исследуемым напряжением уровня анализа с критической площадью выброса 5ц устанавливается только после пересечения этого уровня убывающим напряжением U .
В рассматриваемом (фиг.2) примере после обработки выброса напряжения UB, подготовленным к записи информации, оказывается третий канал устройства. В момент времени tg. убывающее напряжение Ug пересекает уровень анализа и, , в результате чего от- . пускает нуль-орган 6 третьего канала устройства и на его инверсном выходе появляется напряжение, которое прикладывается к входу формирователя 7 третьего канала. На выходе этого формирователя 7 появляется прямоугольный импульс напряжения, который пропускается элементом И 8 на вход счетчика 9 третьего канала, а также через элемент И.ЛИ 10 на вход установки нуля триггера 11. В результате содержимое счетчика 9 увеличивается на единицу, триггер 11 опрокидывается в нулевое состояние и подает со своего инверсного выхода единичное напряжение на вход компаратора 12. Выходное напряжение сработавшего компаратора (Фиг. 4), имеющее отрицательное значение, прикладывается к управляющим входам с всех интеграторов 4 анализатора. Конденсаторы 15 интеграторов 4 разряжаются схема анализатора приводится в исходное состояние.
Таким образом, осуществляется расшифровка каждого выброса напряжения сети. После накопления достаточного объема информации по содержимому счетчиков 9 анализатора строится гистограмма выбросов напряжения, по которой выполняется оценка степени влияния изменяющегося случайным образом напряжения сети на подключенные к этой сети электроприемники.
При анализе провалов напряжения необходимо инвертировать входное напряжение UgJ V -(и-иц);
В этом случае устройство работает аналогично описанному выше. По окончании анализа по содержимому счетчиков 9 строится гистограмма провалов напряжения, которая является другой характеристикой качества исследуемого напряжения..
Получение с помощью предлагаемого анализатора гистограмм выбросов и провалов напряжения с площадью превышения уровней анализа больше критической позволяет повысить точность оценки влияния изменякяцегося напряжения на различное электрооборудование. В частности на достаточно инеционные устройства быстропротекающие выбросы напряжения, имеющие значительную амплитуду, но малую площадь превышения. SK , существенного влияния не окажут. В то же время по гистограмме амплитуды выбросов без учета 5ц, т.е. полученной с помощью известного в данном случае был бы сделан ложный вывод о сильном влияни выбросов на указанные устройства. Учет же площади превышения уровней анализа S и получение гистограммы выбросов с помощью предлагаемого устройства позволяет повысить точность оценки их влияния на исследуемое оборудование и исключить ложные выводы.
Формула изобретения
Статистический анализатор выбросов и провалов напряжения, содержащий блок дифференцировайия, вход которого Является информационным входом анализатора, а выход подключен к входу,, управляющего компаратора, и и кангшов, кгикдый из которых содержит компаратор, формирователь импуль сов, элемент и и счетчик, вход которого в каждом канале соединен с выходом элемента И своего канала, первый вход которого подключен к прямому ВЫХОДУ компаратора своего канала, инверсный выход которого в каждом канале соединен с вторым входом элемента И последующего канала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы он содержит триггер, дополнительшлй компаратор, элемент ИЛИ и в каждом кангше блок вычитания, интегратор и нульорган, вход которого соединен с инфомационным входом интегратора и выходом блока вычитания своего канала, первый вход которого является соответствующим входом опорного напряжения анализатора, а вторые входы блоков вычитания всех каналов объединены и являются информационным входом анализатора, выход интегратора в каждом канале соединен с входом компаратора своего канала, управляющие
входы компараторов всех каналов объединены и подключены к выходу дополнительного компаратора, вход которого соединен с инверсным выходом триггера, вход установки единицы которого подключен к прямому выходу управляющего компаратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И каждого канала, четвертый вход которого в кгикдом
канале подключен к выходу формирователя импульсов своего канала, а выход элемента И каждого канала соединен с соответствующим входом эле.мента ИЛИ, выход которого подключен
К входу установки нуля триггера.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свдетельство СССР 339766, кл. G 01 В 7/06, 1970.
2. Авторское свидетельство СССР 9 591781, кл. G 01 R 19/04, 1976 (прототип).
I/on
Uoi
Фиг.2
..
1-tr
-/5 ;м
г
