РЕЛЕ ТОКА
CURRENT RELAY

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронных реле тока, реагирующих на приращение тока, например тока обратной последовательности.
Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].
Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле тока.
Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый блок и исполнительный элемент [2].
Недостатком этого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее исполнительный элемент, последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, выпрямитель, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом «меньше» первого порогового блока, с выходом «больше» которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход «больше» второго порогового блока и выход «меньше» третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска генератора тактовых импульсов, причем исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом реле с замыкающими контактами [3].
Недостатком этого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что оно реагирует на абсолютную величину тока и не обеспечивает одновременный контроль скорости увеличения амплитуды тока, что необходимо для ряда технологических процессов контроля цепей.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.
Этот технический результат достигается тем, что в реле тока, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель, исполнительный элемент, первый, второй и третий пороговые блоки, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом выход выпрямителя соединен со входом первого порогового блока, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первые прямые входы первого и второго элементов И соединены, соответственно, с выходом «меньше» и с выходом «больше» первого порогового блока, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход «больше» второго порогового блока и выход «меньше» третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле тока, исполнительный элемент содержит четвертый пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами, введены элемент задержки, блок вычитания, первый вход которого соединен с входом элемента задержки и с выходом реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом элемента задержки, фильтр-усреднитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, и пятый пороговый блок, вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя, а выход является выходом сигнала контроля скорости приращения тока реле тока, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым прямым входом второго элемента И, а выход делителя частоты импульсов соединен со вторым прямым входом первого элемента И.
6
13
На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле тока на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу (на фиг.2,а - сигнал U2 на выходе выпрямителя 2, на фиг.2,б - сигнал E на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2,в - сигнал U на выходе четвертого порогового блока 13).
Реле тока содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 тока, вход которого является информационным входом реле тока, и выпрямитель 2, первый пороговый блок 3, первый элемент И 4, первый вход которого соединен с выходом «меньше» первого порогового блока, второй элемент И 5, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6.
Устройство содержит также последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым прямым входом второго элемента И 5, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым прямым входом первого элемента И 4, также одновибратор 12, вход которого является входом запуска реле тока, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10, причем исполнительный элемент 9 выполнен в виде четвертого порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента 9, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом исполнительного реле с замыкающими контактами..
Кроме того, реле тока содержит элемент задержки 14, блок вычитания 15, первый вход которого соединен с входом элемента задержки 14 и с выходом реверсивного счетчика 6, а второй вход соединен с выходом элемента задержки 14, фильтр-усреднитель 16, вход которого соединен с выходом блока 15 вычитания, и пятый пороговый блок 17, вход которого соединен с выходом фильтра-усреднителя 16, а выход является выходом скорости приращения тока реле тока, при этом выход генератора 10 тактовых импульсов соединен со вторым прямым входом второго элемента И 5, а выход делителя 11 частоты импульсов соединен со вторым прямым входом первого элемента И 4.
Первый 3, второй 7, третий 8, четвертый 13 и пятый 17 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в работе [4, стр.177, 187], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель - по схеме, приведенной в работе [2, стр.113], делитель 11 - в виде двоичного счетчика, элемент задержки 14 - в виде сдвигового регистра, фильтр-усреднитель 16 - в виде цифрового фильтра низкой частоты (входы тактирования блоков 14 и 16 для упрощения не показаны). Остальные элементы являются стандартными элементами электронной техники.
Вход промежуточного трансформатора 1 тока является информационным входом реле тока, вход одновибратора 12 является входом запуска реле тока, выход исполнительного элемента 9 является выходом контроля амплитуды тока реле тока, а выход пятого порогового блока 17 - выходом контроля скорости изменения амплитуды тока реле тока.
Реле тока работает следующим образом.
иэ
2
оп
6
иэ
13
При включении реле тока питание подается на все его элементы, в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывает импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента U (фиг.2,б). На вход промежуточного трансформатора 1 тока, который является информационным входом реле тока, поступает входной сигнал, поэтому на выходе выпрямителя 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и несглаженное напряжение U (фиг.2,а). Это напряжение сравнивается в первом пороговом блоке 3 с опорным уровнем U, которое может выбираться исходя из допустимых изменений величины тока в обычных условиях эксплуатации защищаемой цепи. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе «больше» первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе «меньше». В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент 5 И поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент 4 И поступают на вход сложения реверсивного счетчика 6 (фиг.2,б) после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов. В результате этого при значительном увеличении амплитуды входного тока сигнал E на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента U, что приведет к формированию в сигнале U на выходе четвертого порогового блока 13 уровня логической единицы (например, сигнала короткого замыкания KЗ) и срабатыванию замыкающего контакта реле тока.
п
Кроме того, из текущего сигнала с выхода реверсивного счетчика 6 вычитается его задержанное в элементе задержки 14 значение, что приводит к формированию дифференциала амплитудного значения тока. Этот дифференциал, характеризующий скорость изменения амплитуды тока, усредняется в фильтре-усреднителе 16 и сравнивается с пороговым значением U в пятом пороговом блоке 17. При недопустимом значении скорости изменения тока на выходе пятого порогового блока 17 формируется уровень логической единицы, который может быть использован для приведения в рабочее состояние внешних исполнительных устройств.
п+
п-
Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле тока. При длительной работе в нормальном режиме, когда входной ток находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала U реверсивного счетчика, при недопустимо большом уровне входного сигнала - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала U.
Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку обеспечивает не только контроль величины амплитуды тока, но и скорости ее изменения.
Источники информации
1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. /Под общей ред. В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.
2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с.112, рис.2.66.
3. RU 2192084, H02H 3/06, 3/08, 2001 (прототип).
4. Букреев И.Н. и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Сов. Радио, 1975.