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.
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 и 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 [1].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость, обусловленная отсутствием средств защиты от аномальных искажений входного сигнала, проявляющихся в его случайных кратковременных импульсных искажениях. Это существенно снижает помехоустойчивость устройства.
Задачей, которая решается в изобретении, является создание реле тока, обладающего повышенной помехоустойчивостью в условиях аномальных искажений входного сигнала.
Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости.
Поставленная задача решается, а требуемый 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 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 «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, а исполнительный элемент содержит четвертый пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента и соединен с выходом нерекурсивного фильтра, а выход четвертого порогового блока соединен со входом реле с замыкающими контактами, согласно изобретению, введены блок вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, двухсторонний ограничитель, вход которого соединен с выходом блока вычитания, сумматор, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя, и нерекурсивный фильтр, вход которого соединен с выходом сумматора, а выход соединен с входами второго и третьего пороговых блоков и со вторыми входами блока вычитания и сумматора, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым прямым входом второго элемента И, выход делителя частоты импульсов соединен со вторым прямым входом первого элемента И, а выход выпрямителя соединен со входом первого порогового блока.
На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле тока, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Реле тока содержит последовательно соединенные промежуточный трансформатор 1 тока, вход которого является информационным входом реле тока, выпрямитель 2 и первый пороговый блок 3, первый элемент И 4, первый прямой вход которого соединен с выходом «меньше» первого порогового блока 3, второй элемент И 5, первый прямой вход которого соединен с выходом «больше» второго порогового блока 3, 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, а также исполнительный элемент 9.
Реле тока также содержит 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, а 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 реле с замыкающими контактами.
Кроме того, реле тока содержит блок 14 вычитания, первый вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6, двухсторонний ограничитель 15, вход которого соединен с выходом блока 14 вычитания, сумматор 16, первый вход которого соединен с выходом двухстороннего ограничителя 15, и нерекурсивный фильтр 17, вход которого соединен с выходом сумматора 16, а выход соединен с входами второго 7 и третьего 8 пороговых блоков и со вторыми входами блока 14 вычитания и сумматора 16, 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 и четвертый 13 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [2], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель - по схеме, приведенной в [3], а делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Нерекурсивный фильтр 17 может быть выполнен в виде стандартного цифрового фильтра, содержащего сдвиговый регистр, информационный вход которого является входом нерекурсивного фильтра (тактовый вход для подачи сигнала от генератора 10 для упрощения на фиг.1 не показан), а выходы ячеек регистра сдвига через соответствующие умножители соединены с входами сумматора, выход которого является выходом нерекурсивного фильтра. 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, а выход исполнительного элемента 9 является выходом контроля амплитуды тока реле тока.
2
6
13
На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг. 2,а - сигнал U на выходе выпрямителя 2, на фиг. 2,б - сигнал Е на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг. 2,в - сигнал U на выходе четвертого порогового блока 13.
Реле тока работает следующим образом.
ИЭ
С
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 (U), поэтому на выходе выпрямителя 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и не сглаженное 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 его вход сложения (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 КЗ) и срабатыванию замыкающего контакта реле тока. При этом для уменьшения влияния кратковременных аномальных искажений входного сигнала на работу реле тока выходной сигнал реверсивного счетчика 6, проходя блок 14 вычитания, двухсторонний ограничитель 15 и сумматор 16, усредняется в нерекурсивном фильтре 17, используемом в качестве низкочастотного фильтра. В случае отсутствия аномальных искажений двухсторонний ограничитель не ограничивает сигнал, а блок 14 вычитания и сумматор 16 не оказывают влияние на величину сигнала, поступающего на вход нерекурсивного фильтра 17, поскольку в них происходит вычитание и суммирование одного и того же сигнала (сигнала с выхода нерекурсивного фильтра 17). При аномальных искажениях на выходе блока 14 вычитания наблюдаются выбросы сигнала относительно среднего значения, формируемого нерекурсивным фильтром 17, которые ограничиваются двухсторонним ограничителем 15. Этим самым снижается влияние аномальных искажений и повышается помехоустойчивость реле тока.
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 6, при недопустимо большом уровне входного сигнала - не позволяют стать меньше минимально заданного уровня сигнала U.
Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой помехоустойчивостью в условиях кратковременных аномальных искажений входного сигнала и повышенной устойчивостью.
Источники
1. Патент РФ на изобретение 2192084 C1 Н02Н 3/06, 3/08. Реле тока / Э.В. Борисов. Опубл. 27.01.2006.
2. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975 стр. 177, 187.
3. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, стр. 113.