Результат интеллектуальной деятельности: РЕЛЕ ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле тока.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле тока.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый блок и исполнительный элемент [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость и относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его в системах защиты группы асинхронных двигателей.

Например, при коротких замыканиях в сети напряжение на двигателе уменьшается, а ток в статоре возрастает. Если режим короткого замыкания длится 0,03-0,05 с, то линейные контакторы и магнитные пускатели не успевают отключить двигатель и частота его вращения практически не меняется. При перерывах в подаче энергии более 0,5 с может происходить отключение электродвигателей у неответственных потребителей. При этом повторно их включение не должно происходить, т.к. одновременный самозапуск большого числа асинхронных электродвигателей приводит к значительному снижению сетевого напряжения, что затрудняет самозапуск электродвигателей у ответственных потребителей. В некоторых случаях неконтролируемый самозапуск электродвигателей должен быть исключен по условиям технологического процесса.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении помехоустойчивости.

Этот технический результат достигается тем, что в реле тока, содержащем исполнительный элемент и последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямитель и первый пороговый блок, при этом вход промежуточного трансформатора тока является информационным входом реле тока, отличающемся тем, что введены первый, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, дополнительный счетчик, одновибратор, второй, третий и четвертый пороговые блоки, формирователь импульсов, предназначенный для генерирования импульса при отрицательном перепаде сигнала на его входе, 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 четвертого порогового блока 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, со вторым входом элемента ИЛИ и с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход четвертого порогового блока соединен со входом исполнительного элемента, входом формирователя импульсов и первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а выход - со счетным входом дополнительного счетчика, вход установки в ноль которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а его выход переполнения - с входом останова генератора тактовых импульсов, выход формирователя импульсов соединен с первым входом элемента ИЛИ, а вход одновибратора является входом запуска генератора тактовых импульсов. Кроме того, исполнительный элемент выполнен в виде реле с замыкающими контактами.

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 второй пороговый блок 3, а также первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом "Меньше" и выходом "Больше" второго порогового блока 3. Выходы первого 4 и второго 5 элементов И соединены соответственно с входом сложения и входом вычитания реверсивного счетчика 6, выход которого соединен с входами третьего 7 и четвертого 8 и первого 9 пороговых блоков. Выходы третьего 7 и четвертого 8 пороговых блоков соединены соответственно с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом первого элемента 4 И, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента 5 И. Выход одновибратора 12 соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и с входом запуска ГТИ 10. Выход первого порогового блока 9 через третий элемент 13 И соединен со входом счетчика 14, выход переполнения которого соединен в входом останова ГТИ 10. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные формирователь 15 импульсов при отрицательном перепаде сигнала на его входе, вход которого соединен с выходом первого порогового блока 9 и первым входом третьего элемента 13 И, второй вход которого соединен с выходом делителя 11 частоты импульсов, и элемент 16 ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора 12, а выход соединен с входом установки в ноль счетчика 14, а также исполнительный элемент 17, вход которого соединен с выходом первого порогового блока 9.

Исполнительный элемент 17 может быть выполнен в виде реле с замыкающим контактом, которое подключается к первому пороговому блоку 9 непосредственно или через усилитель.

Первый 9, второй 3, третий 7 и четвертый 8 пороговые блоки могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, формирователь 15 выполнен с возможностью выработки выходного импульса при переходе выходного сигнала первого порогового блока 9 с уровня логической единицы на уровень логического нуля, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [3, с. 177, 187], промежуточный трансформатор 1 тока и выпрямитель - по схеме, приведенной в [2, с. 113] , делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Остальные элементы являются стандартными элементами электронной техники.

Вход промежуточного трансформатора 1 тока является информационным входом реле тока, а вход одновибратора 12 - является входом запуска реле тока.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2а - сигнал U₂ на выходе выпрямителя 2, на фиг.2б - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2в - сигнал U₉ на выходе первого порогового блока 9 с обозначением момента обнаружения короткого замыкания аббревиатурой КЗ.

Реле тока работает следующим образом.

При включении реле тока напряжение питания подается на все его элементы в том числе на вход одновибратора 12, который вырабатывает импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние реверсивного счетчика 6 должно немного превышать уровень срабатывания первого порогового блока 9 U_иэ (фиг.2б). На вход промежуточного трансформатора 1 тока поступает входной сигнал, поэтому на выходе выпрямительного блока 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и несглаженное напряжение (фиг.2а). Это напряжение сравнивается во втором пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_оп. 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 после снижения частоты импульсов в делителе 11, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент И 4 поступают на его вход сложения (фиг.2б). В результате этого при значительном увеличении амплитуды входного тока сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет меньше порогового уровня U_иэ четвертого порогового блока 9, что приведет к формированию на его выходе уровня логической единицы (фиг. 2в) и срабатыванию замыкающего контакта реле исполнительного элемента 17.

Если недопустимое повышение уровня входного сигнала происходит на более короткий период, чем предельно допустимый, то на выходе "Больше" первого порогового блока 9 появляется сигнал перепада напряжения от уровня логической единицы до уровня логического нуля и формирователь 16 импульсов через элемент ИЛИ 14 обнуляет счетчик 14, который в период существования уровня логической единицы на выходе первого порогового блока 9 подсчитывал импульсы, поступающие на его вход через третий элемент И от делителя 11 частоты импульсов, т.е. измерял длительность этого периода.

Когда недопустимое повышение уровня входного сигнала превышает заданный интервал времени, например 0,5 с, то сигнал с выхода переполнения счетчика 14 останавливает ГТИ 10 и замыкающие контакты реле тока остаются в замкнутом состоянии до тех пор, пока не будет произведен перезапуск одновибратора 12.

Третий 7 и четвертый 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 Uп+ реверсивного счетчика 6, при недопустимо большом уровне входного сигнала - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала Uп-.

Тем самым повышается помехоустойчивость реле тока и обеспечивается быстрая реакция реле на изменения входного сигнала, а также расширяются его функциональные возможности.

Источники информации
1. Электротехнический справочник. В 4-х томах. Т. 2: Электротехнические изделия и устройства / Под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998, с. 390, рис. 35.10.

2. Ченобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 112, рис. 2.66. (прототип).

3. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.