реле сопротивления

Формула изобретения

Реле сопротивления, содержащее исполнительный элемент, преобразователь сравниваемых напряжений, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, и блок формирования сравниваемых напряжений, входы которого соединены соответственно с выводами для подключения цепей контроля линейного напряжения Up между двумя фазами контролируемой цепи с выводами для подключения цепей контроля разности токов Ip в указанных фазах, а первый, второй, третий и четвертый выходы блока формирования сравниваемых напряжений соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя сравниваемых напряжений, при этом на первом, втором, третьем и четвертом выводах преобразователя сравниваемых напряжений формируются соответствующие напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄, определяемые соотношениями

U₁=K_U1·U_P+K₁₁·I_P,

U₂=K_U2·U_P+K₁₂·I_P,

U₃=K_U3·U_P+K₁₃·I_P,

U₄=K_U4·U_P+K₁₄·I_P,

где K_U1... K_U4 - постоянные коэффициенты, определяющие форму и уставки характеристики срабатывания реле сопротивления;

К₁₁... К₁₄ - комплексные коэффициенты, имеющие размерность сопротивлений,

отличающееся тем, что преобразователь сравниваемых напряжений выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами упомянутого преобразователя, а вторые входы являются входами задания нулевого порога сравнения, первый элемент И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами "Больше" соответственно первого, второго, третьего и четвертого компараторов, второй элемент И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами "Меньше" соответственно первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй счетчики, третий элемент И, регистр памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого счетчика, пятый компаратор, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход является выходом упомянутого преобразователя, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом установки в ноль первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, одновибратор, вход которого подключен к выводу напряжения питания реле сопротивления, генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом одновибратора, с первым входом второго элемента ИЛИ, с входом установки в ноль регистра памяти и с входом установки в ноль второго счетчика, а выход соединен со вторым входом третьего элемента И и со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с управляющим входом регистра памяти и со вторым входом второго элемента ИЛИ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве реле сопротивления дистанционной защиты с четырехугольной характеристикой, выполняемое на основе сравнения фаз четырех величин в одной схеме сравнения.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, 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 сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее блок формирования сравниваемых напряжений, выполненный в виде промежуточного трансформатора тока и промежуточного трансформатора напряжения, выходы каждого из которых соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, выходы которых соединены с входами соответствующих частотных фильтров, выходы которых являются выходами блока формирования сравниваемых напряжений, а также преобразователь сравниваемых напряжений, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с соответствующими выходами блока формирования сравниваемых напряжений, и исполнительный элемент, вход которого соединен с выходом преобразователя сравниваемых напряжений [2, стр. 414, рис. 11.32].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях возможных изменений частоты входного сигнала и других внешних условий, например температуры, поскольку известные конструкции преобразователей сравниваемых напряжений выполнены на аналоговых элементах, затрудняющих их оперативную подстройку.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем исполнительный элемент, преобразователь сравниваемых напряжений, выход которого соединен с входом исполнительного элемента, и блок формирования сравниваемых напряжений, входы которого соединены с выводами для подключения цепей контроля линейного напряжения U_p между двумя фазами контролируемой цепи и с выводами для подключения цепей контроля разности токов I_р в указанных фазах, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя сравниваемых напряжений, при этом на первом, втором, третьем и четвертом выводах преобразователя сравниваемых напряжений формируются соответствующие напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄, определяемые соотношениями

U₁=К_U1U_p+К₁₁I_p=К_U1I_pZ₁, Z₁=Z_p-Z₁, Z₁=-K₁₁/K_U1; U₂=К_U2U_p+К₁₂I_p=К_U2I_pZ₂, Z₂=Z_p-Z₂, Z₂=-K₁₂/K_U2; U₃=К_U3U_p+К₁₃I_p=К_U3I_pZ₃, Z₃=Z_p-Z₃, Z₃=-K₁₃/K_U3, U₄=К_U4U_p+К₁₄I_p=К_U4I_pZ₄, Z₄=Z_p-Z₄, Z₄=-K₁₄/K_U4; Z_p=U_p/I_p,

где K_U1. . .K_U4 - постоянные коэффициенты, определяющие форму и уставки характеристики срабатывания реле сопротивления,

К₁₁...K₁₄ - комплексные коэффициенты, имеющие размерность сопротивлений;

Z_p - комплексное сопротивление на зажимах реле сопротивления;

Z₁...Z₄ - комплексные сопротивления, определяющие форму характеристики и уставки срабатывания реле сопротивления;

Z₁...Z₄ - разностные сопротивления.

Преобразователь сравниваемых напряжений содержит первый, второй, третий и четвертый компараторы, первые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами упомянутого преобразователя, а вторые входы являются входами задания нулевого порога сравнения, первый элемент И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами "Больше" соответственно первого, второго, третьего и четвертого компараторов, второй элемент И, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами "Меньше" соответственно первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первый элемент ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй счетчики, третий элемент И, регистр памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого счетчика, пятый компаратор, первый вход которого соединен с выходом регистра памяти, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход является выходом упомянутого преобразователя, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в ноль первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, одновибратор, вход которого подключен к выводу напряжения питания реле сопротивления, генератор тактовых импульсов, вход запуска которого соединен с выходом одновибратора, с первым входом второго элемента ИЛИ, с входом установки в ноль регистра памяти и с входом установки в ноль второго счетчика, а выход соединен со вторым входом третьего элемента И и со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с управляющим входом регистра памяти и со вторым входом второго элемента ИЛИ.

На чертеже представлена электрическая структурная схема реле сопротивления.

Реле сопротивления содержит исполнительный элемент 1, преобразователь 2 сравниваемых напряжений, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 1, и блок 3 формирования сравниваемых напряжений, вход которого соединен с выводами контролируемой сети, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя 2 сравниваемых напряжений, входы которого соединены с выводами для подключения цепей контроля линейного напряжения U_p между двумя фазами контролируемой цепи и с выводами для подключения цепей контроля разности токов I_р в указанных фазах, а первый, второй, третий и четвертый выходы соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя сравниваемых напряжений, при этом на первом, втором, третьем и четвертом выводах преобразователя сравниваемых напряжений формируются соответствующие напряжения U₁, U₂, U₃ и U₄ по приведенным выше формулам, и он содержит первый 4-1, второй 4-2, третий 4-3 и четвертый 4-4 компараторы, первые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами упомянутого преобразователя 2, а вторые входы являются входами задания нулевого порога сравнения, первый элемент И 5-1, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами "Больше" соответственно первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов, второй элемент И 5-2, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены с выходами "Меньше" соответственно первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов, первый элемент ИЛИ 6, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого 5-1 и второго 5-2 элементов И, третий элемент И 7, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ 6, а выход соединен со счетным входом первого счетчика 8, регистр 9 памяти, информационный вход которого соединен с выходом первого счетчика 8, пятый компаратор 10, первый вход которого соединен с выходом регистра 9 памяти, второй вход является входом задания порога срабатывания, а выход является выходом упомянутого преобразователя 2, одновибратор 11, второй счетчик 12, второй элемент ИЛИ 13, выход которого соединен с входом установки в ноль первого счетчика 8, генератор 14 тактовых импульсов (ГТИ), вход запуска которого соединен с выходом одновибратора 11, с первым входом второго элемента ИЛИ 13, с входом установки в ноль регистра 9 памяти и с входом установки в ноль второго счетчика 12, а выход соединен со вторым входом третьего элемента И 7 и со счетным входом второго счетчика 12, выход которого соединен с управляющим входом регистра 9 памяти и со вторым входом второго элемента ИЛИ 13.

Исполнительный элемент 1 может быть выполнен в виде обмотки реле с замыкающим контактом, которая через усилитель или непосредственно соединена с выходом пятого компаратора 10. Блок 3 может иметь конструкцию, приведенную в [2, стр.416]. Остальные элементы устройства являются стандартными элементами цифровой техники. Цепи питания на чертеже опущены как несущественные.

Работает реле сопротивления следующим образом.

В основу его работы положен принцип сравнения фаз четырех напряжений U₁, U₂, U₃ и U₄, формируемых из напряжения и тока защищаемой сети по приведенным выше соотношениям. Как показано в [2, стр.413-414 и на рис.11.31,б], при повреждении в зоне реле сопротивления мгновенные значения напряжений U₁, U₂, U₃ и U₄ в каждый момент полупериода имеют разные знаки, т.е. совпадение знаков исключается. При наличии повреждения в течение полупериода имеется хотя бы кратковременное совпадение знаков всех четырех напряжений.

Этот принцип реализуется в предложенном устройстве следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы, в том числе на вход одновибратора 11, который вырабатывает одиночный импульс, поступающий на вход запуска ГТИ 14, через второй элемент ИЛИ 13 - на вход установки в ноль первого счетчика 8, а также на входы установки в нулевое состояние второго счетчика 12 и регистра 9 памяти.

На входы блока 3 формирования сравниваемых напряжений поступают входные сигналы напряжения и тока контролируемой сети, из которых формируются четыре напряжения, поступающие на входы соответствующего им первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов, вторые входы которых являются входами задания нулевого порога сравнения. Выходы "Больше" первого 4-1, второго 4-2, третьего 4-3 и четвертого 4-4 компараторов соединены с входами первого элемента И 5-1, а выходы "Меньше" - с входами второго элемента И 5-2. Поэтому на выходе первого элемента ИЛИ 6 сигнал с уровнем логической единицы формируется в течение интервалов времени, когда знаки сравниваемых напряжений одинаковы. В эти интервалы времени через третий элемент И 7 импульсы ГТИ 14 поступают на информационный вход первого счетчика 8, число которых пропорционально времени совпадения знаков сравниваемых напряжений. Одновременно с этим импульсы ГТИ 14 поступают на информационный вход второго счетчика 12, который выполняет роль таймера. При достижении числа импульсов, соответствующего половине периода длительности сигнала сети, сигнал с выхода переполнения второго счетчика 12 приводит к его обнулению, к перезаписи содержимого первого счетчика 8 в регистр 9 памяти и после малой задержки во втором элементе ИЛИ 13 к обнулению первого счетчика 8. Содержимое регистра 9 памяти сравнивается в пятом компараторе с уровнем срабатывания, и при ситуации, когда на его выходе "Меньше" формируется уровень логической единицы, что сигнализирует наличие короткого замыкания в контролируемой сети, срабатывает исполнительный элемент 1.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем облегчается подстройка к частоте входного сигнала путем изменения выходного разряда второго счетчика 12. Кроме того, преобразователь 2 выполнен, в основном, на цифровых элементах, что уменьшает влияние изменений внешних условий, например, температуры.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т. 2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией 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. стр.414 (прототип).