RU2192085C1

RU2192085C1 - Current relay

Info

Publication number: RU2192085C1
Application number: RU2001132914/09A
Authority: RU
Inventors: Э.В. Борисов
Original assignee: Борисов Эдуард Васильевич
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; electronic relays. SUBSTANCE: relay has series-connected intervening current transformer, rectifier, and second threshold unit; first and second AND gates whose first inputs are connected, respectively, to HIGH and LOW outputs of second threshold unit; reversing counter whose addition and subtraction inputs are connected to outputs of first and second AND gates, respectively; third and fourth threshold units whose outputs are connected to inverting inputs of first and second AND gates, respectively; first threshold unit whose input is connected to reversing counter output; series-connected clock generator whose output is connected to second input of first AND gate and pulse frequency divider whose output is connected to second input of second AND gate; one-shot multivibrator whose output is connected to reversing-counter resetting input and to clock generator starting input; series-connected third AND gate and counter whose overflow output is connected to clock-generator stop input; series-connected pulse shaper that functions during negative differential signal across its input, its input being connected to output of first threshold unit and to first input of third AND gate whose second input is connected to output of pulse frequency divider, and OR gate whose second input is connected to output of one-shot multivibrator and output, to zero-setting input of counter; final element whose input is connected to output of first threshold unit. EFFECT: enhanced noise immunity. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле тока. The invention relates to electrical engineering and can be used as an electronic current relay.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1]. A device is known that contains a series-connected clock generator, a binary pulse counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле тока. The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow its use as a current relay.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный трансформатор тока, выпрямитель, сглаживающий фильтр, пороговый блок и исполнительный элемент [2]. Closest to the technical nature of the claimed is a device containing a series-connected intermediate current transformer, a rectifier, a smoothing filter, a threshold block and an actuator [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. The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low noise immunity and relatively narrow functionality, which does not allow its use in protection systems of a group of induction motors.

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. For example, during short circuits in the network, the voltage on the motor decreases, and the current in the stator increases. If the short-circuit mode lasts 0.03-0.05 s, then the linear contactors and magnetic starters do not have time to turn off the motor and its speed does not practically change. During interruptions in the supply of energy for more than 0.5 s, the motors may be switched off by non-responsible consumers. At the same time, their inclusion should not occur again, because simultaneous self-starting of a large number of asynchronous electric motors leads to a significant reduction in mains voltage, which makes it difficult for critical consumers to self-start electric motors. In some cases, uncontrolled self-starting of electric motors should be excluded according to the process conditions.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении помехоустойчивости. The required technical result is to expand the functionality and increase noise immunity.

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. This technical result is achieved in that in a current relay comprising an actuating element and a series-connected intermediate current transformer, a rectifier and a first threshold unit, wherein the input of the intermediate current transformer is an information input of a current relay, characterized in that the first, second and third elements are introduced AND, OR element, reversible counter, additional counter, one-shot, second, third and fourth threshold blocks, a pulse shaper designed to generate a pulse and a negative edge of the signal at its input, and a series-connected clock generator and a frequency divider, while the addition and subtraction inputs of the reverse counter are connected to the outputs of the first and second elements And, accordingly, the first direct input of the first element And is connected to the output “Less” of the first threshold unit, with the output “More” of which the first direct input of the second element And is connected, the second direct input of the first element And is connected to the output of the clock generator, and the second direct input of the second element This AND is connected to the output of the frequency divider, the output of the reverse counter is connected to the input of the fourth threshold block and to the inputs of the second and third threshold blocks, the output “More” of the second threshold block and the output “Less” of the third threshold block are connected to the inverse inputs of the first and second AND elements accordingly, the output of the single-shot is connected to the input of the installation in the initial state of the reverse counter, to the second input of the OR element and to the start input of the clock generator, the output of the fourth threshold block is connected with the input of the actuating element, the input of the pulse former and the first input of the third AND element, the second input of which is connected to the output of the frequency divider, and the output is connected to the counting input of the additional counter, the zero input of which is connected to the output of the OR element, and its overflow output is with the stop input of the clock generator, the output of the pulse shaper is connected to the first input of the OR element, and the input of the single-shot is the start input of the clock generator. In addition, the actuator is made in the form of a relay with make contacts.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле тока, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. In Fig.1 presents an electrical block diagram of a current relay, in Fig.1. 2 is a timing diagram explaining its operation.

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. The current relay contains a series-connected intermediate current transformer 1, the input of which is the information input of the current relay, a rectifier 2 and a second threshold unit 3, as well as the first 4 and second 5 I elements, the first inputs of which are connected respectively to the output "Less" and the output "More "of the second threshold block 3. The outputs of the first 4 and second 5 AND elements are connected respectively to the addition input and the subtraction input of the reverse counter 6, the output of which is connected to the inputs of the third 7 and fourth 8 and first 9 threshold blocks. The outputs of the third 7 and fourth 8 threshold blocks are connected respectively to the inverse inputs of the first 4 and second 5 elements I. The device also contains a series-connected generator 10 clock pulses (GTI), the output of which is connected to the second input of the first element 4 And, and the divider 11 pulse frequency the output of which is connected to the second input of the second element 5 I. The output of the one-shot 12 is connected to the input of the installation in the initial state of the reverse counter 6 and to the start input of the GTI 10. The output of the first threshold block 9 through the third element 13 And is connected to the input of the counter 14, the overflow output of which is connected to the stop input of the GTI 10. In addition, the device contains serially connected pulse shaper 15 with a negative signal drop at its input, the input of which is connected to the output of the first threshold block 9 and the first input of the third element 13 AND, the second input of which is connected to the output of the pulse frequency divider 11, and element 16 OR, the second input of which is connected to the output of the one-shot 12, and the output is connected to the installation input to zero counter 14, and an actuating element 17, the input of which is connected to the output of the first threshold block 9.

Исполнительный элемент 17 может быть выполнен в виде реле с замыкающим контактом, которое подключается к первому пороговому блоку 9 непосредственно или через усилитель. The actuating element 17 can be made in the form of a relay with a make contact, which is connected to the first threshold unit 9 directly or through an amplifier.

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. The first 9, second 3, third 7 and fourth 8 threshold blocks can be made in the form of standard comparators, the shaper 15 is configured to generate an output pulse when the output signal of the first threshold block 9 passes from the level of the logical unit to the level of logical zero, the reverse counter - the scheme presented in [3, p. 177, 187], an intermediate current transformer 1 and a rectifier according to the scheme given in [2, p. 113], the divider 11 is in the form of a binary counter. The remaining elements are standard elements of electronic technology.

Вход промежуточного трансформатора 1 тока является информационным входом реле тока, а вход одновибратора 12 - является входом запуска реле тока. The input of the intermediate current transformer 1 is the information input of the current relay, and the input of the one-shot 12 is the input of the start of the current relay.

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.Figure 2 presents the following timing diagrams: in Fig.2a - the signal U ₂ at the output of the rectifier 2, in Fig.2b - the signal E ₆ at the output of the reversible counter 6 in analog form, in Fig.2b - the signal U ₉ at the output of the first threshold unit 9 with the designation of the moment of detection of a short circuit by the abbreviation KZ.

Реле тока работает следующим образом. The current relay operates as follows.

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.When the current relay is turned on, the supply voltage is supplied to all its elements, including the input of the one-shot 12, which generates a pulse that goes to the input of the installation in the initial state of the reverse counter 6 and to the start input of the GTI 10. The initial state of the reverse counter 6 should slightly exceed the response level first threshold unit 9 U _IE (2b). An input signal is supplied to the input of the intermediate current transformer 1, therefore, a half-wave rectified and unstressed voltage is generated at the output of the rectifier unit 2 (Fig. 2a). This voltage is compared in the second threshold block 3 with the reference level U _op . If the voltage is greater than the reference level, then the level of the logical unit is formed at the output “More” of the first threshold block 3, otherwise, at its output “Less”. In the first case, the pulses of the GTI 10 through the second element 5 And are fed to the input of the subtraction of the reverse counter 6 after reducing the frequency of the pulses in the divider 11, in the second case, the pulses of the GTI 10 through the first element And 4 are fed to its addition input (Fig.2b). As a result, with a significant increase of the amplitude of the input current signal at the output of down counter 6 relatively quickly becomes less than the threshold level U _IE fourth threshold unit 9, which will lead to the formation at its output a logic-one level (Fig. 2c) and triggering the closing of the relay contact actuator 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. If an unacceptable increase in the level of the input signal occurs for a shorter period than the maximum permissible, then the output "More" of the first threshold block 9 displays a voltage drop signal from the level of a logical unit to a level of logical zero and the pulse shaper 16 through the OR element 14 resets the counter 14, which during the existence of the level of the logical unit at the output of the first threshold block 9 counted the pulses arriving at its input through the third element And from the pulse frequency divider 11, i.e. measured the duration of this period.

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. When an unacceptable increase in the level of the input signal exceeds a predetermined time interval, for example, 0.5 s, the signal from the overflow output of the counter 14 stops the GTI 10 and the closing contacts of the current relay remain closed until the single-shot 12 is restarted.

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-. The third 7 and fourth 8 threshold blocks ensure the stability of the current relay. During prolonged operation in normal mode, when the input current is within acceptable limits, they do not allow to exceed the maximum preset signal level Uп + of the reverse counter 6, and when the input signal is unacceptably high, it does not allow to become less than the minimum preset signal level Uп-.

Тем самым повышается помехоустойчивость реле тока и обеспечивается быстрая реакция реле на изменения входного сигнала, а также расширяются его функциональные возможности. This increases the noise immunity of the current relay and provides a quick response of the relay to changes in the input signal, as well as expanding its functionality.

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.Sources of information
1. Electrical reference book. In 4 volumes. T. 2: Electrical products and devices / Under the General. ed. V.G. Gerasimova et al. - Moscow: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, fig. 35.10.

2. Ченобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 112, рис. 2.66. (прототип). 2. Chenobrovov N.V., Semenov V.A. Relay protection of energy systems. - M .: Energoatomizdat, 1998, p. 112, fig. 2.66. (prototype).

3. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975. 3. Bukreev and others. Microelectronic circuits of digital devices. - M.: Soviet Radio, 1975.

Claims

1. A current relay comprising an actuating element and a series-connected intermediate current transformer, a rectifier and a first threshold unit, wherein the input of the intermediate current transformer is an information input of a current relay, characterized in that the first, second and third AND elements are introduced, the OR element is reversible counter, additional counter, one-shot, second, third and fourth threshold blocks, a pulse shaper designed to generate a pulse with a negative signal drop at its input, and p sequentially connected clock generator and frequency divider, while the addition and subtraction inputs of the reverse counter are connected to the outputs of the first and second elements And, accordingly, the first direct input of the first element And is connected to the output “Less” of the first threshold block, with the output “More” of which is connected the first direct input of the second element And, the second direct input of the first element And is connected to the output of the clock generator, and the second direct input of the second element And is connected to the output of the frequency divider, the output is the version counter is connected to the input of the fourth threshold block and to the inputs of the second and third threshold blocks, the output “More” of the second threshold block and the output “Less” of the third threshold block are connected to the inverse inputs of the first and second elements And, accordingly, the supply voltage is applied to the input of the one-shot turning on the current relay, the output of the one-shot is connected to the installation input in the initial state of the reverse counter, to the second input of the OR element and to the start input of the clock generator, the fourth output the threshold unit is connected to the input of the actuating element, the input of the pulse shaper and the first input of the third AND element, the second input of which is connected to the output of the frequency divider, and the output is with the counting input of the additional counter, the zero input of which is connected to the output of the OR element, and its overflow output - with the stop input of the clock generator, the output of the pulse shaper is connected to the first input of the OR element.

2. The current relay according to claim 1, characterized in that the actuating element is made in the form of a relay with make contacts.