Статистический анализатор выбросов и провалов напряжения

(22) Заявлено 260979 (21) 2823232/18-24с присоединением заявки Мо(5)М Кд 3 ь Об С 7/52 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытиИ(72) Авторыизобретения МСОЮЗКАМИ В.ф. Ермаков и Е.И. Окунцов ПА ТЕИг 0 ТРХР:. ),";(7 ) Заявитель Новочеркасский ордена Трудового Кр сногРЫВЙЙЙ"политехнический институт им. Серго О(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ВЫБРОСОВ И ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯИзобретение относится к информа- ционно-измерительной и вычислительной, технике, в частности может быть использовано в электроэнергетике при аппаратурном контроле показателей качества напряжения в электрических сетях. Известен статистический регистратор гистограммы отклонений напряжения, содержащий задатчик интервалов выборки, генератор линейно-изменяющегося йапряжения, компаратор, пороговый датчик, регистр сдвига и счетчики импульсов 1 .Известен также многоуровневый анализатор выбросов и провалов напряжения, содержащий пороговые элементы, элементы И и НЕ, дифференцирующее устройство, одновибратор, счетчики импульсов 21.Получаемая с помощью известного устройства функция распределения или гистограмма амплитуды выбросов или провалов напряжения без учета площади превышения уровней анализа позволяет производить приближенно оценку влияния изменяющегося случайным образом напряжения питающей сети на электрооборудование. Объясняется зто следующим образом.Любые элементы электрооборудования, которые подключены к питающей сети, обладают инерционностью, Например, замыкание контактов электро- механического реле происходит при достижении определенного критического значения площадью выброса питающего напряжения выше уставки срабатывания. Соответственно размыкание контактов этого реле происходит при достижении критического значения площадью провала (или отрицательного выброса) питающего напряжения ниже напряжения отпускания реле.Площадь выброса или провала напряжения в первом приближении пропорциональна энергии, которую необходимо затратить для того, чтобы провести в действие механическую. систему реле - замкнуть или разомкнуть его контакты.Для другого типа электроприемников, ртутных ламп высокого давления типа ДРЛ важной характеристикой является плошадь провала напряжения сети ниже напряжения зажигания лампы. При достижении этой площадью критического значения лампа погаса З 0 ет и восстанавливает свою работоспо 947878дробность только через несколько минут,Существуют и другие примеры устройств, для которых превышение плошадью выброса или провала питающего напряжения определенного значения (эту площадь назовем в дальнейшем критической и обозначим 5) возможно его срабатывание или выход изстроя, например силовых конденсаторовпри перенапряжениях в сети сбой вработе.Неучет площади превышения напряжением уровней анализа при статистическом анализа выбросов позволяетпроизводить приближенно оценку вли-,яния изменяющегося случайным образомнапряжения на электрооборудование,причем приемлено это лишь для тойгруппы электроприемников, для которых5 мала. Для устройства же с большими значениями 5 указанная оценка оказывается настолько приближенной, что полученные выводы не соответствуют действительности.Цель изОбретения - повышение точности работы анализатора, за счет получения гистограммы выбросов и провалов напряжения с площадью превышения уровней анализа больше критической,Поставленная цель достигаетсятем, что в статистический анализаторвыбросов и провалов напряжения, содержащий блок дифференцирования,вход которого является информационным входом анализатора, а выход подключен к входу управляющего компаратора, и и каналов, каждый из которых содержит компаратор, Формирова".тель импульсов, элемент И и счетчик,вход которого в каждом канале соединен с выходом элемента И своего канала, первый вход которого подключен к прямому выходу компараторасвоего канала, инверсный выход которого в каждом канале соединен свторым входом элемента И последующего канала, введены триггер, дополнительный компаратор, элемент ИЛИ и вкаждом канале блок вычитания, интегратор и нуль-орган, вход которогосоединен с информационным входом интегратора и выходом блока вычитаниясвоего канала, первый вход которогоявляется соответствующим входом опорного напряжения анализатора, а вторые входы блоков вычитания каналовобъединены и являются информационным входом анализатора, выход интегратора в каждом канале соединенс входом компаратора своего канала,управляющие входы компараторов всехканалов объединены и подключены квыходу дополнительного компаратора,вход которого соединен с инверсным выходом триггера, вход установки единицы которогоподключен к прямому выходу управляющего компаратора, инверсный выход которого соединен с третьим входом элемента И каждого канала, четвертый вход которого в каждом канале подключен к вы ходу формирователя импульсов своего канала, а выход элемента И каждого канала соединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу установки 10 нуля триггера.На фиг. 1 представлена структурнаясхема предлагаемого анализатора;на фиг, 2 - график изменения напряжения на ее элементах; на фиг. 3 и4 - соответственно, принципиальнаяэлектрическая схема интегратора играфики изменения напряжения на ееэлементах.Анализатор содержит блок 1 дифференцирования, управляющий комнаратор 2, блоки 3 вычитания, интеграторы 4, компараторы 5 (канальные), нульнуль-орган б, формирователи 7 импульсов, элементы И 8, счетчики 9 (многовходовой) элемент ИЛИ 10, триггер11, дополнительный компаратор 12.Интеграторы 4 выполнены в транзисторно-конденсаторных ячейках,содержащих транзисторы 13 и 14 иконденсатор 15.30 Анализатор выполнен й-канальным,опорные уровни устройства О ; расставлены по равномерному закону с шагомЬО (Фиг.2), равным ширине разряда искомой гистограммы выбросов или про валов напряжения. Уставка управляющего компаратора 2 соответствуетпроизводной исследуемого напряжения1/С, превышение которой являетсяпризнаком колебания напряжения.40 Уровни срабатывания основных ком;параторов 5 О (фиг.4) всех каналованализатора равны между собой и соответствуют критической площади выброса (или провала) 5 Х. выше -го уров ня анализа (Фиг.1), достаточной длясрабатывания (или отпускания, отказавыходы из строя) исследуемого элект"роприемника:релейных устройств защиты и автоматики, силовых конденса торов, асинхронных электродвигате лей, разрядников и др.Для различных электроприемниковмогут быть различными как уровни анализа выбросов напряжения, так и ихкритическая площадь превышения уровней анализа 5 . Для ламп ДРЛ, например, это объясняется различным напряжением зажигания ламп; поэтомуцелесообразно проводить многоуровневый анализ провалов напряжения во60, всем диапазоне изменения их амплитуды, а также различной типовой глощностью ламп; поэтому критическая площадь 5 х для ламп каждой мощности задается также различной. Ещебольшее различие между значениями5наблюдается для различных типов электроприемников: один диапазон значений для ламп ДРЛ, другой для инерционных электромеханических реле, третий - для асинхронных электродвигателей и т.д. 5В связи с этим перед проведением измерений уровни анализа ОО, устанавливаются таким образом, чтобы они разбивали весь диапазон изменения амплитуды выбросов или провалоВ 10 напряжения, а уставка компараторов 5 0 задается соответствующей типу и Е 6мощности исследуемого электроприемника.Рассмотрим вначале работу интегратора 4, выполненного на транзисторно-конденсаторной ячейке (Фиг.З).На интервале времени О-с (фиг.4) на вход "а" ячейки подается отрицательное напряжение Од 1 ранзистор 13 заперт, токи в его эмиттерной и коллекторной це равны нулю, В результате выходи. е напряжение ячейки Оу на этом участке равно напряжению источника питания О(фиг.З и 4)На интервале О-с 4 на вход "с" ячейки подается положительное напряжение Ос, в результате чего транзистор 14 заперт на всем этом интервале.В момент времени с 4 на вхоД "а" ячейки подается положительное напря- З 0 жение. Конденсатор 15 начинает заряжаться током, пропорциональным входному напряжению ячейки Оа. В результате напряжения конденсатора 15 изменяется по закону 35Юа15 с с,где с- емкость конденсатора 15115ток заряда конденсатора 15; 40коэффициент пропорциональности, зависящий от величины сопротивлений эмиттерно-базовой и коллекторнобазовой цепей транзистора 413, а также от величины напряжения Оп,с - текущее время.Выходное напряжение ячейки меняется по закону50О = О + - с,кОа(2)и ст.е. оно пропорционально плошади фигуры ограниченной криВой О и осьюР55 абсцисс с.В момент времени г кривая О пересекает опорный уровень компаратора 5., которнй при этом срабатывает. Уровень О устанавливается соответст"С 5вующим критической площади превыше ния 5 к.В момент г напряжение Оо спадаетЪдо нуля, заряд конденсатора 15 прекращается, и выходное напряжение ячейки О остается неизменным. В 65 момент времени с 4 управляющее напряжение ячейки О становится отрицательным, причем (0) ) (О,), конденсатор 15 полностью разряжается через открывающийся транзистор 14, выходное напряжение ячейки становится равным исходному О= О.Формула справедлива при постоянном напряжении О.В общем случаегО:О + - О (с)дс при О О (3)46 О .т.е. интегратор 4, выполненный на транзисторно-конденсаторной ячейке, осуществляет операцию интегрирования входного напряжения при его положительном значении.При исследовании напряжения сети целесообразно производить анализ выбросов и провалов напряжения относительно номинального уровня. Указанные характеоистики напряжения, т.е. выбросы и провалы, оказывают различное действие на электрооборудование, например выбросы напряжения достаточной амплитуды и плошади превышения 5 х приводят к выходу из строя силовых конденсаторов. В то же время провалы напряжения не оказывают на эти конденсаторы никакого отрицательного воздействия. В другом случае, провалы напряжения достаточной глубины и плошади 5 к приводят к погасанию ламп ДРЛ, в то время как выбросы напряжения на лампы подобного действия не оказывают и могут служить лишь косвенной оценкой сокращения их срока службы (точное определение степени сокращения срока службы ламп выполянется по моменту напряжения соответствующего порядка).Рассмотрим работу устройства при анализе выбросов напряжения. В этом случае на вход анализатора подается отклонение напряжения сети от его номинального уровня (фиг.2) .-- Он, где Ч - отклонение напряжения сети;О - действующее значение напряжения сети 1О - номинальное значение дейстНвукщего напряжения сети.В процессе своего изменения напряжение О пересекает первый опорный уровень устройства Оа в момент времени. с (фиг.2), в результате чего на выходе блока 3 вычитания (блоки 3 выполненына дифференциальных усилителях) первого канала появляется положительное напряжечия-О тО.При этом выходное напряжение интегратора 4 первого канала изменяется согласно Формуле (3). Это напряжение пропорционально площади выброса напряжения Оо94787В момент с эта плошадь достигает критического значения 5 к (Фиг.2 заштрихована), в результате чего срабатывает компаратор 5 первого канала. Выходное напряжение этого компаратора прикладывается к второму 5 входу элемента И 8 первого канала анализатора. К третьему входу элемента И 8 приложено единичное напряжение с инверсного выхода компаратора 5 второго канала. Однако запись инФормации в счетчик 9 первого канала не производится, так,как к четвер- тому и первому входам элемента И 8 приложено нулевое напряжение соответс инверсного выхода наодя шегося в сработавшем состоянии управляющего компаратора 2, а также формирователя 7 первого канала, который подключен кинверсному выходу, находящегося также в сработавшем состоянии (с момента с ) нуль"органа б первого канала.В процессе своего дальнейшего изменения напряжения Вх пересекает уровень анализа Ов момент времени(фиг.2) интегратор 4 второго канала начинает интегрировать плошадь выброса входного напряжения выше этого уровня. В момент времени плошадь выброса достигает критического значения 51 так как срабаты.- 30 вает компаратор второго канала 5, подавая со своего прямого выхода единичное напряжение на второй вход элемента И 8 второго канала и снимая со своего инверсного выхода 35 напряжение с третьего входа элемента И 8 первого канала, и оказывается подготовленным к записи информации в счетчик 9 второй канал устройства и т.д. 40В процессе дальнейшего изменения напряжения О достигает амплитудного значения и начинает убывать, Производная напряжения О при этом становится меньше 1 Ъ/С, управляюший компаратор 2 отпускает, снимая единичное напряжение со входа установки единицы триггера 11 подавая егона четвертые входы всех элементовИ 8 анализатора. Однако и при этом не происходит записи информации ни в, ф один из счетчиков 9, так как окончательно факт превышения или непревышения исследуемым напряжением уровня анализа с критической плошадью выброса 5 устанавливается только после пересечения этого уровня убывакицим напряжением Ов, .В рассматриваемом (фиг.2) примере после обработки выброса напряжения О, подготовленным к записи инфор мации, оказывается третий канал устройства. В момент времениубываюшве напряжение Ов пересекает уровень анализа О , в результате чего отпускает нуль-орган 6 третьего кана 8 8ла устройства и на его инвеосном выходе появляется напряжение, которое прикладывается к входу формирователя 7 третьего канала. На выходе этого формирователя 7 появляется прямоугольный импульс напряжения, который пропускается элементом И 8 на вход счетчика 9 третьего канала, а также через элемент ИЛИ 10 на вход установки нуля триггера 11. В результате содержимое счетчика 9 увеличивается . на единицу, триггер 11 опрокидывается в нулевое состояние и подает со своего инверсного выхода единичное напряжение на вход компаратора 12. Выходное напряжение сработавшего компаратора О 1(фиг.4), имеюшее отрицательное значение, прикладывается к управляющим входам "с" всех интеграторов 4 анализатора, Конденсаторы 15 интеграторов 4 разряжаются схема анализатора приводятся в исходное состояние.Таким образом, осуществляется расшифровка каждого выброса напряжения сети, После накопления достаточного объема информации по содержимому счетчиков 9 анализатора строится гистограмма выбросов напряжения, по которой выполняется оценка Степени влияния изменяюшегося случайным образом напряжения сети на подключенные к этой сети электроприемники,При анализе провалов напряжения необходимо инвертировать входное напряжение Ох -- М = -(О-Он) .В этом случае устройство работает аналогично описанному выше, По окончании анализа по содержимому счетчиков 9 строится гистограмма провалов напряжения, которая является другой характеристикой качества исследуемого напряженияПолучение с помощью предлагаемого анализатора гистограмм выбросов и провалов напряжения с плошадью превышения уровней анализа больше критической позволяет повысить точность оценки влияния изменяющегося напряжения на различное электрооборудованне. В частности на достаточно инерционные устройства быстропротекаюшие выбросы напряжения, имеющие значительную амплитуду, но малую плошадь превышения 5 к существенного влияния не окажут. В то же время по гистограмме амплитуды выбросов без учета 5, т.е. полученной с помощью известного в данном случае был бы сделан ложный вывод о сильном влиянии выбросов на указанные устройства.Учет же площади превышения уровней анализа 5 и получение гистограммы выбросов с помощью предлагаемого устройства позволяет повысить точность оценки их влияния на исследуемое оборудование и исключить ложные выводы,Формула изобретения Статистический анализатор выбросов и провалов напряжения, содержа" щий. блок дифференцировайия, вход которого является информационным входом анализатора, а выход подключен к входууправляющего компаратора, и и каналов, каждый из которых содержит компаратор, формирователь импульсов, элемент И и счетчик, вход которого в каждом канале соединен с выходом элемента И своего канала, первый вход которого подключен к прямому выходу компаратора своего канала, инверсный выход которого в каждом канале соединен с вторым входом элемента И последукщего канала, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности работы он содержит триггер, дополнительный компаратор, элемент ИЛИ и в каждом канале блок вычитания, интегратор и нуль" орган, вход которого соединен с инфомационным входом интегратора и выходом блока вычитания своего канала, первый вход которого является соответствующим входом опорного напряжения анализатора, а вторые входи блоков вычитания всех каналов объединеныи являются информационным входоманализатора, выход интегратора вкаждом канале соединен с входом компаратора своего канала, управлякщяе 5 входы компараторов всех каналов объединены и подключены к выходу дополнительного компаратора, вход которого соединен с инверсным выходомтриггера, вход установки единицы код торого подключен к прямому выходууправлякщего компаратора, инверсный выход которого соединен с третьимвходом элемента И каждого канала,четвертый вход которого в каждомканале подключен к выходу формирователя импульсов своего канала, авыход элемента И каждого канала соединен с соответствунзцим входом эле,мента ИЛИ, выход которого подключенк входу установки нуля триггера,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свдетельство СССР 9 339766, кл. 6 01 В 7/06, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР 9 591781, кл, 601 й 19/04, 1976947878 О едак113035 Заказ 5654/74 ВНИИПИ ого комитета по д ий и открыти дписноеССР Тираж 731Государственнелам изобретенМосква, 3-35,д, 4/5 я наб илиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Составитель Э.СечинаН.Ковалева Техред Т. Фанта КорректорМ. шарощи