Устройство для измерения и контроля параметров электрооборудования

ССНОЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 19) (1 49 3 3 150 4 Н ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ зов мет т иичес с в о ССС 1983 инами элек рии и нергие параметры э торого изве ного сопрот практически ктрооборудования, у коно отношение его активИЗМЕРЕНИЯ И КОНТ ЕКТРООБОРУДОВАНИЯ тносится к области ожет быть исполь 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯЛЯ ПАРАМЕТРОВ Э7) Изобретениеектротехники и ктивному,стей. 3 з.п,вления к рбез погреш лы,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ А ВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельст1003228, кл. Н 02 Н 3/40Изгпечз 1 с А.,Бга 2 гап.кие характеристики датчикоческих величин. Вопросы теники релейной защиты, М.:1980, с. 73-77. ано для измерения и контроля пара- ров электрооборудования, в частнос. и в качестве комплексного устрайста защиты и автоматики электрических истем. Целью изобретения является поовышение быстродействия и увеличеия точности. Цель достигается ввеением в устройство блока 3 обработки ходных сигналов. Использование предоженной схемы 14 позволяет повысить ыстродействие устройства до 20 мс, подключение неинвертирующих входов умматоров 12 и 13 к входным преобраователям 1 и 2 позволяет измерять1 134349Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использовано для измерения и контроля параметров электрооборудования, в частности,5в качестве комплексного устройствазащиты и автоматики электрических систем.Целью изобретения является повышение быстродействия и увеличение точности,На фиг, 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства", нафиг. 2 - функциональные схемы блокаобработки входных сигналов и измерителя параметровф на фиг. 3 - функциональные схемы блока междуфазныхсоставляющих и блока симметричныхсоставляющих; на фиг. 4 - функциональная схема контроля сопротивления; 20на фиг, 5 - характеристика срабатывания функциональной схемы контролясопротивления; на фиг. 6 - погрешности в определении комплексной амплитуды тока. 25Устройство содержит входные преобразователи ток - напряжение 1 инапряжение - напряжение 2, блоки 3обработки входных сигналов, блоки4 междуфазных составляющих, блоки 5симметричных составляющих, блок 6определения параметров, блок 7 сравнения, логический блок 8, генератор9 синусоидапьных сигналов и блок 10управления. Связь 2 выходов блока 10 З 5управления с входами блоков обработки входных сигналов 3 показана в виде управляющей шины.Каждый блок 3 обработки входныхсигналов содержит (фиг, 2) два перемножителя 11, сумматоры 12 и 13 идве схемы 14 интегрирования,Схема интегрирования 14 (фиг. 2)состоит из входного сопротивления К 1,подключенного к первым измерительным 45входам входных аналоговых ключей П 1всех п каналов интегрирования; второй и третий измерительные входывходного аналогового ключа каждогоканала интегрирования подключены со Оответственно к шунтирующему резистору Р 2 и входу инвертирующего усилителя 15, в обратную связь которого подключен конденсатор С, а выход инвертирующего усилителя 15 подключен кпервому измерительному входу выходного аналогового ключа П 2, второй и третий измерительные входы которого подключены соответственно к шунтирующе 42му резистору К 2 и к общему для всех каналов узлу, являющемуся выходом схемы 14 интегрирования, а управляющие входы входного и выходного аналоговых ключей П 1 и П 2 п-го каналаинтегрирования подключены соответственно к (2 п) и 2 п входам блока 10 управления, С помощью блока 10 управления осуществляются режимы интегрирования, рабочий, и создания нулевых начальных условий в каналах схем 14 интегрирования. Основу блока 10 управления может составлять генератор тактовых сигналов или использование вместо последнего напряжений с выхода генератора 9 синусоидальных сигналов с последующим преобразованием их в блоке 10 управления в прямоугольную форму.Блок 6 определения параметров содержит унифицированные измерители параметров, число которых зависит от числа измеряемых параметров. Измеритель 16 параметров (фиг. 2) содержит перемножители 17-22, перемножительделитель 23, сумматоры 24-28, звено 29 для извлечения квадратного корня, делители 30 и 3.1, причем оба входа перемножителей 17 и 18 подключены соответственно к первому и второму входу измерителя 16 параметров, а их выходы связаны с входами сумматора 24, подключенного к входу звена 29 для извлечения квадратного корня, выход которого является выходом измерителя 16 параметров; перемножители 19, 20, 31 и 22 подключены соответственно к второму и третьему, первому и четвертому входам измерителя 16 параметра, а выходы перемножителей 19-32 подключены соответственно к сумматорам 25 и 26, выхоДы которых являются выходами измерителя 16 параметров, а также подключены к первым входам соответствующих делителей 30 и 31, вторые входы которых связаны с выходом сумматора 24, а выходы являются выходами измерителя 16 парамет. ров, первые два входа перемножителяделителя 23 подключены к третьему, а первый и второй входы сумматоров 27 и 28-к четвертому входу измерителя 16 параметров; кроме того, вход перемножителя-делителя 23 подключен к выходу сумматора 27, являющемуся выходом измерителя 16 параметров, а первый вход сумматора 27 связан с выходом перемножителя-делителя 23.где К (К) и. Ку Ка Кз 20А(О 4 Т, ), В(М,Т.), А(С,Т ) соз(йфМ Ск) К ЯЯ 2+ф 2 ) лг3 13434Блок 4 междуфазных составляющихи блок 5 симметричных составляющихсодержат соответственно сумматоры 3237 и 38-43,Схема 44 контроля сопротивления .блока. 7 сравнения содержит п каналов,каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматоров 45,нуль-индикатора 46, подключенного выходом к соответствующему входу логического элемента И 47.Входные преобразователи 1 и 2, блоки 3 обработки входных сигналов, генератор 9 синусоидальных сигналов,блок 10 управления, блоки 4 междуфазныхсоставляющих, блоки 5 симметричныхсоставляющих, блок 6 определения параметров, блок 7 сравнения, логический блок 8 могут быть выполнены полюбому известному принципу, в томчисле с помощью аналоговых и цифровых интегральных схем (операционныхусилителей, аналоговых перемножителей, аналоговых коммутаторов и логических микросхем) .Устройство работает следующим образом.С выходов входных преобразователей1 ток - напряжение и напряжение -напряжение 2, подключаемых к измерительным трансформаторам, сигналы поступают на первые входы перемножителей 11 и на инвертирующие входы сумматоров 12 и 13 блока 3 обработкивходных сигналов. Кроме того, на вто-.рые входы перемножителей 11 поступают синусоидальные напряжения промыш"ленной частоты с выходов генератора9 синусоидальных сигналов, а на вторые входы сумматоров 12 и 13 поступают напряжения с выходов перемножителей 11. С помощью схем 14 интегрирования .и схемы 10 управления производятся интегрирование напряжений на45выходах сумматоров 12 и 13 за периодпромьппленной частоты Та = 2 Г/60, ипередача полученных напряжений навходы блоков 4 междуфазных составляющих, блоков 5 симметричных составляющих и блока 6 определения параметров,Напряжения на первом и втором выходах блока 3 обработки входных сигналов при частоте генератора 9 синусоидальных сигналов, равной промьппленной, и при его выходных напряжениях, пропорциональных синусу и косинусу указанной частотыт,На=К 1 К1 созео ТЙС-К 1(С)Й фф 944К К А(-оаэи)-К А(ОТ,)3т. т,,Ц,=К,К,з.(е)зииеа-К,5 И0КГКВ(Т, )-КА(ОТ,Я результирующий коэффициент передачи измерительного трансформатора тока напряжения ивходного преобразователяток-напряжение, напряжение-напряжение,коэффициент передачисумматоров 12 и 13 поинвертирующим входам;коэффициенты передачисумматоров 12 и 13 по не.инвертирующим входам;- соответственно активная и реактивная составляющие текущей спектральной плотности входногосигнала на промышленнойчастоте и активная составляющая на нулевойчастоте.Если первичный ток (напряжение) содержит кроме полезного сигнала промышленной частоты его гармоники и свободную апериодическую составляющуюве1=1 сов(ЯЙ-У.)-1 е +1,д где ф 1 ,Ч- соответственно амплитуды и начальные фазы полезного сигнала и егок-й гармоники;1 В - начальное значение икоэффициент затуханияапериодической составляющей,то напряжения на выходах блока 3обработки входных сигналов Ктв +(1343494ба, 1 Я В с К, В 2--- К В 2+ьЭ 2 ф 3 2ПриК = -- , Кт. КВ фа Я 2+а,23 обработки выходные напряжения блоков входных сигналов пропср 3/3-- 1 + 1 )иР 2 ьР(3) амплитуд соответствующих первичны .; фазных токов напряжений.В действительности й известно при= ближенно, но предел его измерения не следует ожидать большим. На Фиг,б приведены погрешности в определении комплексной амплитуды тока в экспоненциальной Форме при 1, = 1 сов 1а= 0 (кривые 1 и 3) и У, 45 (кривые 2 и 4) . Причем кривые 1 и 2 соответствуют случаю, когда К 2 = КВ = О, а кривые 3 и 4 - когда К , К рассчитаны для Я = 50 сДля измерения ортогснальных составляющих комплексных амплитуд высших гармоник токов и напряжений необходимо использовать генератор 9 синусоидальных сигналов с частотой, равной частоте исследуемой гармоники.Напряжения с выходом первых трех блоков 3 обработки входных сигналов подключенных к выходным преобразователям 1 ток - напряжение, и с выходов трех других блоков 3 обработки входных сигналов, подключенных входами к выходам входных преобразователей 2 напряжение - напряжение, поступают на входы соответствующих блоков 4 межцуфазных составляющих и блоков 5 симметричных составляющих (Фиг, 1 и 3),Напряжения на выходах сумматоров 32-37 блока 4 междуфазных составляющих пропорционально соответственно активным и реактивным составляющим комплексных амплитуд первичных междуфазных токов напряжений З В 1 З1 + 1 )2 " 2сл ста 1 на 1 а Напряжения на выходах сумматоров блока 5 симметричных составляющих пропорциональны активным и реактивным составляющим первичных токов напряжений нулевой, обратной и прямой последовательностей. циональны соответственно активным и реактивным составляющим комплексных а 2 1 " 1 в 1 с 3 в 22 а 1 я 1 В 1 лП:- 1 .= -- (1. - 1 -- 13(Р 2 Р 2 1 . Я 1 а 1о 2 д Р 5 КоэфФициент передач су торов38-43 выбираются согласно выражениям(1) - (6) .Напряжения с выходов блоков 3 обработки входных сигналов блоков 4междуфазных составляющих и блоков 5симметричных составляющих поступаютна входы соответствующих измерителей16 параметров блока 6 определения пареметров.Выходные напряжение измерителей 16параметров пропорциональны амплитудампервичных Фазных, междуфазных и симметричных составляющих токов и напряжений, активным и реактивным сопротивлениям и т.д,40Перечисленные параметры определяются в блоке б определения параметров с помощью реализации аналоговымиперемножителями сигналов и операционными усилителями действий умноже 4 Бния, деления извлечения квадратногокорня, суммирования и т.д. над входными сигналами. Возможны другие реализации.Для определения напряжений, пропорциональных активному Р и реактивному Х сопротивлениям, используются перемножители 17-22, сумматоры 24- 26 и делители 30 и 31 (Фиг, 2),На входы перемножителей 17 и 18, работающих в режиме квадратора, поступают соответственно напряжения, пропорциональные первичным активному 1 и реактивному 1, Р токам, а вы7 1343494 ходы перемножителей 17 и 18 подключены к соответствующим входам сумматора 24, напряжение на выходе которого пропорционально квадрату первичного тока 51015 и -1 т 1 г +1 г 9,4- и юср ф На выходы перемножителей 19 и 20 поступают напряжения, пропорциональные первичным активному напряжению Ц и реактивному току 1 р, реактивному напряжению Пър и активному току 1 . Выходы перемножителей 19 и 20 связаны соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами сумматора 25, напряжение на выходе которого пропорционально реактивной мощ- ности где Ч =- С - угол между током инапряжением.С помощью перемножителей 21 и 22, на входы которых поступают напряжения, пропорциональные соответственно первичному активному току 1и напряжению П , реактивному току 1 р и напряжению Бр, и сумматора 26, подключенного входами к выходам пере- множителей 21 и 22, получаем напряжение, пропорциональное реактивной мощ- ности 13: Р - П 1,Б 1 -Б 1 соз Ч. Выходы сумматоров 25 и 26 связаны с первыми входами делителей 30 и31, вторые входы которых подключенык выходу сумматора 24. Напряженияна выходах делителей 30 и 31 пропорциональны соответственно активному Ки активному Х сопротивлениямРП вХ = - = Ездп 1, ПвК= - р3 о=Есоз Ч,В результате промежуточных операций определения активного К и реактивного Х сопротивлений на выходахсумматоров 25 и 6 имеем соответственно активную Р и реактивную Я мощности, а на выходе сумматора 24квадрат амплитуды тока 1,. Для определения напряжения, пропорциональногоамплитуде первичного тока 1 , используется звено извлечения квадратногокорня 29, подключенное входом к выходу сумматора 24,Для определения амплитуды первичного напряжения используются пере- множитель-делитель 23 и сумматоры 27 и 28, причем на входы для умножения перемножителя-делителя 23 поступает напряжение, пропорциональное первичному активному напряжению, а вход для деления связан с выходом сумматора 28, на первые и вторые входы последнего поступают соответственно напряжения, пропорциональные реактивному напряжению и напряжению с выхода сумматора 27, первый вход которого связан с- выходом перемножителя-делителя 23, а второй подключен к первому входу сумматора 28. Напряжение на выходе сумматора 27 20 = - + П = ППх = П +и ьчрНапряжение с выходов блока 6 определения параметров поступают на соответствующие входы блока 7 сравне 25 ния, который содержит в общем случаесхемы контроля тока (фазного, междуфазного, обратной, нулевой, прямойпоследовательности), напряжения, сопротивления, мощности и т.д., а такжеЗ 0 схему определения места повреждения.Наличие в схеме полной информациио сопротивлении обеспечивает воэможность получения сложных характеристик срабатывания простым способомбез использования частотно-зависимыхцепей как у традиционных реле сопротивления.В устройстве предлагается использовать схему 44 контроля сопротивле 40 ния с характеристикой срабатывания ввиде многоугольника.При этом она содержит т каналов по числу сторон характеристики срабатывания, каждыйиз которых состоит из последовательно45 включенных сумматоров 45 (фиг. 4),на первые два входа поступают напряжения, пропорциональные соответственно активному К и реактивному Хсопротивлениям, третий вход которого подключен к источнику постоянногонапряжения, и нулЬ-индикатор 46, подключенный входом к соответствующемувходу логического элемента И 47.Уравнение каждой стороны характе55ристики срабатывания в координатнойплоскости Х, К имеет видХ - К,К - Х= О,где К, -угловой коэффициент наклона -й прямой, равный тан 134349410генсу ее наклона гр У, к осиабсцисс;Х - координата точки пересечения -й прямой оси ОХ,5Попадание комплексного сопротивления в область срабатывания соответствует выполнению следующих неравенств:10 а(Х - Кц Ч, Х,)01 а (Х - Кйд У - Х )0 а(Х - Ка з - Х ) ) О;(10) а,(Х- КК,-Х,) 20 а (Х - К 8 К,- Х ) ) О,где а, = ф 1,ив результате чего срабатывают нуль- индикаторы 46 всех каналов и логический элемент И 47, 25На фиг. 4 и 5 приведены соответ ственно функциональная схема 44 контроля сопротивления и ее характеристика срабатывания в виде четырехугольника, При этом коэффициенты переда чи трех входов сумматора 44 равны соответствующим постоянным коэффициентам неравенств (7)-(10).С помощью измеренных значений составляющих комплексного сопротивления можно также реализовать схемы контроля сопротивления с характеристикой срабатывания в виде окружности, эллипса и т,д.Схемы контроля тока напряжения ре ализуются с помощью одного компаратора, а схемы контроля мощности и ее составляющих представляют собой частный случай схемы 44 контроля сопротивления. 45Выходы блока 7 сравнения подключены к соответствующим входам логического блока 8, с.помощью которого опре- . деляется последовательность работы и времени срабатывания какпо отдель ным параметрам,так и устройства в целом, а также подаются соответствующие управляющие выходные воздействия (на отключение, на сигнал и т.д.).Таким образом, повышение быстродействия и увеличение точности предлагаемого устройства по сравнению с известным достигается в основном за счет использования предлагаемого блока 3 обработки входных сигналов (фиг. 2), Так использование предложенной схемы 14 интегрирования позволяет повысить быстродействие устройства до 20 мс, а использование подключения неинвертирующих входов сумматоров 12 и 13 к входным преобразователям 1 и 2 - измерять его параметры электрооборудования, у которого известно отношение его активного сопротивления к реактивному, практически без погрешностей,Исполвзование предложенных блоков междуфазных составляющих и блоков симметричных составляющих позволяет значительно упростить устройство (отпадает необходимость в использовании дополнительных блоков обработки входных сигналов), а также позволяет избежать дополнительной задержки при измерении параметров электрооборудования вследствие отсутствия в указанных блоках частотно-зависимых цепей. По этой же причине схемы контроля параметров блока сравнения также не вносят задержку при контроле параметров электрооборудования.Формула изобретения1. Устройство для измерения и контроля параметров электрооборудования, содержащее три выходных преобразователя ток-напряжение и три входных преобразователя напряжение-напряжение, каждый из которых подключен своим выходом к входу соответствующего блока обработки входных сигналов, а два выхода каждого упомянутого блока связаны с соответствующими входами блока определения параметров, подключенного выходами к соответствующим входам блока сравнения, выходы которого связаны с входами логического блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и .увеличения точности, введены генератор синусоидальных сигналов, блок управления, два блока междуфазных составляющих и два блока симметричных составляющих, при этом первый и второй выходы генератора синусоидальных сигналов и 2 п выходов блока управления подключены к входам каждого блока обработки входных сигналов, первый и второй блоки междуфазных составляющих, а также первый и второй блоки симметричных состав ляющих, соединенных каждый своими шестью входами соответственна с выходами трех блоков обработки входных сигналов, а шесть выходов каждого из блоков симметричных составляющих и шесть выходов каждого из блоков междуфазных составляющих подключены к соответствующим входам блока определения параметров. 102. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта блок обработки входных сигналов содержит два перемножителя, цва сумматора и цве схемы интегрирования, при этом первые входы перемножителей соединены между собой и подключены к выходу соответствующего вхацного преобразователя ток-напряжение, вторые входы первого и второго перемножителей подключены соответственно к первому и второму выходам генератора синусоидальных сигналов, первые входы перемножителей подключены к неинвертирующим входам цвух сумматоров, инвертирующие входы каждого из которых соединены с выходом соответствующего , выходы первого и второго сумматоров подключены к первым входам соответственно первой и второй схемы интегрирования, выходы которых являются выходами блока обработки входных сигналов, а каждая схема интегрирования содержит входной резистор, первь:д вывод которого является входом схемы интегрирования, второй вывод каждого входного резистора подключен к входу соответствующего и-га канала интегрирования, соединенных параллельно, при этом каждый из и-каналов интегрирования состоит из последовательно включенных входного аналогового ключа, инвертирующега усилителя, выходного аналогового ключа, при этом в обратную связь инвертирующега усилителя включен конценсатор, а также шунтирующий резистор через соответствующие измерительные входы входного из выходного аналоговых ключей, управляющие входы которых подключены соответственно к (2 п - 1) и 2 п выходам схемы управления,3. Устройство па п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок междуфазных составляющих содержит шесть сумматоров, выходы которых являются выходами блока междуфаэных составляющих, а инвертирующие входы - соответствующими входами указанного блока.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок симметричных составляющих содержит шесть сумматоров, выходы которых являются выходами блока симметричных составляющих, а инвевтирующие входы - соответствующими вхоцамн указанного блока.Тяс оррект Тираж 6 арственног зобретений ва, Ж, одписное а СССР комит откр иинаб., д. 4 /5 аушск еское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна Производственно-полигр Заказ 4832/53ВНИИПИ Гопо делам113035, М 8 Ю Ю