Документ представляет инновационное устройство для сравнения двух электрических величин по фазе, которое улучшает схемы релейной защиты. Изобретение включает в себя дополнительные компоненты, такие как катушки индуктивности, фазоповоротные схемы и микропроцессор, что позволяет исключить мертвую зону при изменении фазы и повысить чувствительность устройства. Это устройство может использоваться в реле сопротивления, реле направления мощности и дифференциальных фазных защитах без трансформаторов тока.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29653
(51) H02H 3/08 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0486.1
(22) 11.04.2014
(45) 16.03.2015, бюл. №3
(72) Нефтисов Александр Витальевич
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Павлодарский
государственный университет им. С. Торайгырова"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) KZ №16024, 2005
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ ДВУХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ПО ФАЗЕ
(57) Изобретение относится к технике релейной
защиты, а именно к схемам сравнения двух
измеряемых величин по фазе и может быть
использовано для построения реле сопротивления,
реле направления мощности и дифференциально-
фазных защит на герконах без трансформаторов
тока.
Технический результат изобретения -
исключение мертвой зоны при изменении фазы
одной из электрических величин на 180 градусов и
повышение чувствительности путем обеспечения
полярности срабатывания герконов, а также
расширение области применения.
Устройство для сравнения двух электрических
величин по фазе, содержащее два геркона,
логический элемент И и исполнительный орган,
отличающееся тем, что дополнительно введены две
катушки индуктивности, две фазоповоротной
схемы, два усилителя, два диода, две обмотки
управления, два экранирующих
параллелепипеидальных корпуса и микропроцессор,
подключенный выходу элемента И, причем выходы
первой катушки подключены к первой
фазоповоротной схеме через первый усилитель, а
выходы первой фазоповоротной схемы подключены
к выводам первой обмотки управления первого
геркона через последовательно включенный первый
диод, в первом экранирующем
параллелепипеидальном корпусе закреплены
первые фазопоротная схема, усилитель, диод и
обмотка управления с герконом, выходы второй
катушки подключены ко второй фазоповоротной
схеме через второй усилитель, а выходы второй
фазоповоротной схемы подключены к выводам
второй обмотки управления второго геркона через
последовательно включенный второй диод, во
втором экранирующем параллелепипеидальном
корпусе закреплены вторые фазопоротная схема,
усилитель, диод и обмотка управления с герконом, а
контакты герконов подключены к микропроцессору
через элемент И.
Технико-экономическая эффективность
достигается за счет исключения мертвой зоны при
изменении фазы одной из электрических величин на
180 градусов и повышения чувствительности путем
обеспечения полярности срабатывания герконов, а
также расширение области применения. (19)KZ(13)A4(11)29653

2. 29653
2
Изобретение относится к технике релейной
защиты, а именно к схемам сравнения двух
измеряемых величин по фазе и может быть
использовано для построения реле сопротивления,
реле направления мощности и дифференциально-
фазных защит на герконах без трансформаторов
тока.
Известна схема сравнения двух электрических
величин по фазе, содержащая кольцевой
детекторный модулятор и исполнительный орган
(Федосеев А.М. Релейная защита электрических
систем. М.: Энергия, 1976, с.179-180).
Однако эта схема не может использоваться для
построения защит без трансформаторов тока на
герконах.
Наиболее близким к предлагаемому, по
достигаемому эффекту, является устройство для
сравнения двух электрических величин по фазе,
содержащее два геркона, логический элемент И и
исполнительный орган [Предварительный патент
РК №16024, KZ, опубл. 15.07.2005, бюл. №7]
Однако герконы в этом устройстве срабатывают
в обе полуволны электрических величин, поэтому
при изменении фазы одной из электрических
величин на 180 градусов устройство не среагирует,
к тому же устройство срабатывает при сдвиге
синусоид измеряемых величин, относительно друг
друга, на угол больший, чем 36÷54 градуса, что
ограничивает чувствительность и область
применения.
Технический результат изобретения -
исключение мертвой зоны при изменении фазы
одной из электрических величин на 180 градусов и
повышение чувствительности путем обеспечения
полярности срабатывания герконов, а также
расширение области применения.
Технический результат достигается тем, что в
устройстве для сравнения двух электрических
величин по фазе, содержащем два геркона,
логический элемент И и исполнительный орган,
дополнительно введены две катушки
индуктивности, две фазоповоротной схемы, два
усилителя, два диода, две обмотки управления, два
экранирующих параллелепипеидальных корпуса и
микропроцессор, подключенный выходу элемента
И, причем выходы первой катушки подключены к
первой фазоповоротной схеме через первый
усилитель, а выходы первой фазоповоротной схемы
подключены к выводам первой обмотки управления
первого геркона через последовательно включенный
первый диод, в первом экранирующем
параллелепипеидальном корпусе закреплены
первые фазопоротная схема, усилитель, диод и
обмотка управления с герконом, выходы второй
катушки подключены ко второй фазоповоротной
схеме через второй усилитель, а выходы второй
фазоповоротной схемы подключены к выводам
второй обмотки управления второго геркона через
последовательно включенный второй диод, во
втором экранирующем параллелепипеидальном
корпусе закреплены вторые фазопоротная схема,
усилитель, диод и обмотка управления с герконом, а
контакты герконов подключены к микропроцессору
через элемент И.
Устройство для сравнения двух электрических
величин по фазе показано на рисунках (фиг.1,
фиг.2), где приведены: структурная схема
устройства; магнитные потоки, действующие
катушки индуктивности и срабатывания герконов.
Устройство содержит (фиг.1) герконы 1 и 2,
логический элемент И 3, исполнительный орган 4,
катушки индуктивности 5 и 6, фазоповоротные
схемы 7 и 8, усилители 9 и 10, обмотки 11 и 12
управления герконов, диоды 13 и 14, экранирующие
параллелепипеидальные корпуса 15 и 16, и
микропроцессор 17. Выходы первой катушки 5
подключены к первой фазоповоротной схеме 7
через первый усилитель 9, а выходы первой
фазоповоротной схемы 7 подключены к выводам
первой обмотки 11 управления первого геркона
через последовательно включенный первый диод
13. Выходы второй катушки 6 подключены ко
второй фазоповоротной схеме 8 через второй
усилитель 10, а выходы второй фазоповоротной
схемы 8 подключены к выводам второй обмотки 12
управления второго геркона через последовательно
включенный второй диод 14. Фазоповоротные
схемы 7 и 8, усилители 9 и 10, обмотки управления
11 и 12 с герконами 1 и 2, диоды 13 и 14 закреплены
в экранирующих параллелепипеидальных корпусах
15 и 16 соответственно. Герконы 1 и 2 одними
контактами подключены к микропроцессору 17
через элемент И 3, а другими к питанию устройства.
Экранирующие параллелепипеидальные корпуса 15
и 16 показаны с открытыми крышками для
наглядности содержимого.
На фиг.2 представлены Ф1 и Ф2 - магнитные
потоки, созданные токами в проводниках,
действующие на катушки индуктивности 5 и 6
соответственно, Ф1ус и Ф2ус - усиленные магнитные
потоки от токов в обмотках 11 и 12 управления
действующие на герконы 1 и 2, соответственно,
Фср - магнитный поток при котором геркон
замыкает свои контакты, Фв - магнитный поток при
котором размыкает свои контакты, сигналы t1 -
время замкнутого состояния первого геркона, t2 -
время замкнутого состояния второго геркона и t3 -
время совпадения замкнутых состояний обоих
герконов на выходе элемента И.
Герконы 1 и 2 служат для преобразования
сравниваемых аналоговых величин Ф1 и Ф2 в
дискретные. Ф1 и Ф2 пропорциональны создающим
их токам, например протекающим в проводниках 18
и 19 соответственно. На фиг.1 показано поперечное
сечение этих проводников.
Устройство работает следующим образом. Токи
в токопроводах электроустановок создают
магнитные потоки Ф1 и Ф2, которые наводят
напряжения
dt
dФ
E
dt
dФ
Е 2
2
1
1 ,  на выходах
катушек 5 и 6 индуктивности, соответственно.
Напряжения E1и Е2 подаются на входы усилителей 9
и 10, где происходит их увеличение. Это увеличение
должно быть таким, чтобы время замкнутого
состояния герконов составляло не менее 90% от

3. 29653
3
длительности полуволны. В фазоповоротных схемах
7 и 8 сдвигается E1 и Е2 по фазе на 90 градусов так,
чтобы магнитные потоки Ф1ус и Ф2ус совпадали по
фазе с Ф1 и Ф2. Полярность подключения обмоток
11 и 12 к выходам фазоповоротных схем 7 и 8 через
последовательно включенные диоды 13 и 14 должна
быть такой, чтобы индукции магнитных потоков
Ф1ус и Ф2ус были сонаправлены индукциям
магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных токами в
токопроводах электроустановок. Диоды 13 и 14
пропускают только положительные полуволны E1 и
Е2 в обмотки 11 и 12. Следовательно, токи Iоб11 и
Iоб12 и потоки Ф1ус и Ф2ус появляются в обмотках
только в эти полуволны. После закрепления вблизи
токопроводов катушек индуктивности 5 и 6,
экранирующих корпусов 15 и 16 с упомянутыми
выше элементами схемы (фиг.1) и включения
устройства в работу, герконы 1 и 2 постоянно
находятся в работе и срабатывают (замыкают
контакты), благодаря диодам 13 и 14, только в
положительные полуволны подаваемых магнитных
потоков Ф1ус и Ф2ус (фиг.2). Контакты герконов
подключены к входам элемента И для определения
времени совпадения сработанных состояний
герконов 1 и 2. Выход элемента И подключен к
микропроцессору, который считает длительность
времени совпадения и сравнивает его с уставкой.
При превышении уставки микропроцессор выдает
сигнал на исполнительный орган. Благодаря
усилителям время замкнутого состояния герконов
составляет не менее 90% от длительности
полуволны, т.е. не менее 9 мс. Отсюда следует, что
погрешность определения фазы между двумя
величинами по времени совпадения будет
составлять не более 10% от длительности
полуволны, т.е. не более 18 градусов в сторону
большего значения, чем есть по факту.
Технико-экономическая эффективность
достигается за счет исключения мертвой зоны при
изменении фазы одной из электрических величин на
180 градусов и повышения чувствительности путем
обеспечения полярности срабатывания герконов, а
также расширение области применения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для сравнения двух электрических
величин по фазе, содержащее два геркона,
логический элемент И и исполнительный орган,
отличающееся тем, что дополнительно введены
две катушки индуктивности, две фазоповоротной
схемы, два усилителя, два диода, две обмотки
управления, два экранирующих
параллелепипеидальных корпуса и микропроцессор,
подключенный к выходу элемента И, причем
выходы первой катушки подключены к первой
фазоповоротной схеме через первый усилитель, а
выходы первой фазоповоротной схемы подключены
к выводам первой обмотки управления первого
геркона через последовательно включенный первый
диод, в первом экранирующем
параллелепипеидальном корпусе закреплены
первые: фазоповоротная схема, усилитель, диод и
обмотка управления с герконом, выходы второй
катушки подключены ко второй фазоповоротной
схеме через второй усилитель, а выходы второй
фазоповоротной схемы подключены к выводам
второй обмотки управления второго геркона через
последовательно включенный второй диод, во
втором экранирующем параллелепипеидальном
корпусе закреплены вторые: фазоповоротная схема,
усилитель, диод и обмотка управления с герконом, а
контакты герконов подключены к микропроцессору
через элемент И.

4. 29653
4
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова