7.5. Выходные релейные преобразователи.

Воздействие реле на объект защиты традиционно осуществляются в виде дискретных сигналов управления. При этом входные цепи устройства защиты выполняют так, чтобы обеспечить гальваническую развязку коммутируемых цепей как между собой, так и относительно внутренних цепей устройства защиты. Входные преобразователи должны обладать соответствующей коммутационной способностью и, в общем случае, обеспечивать видимый разрыв коммутируемой цепи.

Блок питания (БП) обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы рассматриваемого устройства, независимого от возможных изменений напряжения в питающей сети. БП многих современных реле могут работать и с сетью переменного и с сетью постоянного тока. Как правило, в БП формируется и ряд дополнительных сигналов, исключающих неправильную работу ЭВМ и некоторых других электронных узлов устройства в момент появления и исчезновения напряжения питания.

Дисплей и клавиатура. Они являются непременными атрибутами любого цифрового устройства, позволяя оператору получать информацию от устройства, изменять режим его работы, вводить новую информацию. Надо отметить, что дисплей (Н) и клавиатура (SB1, SB2) в цифровых реле, как правило, реализуются в максимально упрощенном виде: дисплей - несколько кнопок.

Порт связи с внешними цифровыми устройствами. Достоинством цифровых устройств является возможность передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУ ТП, персональный компьютер и т.д. , что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и т.п. Коммуникационный порт – необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройством.

Наряду с вышеперечисленными в цифровых устройствах, в общем случае, могут встретиться и другие узлы. Например, цифро-аналоговые преобразователи при формировании аналоговых сигналов управления и регулирования. Поскольку непосредственно в устройствах релейной защиты они не применяются, в настоящем пособии не рассматриваются. Характеристики однотипных узлов в устройствах различных изготовителей оказываются весьма близкими. Причиной этого является необходимость реализации одних и тех же исходных требований, ориентация схемных решений на одни и те же реальные входные сигналы (получаемые от стандартных трансформаторов тока и напряжения) и объективные законы, по которым должна вестись обработка информации. Рассмотрим возможные варианты использования узлов цифрового устройства защиты.

7.6. Принципы выполнения измерительных устройств на цифровых элементах

7.6.1. Измерение тока и напряжения

Разложением в ряд Фурье

Токи и напряжения при коротком замыкании представляют собой периодические функции с периодом Любая периодическая функция может быть представлена в виде

(7.22)

где - среднее значение функции;

- амплитуда косинусной составляющей членов ряда;

- амплитуда синусной составляющей членов ряда;

- начальная фаза -ой гармоники;

- амплитудное значение гармоники .

Эти формулы базируются на свойстве ортогональности семейства функций . Таким образом, по выражениям (7.22), получаем синусную , косинусную и амплитуду каждой гармоники, в том числе, и основной. После этого величину можно считать полностью идентифицированной.

Недостатком алгоритма является медленная работа, ограниченность класса функций, подлежащих обработке, а также то, что непериодические функции не могут быть разложены в дискретный ряд Фурье. Для целей РЗА этот недостаток не является существенным, так как при КЗ измеряемые величины носят периодический характер.

По мгновенным значениям.

Ток и напряжение для ОМП поступают на цифровые запоминающие устройства после прохождения фильтров и потому можно считать их синусоидальными величинами. Идентификация синусоидального входного сигнала может быть почти мгновенной. Действительно, измерив и фазу для момента времени , можем считать амплитуду идентифицированной, равной .

Действующее значение величины

(7.23)

Среднее значение величины

(7.24)

По интегральным значениям

Здесь действующее и среднее значения получаются не в результате обработки мгновенных значений за период , а при измерении синусоиды в одной точке. В этой связи, данные показания уместно назвать прогнозируемыми значениями величины . Расчет прогнозируемого действующего значения приводит к повышенной погрешности при появлении случайной помехи в момент измерения сигнала. Поэтому в тех случаях, когда большого быстродействия не требуется, предпочтительным считается интегральный способ измерения синусоидальных величин.

Интегральные действующее и среднее значение величины определяется по известным выражениям:

для действующего значения ; (7.25)

для среднего значения (7.26)

Амплитуду синусоидального сигнала можно получить через действующее или среднее значение величин, определенных по выражениям (7.23) и (7.24).

По сравнению абсолютных значений.

Измерение амплитуды при дискретной обработке сигнала можно проводить сравнением абсолютных значений смежных выборок сигнала и . Как только , значение представляет собой максимальное значение, его следует запомнить. Далее по формулам (7.23), (7.24) определяем действительное и среднее значения величин.

По мгновенному значению и производной

Пусть ток имеет синусоидальную форму частоты

(7.27)

Вычислим производную от тока

(7.28)

Возведя (7.27) и (7.28) в квадрат и сложив, получим

(7.29)

откуда . (7.30)

Поделим (7.27) на (7.28), получим , откуда или . (7.31)

Таким образом, имея первую производную и мгновенное значение синусоидальной величины в момент времени , находим амплитуду и начальную фазу измеряемой величины.

Определение величины первой производной осуществляется по интерполяционным формулам. Для этого берется два значения величины в момент времени и ( ), тогда

.

При погрешность вычисления производной не превышает 0,15%. Такой принцип позволяет осуществлять замер за время, равное примерно двум-трем интервалам квантования.