196018. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus mérlegrelé
1 196.018 2 A találmány elektronikus mérlegrelé, különösen villamos hálózatok védelméhez. A, nagyfeszültségű villamosenergia-rendszerekben fellépő rövidzárlatokat a berendezés károsodásának csökkentése és az ép részek további zavartalan üzemének biztosítása érdekében a másodperc tört része alatt le kell választani. Ezen feladatot a hálózatvédelmek látják el. A hálózatvédelmek egyik gyakran alkalmazott építőeleme az impedancia jellegű relé, amelynek két jól szétválasztható fajtája van, mégpedig a fázisszög elven és a mérleg elven működő relé. Mindkét típusú relével elérhetők a gyakorlatban alkalmazott relé karakterisztikák, ezért általában a megfelelő relé kiválasztást a feladat meghatározza. Vannak feladatok, amelyek mérlegrelével, mások fázisszög relével oldhatók meg egyszerűbben. Az ismert mérlegrelék egy része elektromechanikus kivitelű. Ezek működési sebessége kicsi, csak nagy fogyasztással érhető el a megfelelő sebesség, karbantartási igényük nagy, és külső behatásokra érzékenyek. Ismeretesek már olyan elektronikus mérlegrelék is, amelyeknél a megoldás követi az elektromechanikus mérlegrelék felépítését. Ezeknél hátrányos a feszültségköri nagy fogyasztás, amit a diódás egyenirányítás küszöbfeszültsége okoz, továbbá nehézséget jelent az, hogy az összehasonlítandó villamos mennyiségeknek egymástól galvanikusan függetlennek kell lenniök. Ez utóbbi különösen akkor eredményez bonyolult felépítést, ha a mérlegeiével különleges (pl. ellipszis) karakterisztikát kívánunk létrehbzni, A találmány szerinti elektronikus mérlegrelé egyszerű módon teszi lehetővé szinte tetszőleges bonyolultságú karakterisztika megvalósítását. A találmány tehát elektronikus mérlegrelé, amelynek legalább két bemenetéhez csatlakoztatott, legalább két egyenirányító egysége és ezek kimenetéhez csatlakoztatott különbségképző szerve van. A találmányt az jellemzi, hogy minden egyes egyenirányító egységnek egy vagy több bemenete és egy kimenete van, és két, soros diódát és ellenállást tartalmazó ággal visszacsatolt műveleti erősítőt tartalmaz, ahol a visszacsatoló ágak egyike, valamint az egyenirányító egység kimenete közé ellenállás van beiktatva, továbbá az egyenirányító egység mindegyik bemenete és a műveleti erősítő invertáló bemenete közé első impedancia, mindegyik bemenete és a kimenet közé pedig második impedancia van kapcsolva, és az egyenirányító egységek kimenetei közösítve vannak egymással. Egy előnyös kiviteli alakban az egyenirányító egységek közösített kimenetére sorbakapcsolt nullkomparátort, integrátort és komparátort tartalmazó különbségképző szerv van csatlakoztatva, amely komparátor kimenete képezi a mérlegrelé kimenetét, A találmány szerinti elektronikus mérlegrelénél az összehasonlítandó villamos mennyiségek száma nincs megkötve és azoknak nem kell egymástól galvanikusan függetlennek lenniök. Az impedanciák megfelelő megválasztásával a hálózatvédelemben használt különleges relékarakterisztikák is egyszerűen létrehozhatók. A találmányt a továbbiakban a rajzon szemléltetett példa kapcsán ismertetjük, amely a találmány szerinti mérlegrelé egy általános kiviteli alakjának egyszerűsített kapcsolási rajzát mutatja. Az ábrán látható mérlegrelé El, E2, ... En 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 egyenirányító egységekből áll, amelyek Kl, K2, ... Kn kimenetei D különbségképző szervhez csatlakoznak. Az El egyenirányító egység Bll, B12, ... Blm bemenetei Zll, Z12, ... Zlm impedancián keresztül Ml műveleti erősítő invertáló bemenetére csatlakoznak. Az Ml műveleti erősítő nem-invertáló bemenete R14 ellenálláson át az áramköri közös pontra van csatlakoztatva, kimenete pedig Dll diódából és Rll ellenállásból álló első ágon és ezzel párhuzamos, D12 diódából és RÍ2 ellenállásból álló második ágon át vissza van csatolva az invertáló bemenetre, A D12 dióda és az R12 ellenállás közös kapcsa R13 ellenálláson át az El egyenirányító egység K2 kimenetére van csatlakoztatva. A ßl 1 bemenet és a KI kimenet közé van kapcsolva még a 2Z11 impedancia, melynek értéke a Zll impedancia értékének kétszerese. Könnyen belátható, hogy ha az Rll, R12 és R13 ellenállások értéke R, továbbá Zll impedancia is R értékű ellenállás, 2Z11 impedancia pedig 2R értékű ellenállás, akkor - önmagában ismert módon - a KI kimeneten folyó 11 áram a Bll bemenetre adott Ull feszültség kétutasan egyenirányítóit értékével lesz arányos. A kimenő áram előjelet vált, ha az Rl3 ellenállást a D12 dióda helyett a Dll diódához kapcsoljuk, Á találmány szerint a Zll és 2Z11 impedanciák megfelelő megválasztásával a kimenő áramkívánt fázisát lehet beállítani, továbbá az El egyenirányító egység egyben összegezőként is szerepel. A Bll bemenet mellett további B12, ... Blm bemenetek vannak, s ezek egyrészt Z12, ... Zlm impedancián át csatlakoznak az Ml műveleti erősítő invertáló bemenetére, másrészt 2Z12 ... 2Zlm impedancián át a KI kimenetre. Hasonlóképpen vannak felépítve a további E2, ... En egyenirányító egységek is. Az £2 egyenirányító egységnek B21, B22,... B2l bemenetei, az En egyenirányító egységnek Bnl, Bn2,... Bnk bemenetei vannak. Az n, m, 1 é k paraméterek a megvalósítandó mérlegrelének megfelelően választandók meg. Látható, hogy az E2 egyenirányító egység kimenő 12 árama - azonos bemeneteket feltételezve - ellentétes irányú lesz, mint az El egyenirányító egyset II árama mivel az R23 ellenállás a D21 diódához csatlakozik. Az El, E2, ... En egyenirányító egységek Kl, K2, ... Kn kimenetéi közösítve vannak, ezáltal az 11,12, „. In áramok előjelhelyesen összegeződnek. A közös kimenetre csatlakozó N nullkomparátorból, I integrátorból és K kompará torból álló D különbségképző szerv akkor lép működésbe, ad kioldó jelet az F kimeneten, ha az II, 12,... In áramok összege nagyobb, mint nulla. A mérlegrelé működése matematikai formában a következő egyenlőtlenséggel írható le: Ull* U12 , Ulm 2.Z11 2.Z12 2Zlm U21 U22+ + U2l| + 2Z21 2Z22 2.Z2J +. Upl Un2 , , Unk 2 Zni 2.Zn2 "• 2.Znk >0 A kapcsolás a gyakorlatban az ábrán szemlátetettnél egyszerűbb felépítésű. Az igen gyakran alkalmazott központi körkarakterisztikájú impedancia relé például csak két El és £2 egyenirányitó egységből
