Пристрій для контролю ресурсу комутаційних апаратів

Корисна модель відноситься до області електротехніки і може бути використана для вимірювання комутаційного ресурсу високовольтних вимикачів. Відомий пристрій для контролю ресурсу комутаційних апаратів [Патент №54157А (Україна), М.кл. G07С3/10, бюл. №2, 2003], що містить датчик початку комутації, вихід якого підключений до першого входу першого елементу І і через диференціюючий елемент з'єднаний з першим входом другого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу першого тригера через перший елемент НІ, перший лічильник імпульсів з'єднаний з виходом першого елементу АБО, перший вхід якого підключений до виходу другого елементу І, а другий вхід і перший вхід другого лічильника імпульсів з'єднані з виходом третього елементу І, перший вхід якого підключений до виходу генератора імпульсів, а другий вхід і вхід формувача сигналу з'єднані з виходом першого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу другого елементу АБО, вихід датчика струму з'єднаний зі входами першого, другого і третього компараторів, виходи першого, другого і третього тригерів підключені відповідно до першого, другого і третього входів шифратора, перший, другий і третій виходи якого відповідно з'єднані з першими входами четвертого, п'ятого і шостого елементів І, виходи яких підключені до першого, другого і третього входів другого елементу АБО, а другі входи з'єднані відповідно з першим, другим і третім виходами другого лічильника імпульсів через другий, третій і четвертий елементи НІ відповідно, вихід блока установки нуля підключений до першого входу третього елементу АБО, другий вхід якого з'єднаний з виходом формувача сигналу, а вихід підключений до других входів першого, другого і третього тригерів, а також до другого входу другого лічильника імпульсів, виходи першого, другого і третього компараторів з'єднані відповідно з першими входами першого, другого і третього оптронів, другі входи яких підключені до виходу джерела опорної напруги, а виходи з'єднані відповідно з першими входами першого, другого і третього тригерів. Недоліками даного пристрою є те, що він не дозволяє враховувати вичерпання комутаційного ресурсу вимикача при ввімкненні його на коротке замикання в електричній мережі, оскільки ресурсні характеристики вимикача при ввімкненні та вимиканні не співпадають. Крім того, даний пристрій не дозволяє враховувати витрачання механічного комутаційного ресурсу вимикача. За найближчий аналог обрано пристрій для контролю ресурсу комутаційних апаратів [Патент №6509 (Україна), U. кл. G07С3/10, бюл. №5, 2005], що містить датчик початку комутації, вихід якого підключений до першого входу першого елементу І і через диференціюючий елемент (в подальшому - перший диференціюючий елемент) з'єднаний з першим входом другого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу першого тригера через перший елемент Ш, перший лічильник імпульсів з'єднаний з виходом першого елементу АБО, перший вхід якого підключений до виходу другого елементу І, а другий вхід і перший вхід другого лічильника імпульсів з'єднані з виходом третього елементу І, перший вхід якого підключений до виходу генератора імпульсів (в подальшому - першого генератора імпульсів), а другий вхід і вхід формувача сигналу з'єднані з виходом першого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу другого елементу АБО, виходи першого, другого і третього тригерів з'єднані відповідно з першим, другим і третім входами шифратора, перший, другий і третій виходи якого відповідно підключені до перших входів четвертого, п'ятого і шостого елементів І, виходи яких з'єднані з першим, другим і третім входами другого елементу АБО, а другі входи підключені відповідно до першого, другого і третього виходів другого лічильника імпульсів через другий, третій і четвертий елементи НІ відповідно, вихід блока установки нуля з'єднаний з першим входом третього елементу АБО, другий вхід якого підключений до виходу формувача сигналу, а вихід з'єднаний з другими входами першого, другого і третього тригерів, а також з другим входом другого лічильника імпульсів, виходи першого, другого і третього компараторів підключені відповідно до перших входів першого, другого і третього оптронів, другі входи яких з'єднані з виходом джерела опорної напруги, а виходи підключені відповідно до перших входів першого, другого і третього тригерів, вихід датчика струму з'єднаний зі входами четвертого, п'ятого і шостого компараторів, а також з аналоговим входом першого електронного ключа, вихід якого, а також виходи другого і третього електронних ключів підключені один до одного, а також до входів першого, другого і третього компараторів, вихід датчика струму з'єднаний зі входами першого і другого масштабуючих підсилювачів, виходи яких підключені до аналогових входів другого і третього електронних ключів, виходи п'ятого і шостого компараторів з'єднані відповідно з другими входами першого і другого елементів ВИКЛЮЧНЕ АБО, перші входи яких відповідно підключені до виходів четвертого і п'ятого компараторів, а виходи з'єднані з керуючими входами першого і другого електронних ключів відповідно, вихід шостого компаратора підключений до керуючого входу третього електронного ключа. Головним недоліком даного пристрою є вузькі функціональні можливості, тому що він не дозволяє виміряти комутаційний ресурс вимикачів з врахуванням часу їхнього ввімкнення. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою для контролю ресурсу комутаційних апаратів, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків між ними з'являється можливість контролювати комутаційний ресурс вимикачів з врахуванням часу ввімкнення, що розширює функціональні можливості пристрою. Поставлена задача досягається тим, що в пристрій для контролю ресурсу комутаційних апаратів, що містить датчик початку комутації, вихід якого підключений до першого входу першого елементу І і через перший диференціюючий елемент з'єднаний з першим входом другого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу першого тригера через перший елемент НІ, перший лічильник імпульсів з'єднаний з виходом першого елементу АБО, перший вхід якого підключений до виходу другого елементу І, а другий вхід і перший вхід другого лічильника імпульсів з'єднані з виходом третього елементу І, перший вхід якого підключений до виходу першого генератора імпульсів, а другий вхід і вхід формувача сигналу з'єднані з виходом першого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу другого елементу АБО, виходи першого, другого і третього тригерів з'єднані відповідно з першим, другим і третім входами шифратора, перший, другий і третій виходи якого відповідно підключені до перших входів четвертого, п'ятого і шостого елементів І, виходи яких з'єднані з першим, другим і третім входами другого елементу АБО, а другі входи підключені відповідно до першого, другого і третього виходів другого лічильника імпульсів через другий, третій і четвертий елементи НІ відповідно, вихід блока установки нуля з'єднаний з першим входом третього елементу АБО, другий вхід якого підключений до виходу формувача сигналу, а вихід з'єднаний з другими входами першого, другого і третього тригерів, а також з другим входом другого лічильника імпульсів, виходи першого, другого і третього компараторів підключені відповідно до перших входів першого, другого і третього оптронів, другі входи яких з'єднані з виходом джерела опорної напруги, а виходи підключені відповідно до перших входів першого, другого і третього тригерів, вихід датчика струму з'єднаний зі входами четвертого, п'ятого і шостого компараторів, а також з аналоговим входом першого електронного ключа, вихід якого, а також виходи другого і третього електронних ключів підключені один до одного, а також до входів першого, другого і третього компараторів, вихід датчика струму з'єднаний зі входами першого і другого масштабуючих підсилювачів, виходи яких підключені до аналогових входів другого і третього електронних ключів, виходи п'ятого і шостого компараторів з'єднані відповідно з другими входами першого і другого елементів ВИКЛЮЧНЕ АБО, перші входи яких відповідно підключені до виходів четвертого і п'ятого компараторів, а виходи з'єднані з керуючими входами першого і другого електронних ключів відповідно, вихід шостого компаратора підключений до керуючого входу третього електронного ключа, введено перетворювач напруги змінного струму в напругу постійного струму, датчик початку руху, другий диференціюючий елемент, сьомий компаратор, четвертий тригер, четвертий елемент АБО, сьомий елемент І, другий генератор імпульсів, третій лічильник імпульсів, цифровий компаратор, блок задання часу ввімкнення, індикатор, причому вхід перетворювача напруги змінного струму в напругу постійного струму підключений до виходу датчика струму, а його вихід з'єднаний зі входами четвертого, п'ятого, шостого компараторів і першим електронним ключем, входами першого і другого масштабуючих підсилювачів, вихід датчика початку руху з'єднаний зі входом другого диференціюючого елемента, вихід якого підключений до першого входу четвертого тригера, вихід якого з'єднаний з першим входом сьомого елементу І, другий вхід якого підключений до виходу другого генератора імпульсів, а вихід з'єднаний з першим входом третього лічильника імпульсів, вихідна цифрова шина якого підключена до першої вхідної цифрової шини цифрового компаратора, друга вхідна цифрова шина якого з'єднана з вихідною цифровою шиною блоку задання часу ввімкнення, вихід цифрового компаратора підключений до входу індикатора, другі входи третього лічильника імпульсів і четвертого тригера під'єднані до виходу четвертого елемента АБО, перший вхід якого підключений до виходу третього елемента АБО, а другий вхід під'єднаний до виходу сьомого компаратора, вхід якого підключений до виходу датчика струму. Пристрій для контролю ресурсу комутаційних апаратів пояснюється кресленням, на якому зображена його структурна схема. На схемі: 1 - датчик струму; 2 - перетворювач напруги змінного струму в напругу постійного струму, 3, 4, 5 четвертий, п'ятий і шостий компаратори; 6, 7 - перший і другий елементи ВИКЛЮЧНЕ АБО; 8, 9 - перший і другий масштабуючі підсилювачі; 10, 11, 12 - перший, другий і третій електронні ключі; 13, 14, 15 - перший, другий і третій компаратори; 16, 17, 18 - перший, другий і третій оптрони; 19 - джерело опорної напруги; 20, 21, 22 - перший, другий і третій тригери; 23 - шифратор; 24 - перший елемент НІ; 25 - датчик початку комутації; 26 - перший диференціюючий елемент; 27 - другий елемент І; 28 - перший елемент АБО; 29 - перший лічильник імпульсів; 30 перший генератор імпульсів; 31, 32 - третій і перший елементи І; 33 - формувач сигналу; 34 - блок установки нуля; 35 - третій елемент АБО; 36 - другий лічильник імпульсів; 37, 38, 39 - другий, третій і четвертий елементи НІ; 40, 41, 42 - четвертий, п'ятий і шостий елементи І; 43 - другий елемент АБО, 44 - датчик початку руху, 45 - другий диференціюючий елемент, 46 - четвертий тригер, 47 - сьомий елемент І, 48 - третій лічильник імпульсів, 49 цифровий компаратор, 50 - індикатор, 51 - сьомий компаратор, 52 - четвертий оптрон. 53 - четвертий елемент АБО, 54 - другий генератор імпульсів, 55 - блок задання часу ввімкнення, причому вихід датчика початку комутації 25 підключений до першого входу першого елементу І 32 і через перший диференціюючий елемент 26 з'єднаний з першим входом другого елементу І 27, другий вхід якого підключений до виходу першого тригера 20 через перший елемент НІ 23, перший лічильник імпульсів 29 з'єднаний з виходом першого елементу АБО 28, перший вхід якого підключений до виходу другого елементу І 27, а другий вхід і перший вхід другого лічильника імпульсів 36 з'єднані з виходом третього елементу І 31, перший вхід якого підключений до виходу першого генератора імпульсів 30, а другий вхід і вхід формувача сигналу 33 з'єднані з виходом першого елементу І 32, другий вхід якого підключений до виходу другого елементу АБО 43, виходи першого 20, другого 21 і третього 22 тригерів з'єднані відповідно з першим, другим і третім входами шифратора 23, перший, другий і третій виходи якого відповідно підключені до перших входів четвертого 40, п'ятого 41 і шостого 42 елементів І, виходи яких з'єднані з першим, другим і третім входами другого елементу АБО 43, а другі входи підключені відповідно до першого, другого і третього виходів другого лічильника імпульсів 36 через другий 37, третій 38 і четвертий 39 елементи НІ відповідно, вихід блока установки нуля 34 з'єднаний з першим входом третього елементу АБО 35, другий вхід якого підключений до виходу формувача сигналу 33, а вихід з'єднаний з другими входами першого 20, другого 21 і третього 22 тригерів, а також з другим входом другого лічильника імпульсів 36 та з другим входом четвертого елементу АБО 53, виходи першого 13, другого 14 і третього 15 компараторів підключені відповідно до перших входів першого 16, другого 17 і третього 18 оптронів, другі входи яких з'єднані з виходом джерела опорної напруги 19, а виходи підключені відповідно до перших входів першого 20, другого 21 і третього 22 тригерів, вихід датчика струму 1 з'єднаний з сьомим компаратором 51 та зі входом перетворювача напруги змінного струму в напругу постійного струму 2, вихід якого з'єднаний з входами четвертого 3, п'ятого 4 і шостого 5 компараторів, а також з аналоговим входом першого електронного ключа 10, вихід якого, а також виходи другого 11 і третього 12 електронних ключів підключені один до одного, а також до входів першого 13, другого 14 і третього 15 компараторів, вихід перетворювача напруги змінного струму в напругу постійного струму 2 з'єднаний зі входами першого 8 і другого 9 масштабуючих підсилювачів, виходи яких підключені до аналогових входів другого 11 і третього 12 електронних ключів, виходи п'ятого 4 і шостого 5 компараторів з'єднані відповідно з другими входами першого 6 і другого 7 елементів ВИКЛЮЧНЕ АБО, перші входи яких відповідно підключені до виходів четвертого 3 і п'ятого 4 компараторів, а виходи з'єднані з керуючими входами першого 10 і другого 11 електронних ключів відповідно, вихід шостого компаратора 5 підключений до керуючого входу третього електронного ключа 12, вихід датчика початку руху 44 з'єднаний зі входом другого диференціюючого елемента 45, вихід якого підключений до першого входу четвертого тригера 46 , вихід якого з'єднаний з першим входом сьомого елементу І 47, другий вхід якого підключений до виходу другого генератора імпульсів 54, а вихід з'єднаний з першим входом третього лічильника імпульсів 48, вихідна цифрова шина якого підключена до першої вхідної цифрової шини цифрового компаратора 49, друга вхідна цифрова шина якого з'єднана з вихідною цифровою шиною блоку задання часу ввімкнення 55, вихід цифрового компаратора 49 підключений до входу індикатора 50, другі входи третього лічильника імпульсів 48 і четвертого тригера 47 під'єднані до виходу четвертого елемента АБО 53, перший вхід якого підключений до виходу третього елемента АБО 35, а другий вхід з'єднаний з виходом четвертого оптрона 52, перший вхід якого через сьомий компаратор 51 з'єднаний з виходом датчика струму, а другий вхід підключений з джерелом опорної напруги 19. Запропонований пристрій працює так. При подачі напруги живлення на схему блок установки нуля 34 коротким імпульсом через елемент АБО 35 встановлює у нульове положення перший 20, другий 21, третій 22 тригери і другий лічильник імпульсів 36, а також через четвертий елемент АБО 53 четвертий тригер 46 та третій лічильник імпульсів 48. При цьому на виходах другого 37, третього 38 і четвертого 39 елементів НІ встановлюються сигнали логічної одиниці. Зазначимо, що в якості датчика струму 1 використовується трансформатор струму, вихідний сигнал якого має нелінійну залежність від його вхідного сигналу. Для лінеаризації цього сигналу використовуються блоки 3-12, в яких кусково-лінійна лінеаризація здійснюється по трьом ділянкам кривої намагнічування. Коли напруга з виходу датчика струму 1 досягає значення, пропорційного номінальному робочому струму, на виході перетворювача змінного струму в напругу постійного струму 2 з'являється постійна напруга, спрацьовує четвертий компаратор 3, що відповідає першій ділянці, з виходу якого сигнал логічної одиниці поступає на перший вхід першого елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 6. При цьому на його виході формується сигнал логічної одиниці, який подається на керуючий вхід першого електронного ключа 10, тим самим відкриваючи його і дозволяючи проходження сигналу з виходу датчика струму 1 через перетворювач змінного струму в напругу постійного струму 2 на входи першого 13, другого 14 і третього 15 компараторів. Якщо напруга, що пропорційна струму, зростає далі, то спрацьовують четвертий 3 і п'ятий 4 компаратори, що відповідає другій ділянці характеристики датчика струму 1. При цьому на виході першого елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 6 встановлюється сигнал логічного нуля, а на виході другого елемента ВИКЛЮЧНЕ АБО 7 - сигнал логічної одиниці, який відкриває другий електронний ключ 11. Значення напруги, пропорційної струму, яке поступає на вхід першого масштабуючого підсилювача 8, на цій ділянці множиться на коефіцієнт, що дозволяє отримати лінійну залежність між вхідним і вихідним сигналами датчика струму 1 на вибраній ділянці нелінійної характеристики перетворення. Далі нове значення сигналу через другий електронний ключ 11 поступає на входи першого 13, другого 14 і третього 15 компараторів. Якщо напруга з виходу датчика струму 1 приймає ще більше значення, то перший 10 і другий 11 електронні ключі закриваються, а третій електронний ключ 12 відкривається. При цьому значення сигналу множиться на інший коефіцієнт, в результаті чого на третій ділянці кривої намагнічування вхідний і вихідний сигнали датчика струму 1 мають лінійну залежність. В подальшому під величиною напруги, що відповідає струму на виході датчика струму 1, будемо розуміти сигнал, який отримується на виході електронних ключів 10-12. Також зазначимо, що використання оптронів 16-18, 52 дозволяє здійснити гальванічну розв'язку між вимірювальним колом та блоками обробки інформації. Якщо діагностуємий вимикач відключає коло зі струмом, величина якого менша порогів спрацювання першого 13, другого 14 і третього 15 компараторів, то при цьому спрацьовує датчик початку комутації 25, сигнал логічної одиниці через перший диференціюючий елемент 26 подається на перший вхід другого елемента І 27 (при цьому на другому вході присутній сигнал логічної одиниці, отриманий з виходу першого елемента НІ 24, оскільки на вхід останнього надходить сигнал логічного нуля з виходу першого тригера 20). З виходу другого елемента І 27 через перший елемент АБО 28 короткий імпульс надходить на вхід першого лічильника імпульсів 29, що приводить до спрацювання останнього. При цьому комутаційний ресурс комутаційного апарату зменшується на одиницю, тим самим фіксуючи спрацьовування вимикача. Якщо вимикач відключає коло зі струмом, величина якого більша порога спрацювання першого компаратора 13, то постійна напруга подається на входи першого 13, другого 14 і третього 15 компараторів. В залежності від величини струму, що відключається, спрацьовує визначена кількість компараторів, вихідні сигнали яких через перший 16, другий 17 і третій 18 оптрони поступають відповідно на входи першого 20, другого 21 і третього 22 тригерів. При цьому на виходах тригерів, що спрацювали, встановлюються сигнали логічної одиниці. Якщо, наприклад, спрацювали перший 13 і другий 14 компаратори, то спрацьовують перший 20 і другий 21 тригери, на їх виходах встановлюються сигнали логічної одиниці, які поступають на перший та другий входи шифратора 23. Дана комбінація вхідних сигналів призводить до того, що на другому виході шифратора 23 встановлюється сигнал логічної одиниці, який поступає на вхід п'ятого елемента І 41. З виходу першого тригера 20 сигнал логічної одиниці поступає також на вхід першого елемента НІ 24, на виході якого з'явиться сигнал логічного нуля. У момент відключення вимикача на виході датчика початку комутації 25 з'являється сигнал логічної одиниці, який подається на перший вхід першого елемента І 32 (на виході другого елемента І 27 залишається сигнал логічного нуля, оскільки на другому вході присутній логічний нуль), а на другий вхід подається сигнал логічної одиниці з виходу другого елемента АБО 43, на другому вході якого присутній сигнал логічної одиниці, отриманий з виходу п'ятого елемента І 41. З виходу першого елемента І 32 сигнал логічної одиниці подається на формувач сигналу 33 та на другий вхід третього елемента І 31. При цьому на перший вхід третього елемента І 31 подається послідовність імпульсів з виходу першого генератора імпульсів 30, що поступає на перший вхід другого лічильника імпульсів 36 і на вхід першого лічильника імпульсів 29 через перший елемент АБО 28. Другий лічильник імпульсів 36 відраховує імпульси першого генератора імпульсів 30 доти, поки на другому виході другого лічильника імпульсів 36 не з'явиться сигнал логічної одиниці. При цьому на виході третього елемента НІ 38 з'явиться сигнал логічного нуля, який закриє п'ятий елемент І 41. Це призведе до появи на виході другого елемента АБО 43 сигналу логічного нуля, який поступає на другий вхід першого елемента І 32, сигнал логічного нуля на виході якого поступає на другий вхід третього елемента І 31. Перший 29 та другий 36 лічильники імпульсів припиняють відлік імпульсів. При цьому на виході формувача сигналу 33 з'являється короткий імпульс, який через третій елемент АБО 35 поступає на входи першого 20, другого 21 і третього 22 тригерів, а також на вхід другого лічильника імпульсів 36 і обнуляє їх, а також через четвертий елемент АБО 53 четвертий тригер 46 та третій лічильник імпульсів 48. За час роботи другого лічильника імпульсів 36 послідовність імпульсів, яка поступила на вхід першого лічильника імпульсів 29, зменшує значення залишкового ресурсу вимикача на визначене число одиниць, яке залежить від значення комутованого струму в перерахунку на кількість комутацій номінального робочого струму вимикача. Контроль часу ввімкнення комутаційних апаратів здійснюється таким чином. В блоці задання часу ввімкнення 55 записується максимальний час ввімкнення вимикача. Як тільки починається процес ввімкнення вимикача, то датчик початку руху 44 виробляє сигнал, який через другий диференціюючий елемент 45 встановлює четвертий тригер 46 в одиничний стан. Одночасно послідовність імпульсів з другого генератора імпульсів 54 через сьомий елемент І 47 надходить в третій лічильник імпульсів 48. Цифровий компаратор 49 проводить порівняння коду, що поступає із третього лічильника імпульсів 48 і коду блоку задання часу ввімкнення 55. Надходження імпульсів другого генератора імпульсів 54 в третій лічильник припиняється в момент початку протікання струму через високовольтний вимикач, внаслідок чого на виході датчика струму 1 з'являється сигнал, який через сьомий компаратор 51, четвертий оптрон 52 фіксується у вигляді сигналу логічної одиниці і через четвертий елемент АБО 53 обнуляє четвертий тригер 46 і третій лічильник імпульсів 48. Якщо час ввімкнення менший ніж максимальний, то на виході цифрового компаратора 49 з'являється сигнал логічного нуля, а отже індикатор 50 не спрацьовує, що сигналізує про правильну роботу високовольтного вимикача. Якщо ж час ввімкнення вимикача перевищує максимальний, то на виході цифрового компаратора 49 з'являється сигнал логічної одиниці, отже індикатор 50 спрацьовує, що свідчить про некоректну роботу високовольтного вимикача. Кількість компараторів, оптронів і тригерів, а також кількість розрядів першого та другого лічильників імпульсів вибирається в залежності від найбільшої величини струмів, що відключаються, а також від необхідного ступеня точності визначення залишкового комутаційного ресурсу вимикача. Для коректної роботи пристрою постійну часу першого диференціюючого елементу 26 необхідно вибрати меншою періоду чередування Імпульсів першого генератора імпульсів 30. Кусково-линійну лінеаризацію можна також здійснювати з використанням більшої кількості ділянок кривої намагнічування,, для чого слід збільшити кількість компараторів, елементів ВИКЛЮЧНЕ АБО, масштабуючих підсилювачів, а також електронних ключів.