7. Ненаправленное реле сопротивления с круговой характеристикой

Устройство и принцип действия

Существует два варианта реле со схемой сравнения на балансе токов и на балансе напряжений. В дистанционном комплекте ДЗ-2 панели защиты ЭПЗ-1636 реализован вариант на балансе напряжений. Схема сравнения на балансе напряжений показана на рис. 15.

Схема сравнения состоит из двух выпрямительных мостов VD1VD4 и VD5VD8 соединенных одноименными полюсами; двух балластных резисторов R1 и R2 по которым протекают токи рабочего и тормозного контуров; реагирующего органа - нуль-индикатора, включённого на баланс напряжений контуров; и переменного резистора R_рег для выравнивания сопротивления контуров. Под влиянием разности напряжений в НИ появляется ток Iн.и. - направление которого зависит от того, какое из напряжений больше.

Чтобы получить характеристику срабатывания в виде окружности с центром в начале координат, к схеме подводятся два напряжения: и .

ИО работает, если ; и не действует в противном случае.

Характеристика срабатывания

Уравнение начала срабатывания:

(7.1.)

Разделим обе части выражения (7.1.) на , получим:

(7.2.)

Реле будет работать при подведенном к нему сопротивлении

Величина не зависит от угла и знака. Реле работает при любом сопротивлении Zp, независимо от его угла и знака - т.е. работает как ненаправленное реле сопротивления. (См. рис. 9. 1).)

Условие (7.1.) идеально и не учитывает конечной чувствительности ИО (НИ).

В действительности для срабатывания реле необходимо приложить определённое избыточное напряжение U₀, для создания напряжения, необходимого для начала работы релейной схемы на транзисторах. С учётом этого:

(7.3.)

Разделим обе части выражения (7.3.) на , получим:

(7.4.)

Т.е. в действительности сопротивление срабатывания реле Zc.p. зависит тока Ip, подведённого к реле. Такая зависимость возникает из-за конечной чувствительности ИО. Для уменьшения влияния Ip на Zc.p. необходимо увеличивать чувствительность ИО (НИ), снижая величину избыточного напряжения U₀.

Из-за нелинейности в магнитопроводах трансреактора и трансформатора, коэффициенты k₄ и k₁ также зависят от тока Ip и напряжения Up (в очень небольшой степени, этой зависимостью можно пренебречь)¹.

8. Направленное реле сопротивление с круговой характеристикой

Устройство и принцип действия

Реле основано на сравнении абсолютных значений двух напряжений:

и , где k₂=k₄.

Сравниваемые напряжения получают с помощью трансформатора напряжения TV1 и двух одинаковых трасреакторов TAV1, TAV2, (См. рис. 16.) вторичные обмотки которых замкнуты на активные сопротивления r. Ток сети Ip наводит во вторичных обмотках трансреакторов ЭДС Е=jkIp. Под действием ЭДС в контуре вторичной обмотки потечёт ток I, отстающий от Е на угол  - определяемый соотношением индуктивного и активного сопротивлений x и r контура. (рис. 17.) Ток I пропорционален току Ip. Напряжение на вторичных зажимах трансреактора U=Ir=k₂Ip.

Вторичные обмотки ТV1 и TAV1 соединяются между собой встречно, чтобы на выходных зажимах контура образовывалось напряжение:

Напряжение снимается с зажимов вторичной обмотки TAV2.

Напряжения U_I и U_II подводятся к выпрямителям VC1 и VC2.

Выпрямленные напряжения сопоставляются по величине с помощью схемы сравнения на балансе напряжения.

В качестве нуль-индикатора (реагирующего исполнительного органа) используется НИ на полупроводниках с поляризованным реле на выходе.

Сглаживание кривой выпрямленных напряжений и токов осуществляется конденсатором (С1, рис. 16.) или фильтром, запирающем путь переменной составляющей в обмотку реле ИО.

Напряжения |U_I| и |U_II| и создаваемые ими токи направлены в контуре ИО навстречу друг другу.

Напряжение на зажимах m n НИ:

Реле срабатывает, если |U_II| > |U_I|.

Характеристика срабатывания

Условие начала работы реле: |U_II| = |U_I|.

, разделим обе части равенства на k₁Ip, введём обозначения: , .

Получим:

- Это уравнение окружности, проходящей через начало координат с диаметром Z’.

При _р=_м.ч. Zc.p.=Z’ - имеет максимальное значение. При других значениях _р Zc.p.<Z’.

,

где: - диаметр окружности может регулироваться изменением величин k₁ и k₂, т.е. коэффициентом трансформации (числа витков) TV1 и TAV.

Угол _м.ч. определяется параметрами трансреактора TAV1 и TAV2 и может регулироваться изменением сопротивления r. Обычно _м.ч.= _л - углу защищаемой линии и колеблется в пределах 6080.

Работа реле

Мертвая зона

При очень близких КЗ напряжение, подводимое к зажимам реле падает практически до нуля. т.е.:

Реле может давать отказы, не реагируя на очень близкие КЗ. Для устранения мертвой зоны в рабочий и тормозной контуры реле вводится одинаковая ЭДС, называемая ЭДС «памяти» или «подпитки» - Е_П, которая создаётся трансформатором TV2 (рис. 16.).

Первичная обмотка TV2 питается напряжением сети U_П и с помощи ёмкости С2 настроена на резонанс при частоте f=50 Гц. На вход TV2 подаётся напряжение фазы, не подводимой к TV1. Если Up=U_AB, то U_П=U_С. Тогда при близких 2-х фазных КЗ напряжение на реле близко к нулю Up0, напряжение неповрежденной фазы Uc сохраняется и обеспечивает работу реле за счет напряжения, обусловленного Е_П. При трехфазных КЗ, все фазные напряжения падают до нуля, но работа реле обеспечивается разрядом конденсатора.

Реле срабатывает при КЗ в мертвой зоне рабочей зоны и надёжно отстроено при близких КЗ за спиной.

По величине E_П=35% от нормального значения Up, что не значительно искажает Zc.p. Векторная диаграмма трансформатора TV2 представлена на рис. 20.

Чувствительность реле

ИО имеет конечную чувствительность, с учётом этого условие срабатывания имеет вид:

где: U₀  наименьшее напряжение, которое нужно подать в рабочую цепь (выпрямитель VC2) для приведения в действие реле, при условии, что U_I=0.

Из-за этого как и для ненаправленного реле.

Дистанционный орган комплекта ДЗ-2 панели защиты типа ЭПЗ-1636-67/1

рис. 21.

Принципиальная схема реле сопротивления комплекта ДЗ-2 приведена на рис. 21. Реле содержит следующие элементы:

1) трансформатор напряжения TV1, позволяющий регулировать уставки по I и II зонам изменением суммарного числа витков двух последовательно включенных обмоток на вторичной стороне. Переключение уставок с I на II зону производится автоматически контактами выносного промежуточного реле KL1. Обмотка грубой регулировки содержит 80% витков с возможностью переключений через 20%, для каждой из зон имеется ещё по обмотке с тремя отпайками каждая. Наличие отпаек позволяет через 5% ступенчато регулировать уставку срабатывания, а резисторы R29 и R28, шунтирующие часть обмоток I и II зоны с 8% витков, обеспечивают плавную регулировку в диапазоне между ступенями. Резисторы R16R19, R20R25 обеспечивают стабильность сопротивления тормозного контура при регулировке уставок; первичная обмотка TV1 имеет отвод для переключения числа витков при переходе к другому углу максимальной чувствительности;

2) трансреактор TAV1, имеющий две первичные обмотки, включаемые на разность токов двух фаз, и две вторичные обмотки. Изменением числа витков первичных обмоток можно изменять уставку реле сопротивления в 2 и 4 раза, обозначения у переключателей уставки 0,25; 0,5; 1,0 соответствуют номинальным значениям минимальных уставок KZ, Ом на фазу, при I_НОМ=5 А; при исполнении реле на I_НОМ=1 А данным обозначениям соответствуют значения уставки, увеличенные в 5 раз: 1,25; 2,5; 5,0 Ом на фазу. Два значения угла максимальной чувствительности реле (655 и 805) обусловлены тем, что вторичные обмотки трансреактора шунтируются резисторами R9, R11 (угол 65) и R10, R12 (угол 80), имеющими различное сопротивление, сопротивление резисторов R10, R12 почти в 4 раза больше, чем резисторов R9, R11;

3) контур подпитки для обеспечения правильной работы реле при близких КЗ, состоящий из трансреактора TAV2 и конденсатора С6. Для гарантии селективной работы защиты при КЗ на шинах «за спиной» через реагирующий орган должен проходить в этом режиме тормозной ток 815 мкА. Наличие такого тормозного тока приводит к смещению характеристики реле в I квадрант комплексной плоскости и к появлению «мертвой зоны» порядка 1% сопротивления уставки. Для исключения «мертвой зоны» при двухфазных КЗ вблизи шин предусмотрена подпитка цепей напряжения KZ от неповрежденной фазы, на фазное напряжение которой включены последовательно соединенные обмотки TAV2 и С6; резонансный контур, образованный ими, настроен на частоту 50 Гц;

4) схему сравнения, состоящую из двух выпрямительных мостов VC1 и VC2; балластных резисторов R14, R15; переменного резистора R13 для выравнивания сопротивления контуров. Фильтр-пробка 100 Гц, состоящая из дросселя L1 с регулируемым зазором и конденсатора С4, включена последовательно с реагирующим органом и служит для сглаживания выпрямленного тока; диоды VD6, VD7 выполняют защитные функции, ограничивая напряжение на входе регулирующего органа.