5.4.2. Полупроводниковые реле
Статическими называют реле, принцип работы которых не связан с использованием относительного перемещения его механических частей. Наибольшее распространение получили полупроводниковые статические реле и соответственно полупроводниковая элементная база. Вначале применялись диодные реле, затем диодно-транзисторные и, наконец, реле с использованием интегральных схем как аналоговых (на основе операционных усилителей), так и цифровых.
Статические реле применяются в устройствах автоматического контроля, встроенных в РЗ, в защитах тяговой сети переменного тока:
Их рациональная область применения определяется:
большими функциональными возможностями по заданию алгоритмов обработки информации о контролируемом объекте, в случае, когда такие алгоритмы реализовать на электромеханических реле затруднительно;
большей надежностью измерительной части защиты и возможностью построения более быстродействующих защит.
В энергетике полупроводниковые элементы позволили получить надежные дистанционные защиты. После замены электромеханического нуль-индикатора в измерительной части защиты на схемы, выполненные на операционных усилителях, отказы защит резко сократились.
На отечественных железных дорогах с 1971 года эксплуатируются полупроводниковые защиты фидеров контактной сети. При этом пришлось разработать элементную базу, т.е. типовые логические и функциональные элементы. На то время это были самые современные решения в области релейной защиты.
Созданный функциональный набор элементов «Сейм» использовался как для построения защит, так и для выполнения схем автоматики и телемеханики. В качестве примера рассмотрим токовое реле РТ-3К из набора “Сейм” (рис.7.9).
В это же время ВНИИЖТом был разработан оригинальный фазочувствительный элемент с время-импульсным принципом действия (рис.7.10).
Полупроводниковая элементная база потребовала решения задач по согласованию входных цепей этих защит с датчиками тока (трансформаторами тока) и датчиками напряжения (трансформаторами напряжения). Решалась также задача согласования выходных цепей релейной защиты с исполнительными устройствами управления (электромагнитами включения и выключения). Кроме согласования уровней сигналов потребовалось обеспечить гальваническую развязку цепей защиты от входных и выходных цепей, поскольку последние располагались в зонах сильного электромагнитного влияния первичных цепей.
Структурная схема полупроводниковой релейной защиты представлена на рис.7.11.
Согласующие устройства для токовых цепей и цепей напряжения показаны на рис.7.12 – 7.13.
Очень остро стоит вопрос помех, уровень которых выше уровня полезного сигнала. Меры борьбы – гальваническая развязка и временные задержки.
На рис.7.14 показан колебательный контур от помехи, который до 10 мс не приведет к ложному отключению. Он создается либо с помощью оптронного тиристора, либо с помощью герконового реле.
а). колебательный контур, созданный с помощью оптронного тиристора;
б). колебательный контур, созданный с помощью герконового реле.
Основные выводы по полупроводниковым реле
Преимущества:
ниже потребляемая мощность от ТТ и TН;
выше техническое совершенство;
проще осуществить тестовый контроль.
Недостатки:
большое количество разнотипных узлов и блоков (20-30 типов микросборок);
необходимость гальванической развязки;
высокая чувствительность к помехам.