3.2. Принцип выполнения реле направления мощности

Реле направления мощности (РНМ) реагирует на три величины: напряжение – и ток – , подводимые к нему и угол между ними – .

В настоящее время существует большое число способов построения реле направления мощности. Однако широкое распространение получили два способа реализации:

– Непосредственное реагирование на угол между двумя величинами (индукционное реле);

– Сравнение мгновенных значений двух электрических величин (время – импульсная схема).

3.2.1. Индукционное реле направления мощности типа РМБ

Вращающий момент в индукционной системе пропорционален произведению двух магнитных потоков и синуса угла между ними ψ.

В качестве подвижного ротора в реле используется цилиндрический барабан (в отличие от диска в индукционном счетчике). Барабан вращается вокруг центральной оси, этому вращению препятствует пружина (рис.5). Поток создается рабочей обмоткой, подключенной к трансформатору тока (рис.6). Поток - создается током , протекающим по поляризующей обмотке. – угол полного сопротивления поляризующей обмотки.

. Введем понятие внутреннего угла реле , как дополняющего угол полного сопротивления поляризующей обмотки до 90^о: . Преобразуем выражение (1):

Анализ выражения (2) показывает:

– с изменением момент меняется по величине и по знаку. Диапазон положительных моментов (область срабатывания) составляет 180^о и находиться между углами, определяющими границу срабатывания, когда:

На рис.6 граница срабатывания заштрихована.

– максимальный момент имеет место при:

Угол называют углом максимальной чувствительности. Нужно стремиться, чтобы при КЗ в расчетной точке обеспечивалось условие . Этот угол регулируется добавлением в цепь поляризованной обмотки дополнительного активного сопротивления или дополнительного емкостного сопротивления .

Для направленных токовых защит от междуфазных коротких замыканий используются РНМ типа РБМ – 171, с углами максимальной чувствительности равными и , включаемые по девяностоградусной схеме.

Для ТНЗНП используется РНМ типа РБМ – 178 с .

Для оценки работы реле применяют два типа характеристик:

– угловые, представляющее зависимость (Рис.7);

– вольт-амперные, дающие зависимость (Рис.8).

Угловые характеристики, снятые при и позволяют определить угол максимальной чувствительности реле и минимальную мощность срабатывания . Так для реле РБМ – 171 , а для реле РБМ – 178 .

Вольт – амперные характеристики позволяют определить при нахождении мертвой зоны по напряжению при близких междуфазных КЗ.

Коэффициент чувствительности для индукционных реле направления мощности находится через мощность срабатывания:

где: – ток в реле при расчетном КЗ; – напряжение на поляризующей обмотке реле при КЗ в расчетной точке.

3.2.2. Реле на базе полупроводниковых усилителей – ограничителей (РМ – 11; РМ – 12)

Принцип действия реле основан на сравнении времени совпадения и не совпадения по знаку мгновенных значений напряжений, повторяющих измеряемые напряжения и ток . Принципиальная блок – схема реле приведена на рис.9.

Рис. 9. Принципиальная блок – схема реле РМ – 11

где: и – фазоповоротные устройства, используемые для получения напряжений и , и регулирования угла максимальной чувствительности. ФИС – формирователь прямоугольных импульсов совпадения по знаку мгновенных значений и . ИО – интегрирующее устройство, выдающее сигнал, зависящий от длительности совпадения по знаку мгновенных значений и . ВО – выходной орган, формирующий сигнал на отключение при заданной величине сигнала на выходе ИО.

Подробнее с работой и характеристиками реле РМ – 11 имеется возможность познакомиться в лаборатории. Характеристики срабатывания реле приведены на рис.10а и рис.10б.

Указанные реле имеют целый ряд преимуществ по сравнению с индукционными:

– меньшая потребляемая мощность по цепям тока и напряжения;

– меньшие габариты;

– устойчивость к погрешностям трансформаторов тока до 50%.

Углы максимальной чувствительности такие же, как и у индукционных реле.

Поэтому же принципу строят органы направления мощности (ОНМ) в современных микропроцессорных шкафах. Независимость друг от друга параметров срабатывания позволяет определять коэффициенты чувствительности отдельно по току и напряжению.