6.5. Емкостные делители напряжения

Для питания устройств РЗ наряду с ТН могут применяться также емкостные делители напряжения, которые состоят из нескольких последовательно соединенных конденсаторов, включаемых между проводом фазы и землей (рис.6.14).

Для питания РЗ используется напряжение U₂, снимаемое с зажимов последнего конденсатора делителя С2. При отсутствии нагрузки Z_p напряжение U₂ пропорционально первичному напряжению U_ф и совпадает с ним по фазе, как это следует из рис.6.14, а:

где.

З начение U₂ достигает нескольких киловольт, поэтому нагрузка подключается к зажимам конденсатора С2 через понижающий ТН 2 (рис.6.14, б). Присоединение сопротивления нагрузки Z_p искажает как значение, так и фазу U₂, что и вызывает погрешность измерения. Для уменьшения этой погрешности предусматривается компенсирующее устройство, состоящее из реактора 1 и конденсатора 3.

Соответствующим подбором их параметров и ограничением нагрузки Z_p можно с достаточной точностью обеспечить пропорциональность и совпадение по фазе напряжения U₂, подводимого к нагрузке Z_p с измеряемым напряжением U_ф. Отечественные заводы выпускают с использованием конденсаторов связи измерительные устройства типа НДЕ-500 для сетей 500 кВ.

6.6. Фильтр напряжений обратной последовательности

Фильтр напряжений ОП (ФНОП) является устройством, при помощи которого можно получить напряжение U_mn, пропорциональное составляющей ОП, содержащейся в напряжении сети. Составляющие прямой и нулевой последовательностей такой фильтр не пропускает. Фильтр обычно включается на линейные напряжения, которые не содержат составляющих НП.

В схемах РЗ обычно используются фильтры с активными и емкостными сопротивлениями (рис.6.15, а). Поскольку оба плеча ФНОП находятся под воздействием междуфазных напряжений, напряжение НП на его выходе равно нулю.

Топографическая диаграмма, на которой показано распределение напряжений по элементам фильтра при подаче на его вход системы напряжений прямой последовательности, приведена на рис.6.15, б. Рассмотрим эту диаграмму, учитывая, что активные и емкостные сопротивления, используемые в фильтре, имеют следующие соотношения:

(6.5)

Под действием напряжения U_AB, приложенного к плечу фильтра C1-R1, т.е. между зажимами 1 и 2, через эти сопротивления проходит ток I', имеющий емкостный характер и опережающий напряжение U_AB на угол 30°. Этот ток на элементах R1 и С1 создает падение напряжения I'R1, совпадающее по направлению с вектором I', и I'Х_С1, отстающее от этого тока на 90° (рис.6.15, б). Аналогичный треугольник напряжений может быть построен и для второго плеча фильтра (между зажимами 2-3), к которому подведено напряжение U_BC. Ток, проходящий в этом плече I", будет опережать напряжение U_BC на угол 60°, так как емкостное сопротивление больше активного.

В результате, как следует из диаграммы, приведенной на рис.6.15, б, выходные зажимы ф ильтра m и n имеют одинаковый потенциал. Таким образом, напряжение на зажимах реле при подаче на вход ФНОП напряжения прямой последовательности также равно нулю.

Диаграмма, характеризующая работу фильтра при подаче на его вход напряжения ОП, показана на рис.6.15, в. В этом случае векторная диаграмма напряжений изменяется, так как изменяется чередование фазных напряжений на входе фильтра U_A2, U_B2, U_C2, подведенных соответственно к зажимам 1, 2, 3. При этом между зажимами m и n появляется большое напряжение, пропорциональное значению напряжения ОП на входе ФНОП:

— коэффициент, обычно называемый отношением холостого хода.

Следовательно, ФНОП будет выделять из полного напряжения, поданного на его вход, напряжение ОП. Напряжение на выходе фильтра зависит от сопротивления подключенной к нему нагрузки. Для отдачи максимальной мощности от фильтра напряжения должно быть соблюдено следующее условие:

(6.6)

где Z_н – сопротивление нагрузки, подключенной к выходным зажимам фильтра; Z_ф.к – сопротивление КЗ фильтра, измеряемое со стороны его выходных зажимов, когда входные зажимы закорочены.

Поэтому обычно на выходе фильтра подключается реле, имеющее определенное сопротивление, что обеспечивает получение от фильтра наибольшей мощности. Фильтр-реле напряжения ОП, схема которого приведена на рис.6.15, называется РНФ-1M.

Фильтр напряжений обратной последовательности на операционном усилителе (ОУ) представляет собой двухвходовый сумматор, на первый вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению U_AB, а на другой вход U_BC (рис.6.16, а). Эти напряжения подаются на схему через малогабаритные промежуточные ТН.

Выходное напряжение схемы равно произведению векторной суммы токов I₁, I₂ и сопротивления R₅. Поскольку напряжение между входами ОУ равно нулю,

Соотношение между R₁, R₂ и С₁, выбрано таким, что I₁ опережает U_АВ на 60°, а ток I₂ совпадает по фазе с U_BC. При изменении сопротивления R₁ изменяется и ток I₁, и его угол сдвига относительно U_AB, а при изменении R₃ меняется только ток I₂.

При прямой последовательности фаз (рис.6.16, б) регулировкой R1 и R3 обеспечивается равенство I₁ и I₂ и сдвиг между ними 180°, поэтому U_вых = 0. При обратном чередовании (ОП) фаз ( рис.6.16, в) сдвиг между токами I₁ и I₂ равен 60°, а выходное напряжение схемы пропорционально U_AB.

Фильтр напряжений ОП превращается в фильтр токов ОП, если на его входы подать напряжения, пропорциональные разности токов I_A–I_B и I_B –I_C.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение заземлений нейтралей первичной и вторичной обмоток у трансформаторов напряжения с соединением обмоток звезда-звезда.

2. При каких повреждениях на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение, превышающее U_нб?

3. Что показывает коэффициент холостого хода m_XX фильтра напряжений обратной последовательности (ФНОП)?

4. Почему к ФНОП следует подводить линейные, а не фазные напряжения?

5. Каково назначение реле КАО в устройстве блокировки КРБ-11?