11.7. Общие принципы выполнения реле сопротивления, используемых в дз в качестве измерительных органов, и требования к их конструкциям
Элементные базы изготовления PC. Первоначально PC, как и другие виды реле, выполнялись на электромеханических элементах главным образом на индукционном принципе. С развитием полупроводниковой техники получили широкое применение статические конструкции PC сначала на полупроводниковых приборах, выполняемые из отдельных (дискретных) элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов.
В 70-х годах отечественная промышленность перешла на выпуск PC только на выпрямленном токе с использованием дискретных полупроводниковых приборов. В связи с развитием микроэлектронной техники на базе интегральных микросхем (ИМС) последние стали применяться в качестве новой элементной базы при построении PC. Использование ИМС, а также элементов вычислительной техники открыло пути дальнейшего совершенствования характеристик и параметров ИО ДЗ. Появилась возможность уменьшения габаритов, потребления, выполнения PC с характеристиками сложной формы, а также повышения надежности реле, в частности за счет внедрения автоматических схем непрерывного контроля исправности измерительных и логических элементов ДЗ. Отечественная промышленность в 80-х годах начала выпуск PC с улучшенными параметрами на интегральных операционных усилителях. Значительные успехи в широком применении сверхбольших ИМС (СБИМС) и создании на их основе микропроцессоров и микроЭВМ позволяют приступить и в нашей стране к применению дистанционных защит на микропроцессорной базе. Разработка и изготовление таких отечественных РЗ уже начаты [20,21].
Принципы выполнения статических PC. Все разновидности PC основаны на сравнении абсолютных значений или фаз двух или нескольких электрических величин. Эти величины представляют собой синусоидальные напряжения U1 U2, ..., Un[U1 = U1msinωt, U2 = U2msin(ωt + φ2) и т.д.]. Каждое из них является линейной функцией напряжения Uр и тока Iр, измеряемых в месте установки РЗ. Сравниваемые напряжения образуются из Uр к Ip по выражениям, аналогичным (2.38):
(11.14)
Коэффициенты KU1 – KUn (11.14) являются постоянными величинами. Их значения определяют форму и уставки характеристики срабатывания. Коэффициенты KI1 – KIn представляют собой комплексы, имеющие размерность сопротивлений, а KU1 – KUn — действительные числа.
Реле сопротивления с характеристиками срабатывания в виде окружности, эллипса (овала) и прямой линии (рис.11.14, а-г, ж) выполняются по принципу сравнения двух напряжений U1 и U2 по (11.14). Для получения реле с характеристикой в форме треугольника или четырехугольника (рис.11.14, е, д) производится сравнение трех или четырех напряжений U1, U2, U3, U4.
Напряжение U1 – Un целесообразно выразить через сопротивления Zp, поскольку поведение PC зависит от их значений. Для этого следует преобразовать правую часть уравнений (11.14), вынеся за скобки Iр и коэффициент КU при Uр, тогда с учетом того, что Up = IpZp, получим:
(11.14а)
Здесь
принято, что
.
Сопротивления Z1
и Zn
являются постоянными комплексными
величинами, определяющими форму
характеристики и уставки срабатывания
реле.
Реле сопротивления на полупроводниковых элементах выполняются на сравнении абсолютных значений и на сравнении фаз. Последние более быстродействующие (они могут срабатывать в течение полупериода промышленной частоты, т.е. с t ≈ 0,01 с) и проще в исполнении. Поэтому PC, построенные на сравнении фаз, находят все более широкое применение. Ниже рассмотрены принципы построения PC обоих видов.
О
бщая
структурная схема дистанционного
органа.
Реле сопротивления, выполняющие функции
ДО, построенные на сравнении фаз или
абсолютных значений электрических
величин, выполненные на полупроводниках
в виде дискретных элементов или ИМС,
имеют одинаковую структурную схему
(рис.11.15). Рассматривается общий случай
сравнения n
напряжений U1
– Un,
образованных
по (11.14). Реле состоит из четырех частей:
1
— преобразователей
напряжения ПU
(ПТН)
и тока ПI
(ПТТ или ПТР); 2
— устройств
формирования сравниваемых напряжений
УФ;
3
— устройства
УС,
осуществляющего
сравнение электрических величин по
абсолютному значению или по фазе; 4
— реагирующего
и исполнительного органа РО.
Напряжение Up и ток Iр от измерительных ТТ и ТН подводятся к ПU и ПI, которые преобразуют исходные величины Up, и Iр в пропорциональные им напряжения: Uн = КUUр и Uт = KIIp. Эти напряжения по (11.14 а) подаются к формирователям УФ. Каждый формирователь представляет собой сумматор, преобразующий входные напряжения в сравниваемые величины по (11.14) и осуществляющий их суммирование. Например, в сумматоре п образуется два напряжения КUnUр и KInIp, они суммируются, и на выходе УФ появляется напряжение Un = КUnUр + KInIp по (11.14). Аналогично образуются напряжения на выходе остальных сумматоров. В зависимости от принципа работы PC в состав устройства формирования могут входить выпрямители синусоидальных величин, получаемых от преобразователей Up и ток Iр, и частотные фильтры, подавляющие токи высших гармоник. Напряжения U1 – Un с выхода УФ поступают на вход схемы сравнения УС. Здесь производится их сравнение по модулю или по фазе в соответствии с заданным условием (алгоритмом) срабатывания PC. В результате на выходе УС появляется напряжение Uвых, значение или знак которого зависит от соотношения абсолютных значений или от фаз сравниваемых величин. Выходной сигнал поступает на РО. При определенных значениях амплитуд или фаз сравниваемых напряжений, соответствующих повреждению в зоне действия PC, на выходе РО появляется сигнал о срабатывании реле в виде Uвых > Ic.p.
Основные требования к ДО (PC). 1. Реле сопротивления I ступени должны быть быстродействующими: tcp = 0,01 ÷ 0,02 с в сетях 500 кВ, tcp = 0,02 ÷ 0,04 с в сетях 110-220 кВ.
2. Реле сопротивления, выполняющие функции ИО I, II и III ступеней ДЗ, должны иметь высокую точность при срабатывании в конце зоны их действия: ΔZ = Zy – Zc.p.
3. Измерительные органы II ступени должны иметь kвоз = ZB/Zc.p ≥ 1,05 ÷ 1,1, что позволит повысить их чувствительность.
4. Реле сопротивления не должны работать в переходных режимах при наличии в токе и напряжении апериодических составляющих и составляющих с частотой, отличающейся от 50 Гц.
5. PC должны обладать высокой помехоустойчивостью, исключающей их ложное срабатывание от воздействия внешних и внутренних помех.
6. PC должны быть надежными и простыми в эксплуатации, иметь возможно меньшее потребление мощности в цепях тока.