11.9. Реле сопротивления на сравнении фаз двух электрических величин. Выполняемые на имс

Принцип построения и способы сравнения фаз. На сравнении фаз двух величин можно получать PC с характеристиками срабатывания в виде окружности, прямой линии и в виде эллипса [47].

В качестве сравниваемых величин используются напряжения U₁ и U₂, образованные по (11.14) и связанные с сопротивлением на зажимах реле Z_p уравнениями (11.14а):

(11.18)

В екторы сопротивлений и являются постоянными величинами, определяющими положение и форму характеристики срабатывания на комплексной плоскости Z, часто называемыми векторами особых точек. Активные и реактивные составляющие этих векторов являются координатами двух "особых точек", через которые должна проходить характеристика реле. Схема PC, построенного на сравнении фаз, должна осуществлять измерение угла φ между U₁, и U₂ и сравнение его значения с заданными углами ψ₁ и ψ₂, определяющими границы угла φ (рис.11.21, а), в пределах которых реле должно срабатывать:

(11.19)

Для определения граничных условий срабатывания по выражению (11.19) в отечественных PC используются схемы сравнения (СС), построенные на времяимпульсном принципе.

Времяимпульсный принцип пояснялся в гл. 2 при рассмотрении устройства органов направления мощности. По этому принципу сравнение фаз двух напряжений U₁ и U₂ осуществляется косвенно измерением, а затем сопоставлением времени совпадения и несовпадения их мгновенных значений.

На рис. 11.21, б показаны синусоиды мгновенных значений u₁ = U_m1sinωt и u₂ = U_m2sin(ωt – – φ), сдвинутые по фазе на угол φ. В заштрихованной части положительного полупериода U₁ знаки мгновенных значений u₁ и u₂ одинаковы, а в незаштрихованной — различны. В отрицательном полупериоде U₁ картина совпадения и несовпадения повторяется. Угол несовпадения знаков φ_нс = φ (углу сдвига фаз), угол совпадения φ_с = π – φ. Этим значениям (φ_нс и φ_с) соответствуют времена несовпадения и совпадения:

(11.20)

Из (11.20) следует вывод, что, измерив значения t_нс и t_c, можно однозначно определить значение сдвига фаз между сравниваемыми напряжениями (U₁ и U₂).

Условие срабатывания PC определяется значением t_нс (t_c) ≥ t_y (заданная уставка) либо соотношением длительностей импульсов несовпадения и совпадения t_нс к t_c (или t_c к t_нс), например t_нс < t_c (или наоборот).

В первом случае реле срабатывает, если t_нс > t_y, и не действует, если t_нс < t_y. Заданному значению t_y соответствует наименьший угол сдвига фаз между U₁ и U₂:

Во втором случае задается значение К в выражении t_нс ≥ Kt_c.

Д ля получения круговой характеристики PC принимается t_y = Т/4 = 0,005 с, К = 1. При этом t_нс = t_c. Тогда условие срабатывания PC (11.18) для первого и второго вариантов примет вид:

(11.21)

Функциональная схема устройства сравнения фаз (УС), построенного на времяимпульсном принципе, и диаграммы, характеризующие его работу, приведены на рис.11.22 и 11.23. Устройство сравнения УС (рис.11.22) содержит блок 1 ФИН, формирующий импульсы напряжения, характеризующие продолжительность времени t_нс и t_c сравниваемых величин, и блок 2 РО, сравнивающий длительность импульсов с заданным t_y или друг с другом. Блок 2 действует на выходной элемент 3, формирующий сигнал срабатывания реле. Блок 1 фиксирует совпадение и несовпадение знаков мгновенных значений входных напряжений U₁ и U₂ и образует выходные сигналы в виде прямоугольных импульсов напряжения разных полярностей, показанных на рис.11.23, а. В течение времени, когда знаки мгновенных значений U₁ и U₂ совпадают, выходной сигнал блока 1 имеет положительный знак + U_c, а во время их несовпадения — отрицательный знак –U_нс. Продолжительность сигнала + U_c равна времени совпадения t_c, а сигнала –U_нс — времени t_нс. Эти сигналы (+U_c = t_c и –U_нс = t_нс.) поступают на вход блока 2, который сопоставляет длительность входных сигналов, определяя таким образом соотношение времен t_c и t_нс, а затем сравнивает t_нс с заданным временем t_y либо с Kt_с. Блок 2, действующий по первому варианту, принято называть РО1, а по второму — РО2. Блоки 2 и 3 рассматриваются иногда как единый орган сравнения, включающий в себя измерительный и выходной элементы.