4 Лекция. Принципы выполнения статических pc. Принципиальная схема полупроводникового реле сопротивления дз-2

         Содержание лекции: приведены основные принципы выполнения статических реле сопротивления дистанционной защиты линий входящих в комплект ДЗ-2 панели ЭПЗ-1636 .

         Цель лекции: изучить основные принципы формирования реле с круговой характеристикой срабатывания, проходящей через начало координат, основанные на сравнении абсолютных значений двух электрических величин.

 

          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, ..., U_n[U₁ = U_1m sin t, U₂ = U_2m sin( t + ₂) и т. д.]. Каждое из них являет­ся линейной функцией напряжения U_p и тока I_p, измеряемых в месте установки РЗ.

U₁ = K_U1U_p + K_I1I_p;

U₂ = K_U2U_p + K_I2I_p;                                                                           ………………………..                                               (4.1)

U_n = K_UnU_p + K_InI_p.

 

         Коэффициенты K_U1 - K_Un (4.1) являются постоянными величинами. Их значения определяют форму и уставки харак­теристики срабатывания. Коэффициенты K_I1 – К_Iп представля­ют собой комплексы, имеющие размерность сопротивлений, a K_U1 - K_Un - действительные числа.

Полупроводниковые PC, основан­ные на сравнении абсолютных значений двух электрических величин, обычно выполняются посредством сравнения этих величин после их выпрямления диодными выпрямителями. В качестве сравниваемых величин служат напряжения U₁ и U₂, образованные из U_p и I_р .    

         Направленное PC с круговой характеристикой срабатывания (рисунок 4.1,) основано на сравнении двух напряжений U₁ и U₂, образованных по (4.1), в которых для получения характери­стики срабатывания в виде окружности, проходящей через на­чало координат, принято, что К_U1 = 0, а при I_р коэффициент                 K_I1 =K_I2 = -K_I. С учетом этого выражения сравниваемых вели­чин имеют следующий вид:

                      U₁ = K_II_p; U₂ = K_UU_p - K_II_p                                  (4.2)

Рисунок 4.1- Характеристика срабатывания направленного реле сопротивления

 

         Сравниваемые напряжения: рабочее U₁ (действующее на сра­батывание) и тормозное U₂ (ему противодействующее) форми­руются преобразователями (тока I_р и напряжения U_p) и сумма­тором, состоящим из вспомогательного трансформатора напря­жения TV1 и трансреактора TAV1 с двумя первичными w1 и вторичными w2 обмотками, (рисунок 4.2). Обе пары первичных и вторичных обмоток TAV1 имеют одинаковое число витков. Каждая вторич­ная обмотка замкнута на одинаковые активные сопротивле­ния R9, R11 или RIO, R12. Примем, что рассматриваемое PC вклю­чено на U_AB и    I_р = I_А – I_B (реле, включенные на фазы ВС и СА, выполняются аналогично). Напряжение U_p трансформируется на вторичную сторону TV1, образуя напряжение K_UU_p, где К_U - коэффициент трансформации TV1. Под действием токов I_А и I_B в каждой вторичной обмотке трансреактора TAV1 ин­дуцируются одинаковые ЭДС Е=-jK_II_p, пропорциональные разности первичных токов, сдвинутые от него на 90° (рисунок 4.2,в). Под действием ЭДС Е в контурах вторичных об­моток возникают одинаковые токи      I_T = E/(R + jX)  I_p, отста­ющие от Е на угол , определяемый отношением X и R вторич­ного контура. Напряжения                     U’₂ = U’’₂ = I_TR_T сдвинуты относи­тельно ЭДС E на угол , так же как и ток I_т (рисунок 4.2,в). С уче­том того, что I_т = I_р, напряжение   U₁ = K_II_p. Здесь K_I - коэффи­циент преобразования тока I_р в напряжение U_T, представляет собой комплексную величину, сдвинутую относительно век­тора I_р на угол                = 90° - . Модуль К_I и угол сдвига  зависят от параметров трансреактора (отношения витков w₁/w₂, Х , ветви намагничивания ТАV, сопротивления R_т). Напряжения U_н U_т (рисунок 4.2, а), полученные со вторичных зажимов TV1 и TAV1, используются для образования U₁ и U₂. Рабочее напряжение     U₁ = К_II_р подводится к выпрямителю VS1. Тормозное напряжение U₂ образуется геометрическим сумми­рованием U_H = K_UU_p и U_T = -K_II_p.  

         Полученное таким образом напряжение U₂ = K_UU_p – K_II_p подается на вход выпрямите­ля VS2. Выпрямленные напряжения |U₁| и |U₂| сопоставляют­ся по значению в схеме сравнения на балансе напряжений. Результирующее напряжение на выходных зажимах схемы срав­нения U_вых=|U₁|-|U₂|.  

Реагирующий орган, подключенный к выходным зажимам, является нуль-индикатором (НИ) ЕA, реагирующим на знак U_ВЫХ.  Для сглаживания пульсации U_вых устанавливается частотный фильтр-пробка L₁C₄ (рисунок 4.2,б), который не пропускает в ЕА переменную состав­ляющую 100 Гц. В результате этого на вход ЕА поступает U_ВЬ1Х схемы сравнения, равное разности постоянных составляющих выпрямленных напряжений |U₁| и |U₂|, иначе говоря, разности их средних значений за период переменной составляющей (100 Гц). Реле (НИ) срабатывает при |U₁|>|U₂|. Начало дейст­вия реле характеризуется равенством          

                         |U₁| = |U₂|, или |K_II_p| =  |K_UU_p - K_II_p|                       (4.3)

         Это условие действия реле на грани его срабатывания можно выразить через Z_c.p. Разделим для этого обе части равенства (4.3) на K_U и I_р, учтя, что Z_p = U_p/I_p, удовлетворяющее усло­вию (4.3), является Z_c.p:

                 |K_I / K_U|=|(U_p / I_p)-(K_I / K_U)|

После преобразования получим

Z_c.p=2(K_I/K_U)=2R.                                                 (4.3 а)

         Уравнение (4.2а) является характеристикой срабатывания направленного PC, имеющего форму окружности, проходящей через начало координат (см. рисунок 3.2,б). Радиус этой окруж­ности R равен |K_I/K_U|; вектор K_I/K_U определяет положение центра окружности относительно начала координат на комп­лексной плоскости R, jX с заданной уставкой  Z_y.

          Сопротивление срабатывания Z_c.p направленного PC непо­стоянно, изменяется с изменением _р (угла сопротивле­ния Z_p), что видно из рисунка 4.2, г. При _р = _м.ч сопротивление

имеет максимальное значение Z_{c.p max} = Z’_p = 2(K_I/K_U). Угол

вектора Z_{c.p тах} равен углу вектора K_I, это означает, что _м.ч =90°- и определяется параметрами X и R трансреакто­ра TV1 (рисунок 4.2,а).

При всех других значениях

_{р   м.ч} , Z_c.p = Z_{c.p max} соs( _м/ч -- _Р) = 2(K_I/K_U) соs( _м.ч - _р). 390

 

а)- упрощенная схема сравнения; б)- схема РС; в) – векторная диаграмма трансреактора; г) – характеристика реле

Рисунок 4.2.- Принципиальная схема полупроводникового реле сопротивления в комплекте типа ДЗ-2