4. Максимальная токовая направленнаязащита

1. Варианты выполнения релемощности

2. Расчетпараметров

3. Схемы максимальных направленныхзащит

Для обеспечения селективности действия максимальных токовых защит в кольцевых сетях с односторонним и радиальных сетях с двухсторон- ним питанием пусковой орган защиты выполняется в виде двух реле - реле тока и реле направления мощности, контакты которых соединены последовательно. Реле направления мощности (в дальнейшем будем на- зывать реле мощности) замыкает свой контакт при положительном на- правлении тока. Условились за положительное направление тока счи- тать направление тока от шин в линию. Принцип работы токовой на- правленной защиты рассмотрим на примере однолинейной схемы (Рис.49).

Рис.49Схема максимальной токовой направленной защиты

При возникновении короткого замыкания на линии,

т.К₁, срабатывают

токовое реле

КА₁

и реле мощности

KW₁, и защита запускается. При

коротком замыкании внелинии,

т.К₂, ток направлен из линии к ши-

нам, реле мощности не работает и блокирует действие защиты.

Введение задержки на срабатывание обеспечивает выполнение требова- ния селективности.

1. Варианты выполнения реле мощностиИндукционное реле мощности(Рис.50). Конструктивно индукционное реле мощности представляет собой четырехполюсную магнитнуюсис-

тему1с расположенными на сердечнике двумя обмотками: токовой2и

напряженческой3.

Рис. 50Индукционное реле мощностиРис. 51Векторная диаграмма

реле

Между полюсами электромагнита помещен внутренний стальной сер- дечник и подвижный алюминиевый ротор6с закрепленным на нем кон- тактом4. При протекании тока по обмоткам создаются магнитные пото-

киФ_IиФ_U.За счет взаимодействия этих потоков с индуктированными

в цилиндре токами создается вращающий момент:

M_врkФ_IФ_Usin,

гдеФ_I

Ф_U

-поток, создаваемый токовой обмоткой;

- поток, создаваемый обмоткой напряжения;

-угол между потоками

Если в выражении для вращающего момента заменить потоки пропор-

циональными величинами - током в релеI_ри напряжениемU_р, аугол

 ,равным ему углом

будет иметь вид:

90^0(_р),

то выражение для момента

M_врk₁Ф_IФ_Usin(90⁰(_P))k₁Ф_IФ_Ucos(_P).

Угол,при котором вращающий момент максимален, называетсяугломмаксимальной чувствительности. Угол,определяющий сдвиг вектора тока в обмотке напряжения относительно приложенного напряжения, называетсяуглом внутреннего сдвига реле. В зависимости от значения угла внутреннего сдвига характеристика реле меняет свое положение в плоскости координат. При реле называютреле реактивной мощностиили синусным; при -реле активной мощностииликосинусным. При промежуточных значениях угла реле реагирует на обе составляющие мощности и называется релесмешанного типа.Эти реле имеют наи- большее распространение в схемах релейной защиты. Угол внутреннего сдвига можно менять, включая в цепь обмотки напряжения реле актив- ное или емкостное сопротивление.

Рассмотренное реле позволяет определить направление мощности ко- роткого замыкания. Изменение знака момента происходит при измене- нии направления тока в первичной цепи. Так, при коротком замыкании

в точке

К₁(Рис.48) момент положителен, а при коротком замыканиив

точкеК₂

- отрицателен. В схемах релейной защиты используется спо-

собность реле определять направление тока, поэтому такие реле назы- ваютреле направления мощности.

Полупроводниковые реле мощностиНаличие ряда недостатков индук- ционных реле, таких, как трудность отстройки от "самохода", вибрация контактной системы, низкая механическая устойчивость, поставили во- прос о необходимости их замены на полупроводниковые реле. В на- стоящее время промышленностью выпускаются различные виды полу- проводниковых реле мощности. Одна из возможных реализаций реле на микроэлектронной основе представлена на Рис.52.

Реле состоит из входных преобразователей тока1и напряжения2; двух фильтров низких частот3и4;усилителей-ограничителей5,6; детектора знака активной мощности7,выполненного на основе интегратора и пе- ремножителя;пороговогоэлемента8,выполненного накомпараторе;ис-полнительногоблока9.

Рис.52Принципиальная схема полупроводникового реле направлениямощности

Информация о токе и напряжении контролируемого объекта через входные преобразователи подается на фильтры низких частот. При по- мощи фильтров низких частот и усилителей-ограничителей формиру- ются требуемые амплитудно-частотные характеристики каналов тока и напряжения. Сигналы, поступающие на входы детектора знака активной мощности, преобразуются при помощи перемножителя и интегратора в сигнал, пропорциональный активной мощности.

В общем случае, при возникновении повреждения на напряженческий вход реле поступает сигнал, который описывается выражением

U(t)U_0U_1msin(t₁)U_2msin(2t₂₎...U_nmsin(nt_n),

гдеU₀

^U1m

• постояннаясоставляющая;

  • амплитуда основнойгармоники;

U_2m,...,U_nm

• амплитуды высшихгармоник;

₁,...,_1n-начальные фазы соответствующих гармоник.

Сигнал, поступающий на токовый вход, можно записать в следующем виде:

I(t)I₀I_1msin(t₁₁). . .I_nmsin(nt_n_n) ,

где

₁,...,_n

-углы сдвига между соответствующими гармониками

тока и напряжения.

Средняя мощность в цепи защищаемого объекта

T



P¹ U(t)I(t)dt

T

0

T

¹ U U

sin(t

)...U

sin(nt)

= _T

0

0 1m

1 nm n^

_I₀I_1msin(t₁₁). . .I_nmsin(nt_n_n)_dt.

После перемножения многочленов интеграл можно представить в виде суммы следующих интегралов:

1

1. _T

U₀I₀dtU₀I₀.

2. Интегралов, содержащих произведение синусоид одинаковойчасто-

ты:

T

¹ U I sin(kt )sin(kt )dtU I cos.

_T kmkm k k k kmkm k

0

3. Интегралов, содержащих произведение синусоид различнойчастоты:

T

¹ U I sin(kt)sin(lt )dt0.

_T kmlm k l l

0

4.Интегралов вида

T

¹ UI sin(kt

)dt0 .

_T 0

0

km k k

и

T

¹ IU

sin(kt

)dt0.

_T0

0

km k

В итоге

PU₀I₀U₁I₁cos₁U₂I₂cos₂. . .U_nI_ncos_n.

Сигнал после перемножителя и интегратора пропорционален активной мощности и в зависимости от направления тока имеет положительный или отрицательный знак.

Полупроводниковые реле мощности, по сравнению с индукционными, обладают меньшей потребляемой мощностью, более чувствительны и точны, требуют меньших эксплуатационных затрат.