3. Реле направления мощности. Назначение, область применения, схемы включения, понятие угла максимальной чувствительности.
Реле направления мощности – это органы, обеспечивающие направленное действие защиты.
В сети, где подстанции имеют двустороннее питание, при КЗ в любой точке токи повреждения протекают как по защитам, которые должны действовать при этом КЗ, так и по защитам, которые не должны действовать. Токовые реле, входящие в защиту, не могут определить, должна ли действовать защита. Этого не могут определить и рале напряжения, ибо понижение напряжения на шинах подстанции происходит при любом КЗ на любой линии. И только совместное использование позволяет определить, какой же защите необходимо сработать.
Назначение: Реле направления мощности применяют в схемах РЗиА, когда требуется определять направление (знак) активной или реактивной мощности. Различные модификации реле реагируют на токи и напряжения прямой, обратной или нулевой последовательности.
РНМ бывает необходим только для защиты от замыкания на землю. В этом случае возможно одним реле определять присоединения, по которым мощность кз протекает в направлении места повреждения, независимо от того, на какой фазе произошло повреждение.
Н
а
диаграммах – напряжения на шинах
подстанции при однофазном кз в точках
К1 и К2 (токи I1 и I2
соответственно) поочередно для всех
фаз. Линии максимальных моментов 2-2;
линии перехода 1-1;
Область применения:
Индукционное реле направления мощности имеет две обмотки, размещенные на полюсах замкнутого стального магнитопровода 1. Одна из них, токовая (4) включается во вторичные цепи ТТ, и ток в ней (Ip ) определяется вторичным током ТТ. Вторая – потенциальная (5) – подключается ко вторичной обмотке трансформатора напряжения (ТН), и ток в ней (Iн) пропорционален подведенному напряжению (Uн). Между полюсами расположен внутренний стальной сердечник 2 цилиндрической формы и алюминиевый ротор 3, имеющий форму стакана. На роторе укреплен контактный мостик 6. При направлении мощности КЗ от шин в линию этот мостик замыкает неподвижные выходные контакты 7 (реле срабатывает). Возврат реле происходит под воздействием противодействующей пружины 8.
Как известно, у РНМ 2 цепи, на которые подаются соответственно 𝑈р и 𝐼р. Протекание токов в обмотка создает потоки, создающие вихревые токи и электромагнитный момент, который выражается формулой
Так как замерить потоки сложно, надо выразить их через токи и напряжения Uр и Iр, которые подаются на реле. Потоки сонаправлены с токами, их создающими. В цепи тока протекает Iр. Ток Iн в цепи напряжения (рис. 8а) отстаёт от потока на угол δ. Таким образом, величина и знак электромагнитного момента в реле зависят от 𝑈р, 𝐼р и 𝜑р:
На диаграмме δ – угол внутреннего сдвига реле, угол 𝜓 равняется разности угла внутреннего сдвига и угла реле, и также является углом между потоками, создаваемыми в обмотках реле. Потоки Фн и Фт сонаправлены токам в обмотках напряжения и тока соответственно.
Обычно применяются пофазные органы с одним 𝑈р и одним 𝐼р, включаемые на полные напряжения и токи фаз или их составляющие нулевой или обратной последовательности. Обычно при включении на полные напряжения и токи фаз не применяются схемы с использованием одноимённых 𝑈р и 𝐼р. Один из недостатков такого включения – наличие мёртвых зон при всех видах учитываемых КЗ. Основной рекомендуемой является так называемая 90°-ная схема включения. В этой схеме сочетаются тока фаз и междуфазные напряжения двух других фаз, например 𝐼р = 𝐼а, 𝑈р = 𝑈вс.
Схемы включения:
Названия схем 90-градусная, 30-градусная и т. п. носят условный характер. Схемы именуются по углам 𝜑р между током и напряжением, подведенными к реле в симметричном трехфазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазными напряжениями.
Наибольшее распространение получила
конструкция реле направления мощности,
применяемая при 90 градусной схеме
включения реле в защите от междуфазных
КЗ. РНМ включается, как правило, на фазный
ток и междуфазное или фазное напряжение.
Понятие угла максимальной чувствительности:
Формула электромагнитного момента на роторе реле:
где 𝛼 – угол внутреннего сдвига, определяемый активным и индуктивным сопротивлениями обмотки внутри реле.
И
сходя
из формулы, заметим, что момент Мэ
достигает своего максимума, когда
синус разности угла внутреннего сдвига
и угла реле равняется 90°.
Таким образом, углом максимальной
чувствительности называют такой угол
𝜑р,
при котором выполняется равенство:
Для наглядности представлена ВД РНМ:
Угол 𝜓 равняется разности угла внутреннего сдвига и угла реле.
Сначала строим напряжение Uр вертикально вверх и от него отстраиваем вектор тока. Затем, по формулам выше, находим углы 𝛼 и угол максимальной чувствительности и откладываем линии максимального момента и линию изменения знака.