Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Короткие замыкания и защита линий 0,4-35 кВ. II часть - 2110002 «Монтаж и наладка электрооборудования электрических станций, подстанций и линий электр
.pdf
Начало защищаемой линии, где установлена рассматривае-
мая защита А, совмещается с началом координат (рис. 5.6, в и г).
Координаты всех участков сети, попадающих в зону защиты А, считаются положительными и располагаются в первом
квадранте плоскости (рис. 5.6, в). Координаты участков сети,
расположенных влево от точки А, считаются отрицательными
и располагаются в третьем квадранте. Сопротивление линии Л1
показано на диаграмме отрезком АВ, линии Л2 — отрезком ВС
и линии Л3 — отрезком АД.
б) Характеристики срабатывания реле
Характеристики срабатывания основных типов реле минимального сопротивления изображены на рис. 5.7. Характеристики каждого реле представляют собой геометрическое место
точек, удовлетворяющих условию
часть характеристики, где
ствия реле. При z
сти, т. е. при
выходящих за пределы заштрихованной ча-
р,
zр > z
, реле не работает.
с.р
zр < z
zр = z
, соответствует области дей-
с.р
Заштрихованная
с.р
Таким образом, характеристика работы реле является пограничной кривой, определяющей условия действия реле. Эту
характеристику можно рассматривать как зависимость величины (модуля) вектора сопротивления срабатывания реле z
угла φ
уравнения z
, определяющего его направление, и представлять в виде
р
=f (φp).
с.р
с.р
от
Характеристика срабатывания реле должна обеспечивать
работу реле при к. з. в пределах принятой зоны действия (z’).
При к. з. вектор сопротивления на зажимах реле z
ометрической сумме вектора сопротивления линии z
повреждения К и сопротивления электрической дуги z
равен ге-
р
до места
к
, которая
д
может возникать в месте к. з. (рис. 5.6, д), т. е.
zр = zK + r
(5.2)
Д
На рис. 5.6, д отрезок ОК изображает вектор сопротивления
линии, равный сопротивлению z
, зоны действия реле; отрезок
к
КВ представляет вектор сопротивления электрической дуги,
имеющей активное сопротивление г
*
. Площадь ОКВС опреде-
д
ляет область, в пределах которой может располагаться вектор
z
при к. з. в различных точках линии, с учетом сопротивления
р
электрической дуги.
111
* Выражение (5.2) справедливо для условий одностороннего
питания мест к. з. (от генератора Г
нии за счет сдвига фаз между токами к. з. от генератора Г
). При двустороннем пита-
m
и Гn
m
вектор АВ будет расположен под углом к оси г. В этом случае
z
= zк + k r,
р
где k— комплексная величина, зависящая от соотношения и
фаз токов, притекающих к точке к. з.
Рис. 5.7- Характеристики срабатывания реле сопротивления
Ненаправленное реле полного сопротивления (рис. 5.7,
а). Уравнение срабатывания реле
Z
= К, (5.3)
с.р
где
К — постоянная величина.
Характеристика этого реле имеет вид окружности с центром
в начале координат и радиусом, равным К. Реле работает при
z
≤ К, при любых углах φр между вектором zр и осью г. Зона
р
действия реле расположена в четырех квадрантах, в том числе
в первом и третьем. Последнее означает, что реле с характеристикой (5.3) работает как ненаправленное реле сопротивления.
112
Направленное реле полного сопротивления z
висящее от угла φ
(рис. 5.7, б). Его характеристика срабаты-
р
, имеет за-
с.р
вания изображается окружностью, проходящей через начало
координат. Сопротивление срабатывания имеет максимальное
значение при
φ
= φ
м. ч
,
р
где
z
— угол максимальной чувствительности реле, при кото-
м.ч
ром
z
с.р = zс.р макс
Зависимость срабатывания этого реле от угла φ
, т. е. равен диаметру окружности ОВ.
может быть
р
представлена уравнением
z
с.р = zс.р макс
cos ( φ
м. ч – φр
) (5.4)
Оно легко получается из рассмотрения треугольника ОВС на
рис. 5.6, 5.7. Реле не работает при z
расположенных в третьем
р ,
квадранте.
Это означает, что оно не может действовать, если мощность
направлена к шинам подстанции. Следовательно, рассмотренное реле является направленным.
Реле со смещенной круговой характеристикой (рис. 5.7,
в). Характеристика реле смещена относительно оси координат
в третий квадрант на величину z”. Поэтому реле не только работает на защищаемой линии, но и захватывает шины А, питающие линию, и часть длины отходящих от них присоединений.
Уравнение смещенной характеристики имеет вид:
Уравнение (5.5) можно получить из рассмотрения треугольника ОО’С.
Как видно из чертежа, геометрическая разность вектора z’ —
z” равна диаметру окружности, отсюда
(5.5)
Из того же чертежа видно, что
(5.5,а)
с учетом
этого
(5.5,б)
113
где С — любая точка окружности;
г — радиус окружности.
Приравнивая левые части уравнений (5.5,а) и (5.5,6), полу-
чаем (5.5).
Реле с эллиптической характеристикой. На рис. 5.7, г изображена характеристика направленного реле, имеющая вид эллипса. Сопротивление срабатывания z
угла φ
и имеет наибольшее значение при φ
м.ч
обычно принимается равным φл. Сопротивление z
такого реле зависит от
с.р
р
= φ
. Угол φ
м. ч
с.р.макс
равно
большей оси эллипса 2а.
Как известно, эллипс является геометрическим местом точек, сумма расстояний которых до фокусов b и d постоянна и
равна большой оси 2а. Зона действия реле заштрихована. По
сравнению с круговой
характеристикой эллиптическая характеристика имеет меньшую рабочую область. Это дает возможность лучше отстроить
реле от качаний и перегрузок.
Реле реактивного сопротивления срабатывает при
Xр = z
с.р
sin φ
р
= Х
= К ,
с.р
где
Х
— постоянная величина, не зависящая от φр.
ср
Характеристика таких реле изображается прямой линией,
параллельной оси r (рис. 5.7, д), отстоящей от нее на расстоянии Х
с.р
= К.
Реле с характеристикой в виде многоугольника.
Подобная характеристика направленных реле сопротивлений
показана на рис. 5.7, е. Сопоставляя эту характеристику с площадью ОКВС на рис. 5.6, д, можно установить, что четырехугольная характеристика реле в большей мере, чем другие характеристики, совпадает с контуром области расположения векторов z
при к. з. и является, с этой точки зрения, наиболее рациональной.
Реле с характеристикой в виде многоугольника сложнее в
конструктивном отношении и имеют пока ограниченное применение.
Пунктиром показан вариант характеристики подобных же
реле в виде многоугольника ОА’ВС’. Такое расширение зоны
реле предусматривается для обеспечения его действия при двустороннем питании к. з. через переходное сопротивление г
114
.
д
м.ч
р
5-5. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕ
СОПРОТИВЛЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
К ИХ КОНСТРУКЦИЯМ
Дистанционные реле могут выполняться на различных
принципах .
До последнего времени значительное распространение имеют электромеханические конструкции на электромагнитном и
особенно индукционном принципе. За последние годы разработаны и внедряются реле с использованием полупроводниковых
приборов. Реле сопротивления на полупроводниках обладают
существенными преимуществами, и постепенно вытесняют
электромеханические конструкции.
Электротехническая промышленность переходит на выпуск
реле сопротивлений только на выпрямленном токе с полупроводниковыми приборами.
Принцип действия всех разновидностей реле сопротивления
основан на сравнении по абсолютному значению или по фазе
двух векторов напряжений U
тока и напряжения сети
I
и Uр . В общем случае
р
и U
1
являющихся функциями
11,
U1 = k1Up + k2 I
U
= k3Up + k4 Ip (5.6)
11
В электромеханических конструкциях сравнение U
p
и U
1
11
осуществляется тремя способами: механическим — путем
сравнения электромагнитных моментов М
ональных соответственно U
средственным сравнением U
2
1
1
ставления магнитного потока Ф
2
и U
и U
; электрическим — непо-
11
и магнитным — путем сопо-
11
≡ U1 с потоком Ф11≡ U11.
1
В реле на полупроводниках напряжения U
и М
э1
1
пропорци-
э11,
и U11 сравнива-
ются с помощью схем сравнения.
Меняя коэффициенты k в выражениях (5.6), можно получать
реле сопротивления с различными характеристиками, изображенными на рис. 5.7, а—г.
Для получения реле с более сложными характеристиками,
изображенными на рис. 5.7, г,е и другими разновидностями ис-
115
пользуется сравнение трех и более электрических величин, также являющихся линейными функциями I
и Uр.
р
Основные требования к параметрам реле сопротивления
сводятся к следующему:
1. Реле сопротивления должны быть быстродействующими, чтобы обеспечить быстрое отключение к. з. в пределах первой зоны. Для этого в сетях 110—500 кВ необходимо иметь —
0,02 ÷ 0,05 с и в сетях 35 кВ с t
=0,1 с.
p
2. Реле сопротивления, выполняющие функции дистанционных органов, должны отличаться точностью z
с тем, чтобы
с.р
зоны действия защит были стабильными. Погрешность в отклонении величины z
от заданной установки zу не должна превы-
с.р
шать 10 %.
З. Пусковые реле сопротивления должны иметь высокий ко-
эффициент возврата:
z
kB =
B
= 1,05 – 1,15
z
с.р
:
5-6. РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА
ВЫПРЯМЛЕННОМ ТОКЕ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ С
ПОМОЩЬЮ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
а) Общие принципы выполнения реле
Реле сопротивления на выпрямленном токе отличаются простотой схемы, малым потреблением мощности и позволяют получать характеристики срабатывания различного вида (окружность, эллипс и др.).
Принцип действия этих реле основан на сравнении абсолютных величин двух напряжений U
случае функцией напряжения и тока сети U
Для получения реле сопротивления в уравнениях (5.6), определяющих значение U
k
= 0, k2 < 0, k4 > 0 и k1 .
3
и U11 необходимо принять коэффициент
1
Тогда подлежащие сравнению напряжения будут связаны с
U
и Ip следующими выражениями:
р
U
= k1 Up – k2 I
1
p
U11 = k4 Ip , (5.7)
и U
1
являющихся в общем
11 ,
и Ip согласно (5.6).
p
116
Сравнение указанных величин U1 и U11 производится так
же, как и в схемах реле мощности, — непосредственным вычитанием одной величины из другой. Для устранения влияния
сдвига фаз сравниваемые напряжения выпрямляются, а затем
выпрямленные величины U
значениям U
и U11 вычитаются друг из друга по схемам.
1
и U11, пропорциональные средним
1
Типовая блок-схема реле сопротивления на сравнении абсолютных значений двух напряжений приведена на рис. 5.8.
Реле состоит из преобразующих (суммирующих) устройств
1 и 2, выпрямителей на полупроводниковых диодах З и 4, схемы
сравнения 5 и реагирующего органа (нуль-индикатора) 6.
К входным зажимам реле подводятся напряжение и ток сети
U
и IВ в суммирующих устройствах 1 и 2 напряжение Uр пре-
1
образующихся с помощью трансформатора в напряжение k
а ток I
жения k
посредством трансреактора превращается в два напря-
p
и k4Ip. Преобразованные величины суммируются со-
2Ip
1Up
гласно (5.7) в результате чего на выходе сумматора образуются
два напряжения:
,
Рис. 5.8- Блок-схема реле сопротивления на выпрямленном токе
U
1 =k1 Up
- k2 Ip и U11= k4 Ip.
Каждое из них выпрямляется с помощью выпрямителей З
и 4, и полученные абсолютные значения /U
выпрямителей (или пропорциональные им токи и /I
/ и /U11/ на выходе
1
/ и /I11/ под-
1
117
водятся к схеме сравнения 5, где вычитаются друг из друга. На
выходе схемы сравнения образует напряжение U
или I
= /I11/ - /I1/, которые подводятся к реагирующему органу
вых
= /U11/ - /U1/
вых
6, обладающему направленностью, т. е. действующему только
при определенном (положительном) знаке подведенного к нему
напряжения или тока.
Полярность включения реагирующего органа подбирается с таким расчетом, чтобы он работал при U
ствовал, если U
U
— тормозным, так как под влиянием U11 реагирующий орган
1
приходит в действие, а от U
< U1 . Напряжение U11 называется рабочим, а
11
— не работает. При выбранной
1
функциональной связи сравниваемых напряжений с U
выражениям (5.7) относительное значение величин U
следовательно, и поведение реле зависят от соотношения U
> U1 и не дей-
11
и Ip и по
р
и U
1
р
11,
и I
а
или, иначе говоря, от zр = Uр / Ip .
В нормальном режиме напряжение U
ному, а ток I
превосходит U
относительно невелик, поэтому U1 =/k1 Up - k2 Ip/
p
=/k4 Ip./ ‚ и реле не работает.
11
При к. з. в зоне действия защиты ток I
жение U
U
и реле приходит в действие. Реагирующий орган может вы-
1
снижается, в результате этого U11 становится больше
p
близко к номиналь-
р
возрастает, а напря-
р
полняться в трех вариантах:
1) с помощью поляризованного или магнитоэлектрического
реле, непосредственно подключенного к зажимам m и n;
2) с помощью тех же реле, включаемых через усилитель на
полупроводниках, работающий в качестве нуль - индикатора, т.
е. реагирующий на знак сигнала;
З) с помощью триггера (бесконтактного реле) на полупроводниках, на выходе которого появляется напряжение в зависимости от знака сигнала.
Общие положения о выполнении реагирующего органа и
остальных элементов блок-схемы.
Если принять в (5.7)
k2 = 0, то U1 = k1 Up и U11 = k4 Ip
в этом случае реле имеет характеристику срабатывания в виде
окружности с центром в начале координат.
При k
ходящую через начало координат. При k
= k4 характеристика превращается в окружность, про-
2
≠ k4 характеристика име-
2
ет вид окружности, смещенной относительно начала координат.
p
118
Таким образом, различные виды реле сопротивления на
основе рассмотренной конструкции можно получить простым
изменением сравниваемых напряжений U
и U11 без принципи-
1
альных изменений схемы реле.
Рассмотрим в качестве примера конкретные схемы направленного и ненаправленного реле сопротивления.
б) Ненаправленное реле сопротивления с круговой
характеристикой
Устройство и принцип действия реле. Два варианта реле
со схемой сравнения на балансе токов и на балансе напряжений
в упрощенном виде показаны на рис. 5.9.
Чтобы получить характеристику срабатывания в виде
окружности с центром в начале координат, к схеме сравнения
реле подводятся два напряжения:
U1 = k1 Up и U11 = k4 Ip (5.8)
Эти напряжения получаются путем преобразования U
и Ip,
p
которые, как показано на рис. 5.9, а, подаются на входные зажимы реле.
С помощью вспомогательного трансформатора напряжения
ТH U
превращается в U1 = k1Up , а ток Ip с помощью транс-
p
реактора ТР преобразуется в напряжение (U
ные таким образом напряжения U
мителям В
1
и В
выполненным по двухполупериодной схеме
2 ,
и U11 подводятся к выпря-
1
= k4 Ip). Получен-
11
на полупроводниковых диодах. Под действием напряжений U
и U
возникают пропорциональные им токи I1= k Up и I11= k″ I
11
которые выпрямляются выпрямителями и замыкаются через реагирующий орган РО. Токораспределение токов I
и I
1
показано
11
на рис. 5.9, а и б. В схеме сравнения на балансе токов реле РО
(рис. 5.9, а) включается параллельно выпрямителям на разность
выпрямленных токов.
В этом случае ток в РО I
=/I11/ —/I1/.
р
Как уже отмечалось, реагирующий орган выполняется с
помощью направленного реле постоянного тока. Он работает,
если /I
/ > /I1/ , и не действует, если =/I11/ < /I1/.
11
Аналогично этому в схеме сравнения на балансе напряжений (рис. 5.9, 6) реле РО работает, если /U
ствует, если /U
/ < /U1/.
11
/ > /U1/. , и не дей-
11
119
1
p,
Условием начала действия реле является равенство /I11/ =/I1/
или /U
/ = /U1/.; первое для схемы на балансе токов, второе —
11
на балансе напряжений.
Рис. 5.9- Ненаправленное реле сопротивления, выполненное с помощью схем
сравнения: в — на балансе токов; б — на балансе напряжений
Выражая токи и напряжения через Up и Ip с учетом (5.9), по-
лучаем уравнения начала срабатывания для обоих реле:
| k4 Ip | = | k1Up | (5.9)
Разделив обе части равенства на k
, найдем zp , при котором
1Iр
реле начнет действовать:
(5.10)
Выражение (5.10) показывает, что реле будет работать при
сопротивлении z
k
/ k1, которое можно рассматривать как абсолютное значение
4
сопротивления зоны /z
бом z
, модуль которого равен /z′/, независимо от его угла и знака.
р
≤ z
величина z
p
c.р
′
/. Это означает, что реле работает при лю-
определяется отношением
с.р
Таким образом, рассмотренное реле действительно является
ненаправленным реле сопротивления, имеющим характеристику срабатывания в виде окружности с центром в начале координат и радиусом, равным | z
Сопротивление срабатывания z
и k
, т. е. изменением коэффициентов трансформации ТП и ТР.
1
Зависимость z
от тока Ip. Условия срабатывания (5.9) явля-
с.р
′| =
k4/k1 (см. рис. 5.7, а).
регулируется изменением k4
с.р
ются идеальными, они не учитывают конечной чувствительности реагирующего органа (нуль-индикатора) РО. В действительности для срабатывания реле необходимо приложить определен-
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]