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
ное избыточное напряжение U0 для преодоления механических
сил сопротивления подвижной системы реагирующего органа
или создания напряжения, необходимого для начала работы бесконтактной релейной схемы на транзисторах (триггера).
С учетом этого для срабатывания реле необходимо выпол-
нить условие
| k4 Iр | = | k1Uр | + | Uo | (5.11)
Разделив все члены равенства на /k
вания, получим:
k
z
4
с.р
=
–
k
1 k4 Iр
Из (5.12 ) следует, что z
|
| U
o
зависит от Iр, во-первых, из-за ко-
с.р
нечной чувствительности реагирующего реле, характеризуемой
напряжением U
и, во-вторых, из-за нелинейности сопротивле-
0
ния выпрямителей в магнитопроводе трансреакторов, в результате которой коэффициенты k
меняются с изменением тока I
Зависимость z
от k1Iр является недостатком конструкции,
с.р
и k4 не остаются постоянными, а
1
.
р
она вызывает непостоянство зоны действия реле , т. е. погрешность в z
.
с.р
Сглаживание пульсации выпрямленного тока. Для сглаживания кривой выпрямленных токов в схеме должны быть
предусмотрены сглаживающие устройства. В данной схеме для
сглаживания тока предусмотрен конденсатор С. Как указывалось, сглаживающие устройства приводят к некоторому замедлению действия реле.
Реле подобного типа со схемой сравнения на балансе токов
и магнитоэлектрическим реле в качестве реагирующего органа
применяется в дистанционной защите ДЗ-1 для сети 35 кВ, разработанной лабораторией Энергосетьпроекта с участием ЧЭТНИИ и выпускаемой ЧЭАЗ.
/ и сделав преобразо-
1Iр
(5.12)
в) Направленное реле сопротивления с круговой
характеристикой
Направленное реле сопротивления показано на рис. 5.10, а.
Реле основано на сравнении абсолютных значений двух напряжений
121
U1 = k1 Up – k2 I
Здесь k
Сравниваемые напряжения U
= k2.
4
p
и U
= k4 Ip (5.13)
11
и U
1
получаются с помощью
11
вспомогательного трансформатора напряжения ТН и двух одинаковых транс реакторов ТР
и ТР2. Вторичные обмотки транс-
1
реакторов замкнуты на активное сопротивление r.
Напряжение сети U
на вторичную сторону, образуя напряжение k
ся коэффициентом трансформации ТН
Ток сети I
ТР
и наводит во вторичной обмотке каждого из них э. д. с. E
2
= jkI
, пропорциональную току Ip и сдвинутую от него на 900
p
питает первичные цепи транс реакторов ТР1 и
p
подводится к ТН1 и трансформируется
p
.
1
, где k1 являет-
1 Up
(рис. 5.10, б).
Под действием э. д. с. в контуре вторичной обмотки возникает ток I≡ Е ≡I
, отстающий от Е на угол δ, определяемый со-
p
отношением х и г контура. Напряжение на вторичных зажимах
транс реактора U = Ir, с учетом что I ≡ I
, Ú=k2 Ip. Здесь k2—
p
комплексная величина, имеющая размерность сопротивления и
зависящая от параметров трансреактора.
Вторичные обмотки ТH
и ТР1 соединяются между собой
1
встречно (рис. 5.10, а), так чтобы на выходных зажимах образовалось напряжение Ú
1=k1 Úp
получается с зажимов вторичной обмотки ТР
подводится к двухполупериодному выпрямителю В
прямителю В
.
2
- k2 Ip. Напряжение Ú
. Напряжение U1
2
, а U11 к вы-
1
= k2 Ip.
11
Выпрямленные напряжения сопоставляются по величине
с помощью схемы сравнения на балансе токов или балансе
напряжения.
На рис. 5.10, а показана схема на балансе напряжения.
В качестве реагирующего органа РО используются высокочувствительные магнитоэлектрические реле или нульиндикатор на полупроводниках с поляризованным реле на выходе. Сглаживание кривой выпрямленных напряжений и токов
осуществляется конденсатором или фильтром, запирающим
путь переменной составляющей в обмотку реле РО.
122
Рис. 5.10- Направленное реле сопротивления со схемой сравнения на балансе
напряжений:
а — схема реле; б — векторная диаграмма транс реактора;
в — характеристика реле, φ
г — схема, поясняющая работу реле; д — векторная диаграмма ТН
— угол между ź и осью г;
м.ч
2
Как видно из схемы, напряжения /Ú
ими токи /I
/ и /I11/ направлены в контуре реле РО навстречу
1
/ и /Ú11/, создаваемые
1
друг другу.
Поэтому напряжение на зажимах mn реагирующего органа
Ú
Реле срабатывает, если /Ú
реле характеризуются уравнением /Ú
| k2 Ip| – | k1Ú p – k2 Ip |.
PO =
/ > /Ú11/. Условия начала работы
1
1
| k2 Ip| = | k1 Up – k2 Ip | (5.14)
/ = /Ú11/ или
123
Условия работы подобного реле на балансе токов аналогичны
и выражаются таким же уравнением, так как I
Разделив все члены выражения (5.14) на k
k2 / k1 = z’/2 и учтя, что z
срабатывания (5.14), является z
=Up/Ip удовлетворяющее условию
p
получим:
c.р
≡ U1 , a I11 ≡ U11.
1
и Ip, приняв, что
1
Уравнение (5.15) является уравнением окружности, проходящей через начало координат, с диаметром z’ (см. рис. 5.10, в).
В этом можно убедиться, сопоставив уравнение (5.15) с (5.5)
и приняв в последнем z” = 0.
Следовательно, рассмотренное реле является направленным
реле сопротивления.
(5.15)
Как уже отмечалось, у реле с такой характеристикой z
висит от величины φ
При φ
=φ
р
м.ч
, где φ
.
р
— угол сопротивления z’, z
м.ч
= z’ и име-
с.р
ет максимальное значение. При всех других значениях φ
и определяется из выражения z
= z1 cos (φ
с.р
м.ч
- φр).
р zс.р
с.р
< z1
за-
Последнее вытекает из рис. 5.10, в. Поскольку
k
z’ = 2
величина z’ и z
е. коэффициентами трансформации (числом витков) ТH
Угол φ
2
(5.16)
k
1
может регулироваться изменением k1 и k2, т.
с.р
определяется параметрами трансреактора ТP1 и ТР2
м.ч
и ТР.
1
и может регулироваться изменением сопротивления r. Обычно
φ
принимается равным углу сопротивления защищаемой ли-
м.ч
нии и колеблется в пределах от 60 до 80°.
Выше аналитическим методом было показано, что рассмотренное реле является направленным реле сопротивления. То
же самое можно показать, исходя из физической картины зависимости величин I
1
и I
или U1 ) и от местоположения точки
11 (U11
к. з. (рис. 5.10, г).
Действительно, реле работает при
|U11| > | U1|
124
или | I
z
| > | I
p
2 2
p zp
– I
z
|
p
сократив обе части на I
| z’ | > | zp –
2 2
z’
|
получим условие работы
p,
где zp — сопротивление до точки к. з. Рассмотрим более про-
стой случай, когда φ
При этом векторы z
батывания преобразуется в выражение z
При к. з. на участке АВ (точка К
работать, так как при этом /Ú
При к. з. за точкой В (в К
поскольку при этом /Ú
При к. з. до точки А (в К
реле опять не действует, так как /Ú
Приведенный анализ показывает, что соотношение /U
U
/ при выбранной функциональной связи по выражению (5.8)
1
=φ
.
p
м.ч
и z’ совпадают по фазе, и условие сра-
p
/ > /Ú11/.
1
/ > /Ú1/.
11
) zp > z’, значит реле не действует,
2
) zp отрицательно, в этом случае
3
≤ z’.
p
) zp < z‘, поэтому реле будет
1
/ > /Ú11/. .
1
11
/ и /
зависит от местоположения к. з.
Устранение мертвой зоны. Для устранения мертвой зоны
в рабочий и тормозной контур реле вводится одинаковая э. д. с.
«памяти» Е
Первичная обмотка ТН
, создаваемая трансформатором ТН2.
п
питается напряжением Uп сети и с
2
помощью емкости С настроена в резонанс при f = 50 Гц. Схема
включения ТН
но совпадает по фазе с U
на напряжение сети выбрана так, что Еп пример-
2
, это видно из векторной диаграммы
р
на рис. 5.10, г.
Для этого на вход ТН
димой к ТН
. Например, если Uр = U
1
подается напряжение фазы, не подво-
2
, то Uп = U
АВ
с
Тогда при близких двухфазных к. з., вызывающих, снижения
U
до нуля, напряжение третьей неповрежденной фазы, подве-
р
денное к ТН
напряжения, обусловленного э. д. с. Е
сохраняется и обеспечивает работу реле за счет
2
.
п
При трехфазных к. з. все напряжения падают до нуля. В
этом случае э. д. с. Е
поддерживается некоторое время за счет
п
разряда конденсатора С.
В течение времени разряда конденсатора э. д. с. «памяти»
создает ток в обоих контурах, обеспечивая работу реле. Чтобы
свести к минимуму искажающее влияние Е
этой э. д. с. берется не больше 3—5 % нормального значения U
на z
п
величина
с.р
р
125
.
По рассмотренной схеме на балансе напряжений с магнитоэлектрическим реле на выходе завод ЧЭАЗ выпускает реле
сопротивления типа КРС-1.
Для упрощения анализа условие срабатывания (5.14) составлено без учета конечной чувствительности реагирующего
органа РО.
С учетом этого условие срабатывания реле примет вид /U
U
/+/ U0/, где U0 — наименьшее напряжение, которое нужно по-
1
дать в рабочую цепь (выпрямитель В
ствие реле, при условии, что U
= 0.
1
Как и в предыдущем случае, напряжение U
рую зависимость z
от тока Ip.
c.р
) для приведения в дей-
2
создает некото-
0
11
/=/
г). Направленное реле сопротивления с эллиптической
характеристикой
Реле, построенное на сравнении величин трех напряжений.
Общий принцип выполнения реле представлен на рис. 5.11.
К реле подводятся три напряжения: рабочее U
мозных U
= Uр – ź Iр и U
т
11
= Uр - ź″ Iр. Токи, создаваемые каждым
т
= 2аIр и два тор-
раб
из этих напряжений, суммируются и с помощью схемы сравнения сопоставляются с рабочим током. В качестве реагирующего
органа РО служит нуль-индикатор.
Ток в реагирующем органе I
=/I
р
раб
/-/ I
/. Пограничным
торм
условием начала работы реле является равенство
Iр = |I
раб
| – |I
| = 0 (5.17)
торм
Имея в виду, что токи пропорциональны создающим их напряжениям, заменим I
раб
и I
соответствующими напряжения-
торм
ми, тогда уравнение срабатывания (5.17) примет вид:
2aIр = |Uр – ź Iр | + |Uр - ź″ Iр|
Деля все члены этого уравнения на Iр и заменяя Up Iр на z
получаем:
| z
– ź | + | z
c.р
Найденное уравнение срабатывания совпадает с (5.6) и является уравнением эллипса, проходящего через начало координат
с большей осью, равной 2а.
Сопротивления z′ и z″ являются векторами, определяющими положение фокусов эллипса.
126
– z″ = 2a
c.р
,
с.р
Рассмотренный способ выполнения реле с эллиптической
характеристикой относительно сложен.
Ниже приводится более простое выполнение реле с эллип-
тической характеристикой.
Рис. 5.11- Направленное реле сопротивления с эллиптической
характеристикой, на сравнении трех напряжений
д). Реле на сравнении величин двух напряжений
с использованием переменной составляющей
выпрямленных напряжений (или токов)
Реле выполняется так же, как и рассмотренные выше направленные реле сопротивления с круговой характеристикой
(рис. 5.10).
Отличительными особенностями конструкции, позволяющими получить вместо круговой эллиптическую характеристику, являются:
1) использование переменной составляющей выпрямленного тока, в связи с чем пульсация последнего не сглаживается, а,
наоборот, сохраняется;
2) применение в качестве реагирующего органа нульиндикатора замедленного действия.
Упрощенная схема такого реле показана на рис. 5.12.
К реле подводятся два напряжения: U
= Uр – ź Iр и U11 = Uр – ź Iр .
1
Первое является тормозным, а второе – рабочим.
Схема сравнения их величин может выполняться на балансе
токов или, как показано на рис. 5.1, на балансе напряжений. В
последнем случае напряжение на выходе схемы
U
mn
= | Ú
– | Ú1 | .
11 |
(5.18)
127
Это напряжение подводится к зажимам нуль-индикатора, ра-
ботающего с выдержкой времени t = 0,01 с.
Рис. 5.12- Реле с эллиптической характеристикой, основанное на
использовании переменной составляющей выпрямленного тока
Выходное напряжение. В схеме не предусматривается сглаживающего устройства, поэтому выпрямленные напряжения /
U
/ и /U11/ и выходное напряжение Umn, имеют пульсирующий
1
характер (рис. 5.13, а и б) и состоят из постоянной и переменной слагающих.
Из схемы сравнения и выражения (5.18) следует, что постоянная составляющая выходного напряжения U
, равна раз-
mn
ности постоянных составляющих сравниваемых напряжений /
U
/ И / U1/:
11
U
= | Ú11| _ – | Ú1|
mn_
а переменная составляющая U
разности переменных слагающих / U
U
= | Ú11|~ – | Ú1|
mn~
.
_
.
~
(5.18,а)
mn (Umn~
/~ и / U1/~:
11
) —геометрической
(5.18,б)
Как видно из (5.18,а), величина постоянной составляющей
выходного напряжения U
чений U
и U1, которыми определяются величины их постоян-
11
, зависит только от абсолютных зна-
mn
ных слагающих.
128
Величина же переменной слагающей Umn, определяемая гео-
метрической разностью составляющих ,
|
Ú
11|~
и |
Ú
1|~
зависит
как от величины этих составляющих, так и от сдвига фаз δ׳
между ними.
Величины / U
величиной сравниваемых напряжений U
/~ и / U1/~ в свою очередь определяются
11
и U1 , а δ׳ углом δ
11
между ними, поэтому переменная составляющая на входе нульиндикатора в конечном счете зависит от величины и сдвига фаз
между сравниваемыми напряжениями U
и U1.
11
Переменная слагающая выпрямленного напряжения приближенно равна его второй гармонике, и имеет поэтому в 2 раза
большую частоту по сравнению с выпрямляемым напряжением. В результате этого при δ = ωt δ׳ =2 ωt . т.е. δ׳ = 2 δ.
При δ= 0 или 180° δ׳ = 0 или 360°, в этом случае переменные
составляющие / U
/~ и / U1/~ совпадают по фазе и направле-
11
ны в контуре схемы сравнения встречно, поэтому напряжение
U
равно арифметической разности их абсолютных значений
mn
и имеет наименьшую, чем при других значениях δ, величину.
Рис. 5.13- Напряжение Umn на входе нуль-индикатора и его составляющие
(постоянная U
— и переменная Umn~ ) при различных углах δ сдвига
mn
и U
1
11
129
При δ = 90 или 270° δ׳ = 180 или 5400 переменные составляющие / U
контуре схемы сравнения в одну сторону, вследствие чего U
равно арифметической сумме / U
ременная слагающая U
/~ и / U1/~ противоположны по фазе и направлены в
11
/~ и / U1/~. В этом случае пе-
~ на зажимах нуль-индикатора имеет
mn
11
mn
~
максимальное значение.
При δ > 0, но меньше 90°, δ׳ > 0, но меньше 180
U
равно геометрической разности / U11/~ и / U1/~ и имеет про-
mn
0
напряжение
межуточное (между максимальным и минимальным) значение.
Из сказанного следует, что величины U
~ и Umn, результи-
mn
рующего есть функция угла δ.
Условия срабатывания реле. Время действия нульиндикатора t
принято равным периоду, переменной слага-
ни
ющей 100 Гц (который равен 0,01 с). При таком исполнении
нуль-индикатор может сработать только в случае, если U
=U
mn- -Umn~
действия нуль-индикатора t
имеет положительное значение в течение времени
= 0,01 с (кривая I на рис. 5.13, г).
ни
mn
Следовательно, для срабатывания рассматриваемого реле
необходимо выполнить два условия:
первое, как обычно для реле на сравнении двух величин,
| Ú
11 |
≥ | Ú1 |
(5.19)
и второе, обусловленное замедлением нуль-индикатора,
t
вых.пол
≥ t
= 0,01 сек ,
ни
(5.19,а)
где
t — продолжительность непрерывного положительного импульса выходного напряжения U
mn
.
Графически условия срабатывания показаны на рис. 5.13, г.
Кривая I напряжения U
так как при этом t
кривой I , t
вых.пол
увеличивается и условия работы реле улучша-
вых.пол.
ются, если же кривая U
(5.19,a) не выполняется t
Поскольку U
mn
=U
, соответствует началу работы реле,
mn
= tни. Если кривая Umn, расположена выше
, окажется ниже (кривая 2), то условие
mn
< tни и реле работать не будет.
вых.пол
mn- -Umn~
, то для обеспечения пограничных
(начальных) условий действия реле необходимо иметь такое
преобладание U
над U1, при котором синусоида U
11
mn~
займет
предельное положение, совпадающее с кривой 1 на рис. 5.13, г.
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]