11.Полупроводниковые реле

Схемы подключения

Исполнение с напряжением управления постоянного (DC) тока

Исполнение с напряжением управления переменного (AC) тока

Полупроводниковые реле. Логические органы полупроводниковых реле.

Полупроводниковые реле.

Полупроводниковые реле и схемы автоматики - это релейная защита и автоматика нового, второго поколения.

Элементная база этих реле – диоды, транзисторы и интегральные микросхемы. В виде интегральных микросхем выполняются операционные усилители, компараторы, счетчики, дешифраторы и т.д.

В зависимости от функционального назначения интегральные микросхемы делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговые микросхемы преобразуют непрерывные сигналы. К ним относят, например, операционные усилители.

Цифровые микросхемы преобразуют и обрабатывают дискретные сигналы. На их основе выполняют логическую часть РЗиА.

Использование полупроводниковой элементной базы в устройствах РЗиА повышает их быстродействие, уменьшает массу и габариты. Значительно уменьшает потребляемую мощность. Из-за отсутствия движущихся частей и контактной системы полупроводниковые реле более надежны.

Недостаток – зависимость их характеристик и параметров от температуры.

Этот недостаток устраняется конструктивными и схемными решениями.

Логические органы полупроводниковых реле.

1. Комбинационные логические элементы. И, ИЛИ, НЕ.

2. Логический элемент времени. Используется для создании выдержки времени. Для создания выдержки времени используется процесс заряда или разряда конденсатора.

При отсутствии сигнала на входе переход ЭБ открыт. Через него проходит прямой ток. Поэтому транзистор открыт и конденсатор С закорочен. К диоду VD приложено обратное напряжение и он закрыт. Сигнал на выходе равен 0. На входе появляется Uвх. Транзистор закрывается и конденсатор заряжается. После его заряда диод VD открывается и замыкает цепь выхода. Возникает ток Iвых и напряжение Uвых на резисторе Rн. Выдержка времени равна времени от подачи Uвх до возникновения сигнала на выходе. Iвых, U вых.

Схема элемента времени.

3. Триггер.

4. Триггер со счетным входом.

5. Одновибратор. Это элемент с одним устойчивым и одним неустойчивым состоянием. При подаче внешнего сигнала одновибратор переходит в неустойчивое состояние. Затем по истечении заданной выдержки времени возвращается в устойчивое состояние. Может использоваться, например, в качестве расширителя импульсов.

6. Мультивибратор. Мультивибратор, как и триггер имеет два устойчивых состояния, но переход из одного в другое происходит без внешних воздействий. Используется в качестве генератора прямоугольных импульсов.

7. Блокинг-генератор. Применяется для получения кратковременных импульсов. Может работать как в ждущем режиме (посторонний запуск), так и в режиме автоколебаний.

17. Характеристики срабатывания реле сопротивления и их изображение на комплексной плоскости

Использование комплексной плоскости для изображения характеристик PC. Сопротивление является комплексной величиной, поэтому характеристики срабатывания PC Zcp (Zp, φр)и сопротивления на их зажимах Zp удобно изображать на комплексной плоскости в осях R, jX (рис.11.13). В этом случае по оси вещественных величин откладываются активные сопротивления R, а по оси мнимых величин — реактивные сопротивления X. Полное сопротивление на зажимах реле Zp = Up/Ip может быть выражено через активные и реактивные составляющие в виде комплексного числа Zp = Rp + jXp = Zpejφ и изображено в осях R, jX вектором с координатами Rp и jXp (рис.11.13, а). Величина этого вектора характеризуется модулем , а его направление — углом φр, который определяется соотношением Хр и Rp, поскольку tg φр = Xp/Rp. На рис.11.13, б видно, что угол φр равен углу сдвига фаз между векторами тока Ip и напряжения Up, следовательно, можно считать, что на комплексной плоскости вектор Ip совпадает с осью положительных сопротивлений R, а напряжение Up — с вектором Zp . Любой участок сети, например W1 (рис.11.13, е), можно представить в осях R, jX вектором ZAB=ZW1 имея в виду, что каждая точка ЛЭП характеризуется определенными сопротивлениями RW1 и XW1. Если сопротивление всех участков сети имеет один и тот же угол , то их геометрическое место на комплексной плоскости изображается в виде прямой, смещенной относительно оси R на угол φл (рис.11.13, г). Начало защищаемой ЛЭП, где установлена рассматриваемая ДЗ А, совмещается с началом координат (рис.11.13, в, г). Координаты всех участков сети, попадающих в зону ДЗ А, считаются положительными и располагаются в I квадранте комплексной плоскости (рис.11.13, г). Координаты участков сети, расположенные на рис.11.13, в слева от точки А, считаются отрицательными и располагаются в III квадранте. Сопротивление линии W1 показано на диаграмме отрезком АВ, W2 — отрезком ВС и W3 — отрезком AD. Сопротивление Zр.к от места установки ДЗ до точки К изображено отрезком АК под углом φк = φл к оси R (рис.11.13, в, г). Если КЗ произошло через электрическую дугу, имеющую активное сопротивление R, то сопротивление до места КЗ будет изображаться вектором АК', равным геометрической сумме векторов Zк и Rд (рис.11.13, д):

Исследования показали, что значение Rд пропорционально длине дуги lд, м, и тем меньше, чем больше ток КЗ Iк, А:

Rд=КIд/Iк

где К — постоянная величина, равная 1200-1500.

С учетом этого на рис. 11.13, д сопротивление RД при КЗ в начале ЛЭП показано меньшим, чем в конце, поскольку Iк в первом случае всегда больше, чем во втором. Вектор сопротивления при нагрузке Zpa6 min, показан на рис.11.13, г расположенным под углом φн < φк.

Графическое изображение характеристик срабатывания реле.

Характеристики срабатывания основных типов PC, изображенные на рис.11.14, представляют собой геометрическое место точек, удовлетворяющих условию Zp = Zc.p. Заштрихованная часть характеристики, где Zp ≤ Zc.p, соответствует области действия реле. При Zp, выходящих за пределы заштрихованной части, т.е. при Zp > Zc.p, реле не работает.

Характеристика срабатывания реле должна обеспечивать работу реле при КЗ в пределах принятой зоны действия (Z'). С учетом сопротивления электрической дуги вектор Zp = Zк + Rд может располагаться при КЗ на защищаемом участке ЛЭП в пределах площади четырехугольника 0КК'К", показанного на рис.11.13, а. Действие реле при КЗ будет обеспечено, если характеристики срабатывания реле, показанные на рис.11.14, будут охватывать область комплексной плоскости, в которой может находиться вектор сопротивления Zp при КЗ на ЛЭП (площадь 0КК'К" на рис.11.13, д). Однако область срабатывания PC имеет ограничения: реле не должно действовать при сопротивлении нагрузки (при Zpa6 min) и при качаниях. Для этого векторы Zpa6 min и Zкaч должны располагаться за пределами области срабатывания реле, т.е. должно соблюдаться условие Zc.p < Zpa6 min и по возможности Zc.p < Zкaч.