Релейная защита

 

 
В зависимости от конструкции и  класса точности ТТ значение номинальной  нагрузки находится в пределах от 2,5 до 100 В • А. При токе I1 > 1,2 IномТТ погрешности ТТ выходят за пределы, установленные для данного класса. Следует отметить, что класс точности не может служить основанием для выбора ТТ, питающих РЗ, так как предусматриваемые им погрешности имеют место при номинальных токах, в диапазоне которых РЗ не работает. Для РЗ, исходя из указанных выше требований к погрешностям ТТ, заводы, изготавливающие ТТ, должны согласно ГОСТ 7746-68 давать в своих информационных материалах кривые предельной кратности К10для ТТ класса Р. Эти кривые представляют собой зависимость предельной максимальной кратности первичного тока К10=I1max/IномТТ от сопротивления нагрузки Zн с cos φ. = 0,8, при которых полная погрешность ε = 10%. Характер подобной зависимости приведен на рис.3.5, а. Пользуясь такой кривой, можно, задаваясь определенным значением Zн, определять допустимую кратность первичного тока К10, при которой ε (Iнам) не превосходит 10% найденного К10, или, задаваясь значением К10, определять допустимое значение Zн, при котором ε ≤ 10%. 
 
При предельной кратности К10 и нагрузке Zн, соответствующей любой точке кривой К10 = f(Zн), ТТ работают на перегибе характеристики намагничивания в точке H (рис. 3.6), т.е. вблизи начала насыщения магнитопровода. Соответствующий этой точке ток Iнаc и является указанным выше предельным максимальным током.  

 
На рис.3.5, б приведена характеристика предельной кратности ТТ типа ТФЗМ 110 OБ-IV-5-88 вторичной обмотки класса точности 10Р для разных К10[27].  
 
Аналогичные характеристики заводы, производящие ТТ, представляют и для других классов обмоток. Эти характеристики при необходимости могут использоваться для оценки нагрузки на ТТ и значений токов, при которых погрешность ТТ не превышает 10%.

 

называемые магнитными ТТ (МТТ). Вторичная обмотка МТТ  располагается вдали от токоведущих  частей на стальном сердечнике и не требует специальной изоляции от высокого напряжения. Первичный ток, протекая по проводу защищаемого  объекта, создает магнитное поле. Часть силовых линий этого поля замыкается по сердечнику МТТ, индуцируя ЭДС Е2. Размеры и стоимость такого устройства значительно меньше, чем у обычных ТТ, но его мощность невелика (примерно 0,5 Вт).  
 
Для уменьшения влияния помех в ОРГРЭС разработаны магнитные ТТ с дифференциальными датчиками типа ТВМ. Подобные ТТ представляют собой стальной сердечник П-образной формы с двумя одинаковыми, соединенными встречно-последовательно обмотками 1 и 2, надетыми на полюсы сердечника (рис.3.24, б).

 

 

 
Проекция провода фазы А, для контроля за которым предназначен изображенный на рис.3.24, б датчик, находится в центре сердечника. Магнитный поток ФА,пропорциональный току IА,проходит по полюсам сердечника в противоположных направлениях. При этом, поскольку обмотки ТВМ соединены встречно, ЭДС обеих обмоток суммируются арифметически: ЭДС ЕАравна удвоенной ЭДС каждой обмотки.  
 
Магнитные потоки, создаваемые токами других фаз (например, Ф'Ви Ф''В,пропорциональные току IB),проходят по полюсам ТВМ в одном направлении, и индуцируемые ими ЭДС в обмотках вычитаются. Благодаря этому уменьшаются помехи, создаваемые в ТВМ токами соседних фаз. Трансформаторы ТВМ устанавливаются на разъединителях или отделителях высокого напряжения и крепятся с помощью фиксаторов из немагнитного материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.3. Реле сопротивления на выпрямляемом токе, выполняемые с помощью полупроводниковых приборов.

3.1.Элементные базы изготовления реле сопротивления (далее PC).

 Первоначально  PC, как и другие виды реле, выполнялись  на электромеханических элементах  главным образом на индукционном  принципе. С развитием полупроводниковой  техники получили широкое применение  статические конструкции PC сначала  на полупроводниковых приборах, выполняемые из отдельных (дискретных) элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов.

В 70-х годах отечественная  промышленность перешла на выпуск PC только на выпрямленном токе с использованием дискретных полупроводниковых приборов. В связи с развитием микроэлектронной техники на базе интегральных микросхем (ИМС) последние стали применяться  в качестве новой элементной базы при построении PC. Использование  ИМС, а также элементов вычислительной техники открыло пути дальнейшего  совершенствования характеристик  и параметров ИО ДЗ. Появилась возможность  уменьшения габаритов, потребления, выполнения PC с характеристиками сложной формы, а также повышения надежности реле, в частности за счет внедрения  автоматических схем непрерывного контроля исправности измерительных и  логических элементов ДЗ. Отечественная  промышленность в 80-х годах начала выпуск PC с улучшенными параметрами  на интегральных операционных усилителях. Значительные успехи в широком применении сверхбольших ИМС (СБИМС) и создании на их основе микропроцессоров и микроЭВМ позволяют приступить и в нашей  стране к применению дистанционных  защит на микропроцессорной базе. Разработка и изготовление таких  отечественных РЗ уже начаты [20,21].

Принципы выполнения статических PC. Все разновидности PC основаны на сравнении абсолютных значений или фаз двух или нескольких электрических величин. Эти величины представляют собой синусоидальные напряжения U₁U₂, ..., U_n [U₁ = U_1msinωt, U₂ = U_2msin(ωt + φ₂) и т.д.]. Каждое из них является линейной функцией напряжения U_р и тока I_р, измеряемых в месте установки РЗ. Сравниваемые напряжения образуются из U_рк I_pпо выражениям, аналогичным:

Коэффициенты K_U1 – K_Un (11.14) являются постоянными величинами. Их значения определяют форму и уставки характеристики срабатывания. Коэффициенты K_I1 – K_In представляют собой комплексы, имеющие размерность сопротивлений, а K_U1 – K_Un— действительные числа.

Реле сопротивления  с характеристиками срабатывания в  виде окружности, эллипса (овала) и прямой линии (рис.11.14, а-г, ж) выполняются по принципу сравнения двух напряжений U₁ и U₂ по (11.14). Для получения реле с характеристикой в форме треугольника или четырехугольника (рис.11.14, е, д) производится сравнение трех или четырех напряжений U₁, U₂, U₃, U₄.

Напряжение U₁ – U_n целесообразно выразить через сопротивления Z_p, поскольку поведение PC зависит от их значений. Для этого следует преобразовать правую часть уравнений (11.14), вынеся за скобки I_р и коэффициент К_U при U_р, тогда с учетом того, что U_p= I_pZ_p, получим:

Здесь принято, что Z₁= - (K_I1 / K_U1), ... Z_n= - (K_In / K_Un). Сопротивления Z₁ и Z_n являются постоянными комплексными величинами, определяющими форму характеристики и уставки срабатывания реле.

Реле сопротивления  на полупроводниковых элементах  выполняются на сравнении абсолютных значений и на сравнении фаз. Последние  более быстродействующие (они могут  срабатывать в течение полупериода  промышленной частоты, т.е. с t ≈ 0,01 с) и проще в исполнении. Поэтому PC, построенные на сравнении фаз, находят все более широкое применение. Ниже рассмотрены принципы построения PC обоих видов.

3.2.Общая структурная схема дистанционного органа.

 Реле сопротивления,  выполняющие функции ДО, построенные  на сравнении фаз или абсолютных  значений электрических величин,  выполненные на полупроводниках  в виде дискретных элементов  или ИМС, имеют одинаковую структурную  схему (рис.11.15). Рассматривается  общий случай сравнения n напряжений U₁ – U_n, образованных по (11.14). Реле состоит из четырех частей: 1 — преобразователей напряжения П_U (ПТН) и тока П_I (ПТТ или ПТР); 2 — устройств формирования сравниваемых напряжений УФ; 3 — устройства УС,осуществляющего сравнение электрических величин по абсолютному значению или по фазе; 4 — реагирующего и исполнительного органа РО.

Риc. 11.15. Структурная схема полупроводникового реле сопротивления.

Напряжение U_p и ток I_р от измерительных ТТ и ТН подводятся к П_Uи П_I, которые преобразуют исходные величины U_p, и I_р в пропорциональные им напряжения: U_н = К_UU_р и U_т = K_II_p. Эти напряжения по (11.14 а) подаются к формирователям УФ. Каждый формирователь представляет собой сумматор, преобразующий входные напряжения в сравниваемые величины по (11.14) и осуществляющий их суммирование. Например, в сумматоре п образуется два напряжения К_UnU_р и K_InI_p, они суммируются, и на выходе УФ появляется напряжение U_n = К_Un>U_р + K_InI_pпо (11.14). Аналогично образуются напряжения на выходе остальных сумматоров. В зависимости от принципа работы PC в состав устройства формирования могут входить выпрямители синусоидальных величин, получаемых от преобразователей U_pи ток I_р, и частотные фильтры, подавляющие токи высших гармоник. Напряжения U₁ – U_n с выхода УФ поступают на вход схемы сравнения УС. Здесь производится их сравнение по модулю или по фазе в соответствии с заданным условием (алгоритмом) срабатывания PC. В результате на выходе УС появляется напряжение U_вых, значение или знак которого зависит от соотношения абсолютных значений или от фаз сравниваемых величин. Выходной сигнал поступает на РО. При определенных значениях амплитуд или фаз сравниваемых напряжений, соответствующих повреждению в зоне действия PC, на выходе РО появляется сигнал о срабатывании реле в виде U_вых > I_c.p.

3.3. РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ДИОДНЫХ СХЕМАХ      СРАВНЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.

Принципы выполнения.

 Полупроводниковые  PC, основанные на сравнении абсолютных  значений двух электрических  величин, обычно выполняются посредством  сравнения этих величин после  их выпрямления диодными выпрямителями.  В качестве сравниваемых величин  служат напряжения U₁ и U₂, образованные из U_p и I_р по (11.14). Принцип устройства и работы PC, построенных на сравнении двух выпрямленных напряжений, поясняется схемой на рис.11.16, уточняющей схему на рис.11.15 в части выполнения структуры УФ и схемы сравнения. Реле состоит из суммирующих устройств 1 и 2, формирующих напряжения U₁ и U₂ по (11.14), двухполупериодных выпрямителей на полупроводниковых диодах 3 и 4, образующих схему сравнения 5 на балансе напряжений или токов, и реагирующего органа 6, выдающего сигнал о срабатывании PC .

Входные сигналы U_p и I_р поступают на входные блоки 1 и 2 (рис.11.16). Эти блоки преобразуют U_p и I_р в пропорциональные им синусоидальные напряжения К_UU_p и K_II_p и производят их геометрическое сложение. В результате на выходе блоков 1 и 2 появляются два синусоидальных напряжения U₁ и U₂. Каждое из них выпрямляется диодными выпрямителями 3 и 4. Напряжения |U₁| и |U₂|, полученные на выходе выпрямителей (или пропорциональные им токи |I₁| и |I₂|), подводятся к схеме сравнения 5, где вычитаются один из другого. На выходе схемы сравнения образуется напряжение |U_вых| = |U₁| – |U₂| или ток |I_вых| = |I₁| – |I₂|, которые поступают на вход РО 6, выполненного в виде нуль-индикатора (НИ), реагирующего на знак U_вых. При |U₁| > |U₂| напряжение U_вых имеет положительный знак, и РО срабатывает.

 

Рис. 11.16 Функциональная схема реле сопротивления на выпрямленном токе.

В нормальном режиме напряжение U_p равно номинальному, а ток I_р равен току нагрузки. Он сравнительно мал, поэтому U₂ = |K_U2U_p – K_I2I_p| превосходит U_l = |K_I1I_p| и PC не работает. При КЗ в зоне действия реле ток I_р возрастает, а напряжение U_р снижается, в результате U₁ становится больше U₂, и PC приходит в действие. При КЗ за пределами зоны (хотя ток I_p увеличивается, U_р – уменьшается) параметры схемы PC и уставки подобраны так, чтобы напряжение U₂ превосходило U₁, поэтому PC не может сработать. Напряжение U₁ называется рабочим, поскольку под его воздействием PC срабатывает, а напряжение — противодействующее срабатыванию, U₂ — тормозным.

Таким образом, поведение  реле, построенных по рассмотренной  функциональной схеме, зависит от соотношения  значений сравниваемых напряжений U₁ и U₂: реле срабатывает, если U_l > U₂, и не действует, если U_l < U₂. По этой схеме можно выполнить PC с характеристиками срабатывания в виде окружности, проходящей через начало координат, окружности с центром в начале координат или смещенной относительно него в I либо III квадрант комплексной плоскости, как показано на рис.11.14, а-в. На базе этой же схемы можно получить PC с эллиптической характеристикой (в виде овала). Реле сопротивления, построенные на подобном принципе, используются в ДЗ панели типа ЭПЗ-1636, выпускаемой ЧЭАЗ, и широко применяются в отечественных энергосистемах (так как более 90% ДЗ еще находятся в эксплуатации), поэтому ниже на рис.11.17 и 11.18 кратко рассматриваются конкретные схемы этих PC.

 

 
Направленное PC с круговой характеристикой срабатывания (рис.11.17, б) основано на сравнении двух напряжений U₁ и U₂, образованных по (11.14), в которых для получения характеристики срабатывания в виде окружности, проходящей через начало координат, принято, что K_Ul = 0, а при I_р коэффициент К_I1 = К_I2 = – К_I. С учетом этого выражения сравниваемых величин имеют следующий вид:

U₁ = K_II_p; U₂ = K_uU_p - K_II_p (11.15)

Сравниваемые напряжения: рабочее U₁ (действующее на срабатывание) и тормозное U₂ (ему противодействующее) формируются преобразователями (тока I_р и напряжения U_p) и сумматором, состоящим из вспомогательного трансформатора напряжения TV1 и трансреактора TAV1 с двумя первичными w1 и вторичными w2 обмотками. Обе пары первичных и вторичных обмоток TAV1 имеют одинаковое число витков. Каждая вторичная обмотка замкнута на одинаковые активные сопротивления R9, R11 или R10, R12. Примем, что рассматриваемое PC включено на U_AB I_р = I_A – I_B (Реле, включенные на фазы ВС и СА, выполняются аналогично). Напряжение U_p трансформируется на вторичную сторону TV1, образуя напряжение К_UU_р, где К_U — коэффициент трансформации TV1. Под действием токов I_A и I_B в каждой вторичной обмотке трансреактора TAV1 индуцируются одинаковые ЭДС Е = –jK_II_p, пропорциональные разности первичных токов, сдвинутые от него на 90° (рис.11.17, в). Под действием ЭДС Е в контурах вторичных обмоток возникают одинаковые токи I_т = E/(R + jX) = I_р, отстающие от Е на угол δ, определяемый отношением X и R вторичного контура. Напряжения U'₂ = U''₂ = I_тR_т сдвинуты относительно ЭДС E на угол δ, так же как и ток I_т (рис.11.17, в). С учетом того, что I_т = I_р, напряжение U₁ = K_II_p. Здесь K_I — коэффициент преобразования тока I_р в напряжение U_т, представляет собой комплексную величину, сдвинутую относительно вектора I_р на угол φ = 90°– δ. Модуль К_I и угол сдвига φ зависят от параметров трансреактора (отношения витков w₁/ w₂, Х_μ, ветви намагничивания TAV, сопротивления R_т).Напряжения U_н, U_т (рис.11.17, а), полученные со вторичных зажимов TV1 и TAV1, используются для образования U₁ и U₂. Рабочее напряжение U₁ = K_II_p подводится к выпрямителю VS1. Тормозное напряжение U₂ образуется геометрическим суммированием U_н = К_UU_р и U_т = –K_II_p. Полученное таким образом напряжение U₂, = K_UU_p – K_II_p подается на вход выпрямителя VS2. Выпрямленные напряжения |U₁| и |U₂| сопоставляются по значению в схеме сравнения на балансе напряжений. Результирующее напряжение на выходных зажимах схемы сравнения U_вых = |U₁| – |U₂|. Реагирующий орган, подключенный к выходным зажимам, является нуль-индикатором (НИ) ЕА, реагирующим на знак U_вых. В качестве НИ может служить высокочувствительное магнитоэлектрическое реле (см. §2.14). В последних отечественных конструкциях ДЗ нуль-индикатор выполняется с использованием интегральных операционных усилителей (ОУ) .