ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

3-7. Вторичные реле тока, напряжения и мощности косвенного действия

а) Схема включения

Принципиальная схема включения вторичного реле максимального тока косвенного действия па оперативном постоянном токе приведена на рис. 3-15.

В отличие от реле прямого действия реле косвенного действия не производят сами отключение выключателя. Для этой цели в приводе имеется специальный отключающий электромагнит 2, а реле 1 имеет вместо бойка контакты, которыми оно при срабатывании замыкает цепь обмотки отключающего электромагнита на аккумуляторную батарею, являющуюся источником оперативного тока.

Для облегчения конструкции реле его контакты не рассчитываются па размыкание цепи обмотки отключающего электромагнита, в которой проходит большой ток, до 10 А. Размыкание этой цепи производит специальный блокировочный контакт (блок-контакт) привода 3, который размыкается при отключении выключателя. Поэтому при возврате реле в исходное положение его контакты размыкаются при отсутствии тока.

Вторичные реле производят незначительную работу и поэтому могут быть выполнены весьма точными и чувствительными при небольших размерах. Кроме того, их легко соединять в различные схемы. Благодаря этим положительным свойствам вторичные реле косвенного действия являются основным типом реле и получили наиболее широкое применение для релейной защиты и автоматики.

Недостатком реле косвенного действия является необходимость источника оперативного тока (см. гл. 4) и затраты контрольного кабеля для соединения реле с источником оперативного тока и с приводом выключателя.

б) Электромагнитные реле мгновенного действия серий ЭТ-520 и ЭН-520

Электромагнитное токовое реле мгновенного действия серии ЭТ-520 выполнено на электромагнитной системе с поперечным движением якоря (см. § 3-2) и, как показано на рис. 3-16, состоит из следующих основных частей: электромагнита 1 с обмотками 2, расположенными на верхнем и нижнем полюсах; якоря 3, расположенного между полюсами и жестко укрепленного на оси; подвижного контактного мостика 5, укрепленного на той же оси с помощью изоляционной колодки; спиральной пружины 4; неподвижных контактов 6; регулировочной головки 7 с поводком и указателем для изменения тока срабатывания реле; шкалы 8 с нанесенными на пей уставками и упорных винтов 9, предназначенных для фиксации начального и конечного положений якоря.

При прохождении по обмоткам электромагнита тока электромагнит стремится притянуть якорь к полюсам, т. е. повернуть его вместе с осью по часовой стрелке. Этому препятствует спиральная пружина, которая стремится повернуть ось в противоположном направлении. Усилие, воздей ствующее на якорь от электромагнита (электромагнитный момент), зависит от числа витков обмотки, величины тока в обмотке и угла поворота якоря [см. формулу (3-1)], а усилие от пружины (противодействующий момент) — от начальной затяжки пружины и угла поворота якоря.

При отсутствии тока в обмотке или его малой величине якорь под воздействием пружины находится в крайнем левом положении. С увеличением тока электромагнитный момент возрастает, и когда он превысит противодействующий момент пружины, якорь втягивается под полюсы и поворачивает ось с подвижным контактным мостиком, который при этом замыкает неподвижные контакты. Момент замыкания контактов называется моментом срабатывания реле.

Наименьший ток, при котором реле срабатывает, называется током срабатывания IC.P., а наибольший ток, при котором реле возвращается в исходное положение, называется током возврата IB.P.

Отношение

так же, как у реле прямого действия, называется коэффициентом возврата, который составляет 0,85 у реле максимальных и 1,2 у реле минимальных.

Уставку тока срабатывания у реле серии ЭТ-520 можно изменять плавно, усиливая или ослабляя затяжку пружины при помощи указателя, передвигаемого по шкале. При перемещении указателя из одного крайнего положения в другое уставка тока срабатывания изменяется в 2 раза. Кроме того, в реле предусмотрена возможность соединения катушек обмотки, расположенных на полюсах, последовательно или параллельно, что изменяет пределы шкалы также в 2 раза. Используя оба способа, можно изменять уставку реле в 4 раза.

Намагничивающая сила срабатывания, определяемая как произведение тока, соответствующего уставке в конце шкалы, на число витков обмотки (при параллельном соединении катушек) равна:

Электромагнитные реле напряжения мгновенного действия серии ЭН-520 имеют конструктивно такое же устройство, как и реле ЭТ-520 (рис. 3-16). Отличие состоит в выполнении их обмоток. Реле ЭН-520, включаемое на напряжение как вольтметр, имеет обмотки с большим числом витков и с преобладанием активного сопротивления над реактивным, что требуется для устойчивой работы реле [Л. 2, 5, 17, 18].

в) Электромагнитные реле мгновенного действия серий РТ-40 и РН-50

Электромагнитные реле серий РТ-40 и РН-50 выполнены так же, как рассмотренные выше реле ЭТ-520 и ЭН-520 на электромагнитной системе с поперечным движением якоря. Принцип устройства реле РТ-40, РН-50 показан на рис. 3-17 и конструктивное выполнение — на рис. 3-18 [Л. 5, 19].



Реле состоит из следующих основных частей (деталей): электромагнита 1 с обмоткой 2, состоящей из двух катушек, расположенных на верхнем и нижнем стержнях электромагнита; стального якоря 3, жестко укрепленного на оси 10; подвижных контактных мостиков 5, укрепленных на якоре с помощью изоляционной колодки; спиральной противодействующей пружины 4, связанной внутренним концом с осью якоря; неподвижных контактов 8, 9 и упорных винтов 6, 7, ограничивающих ход якоря.

На якорь действуют электромагнитная сила FЭЛ [см. (3-1)] и противоположная по направлению механическая сила пружины FПР. Якорь притягивается к электромагниту, и реле, срабатывая, размыкает контакты 8 и замыкает контакты 9 при токе в реле, при котором FЭЛ > FПР.

Уставки срабатывания токовых реле РТ-40 регулируются изменением натяжения пружины с помощью поводка (рис. 3-18) и изменением соединения катушек обмотки реле (последовательно или параллельно), что изменяет пределы шкалы в 2 раза. Нанесенные на шкале уставки соответствуют последовательному соединению катушек. При параллельном соединении уставки шкалы удваиваются.

Реле имеет коэффициент возврата не менее 0,8.

Для гашения вибрации контактов при ударах якоря об упоры у токовых реле РТ-40 имеется специальное механическое устройство — гаситель вибрации (рис. 3-18). Гаситель вибрации представляет собой небольшой полый цилиндр, укрепленный на одной оси с якорем и заполненный песком. При срабатывании реле песок поглощает энергию

удара якоря об упоры, чем предотвращается его отскакивание и вибрация контактов.

Реле напряжения переменного тока типов РН-53 и РН-54 выполнены конструктивно так же, как реле РТ-40. Отличием является отсутствие гасителя вибрации и иная схема включения обмоток.

У этих реле, которые постоянно находятся под напряжением, для снижения вибрации подвижной системы обмотка реле ОР включена в сеть переменного тока не непосредственно, а через выпрямитель В, как показано на рис. 3-19. Выпрямитель выполнен по схеме двухполупериодного выпрямления, получившей название однофазного моста. В плечи моста включены полупроводниковые диоды 1—4 (германиевые или кремниевые), которые пропускают ток только в одном направлении (в сторону острия треугольника, условно обозначающего диод). К одной диагонали моста (точки а, в) подводится переменное напряжение, а к другой (точки б, г) подключается обмотка реле с последовательно соединенными катушками.

Процесс выпрямления происходит следующим образом: в первый, положительный полупериод переменный ток подходит к точке а, далее проходит через диод 1, затем через обмотку реле — в направлении, указанном сплошной стрелкой, затем через диод 3 и выходит обратно в сеть через точку в. Во второй отрицательный полупериод переменный ток имеет обратное направление, т. е. подходит к точке в, далее проходит через диод 2, затем через обмотку реле в том же направлении (пунктирная стрелка), что и во время первого полупериода, затем проходит через диод 4 и выходит в сеть через точку а.

Таким образом, несмотря на то что переменный ток имеет в течение периода различное направление, выпрямленный ток в обмотке реле проходит в одном и том же направлении, т. е. имеет пульсирующий характер, как показано на диаграмме рис. 3-19.

Реле типа РН-53 имеет коэффициент возврата не ниже 0,8, а реле типа РН-54 — не выше 1,25.

Уставки реле РН-53, РН-54 регулируются изменением натяжения пружины с помощью поводка 14 (рис. 3-18) и с помощью включения одного или двух дополнительных сопротивлений r1, r2в цепи обмотки реле (рис. 3-19), что изменяет предел шкалы уставок в 2 раза.

Кроме рассмотренных, выпускаются реле напряжения постоянного тока типа РН-51 и специальные реле переменного тока с повышенным коэффициентом возврата 0,95 типа РН-58 [Л. 14, 19].

г) Комбинированные токовые реле типов РТ-80 и РТ-90

Реле типов РТ-80 и РТ-90 по принципу действия являются комбинированными и состоят из двух элементов: индукционного и электромагнитного. Конструктивное выполнение реле РТ-80 и РТ-90 показано на рис. 3-20 [Л. 5, 30].

Индукционный элемент состоит из электромагнита 1 с двумя короткозамкнутыми витками (экранами) 2 на его верхнем и нижнем полюсах; подвижной рамки 8, которая может поворачиваться на своей оси на небольшой угол в подпятниках 30 и 31; алюминиевого диска 3, укрепленного вместе с червяком 4 на оси, вращающейся в подпятниках, расположенных в теле рамки; стальной скобы 14, укрепленной на рамке; зубчатого сектора 5, свободно лежащего на движке 32; тормозного постоянного магнита 7; устройства для регулировки времени срабатывания, состоящего из винта 20 и движка 32; пружины 9, удерживающей рамку в начальном положении; винтов 11, 12 и 13 для регулировки угла поворота рамки; сигнальных контактов 19, замыкающихся рычагом зубчатого сектора (только у реле типов РТ-83, РТ-84, РТ-86).

Электромагнитный элемент, представляющий собой токовое реле мгновенного действия, состоит из стального якоря 15 с укрепленным на нем коромыслом 16 для поворота якоря и короткозамкиутым витком 26 для устранения вибрации; замыкающего стержня 27, который вместе с якорем образует магнитопровод электромагнитного

элемента; регулировочного винта отсечки 22 со шкалой 23 и упорной пластинкой 24.

Кроме того, общими для обоих элементов являются: обмотка 29 с ответвлениями, выведенными на контактную колодку 21 с двумя контактными винтами 28; контакты реле 18, замыкающиеся изоляционным упором якоря 17, и механический указатель срабатывания, который на рис. 3-19 не показан.

При прохождении тока по обмотке реле в зазоре между полюсами создаются магнитные потоки, сдвинутые в пространстве и по фазе, которые пронизывают находящийся в зазоре диск и создают на нем вращающий момент (см. рис. 3-6). При токе, равном 20—30% тока срабатывания, диск начинает вращаться и вращать укрепленный на его оси червяк 4. Но так как рамка 8 оттянута пружиной 9 в крайнее положение, то червяк не входит в зацепление с зубчатым сектором.

С момента, когда диск начинает вращаться, на пего, кроме силы, создаваемой электромагнитом FI (рис. 3-20, б), начинает действовать сила FII, создаваемая тормозным постоянным магнитом 7, магнитный поток которого пересекает вращающийся диск. Эта сила препятствует вращению диска, и величина ее тем больше, чем больше скорость вращения диска. С увеличением тока в обмотке реле увеличиваются сила FI и создаваемый ею вращающий момент на диске, вследствие чего возрастает скорость его вращения, что в свою очередь приводит к увеличению силы FII постоянного магнита.

При определенной величине тока в реле суммарная сила, воздействующая на диск и через него па рамку, равная FI+ FII, превысит силу пружины 9. В этот момент рамка с диском повернется и червяк войдет в зацепление с зубчатым сектором.

Наименьший ток, при котором происходит зацепление червяка с зубчатым сектором, называется током срабатывания индукционного элемента реле.

С момента зацепления зубчатый сектор начинает подниматься и по истечении некоторого времени, достигнув своим рычагом 6 коромысла 16, поворачивает его вверх вместе с левым концом якоря электромагнитного элемента. Правый конец якоря при этом опускается, что приводит к уменьшению зазора между якорем и магнитопроводом.

Благодаря этому правый конец якоря притягивается к маг-нитопроводу, и упор 17 замыкает (или размыкает) контакты реле 18.

С момента соприкосновения рычага зубчатого сектора с коромыслом на рычаг начинает действовать вес коромысла и скорость вращения диска уменьшается. Для того чтобы при этом не произошло расцепления червяка с зубчатым сектором, установлена стальная скоба 14, которая притягиваясь к электромагниту, усиливает зацепление червяка с зубчатым сектором.

Время, через которое происходит замыкание контактов реле, зависит от начального положения зубчатого сектора и скорости вращения диска. Начальное положение зубчатого сектора может регулироваться перемещением движка 32, па котором лежит рычаг зубчатого сектора, вдоль шкалы уставок времени срабатывания. Скорость же вращения диска зависит от величины тока в обмотке реле. Чем больше ток, тем больше скорость вращения диска и тем быстрее будет подниматься зубчатый сектор и, следовательно, тем быстрее, т. е. с меньшим временем, будет происходить замыкание контактов реле.

Таким образом, время действия реле зависит от величины тока в его обмотке, т. е. реле имеет зависимую от тока характеристику времени срабатывания. При увеличении тока в обмотке реле до величины (68) Iс.р наступает насыщение стали электромагнита, вследствие чего при дальнейшем увеличении тока магнитный поток остается почти неизменным и реле начинает работать с одним и тем же временем. Поэтому при указанных значениях тока зависимая часть характеристики переходит в независимую (рис. 3-21).

Характеристика времени срабатывания реле в зависимости от тока, состоящая из зависимой и независимой частей, называется ограниченно зависимой

Если к обмотке реле подвести сразу большой ток, достаточный для притяжения якоря электромагнитного элемента к магиитопроводу, то реле будет срабатывать без выдержки времени — мгновенно. Таким образом, электромагнитный элемент может действовать как совместно с индукционным элементом, так и самостоятельно, отсекая часть характеристики при больших токах. Поэтому электромагнитный элемент называется отсечкой.

Ток срабатывания индукционного элемента регулируется путем изменения числа витков обмотки перестановкой винтов на контактной колодке. Ток срабатывания отсечки регулируется также изменением числа витков обмотки (одновременно с индукционным элементом) и, кроме того, с помощью регулировочного винта 22 (рис. 3-20, а).

Реле типа РТ-90 имеет характеристику времени срабатывания, мало зависящую от тока. Ее независимая часть начинается примерно при трех-четырехкратном токе срабатывания.

Ранее выпускавшееся реле типа ИТ-80 имеет конструкцию, аналогичную реле РТ-80, и такие же характеристики. Реле типов РТ-85, РТ-86 и РТ-95 имеют контакты специальной усиленной конструкции и предназначены для выполнения защиты на оперативном переменном токе, как показано на рис. 3-22. При срабатывании реле вначале замыкается замыкающий контакт 1—1, а затем размыкается раз-мыкающий контакт 2—2, чем обеспечивается подключение отключающей катушки выключателя КО без разрыва цепи трансформатора тока. Контакты этих реле рассчитаны на шунтирование и дешунтирование цепи отключающей катушки с сопротивлением до 4,5 Ом при токе до 150 А.

д) Электромагнитное токовое реле с быстронасыщающимся трансформатором

Токовые реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) предназначены для выполнения дифференциальных защит генераторов, трансформаторов и шин. Кроме того, реле с БНТ используются в отдельных случаях для быстродействующих защит от однофазных коротких замыканий. Реле с БНТ состоит из токового реле типа ЭТ-520 или РТ-40 и специального промежуточного быстронасыщаю-щегося трансформатора.

Быстронасыщающийся трансформатор работает как обычный промежуточный трансформатор, если через его первичную обмотку проходит переменный ток нормальной частоты с симметричной синусоидальной формой кривой, т. е. ток, каждый период которого состоит из симметричных положительного и отрицательного полупериодов. В этом случае, как показано на рис. 3-23, а, магнитный поток и пропорциональная ему магнитная индукция в сердечнике БНТ изменяются от положительного В'макс до отрицательного В''макс максимальных значений, создавая большую э. д. с. на вторичной обмотке БНТ и достаточный для работы реле ток.

Иначе работает БНТ, если через его первичную обмотку проходит ток с несимметричной формой кривой, т. е. ток, у которого каждый период состоит из одних положительных или одних отрицательных полупериодов или же из положительных полупериодов с большой амплитудой и отрицательных полупериодов с малой амплитудой (или наоборот).

Такое смещение кривой тока относительно оси времени происходит из-за того, что переходные процессы сопровождаются протеканием постоянного быстро затухающего тока, который в отличие от периодического переменного тока называется апериодическим. Таким образом, полный ток во время переходного процесса состоит из периодической и апериодической составляющих и равен их сумме.

Длительность переходного процесса зависит от соотношения индуктивного и активного сопротивлений генераторов, трансформаторов и линий электропередачи и может составлять 0,05—0,5 с.

В этом случае, как показано на рис. 3-23, б, магнитный поток и магнитная индукция в сердечнике БНТ будут изменяться только от положительного максимального значения В'макс до значения Во. Поэтому на вторичной обмотке БНТ будет создаваться небольшая э. д. с. и недостаточный

для работы реле ток. Это свойство БНТ используется для того, чтобы отличать токи к. з. от токов намагничивания силовых трансформаторов и токов небаланса в первые периоды к. з., сопровождающихся переходным процессом.

Токи к. з. могут иметь несимметричную форму лишь в первый момент времени и по истечении нескольких периодов, когда затухает переходный процесс, становятся симметричными, как показано на рис. 3-23, а. Поэтому токи к. з. хорошо трансформируются через БНТ и приводят в действие реле.

Токи намагничивания силовых трансформаторов при включении их под напряжение, а также при восстановлении напряжения после отключения к. з. имеют несимметричную форму кривой, как показано на рис. 3-23, б, и поэтому плохо трансформируются через БНТ и не приводят в действие реле.

Токи небаланса достигают больших величин в первые периоды к. з., когда они в результате переходного процесса имеют, как правило, несимметричную форму кривой и поэтому также плохо трансформируются через БНТ. После затухания переходного процесса токи небаланса могут иметь

симметричную форму кривой, но их величина к этому времени значительно снижается. Таким образом, из рассмотренного следует, что при включении токовых реле через БНТ они становятся нечувствительными к токам намагничивания силовых трансформаторов и токам небаланса при переходных процессах, что дает возможность повысить чувствительность защиты. В то же время реле с БНТ надежно срабатывает при к. з. в зоне защиты.

Конструктивно реле с БНТ выполняются различно. Так, например, реле с БНТ, разработанное ВНИИЭ (рис. 3-24), состоит из реле типа ЭТ-521/0,2, включенного через БНТ, который встраивается в цоколь реле с нижней стороны. Изменение уставок производится изменением числа витков первичной обмотки БНТ, имеющей ответвления. При этом указатель, которым производится изменение натяжения пружины, остается в неизменном положении.

е) Электромагнитные токовые реле с БНТ типов РНТ-565, РНТ-566 и РНТ-567

Электромагнитные токовые реле с БНТ типов PHT-565, РНТ-566, РНТ-567 выпускаются взамен выпускавшихся ранее реле типов РНТ-562, РНТ-563, РНТ-564 и имеют аналогичное устройство [Л. 35, 56, 57].

Все реле РНТ (рис. 3-25) состоят из смонтированных в одном кожухе электромагнитного токового реле типа РТ-40 и промежуточного быстронасыщающегося трансформатора (БНТ).

В отличие от БНТ, приведенного на рис. 3-24, БНТ реле РНТ (рис. 3-26) выполняется на трехстержневом сердечнике С и имеет следующие обмотки: первичную — рабочую обмотку Р, расположенную на среднем стержне, к которой подводится ток от трансформаторов тока; вторичную обмотку В, расположенную на левом стержне, к которой подключены токовое реле Т типа РТ-40 и две короткозамкнутые обмотки К1 и K2 с одинаковым числом витков, расположенные на среднем и правом стержнях БНТ.

Принцип работы БНТ такого типа состоит в следующем. При прохождении по рабочей обмотке симметричного периодического тока Iр магнитный поток в среднем стержне Фр наводит в обмотке К1 ток IK, который, проходя по обмотке К2 создает в правом стержне магнитный поток Фк. Магнитный поток Фр и магнитный поток ФK, замыкающийся через левый стержень, наводят ток во вторичной обмотке I2, который проходит по обмотке реле Т и вызывает его срабатывание.

Таким образом, ток из рабочей обмотки Р трансформируется во вторичную обмотку В как непосредственно, так и путем двойной трансформации из обмотки Р в обмотку К1 и затем из обмотки К2 в обмотку В. При этом чем больше число витков короткозамкнутых обмоток или чем меньше их сопротивление, тем больше магнитный поток Фк и тем, следовательно, сильнее проявляется действие двойной трансформации.

При прохождении по рабочей обмотке БНТ несимметричного тока его трансформация во вторичную обмотку как непосредственная, так и особенно двойная существенно ослабляются (см. рис. 3-23, б), благодаря чему ток во вторичной обмотке не достигает величины, равной току срабатывания реле.

Рассмотренное выполнение БНТ обеспечивает более эффективную отстройку от токов намагничивания, а также токов небаланса трансформаторов тока.

Схема реле типа РНТ-565 приведена на рис. 3-27, а. Из схемы видно, что кроме рассмотренных обмоток Р, В, К1, К2 на среднем стержне БНТ этого реле расположены уравнительные обмотки У1 и У2, которые предназначены для выравнивания намагничивающих сил в БНТ при использовании реле в схемах дифференциальных защит трансформаторов (см. гл. 8). В отличие от реле РНТ-565 реле РНТ-566 имеет три (рис. 3-27, б), а реле РНТ-566/2, РНТ-567 и РНТ-567/2 по две независимые рабочие обмотки.

Для регулирования тока срабатывания реле РНТ рабочие и уравнительные обмотки имеют отпайки для изменения числа включенных витков. Включение необходимого числа витков производится установкой штепсельных винтов в соответствующие гнезда контактных пластин. Цифры около гнезд указывают число включенных витков.

Число витков рабочей обмотки определяется по формуле:

где FC.P. = 100 — намагничивающая сила срабатывания реле РНТ, выраженная в ампер-витках. Намаг-

ничивающая сила может в некоторых пределах регулироваться шунтирующим сопротивлением r B (рис. 3-27);

I C.P. — заданный ток срабатывания реле РНТ. Число витков уравнительных обмоток определяется из условий равенства намагничивающих сил, создаваемых этими обмотками в условиях сквозного к. з. (см. гл. 8).

Короткозамкнутые обмотки отпаек не имеют. Степень отстройки реле РНТ от несимметричных токов переходных процессов регулируется с помощью сопротивления rк (рис. 3-27). Наибольший эффект имеет место при rк = 0.

ж) Индукционное реле направления мощности типа РБМ

Реле направления мощности применяются в схемах направленных защит. Реле имеют две обмотки (рис. 3-28). Одна из них подключается к трансформаторам тока и обтекается вторичным током Iр, а вторая — к трансформатору напряжения и обтекается током, пропорциональным напряжению Uр на зажимах обмотки. Каждый из токов создает магнитный поток. Поскольку один из магнитных потоков пропорционален току Iр, а второй — напряжению Uр, то вращающий момент, возникающий на подвижной части реле, оказывается пропорциональным величине мощности на зажимах реле, а его направление (знак) зависит от направления этой мощности.

В схемах релейной защиты используются главным образом однофазные индукционные реле направления мощности с цилиндрическим ротором типов РБМ-170 и РБМ-270. Реле РБМ-270 имеют двустороннее действие и предназначены для поперечной направленной дифференциальной защиты параллельных линий [Л. 5, 7, 34, 36, 85, 87).

Реле направления мощности типа РБМ-170, как показано на рис. 3-29, состоят из замкнутого стального магнитопровода 1 с четырьмя выступающими внутрь полюсами, на котором расположены обмотки реле.

Токовая обмотка 2 расположена на двух противоположных полюсах 3 и 4 и создает проходящий через них магнитный поток Фт. Обмотка напряжения 5 расположена на ярме и состоит из четырех секций, которые соединены между собой так, чтобы создаваемый ими магнитный поток ФH проходил через полюсы 6 и 7. При таком выполнении обмоток магнитные потоки Фт и ФH оказываются сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 90°.

Между полюсами расположены внутренний стальной сердечник 8 и алюминиевый ротор 9, имеющий форму стакана, укрепленный на оси 10. Полированные концы оси 11 вращаются в верхнем подпятнике 12 и нижнем подпятнике 13. На оси 10, на изоляционной колодке, укреплен подвижный контактный мостик 14, который при срабатывании реле замыкает неподвижные контакты 15 и 16. Возврат реле в исходное положение происходит под воздействием спиральной противодействующей пружины 17.

Взаимодействие магнитных потоков Фт и ФH с индуктированными ими токами в стенках ротора создает на роторе вращающий момент. Согласно общему выражению (3-4) для вращающего момента индукционной системы вращающий момент на роторе рассматриваемого реле определяется выражением

где Фт — магнитный поток, создаваемый токовой обмоткой реле; ФH — магнитный поток, создаваемый обмоткой напряжения реле; — электрический угол между магнитными потоками Фт и ФH.

На рис. 3-30 приведена векторная диаграмма, поясняющая принцип действия рассматриваемого реле.

На диаграмме Uр и Iр — векторы напряжения и тока, подведенных к соответствующим обмоткам реле; — угол сдвига между Uр и Iр, определяемый параметрами сети и схемой включения реле; IH — вектор тока в обмотке напряжения реле; — угол между Up и IH (внутренний угол реле), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи напряжения, которая включает в себя как обмотку, так и дополнительно включаемые внешние сопротивления и конденсаторы.

Заменяя в выражении (3-8) магнитные потоки Фт и ФH пропорциональными им током Iр и напряжением Uр и угол равным ему углом (рис. 3-30), получаем об-

щее выражение для вращающего момента на подвижной части индукционного реле с цилиндрическим ротором:

— есть мощность на зажимах реле; следовательно, вращающий момент рассматриваемого реле пропорционален мощности:

т. е. реле реагирует на мощность.

В зависимости от параметров цепи напряжения реле направления мощности делятся на три типа.

Так, если цепь напряжения реле (включая его обмотку) выполнить таким образом, чтобы ее активное сопротивление было много меньше реактивного , то ток в обмотке напряжения реле IH будет отставать от приложенного напряжения Up на угол, близкий к 90°, т. е. в этом случае Подставляя это значение в выражение (3-9), получаем:



В выражении (3-10) — активная мощность на зажимах реле и, следовательно,

Такие реле, реагирующие на активную мощность, называются реле активной мощности, или косинусными.

Наоборот, если цепь напряжения реле (включая его обмотку) выполнить так, чтобы ее активное сопротивление было много больше реактивного , то ток в обмотке напряжения реле IH будет почти совпадать по фазе с напряжением Up и, следовательно, угол между ними будет Подставляя это значение в выражение (3-9), получаем:

Для того чтобы и в этом случае момент реле был положительным, выводы цепи напряжения у реле этого типа выполняются с обратной полярностью по сравнению с рассмотренным выше реле активной мощности. С учетом этого

В выражении (3-11) —реактивная мощность на зажимах реле и, следовательно,

Такие реле, реагирующие на реактивную мощность, называются реле реактивной мощности, или синусными.

При промежуточных значениях угла реле реагируют на обе составляющие мощности и называются реле смешанного типа. Эти реле имеют наибольшее распространение в схемах релейной защиты.

Согласно общему выражению (3-9) вращающий момент на подвижной системе реле достигает максимального значения когда 1, что имеет место при

Знак минус у угла показывает, что этот угол откладывается относительно вектора UP в сторону, противоположную углу и что, следовательно, равенство (3-12) имеет место, когда вектор тока Iр опережает вектор напряжения UP (рис. 3-31, а).

Угол при котором вращающий момент имеет максимальное значение, называется углом максимальной чувствительности и обозначается Заменяя в выражении (3-12) на получаем выражение, устанавливающее соотношение между внутренним углом реле и углом максимальной чувствительности: = 90°, откуда

 

Линия, расположенная под углом к вектору напряжения UP, называется лииней максимальных моментов (линия М — М на рис. 3-31, а).

В каталогах и справочниках угол максимальной чувствительности может задаваться двумя способами.

По первому способу задается величина с указанием положения вектора тока Iр (опережает или отстает) относительно вектора напряжения UP. По второму способу задается величина и знак угла .При этом знак «+» соответствует отставанию, а знак «—» опережению вектора тока Iр относительно вектора напряжения Up,

Вращающий момент на подвижной системе реле становится равным нулю, когда что имеет место при Из этих соотношений следует, что вращающий момент равен нулю при углах в сторону отставания и в сторону опережения относительно вектора напряжения UP.

Линия, расположенная под указанными выше углами к вектору Uр (линия О — О на рис. 3-31, б), называется линией нулевых моментов или линией изменения знаков момента.

Из рассмотрения векторных диаграмм на рис. 3-31, а и б следует, что вращающий момент на подвижной системе реле, реагирующего на мощность, имеет положительное значение (положительный знак), когда вектор тока, подведенного к токовой обмотке реле Iр, находится в одной зоне с вектором напряжения Up, подведенного к обмотке напряжения. Эта зона, ограниченная линией О — О, называется зоной работы реле (рис. 3-31, в).

При переходе вектора I р за линию О — О знак вращающего момента изменяется па обратный, т. е. становится отрицательным. Поэтому если раньше вращающий момент был направлен на замыкание контактов реле, то теперь он будет иметь противоположное направление и подвижная система реле будет отклоняться в сторону размыкания контактов, т. е. в сторону заклинивания. Соответственно зона,

расположенная на рис. 3-31, в ниже линии изменения знаков момента (линии О — О), называется зоной заклинивания ре л-е.

Таким образом, рассмотренное реле реагирует не только на величину мощности, но и на ее направление. Поэтому такие реле называются реле направления мощности.

Изменение знаков момента происходит при изменении направления тока в токовой обмотке или обмотке напряжения реле.

Изменение направления тока Iр в токовой обмотке реле может происходить при изменении направления прохождения тока в первичной сети, как показано на рис. 3-32, и при изменении схемы подключения токовой обмотки реле к трансформатору тока, как показано па рис. 3-33, а. Изменение направления тока IH в обмотке напряжения реле происходит при изменении схемы подключения этой обмотки к трансформатору напряжения, как показано на рис. 3-33, б.

Таким образом, знак вращающего момента на подвижной системе реле зависит от относительного направления токов в его обмотках и имеет положительное значение при их согласном направлении, т. е. от начала к концу или, наоборот, от конца к началу в обеих обмотках. Зажимы реле, на которые выведены начала обмоток, называются одно-полярными и обозначаются точками (или звездочками) на схемах внутренних соединений реле. В каталогах и справочниках указываются номера однополярных зажимов.

Реле направления мощности используются в схемах релейной защиты для выявления линии, на которой произошло короткое замыкание, что иллюстрируется на рис. 3-34. Реле М включено так, чтобы при прохождении тока I' от шин подстанции к месту к. з. в точке К1 (рис. 3-34) вращающий момент на подвижной системе реле был направлен на замыкание контактов реле. Если же произойдет к. з. на другой линии в точке К2, то через токовую обмотку реле М будет проходить ток I", имеющий противоположное направление. Поскольку направление прохождения тока в обмотке напряжения реле не изменилось, то вращающий момент во втором случае будет иметь противоположное направление — на заклинивание и рассматриваемая защита подействовать не сможет.

Промышленностью выпускаются реле направления мощности двух основных типов.

1) Реле типа РБМ-171 одностороннего и РБМ-271 двустороннего действия. Эти реле в зависимости от схемы подключения цепи напряжения [Л. 10, 34, 70] имеют угол максимальной чувствительности, когда вектор тока опережает вектор напряжения на угол



Внутренний угол этих реле согласно выражению (3-13) равен:

Подставляя полученные значения в выражение (3-9), получаем формулу для вращающего момента реле этого, типа:

2) Реле типов РБМ-177, РБМ-178 одностороннего и РБМ-277, РБМ-278 двустороннего действия. Эти реле имеют угол максимальной чувствительности, когда вектор тока отстает от вектора напряжения на угол

При принятом заводом обозначении однополярных зажимов обмоток тока и напряжения фактический угол максимальной чувствительности этих реле повернут на угол 180° относительно указанного в каталоге и равен:

Соответственно внутренний угол этих реле составляет:

Аналогично предыдущему формула для вращающего момента реле указанных типов имеет вид:

или окончательно с учетом того, что реле этих типов включается обратной полярностью

Реле направления мощности имеют две основные характеристики:

1. Характеристика чувствительности. Чувствительность реле характеризуется величиной

мощности, при которой оно срабатывает, т. е. мощностью срабатывания Рс.p. измеряемой в вольт-амперах (В-А). Мощность срабатывания реле определяется как произведение тока на напряжение, подводимых к реле, т. е. Рс.p. = IрUр. и, следовательно, в зависимости от величины тока реле будет срабатывать при разных напряжениях. Поэтому чувствительность реле принято изображать так называемой вольт-амперной характеристи-

кой, которая показывает зависимость напряжения срабатывания реле от тока (рис. 3-35). Характеристика снимается при неизменном угле между током и напряжением, равном углу максимальной чувствительности.

2. Угловая характеристика показывает зависимость мощности срабатывания реле от угла между током и напряжением и определяет рабочую и нерабочую зоны реле.

Графически угловые характеристики изображаются либо в виде зависимости мощности срабатывания реле Рс.p. от угла между током Iр и напряжением Up (рис. 3-36, а), либо в виде круговой диаграммы, на которой наносится

направление действия реле или знак вращающего момента (рис. 3-36, б).

На рис. 3-36 в качестве примера приведены и рассмотрены угловые характеристики реле направления мощности типа РБМ-178/1, вращающий момент которого определяется формулой (3-15).

Из характеристики и круговой диаграммы видно, что при когда вектор тока Iр совпадает по фазе с вектором напряжения Uр (точка а), Рс.p = 3 В-А. Рассмотрим теперь, как будут изменяться MBP, Рс.pи поведение реле при изменении угла вращением вектора тока Iр в направлении, указанном стрелкой на рис. 3-36, б. При (точка б)

и так как sin 90° = 1, то вращающий момент достигает максимального положительного значения:

 

При максимальном вращающем моменте мощность срабатывания реле имеет минимальное значение Рс.р =1 В-А.

При дальнейшем увеличении вращающий момент начинает уменьшаться и при (точка в)

и так как sin 180° = 0, то и Мвр = 0.

Мощность срабатывания при этом достигает бесконечно большой величины.

При угле вращающий момент изменяет знак и до (точка д) имеет отрицательное значение.

В этой зоне, заштрихованной на рис. 3-36, реле действует на заклинивание. В частности, при угле (точка г)

и так как sin 2700 = —1, то вращающий момент имеет максимальное отрицательное значение: Мощность срабатывания при этом имеет минимальное значение Рс.р = 1 В-А.

При дальнейшем увеличении угла вращающий момент вновь изменяет знак и становится положительным.

Из рассмотрения угловой характеристики реле направления мощности типа РБМ-178/1 следует:

1) момент вращения Мвр дважды при меняет знак, и, следовательно, эти углы являются углами нулевых моментов или углами изменения знаков момента, а линия О — О, проведенная через эти углы, является линией изменения знаков момента;

2) момент вращения Мвр при достигает максимальной величины, чему соответствует минимальное значение мощности срабатывания Рс.р = 1 В-А. Следовательно, указанные углы являются углами максимальных моментов или максимальной чувствительности, а линия М — М, проведенная через эти углы, является линией максимальных моментов (максимальной чувствительности);

3) зона работы реле расположена со стороны положительных вращающих моментов и ограничивается линией О — О и полуокружностью дабв. Вторая полуокружность вгд ограничивает зону заклинивания.

Полезно запомнить, что углы максимальных моментов и углы изменения знаков момента чередуются через 90°. Под таким же углом расположены друг к другу линии изменения знаков момента и максимальных моментов.

Зная угол максимальной чувствительности реле, нетрудно построить круговую диаграмму и определить зоны работы и заклинивания. Для этого откладывается относительно вектора напряжения UP угол максимальной чувствительности в заданном направлении и через этот угол и центр диаграммы проводится линия максимальных моментов. Далее перпендикулярно этой линии проводится ' через центр диаграммы линия изменения знаков момента. Со стороны отложенного будет расположена зона работы реле.

6 Июнь, 2009              22214              ]]>Печать]]>
2 / 10 ( Отлично )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы