Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

рт

5та{,

построенная на сопоставлении времени совпа-

дения <

сп

однополярных мгновенных значений этих напряже-

ний с заданным временем совпадения (уставкой) (

, при кото-

ром реле должно срабатывать. В §2.18 показано, что значение

нс

определяется сдвигом фаз ф между сравниваемыми напря-

жениями.

Параметры элементов схемы подобраны так, чтобы реле на-

чинало действовать, если время совпадения превышает чет-

верть периода промышленной частоты, т. е. если ^

сп

> 1

В данном реле это соответствует сдвигу фаз между Щ и 1/ц,

равному 90°.

Особенностью фазосравнивающей схемы реле РМ-10 являет-

ся разделение ее на две параллельные части - два канала

прохождения сигналов сравниваемых напряжений. В одном

измеряется время совпадения положительных значений

Ц и [/

, а в другом отрицательных мгновенных значений этих

же напряжений. Такое разделение с последующим суммиро-

ванием выходных сигналов обоих каналов устраняет влияние

апериодической составляющей.

Рассмотрим структурную схему реле, показанную на

рис.

2.70, а. Напряжение у и ток Т от ТТ и ТН поступают на

вход блоков 1 и 2, являющихся промежуточными преобразова-

телями напряжения и тока. В блоках 1 и 2 входные сигналы

преобразуются в пропорциональные им напряжения Уу =

= кц11

и у

}

= к;!,, а затем напряжение И

сдвигается по фазе

относительно вектора V с помощью фазоповоротной схемы на

некоторый постоянный угол ос, а у^ проходит через фильтр,

снижающий уровень высших гармоник. Сдвиг по фазе напря-

жения Уц относительно у обеспечивает получение требу-

емого угла максимальной чувствительности Ф

м ч

и угловой

характеристики срабатывания реле. В результате указанных

преобразований на выходе блока 1 появляется напряжение

а блока 2-у

Выходные напряжения у

= у

- е"* = к^у и у

= к

[

бло-

ков 1 и 2 поступают на блоки 3 и 3' фазосравнивающей схемы

(ФСС). Блок 3 выявляет и фиксирует совпадение мгновенных

значений у^ и у^ положительного знака, а блок 3'

—

тех же

напряжений отрицательного знака. В интервале времени

совпадения мгновенных значений у

и у^ положительной

полярности на выходе блока 3 появляется напряжение Г/

сп+

прямоугольной формы, а при совпадении отрицательных зна-

121

1*1 \а

Рис.

2.70. Структурная схема реле

направления мощности (а); диаграм-

мы,

поясняющие работу реле (б)

чений такое же по форме и амплитуде напряжение 1/

сп

_ по-

является на выходе блока 3(рис. 2.70, б).

Каждый из сигналов

(1/

сп+

и У

сп

-) поступает на блоки 4 и 4',

которые являются интеграторами. Они выполняются в виде

цепей КС4 и КС5 с одинаковыми значениями К и С. По мере

заряда конденсаторов С4 и С5 на выходе соответствующего

122

интегратора появляются напряжения Ы

и+

= \5

С4

на 4 и Ы

_ =

= Ц

с5

на 4. Значения Ц

и+

и Ц

_ пропорциональны длитель-

ности положительных и отрицательных сигналов совпадения

и+

= {

сп+

, а

11ц_

= *

сп

_. Каждое из этих напряжений нарастает

на обкладках конденсаторов С интеграторов 4 и 4' по экспо-

ненте, имеющей в начальной части линейный характер. После

исчезновения напряжения, фиксирующего совпадение вход-

ных величин (11ц

1/у_),

конденсатор интегратора разряжа-

ется.

С интеграторов оба напряжения приходят на вход аналого-

вого сумматора (К16, К17), где происходит их сложение. На-

пряжения 1]ц

и 1]ц_, как и результирующее напряжение Щ,

равное их сумме, имеют пилообразный характер (рис. 2.70, б).

С выхода сумматора результирующее напряжение 1/^ под-

водится к блоку 5 - реагирующему элементу РЭ фазосравни-

вающей схемы ФСС, который выполняется в виде порогового

компаратора релейного действия триггера Шмитта. Триггер

срабатывает при появлении на его входе напряжения 17$; =

= 11

оп

, значение которого соответствует продолжительности

времени совпадения г

сп

^ 0,005 с (что имеет место, когда

сдвиг фаз между ^ и С/ц равен 90°). При этом условии

17%

> [/

оп

порога триггера, и на выходе РЭ появляется сигнал от-

рицательного знака СвыхРЭ = -^тах- Этот сигнал поступает на

транзисторный усилитель 6, под действием которого проме-

жуточное реле усилителя К срабатывает и замыкает контакт.

Принципиальная фазосравнивающая схема реле РМ-11

приведена на рис.

2.71,

е. Реле типа РМ-12 отличается от при-

веденной схемы только в части схемы блоков 1 и 2, поскольку

оно имеет регулировку чувствительности и другой Ф

.ч- Схе-

ма блока 1 (рис.

2.71,

а) состоит из промежуточного трансформа-

тора напряжений (ТУЬ) и двух фазосдвигающих контуров

К1,

С1 и С2, подключаемых ко вторичной обмотке ТУЬ пере-

ключателями ЗВ1, ЗВЗ или 8В2, 5В4. Трансформатор ТУЬ пре-

образует 1/

(блок 1) в пропорциональное ему напряжение

требуемого уровня, а фазосдвигающие контуры обеспечи-

вают получение одного из двух заданных значений угла мак-

симальной чувствительности <р

= -35° (при замыкании

5В1,

ЗВЗ) и Ф

= -45° (при замыкании ЗВ2 и ЗВ4). Преобразо-

ватель тока

\(блок 2) состоит из промежуточного трансформа-

тора тока {ТАЬ), замкнутого на К2 (рис.

2.71,

6"). Напряжение

Щ на зажимах К2 пропорционально току /

и совпадает с ним

123

5В!

ТЕ-

^ -ЗГ

•сь

и„

28В

гЦ

йй

и"

и"'

Йа

и™

пп т т \

тч*

Выходному

блоку

Рис.

2.71. Принципиальная схема

реле направления мощности

РМ-11:

а, б — схемы входных блоков;

—

фазосравнивающая схема; г —

схема выходного блока

Сигнал с

А!

по фазе. К ТАЬ подключены: стабилитроны УЭ1 и У02, ограни-

чивающие напряжение на К2 при больших токах 1

; контур

КЗ, СЗ, УйЗ, УВ4, осуществляющий коррекцию <р

при иска-

жении формы вторичного напряжения ТАЬ; контур К4, С4,

отфильтровывающий высшие гармоники в токе 7

В результате преобразования входных величин 1

и [/

на

выходе блока 1 появляется напряжение Ы\, а блока 2 - 11ц.

Эти напряжения поступают на ФСС (рис.

2.71,

в), который осу-

124

ществляет фиксацию совпадения знаков сравниваемых на-

пряжений Щ и С/ц, измерение времени их совпадения г

сп

сравнение его с заданным значением.

Схему можно разделить на три части. Первой частью ФСС

является схема, фиксирующая совпадение знаков мгновенных

значений Щ и ГУц. Она выполнена на транзисторах УТ1 и УТ2,

диодах УОЗ-УИб, резисторах К6-К9. Диоды УБЭ-УИб испол-

няют функции ключа, пропускающего на базы УТ1 и УТ2

управляющие их работой сигналы положительного знака, уро-

вень которых зависит от сопротивлений К6-К9. Выходные сиг-

налы схемы совпадения знаков сравниваемых напряжений

и [/

снимаются с коллекторов транзисторов УТ1 и УТ2 в

точках К1 и К2 и поступают на вторую часть ФСС - интеграто-

ры (блоки 4 и 4' на рис. 2.70, а), фиксирующие длительность

совпадения знаков сравниваемых величин *

сп

. Интегратор,

получающий сигнал с коллектора УТ1, состоит из С4, К12,

К14, УИ9. Интегратор, связанный с коллектором УТ2, состоит

из С5,тЗ,К15,Ут0.

К выходу интеграторов (в точках тип) подключен диодный

мост У51, ограничивающий уровни напряжений, снимаемых

с конденсаторов С4 и С5. Выходные сигналы интеграторов

С4

и 11

С5

поступают на суммирующие сопротивления К16 и

К17 аналогового сумматора. Суммарное напряжение 1/Е, сни-

маемое со средней точки сумматора, поступает на третью часть

ФСС - инвертирующий вход порогового компаратора А1 с по-

ложительной ОС (ПОС) (триггер Шмитта на ОУ). Обратная

связь триггера А1 выполнена на делителе напряжения из

К19, К21, К22 и диодах УИ15 и Уй16. В качестве порогового

напряжения срабатывания 1/

опх

и возврата СУ

0П

.в триггера на

Н-вход ОУ подается напряжение, снимаемое с К21 и К22.

Диоды Уй15 и УБ16 разделяют цепи срабатывания и возврата.

Выход триггера ОУ связан с выходным блоком (усилителем),

состоящим из транзисторов УТЗ, УТ4 и промежуточного реле

типа РП-13 или геркона РПГ-5 (КЫ) (рис.

2.71,

г). Реле КЫ

срабатывает при появлении на выходе триггера А1 сигнала

отрицательного знака, означающего, что РНМ сработало.

Фазосравнивающая схема и схема выходного блока питают-

ся от стабилитронного делителя, включенного между плю-

сом и минусом напряжения постоянного тока 220 или ПО В:

на делителе имеются ответвления ± 28, + 10, -5 и 0 В. Преду-

смотрена возможность использования в качестве источника

125

питания выпрямленного напряжения, получаемого с помощью

комбинированного блока питания, включаемого на напряже-

ние и ток сети.

Работа элементов ФСС. При появлении входных сигналов

Цр и /

на входе схемы совпадения ФСС появляются сравни-

ваемые напряжения Щ и 11ц. Поведение транзисторов УТ1

и УТ2 будет определяться состоянием диодов УИЗ-УИб, че-

рез которые на базы транзисторов поступает управляющий

сигнал с полярностью входных сигналов Ц и {У

, приходящих

на анодный вход диодов в точках а и Ь, с и

а".

При положительной полуволне входного сигнала, напри-

мер Ц, один вход источника сигнала (связанный с точкой Ь)

в течение этого полупериода будет иметь положительный

потенциал (+), потенциал второго входа а (относительно пер-

вого) будет отрицательным (-) (рис.

2.71,

в). При указанной

полярности во время положительной полуволны диод УИ5

будет открыт и через него на базу УТ2 пройдет сумма двух

положительных сигналов: от источника входного сигнала

+ Ц и от источника питания + Е

. Диод УЭЗ будет заперт,

так как точка а имеет отрицательный потенциал, под дейст-

вием которого УТ1 закрыт.

Аналогично при положительной полярности (7ц (с учетом

стрелки на рис. 2.71,6), показывающей направление положи-

тельного напряжения С/ц, точка д связана с входом, имеющим

положительный потенциал, поэтому диод УБ6 будет открыт

и пропустит суммарный положительный сигнал на базу тран-

зистора УТ2, под действием которого он будет открыт. Точка с

связана с входом, имеющим отрицательный потенциал, следо-

вательно, диод УБ4 закрыт.

Под действием отрицательного напряжения смещения

(-5в) транзистор УТ1 будет закрыт. Следовательно, при совпа-

дении положительных знаков мгновенных значений Щ и Ыц

один транзистор УТ2 будет полностью открыт положительным

напряжениям, поступающим на его базу через диоды УБ5

УЮ6,

а второй транзистор УТ1 будет заперт.

При совпадении сравниваемых сигналов отрицательного

знака стрелки, обозначающие полярность напряжений Щ и

17ц, будут направлены противоположно показанным на

рис.

2.71,

в, соответственно изменится полярность точек а, Ъ,

с, й. В результате этого транзистор УТ1 откроется, а УТ2 закро-

ется. Таким образом, при совпадении знаков сравниваемых

126

напряжений (Щ и (7ц) во время положительных полуволн

закрыт транзистор УТ1 и открыт УТ2, а во время отрицательных

полуволн УТ2 закрыт, УТ1 открыт.

При различной полярности сравниваемых входных сигналов

оба транзистора будут открыты одновременно, при этом их

выходные сигналы (напряжения на коллекторах) равны нулю.

Во время одновременного открытия обоих транзисторов пеле

не должно работать, а при поочередном открытии УТ1 и УТ2

(одного - при совпадении положительных знаков 1!\ и (Уц,

а второго - отрицательных) реле должно сработать, если про-

должительность совпадения соответствует заданной (1

сп

= ^

)> значение Х

определяется порогом срабатывания (7

триггера А1.

Выходной сигнал схемы совпадения в виде напряжения

11к1

и С/к2> снимаемого с коллекторов УТ1 и УТ2, приходит на

интеграторы, измеряющие продолжительность сигналов:

Ук1 ~ совпадения сигналов положительного знака,

11^2

- от-

рицательного.

Работа интеграторов. Когда знаки сравниваемых на-

пряжений совпадают, один из транзисторов будет закрыт и

его выходное коллекторное напряжение в точке К1 (или К2)

близко к напряжению Е

источника питания. В этом режиме

выхогное напряжение закрытого транзистора, поступившее на

соответствующий интегратор, начинает заряжать его конден-

сатор. Допустим, что совпадают положительные значения ^

и [7ц и закрыт транзистор УТ1. Тогда под действием 11

К1

заря-

жается С4 током, проходящим по контуру, образованному

К12,

через точку К1 и открытый диод

УЮ9.

В это же время через

второй открытый транзистор УТ2 начинается разряд С5, по-

скольку напряжение коллектора открытого транзистора

Ук.2 **

0- Ток разряда противоположен току заряда (разряд про-

исходит по контуру К15, УТ2, нулевая шинка, шинка + 10 В,

нижняя обкладка конденсатора С5). Напряжение (7

на

за-

ряжающемся конденсаторе С4 нарастает, его конечное зна-

чение зависит от времени совпадения ^

сп

знаков И\ и Сц в те-

чение каждого полупериода промышленной частоты: (7

С4

'сп-

Напряжение на разряжающемся С5 снижается, его конечное

значение в пределах полупериода также зависит от 1

п: Ус5 =

= 0,5Г-*

СП

(рис. 2.70, б).

127

После прекращения совпадения положительных полуволн

УТ1 снова открывается, С4 начинает разряжаться через К14

и открытый

УТ1,

диод УБ9 в этом режиме закрыт.

При совпадении по времени отрицательных полуволн {/{ и 1/ц

транзистор УТ2 закрывается, С5 заряжается через К15 и диод

УИ9

(рис.

2.71,

в). Заряд и разряд С4, С5 происходит по экспонен-

циальному закону, но в начальной части экспонента имеет

линейный характер, поэтому на диаграмме рис. 2.70, б харак-

тер изменения

С4

и 1/

с5

показан в виде прямых линий.

Выходное напряжение интеграторов

11с4>

^С5 приходит на

сумматор из Ш6 и К17 и с их общей точки I поступает на инте-

грирующий вход А1 триггера Шмитта. Сопротивление .К

= К

, поэтому суммарное напряжение точки I равно полу-

сумме напряжений конденсаторов

11%

0,5(С/

4 + ^С5)-

Пока напряжение

1!-^,

поступающее на И-вход А1, меньше

опорного напряжения, установившегося на Н-входе ([/

п.с =

Ув21))

на

выходе А1 остается неизменным напряжение поло-

жительной полярности

А1

= +

^тах' Опорное напряжение

выбирается так, чтобы реле начинало работать при сдвиге

фаз ф между 1^ и 1/ц, равном 90°, чему соответствует время

совпадения, равное четверти периода промышленной частоты,

т. е.

= 0,005 с. При сдвиге фаз ф = 90°, но меньше 270°, напря-

жение на И-входе становится равным или больше опорного:

^1 ^ ^оп- При достижении этого уровня триггер А1 переклю-

чается, и на его выходе вместо положительного сигнала по-

является ^выхА/

= _

Углах,

имеющее отрицательный знак.

Это напряжение поступает на базу транзистора УТЗ выходно-

го блока (рис.

2.71,

г), транзистор закрывается и дешунтирует

обмотку (реле) КЫ, оно срабатывает и подает командный вы-

ходной сигнал о действии РИМ.

После срабатывания А1 и появления на его выходе напряже-

ния отрицательной полярности 1!

тах

диод УИ15 закрывается

(рис.

2.71,е), а УБ16 открывается. В результате этого на Н-входе

появляется новое пороговое напряжение

\1%22-

Это напряжение

определяет уровень напряжения на И-входе, необходимого

для возврата триггера А1 в исходное состояние. Пороговое на-

пряжение возврата С/

оп

выбирается ниже

оп

.с>

чтобы обеспе-

чить непрерывность выходного сигнала А1, когда входной

сигнал

Ц%

пилообразной формы близок к напряжению сраба-

тывания [/

пп г

128

Ограничитель напряжения. При заряде С4 и С5

(рис.

2.71,

в) уровень напряжения между их обкладками

(1/

С4

с5

) зависит от значения ^

сп

и будет наибольшим при

= О,

т. е. когда фазы 1^ и С/

совпадают, а сдвиг фаз между (7

равен ф

м ч

(в этом случае г

сп

= 0,5 периода). Для ограниче-

ния роста напряжения (/

используется мост У51- Напряжения

и 1!

с5

подаются на точки тип моста (рис.

2.71,

в). Два

других зажима моста подключаются: один - к шинке +10 В,

второй - к резистору К23. Допустим, что идет заряд С4. Пока

с4

мало, диоды УВ11 и УБ12 моста У51 заперты положитель-

ным напряжением (7

, поступающим с К23, - это напряжение

является предельным 1/

огр

, ограничивающим верхнее значе-

ние 1!с4- Как топько нарастающее напряжение 1!с4 достигает

уровня

огр

1)ц2з,

диод УЭ12 моста открывается и рост напря-

жения на С4 останавливается на уровне Ис4 = *Л>гр + ^д> где

С/д - падение напряжения в открытом диоде. Аналогично

происходит ограничение {]

с5

на конденсаторе С5 с помощью

диода УИН. Ограничитель У51 используется в схеме реле и

•при разряде конденсаторов для ограничения минимального

уровня. Как видно из схемы (рис.

2.71,

в), нижняя обкладка

конденсаторов С4 и С5 жестко соединена с шинкой +10 В, а

верхняя связана с точками тип диодного моста. При полном

открытии одного из транзисторов схемы совпадения, напри-

мер УТ1, на конденсаторе С4 появится напряжение (7

К1

= 0,

и он начнет разряжаться. Тогда диод УБ14 моста У81 откроет-

ся и зашунтирует С4, так как анодный вход диода УОП4

соединен с шинкой +10 В, а точка п моста получила нулевой

потенциал. Следовательно, предельным уровнем напряжения

при разряде С4 будет падение напряжения в открытом диоде

УБ14, взятое с обратным знаком.

При разряде С5 предельным значением 11

$ будет падение

напряжения в открытом диоде

УЮ13,

взятое с обратным знаком.

Основными параметрами реле РМ-11 являются: время сра-

батывания при ф = ф

= 30 мс; чувствительность Цз.

ср

= 0,25 В;

ток срабатывания 7

С-Р

= 0,257

НОМ

; потребление цепи переменно-

го тока 5ц.

= 0,15

В •

А, переменного напряжения 5

= 0,1 В

•

А,

цепей оперативного тока 5

= 10 Вт.

2.21.

ЭЛЕМЕНТЫ ЛОГИЧЕСКОЙ И ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЧАСТЕЙ

УСТРОЙСТВ РЗ

Элементы логической части (ЛЧ). Основными компонен-

тами ЛЧ являются логические элементы (ЛЭ), выполняющие

типовые логические операции: органов времени (ОВ), сиг-

нальных органов, органов памяти, продлевающих действие

выходного сигнала элемента, триггеров, используемых как

двухпозиционные элементы, и др.

В релейно-контактных устройствах все эти элементы выпол-

няются на электромеханических реле, в статических бескон-

тактных - на базе полупроводниковых приборов, первоначаль-

но в неинтегральном, а в последнее время в интегральном

исполнении.

В бесконтактных схемах в качестве входных и выходных

сигналов используются напряжения двух различных уровней

в виде кратковременных импульсов или продолжительного

сигнала, сохраняющего свое значение до тех пор, пока не из-

менится входной сигнал. Последний вид сигналов, называ-

емый потенциальным, в основном и применяется в устрой-

ствах РЗ.

Логические элементы. Органы логики условно изображаются

в виде прямоугольника (рис. 2.72), который имеет несколько

входов и один выход. На входы приходят сигналы

от ИО или

от других элементов ЛЧ. К выходу У ЛЭ подключается нагруз-

ка из одного или нескольких элементов ЛЧ. Кроме этого, ЛЭ

имеет два входа для подачи напряжения от источника пита-

ния постоянного тока: один вход + Е

(5-15 В) и второй - под-

соединяемый к шинке нулевого потенциала логической схе-

мы.

Под воздействием входных сигналов каждый ЛЭ выполня-

ет определенную логическую операцию:

У = /(Х

,...,

). (2.52)

Органы логики имеют проходную характеристику У = /(X),

аналогичную приведенной для реле на рис. 1.14. Бесконтакт-

ные ЛЭ могут выполняться на полупроводниковых элементах

с релейной характеристикой или на элементах, работающих

в режиме переключения. Такими элементами в бесконтактных

схемах являются транзисторы, работающие в двух конечных

режимах: отсечки и насыщения.

Выходной сигнал ЛЭ, как у всякого реле или элемента релей-

ного действия, носит дискретный прерывистый характер;