Общие сведения. В схемах РЗА применяются электромеханические реле, полупроводниковые, на микроэлектронной базе, реле с использованием насыщающейся магнитных систем

Реле.

6.1.Основные положения.

В схемах РЗА применяются электромеханические реле, полупроводниковые, на микроэлектронной базе, реле с использованием насыщающейся магнитных систем.

Наличие недостатков (большие размеры, большое потребление мощности, трудности с обеспечением надежной работы контактов) ведет к новым принципам исполнения реле, что позволяет улучшить параметры и характеристики схем защит, а также применять бесконтактные схемы. Кроме реле, реагирующие на электрические величины применяются также реле реагирующие на неэлектрические величины (газовое реле, повышение температура трансформаторов).

Реле, реагирующие на электрические величины делятся на следующие группы:

- реагирующие на одну величину;

- реагирующие на две величины;

- реагирующие на три и более.

Кроме того, электромеханические реле подразделяются на реле электромагнитные, индукционные, электродинамические, индукционно-динамические, магнитоэлектрические.

Основными требованиями предъявляемые к реле являются:

- надежное замыкание и размыкание электрической цепи (требование относится к контактной системе реле S_к=U_кI_к);

- термическая стойкость (требование относится к обмотке реле S_р=U_рI_р).

6.2.Электромагнитные реле. Принцип действия.

I_р® I_рw_р® Ф. Электромагнитная сила F_э равна F_э=кФ², где магнитный поток Ф равен . Таким образом , а магнитный момент , где l_р – плечо силы F_э. Для срабатывания реле необходимо создать силу F_э= F_эср=F_n+ F_т, где F_n- сила пружины, F_т- сила трения. Наименьший ток, при котором реле срабатывает равен . Для регулирования применяется ступенчатое изменение числа витков, плавное изменение М_n(F_n) пружины.

Возврат якоря происходит под действием пружины, для возврата необходимо, чтобы М_п>М'_э+М_т. Для уменьшения М_э нужно снизить I_Р до определенной величины. так чтобы М_п=М'_э+М_т. Таким образом током возврата I_воз называется наибольший ток реле при котором якорь реле возвращается в начальное положение. Коэффициент возврата равен .

Если реле минимального действия, то ток срабатывания I_ср – наибольший ток, при котором отпадает якорь реле, а ток возврата I_воз – наименьший ток, при котором притягивается якорь реле. Коэффициент возврата в этом случае больше единицы к_воз>1.

6.3. Промежуточные реле.

6.3.1. Принцип действия.

Промежуточные реле являются вспомогательными, когда необходимо одновременно замыкать или размыкать несколько независимых цепей или когда реле с многими контактами.

В схемах защиты промежуточные реле вносят замедление, поэтому их время должно быть малым, порядка 0,01-0,02 сек. Обычно время срабатывания промежуточных реле составляет 0,02-0,1сек.

Большинство реле выполнены с поворотным якорем, позволяющий создавать большую электрическую силу F при малом потреблении и удобной для изготовления многоконтактных реле. Так реле РП-210: t_ср=0,01сек., Р=(5-8)Вт, S_разр=50Вт; КДР-1: t_ср=(0,01-0,02)сек., Р=3Вт.

Время действия.

При включении обмотки на напряжение ток в обмотке устанавливается не сразу. Он изменяется от нуля до установившегося значения.

Ток в реле изменяется согласно закону

Движение якоря начиняется через t_н, когда ток достигнет I_ср. Перемещение якоря в конечное положение осуществляется через время t_у. Таким образом t_р= t_н+ t_у. Из рис.1 видно, что время t_н зависит скорости нарастания тока I_р и определяется Т, I_ср определяемой силой пружины, величины I_р.у. Время t_у – время хода якоря и скорости его перемещения. Абсолютное время t_у не велико (0,001сек.), поэтому у реле постоянного тока t_р= t_н.

Для получения быстродействия необходимо уменьшить Т, ослабить противодействующею пружину реле и увеличить кратность тока , применить шихтованную сталь.

Для замедления действия применяются схемы:

6.3.2. Методика проверки реле времени.

Реле времени предназначено для замедления действия релейной защиты или, как принято говорить, для создания выдержки времени.

Реле времени серии РВ-100 и РВ-200 – электромагнитные, они содержат они следующие основные узлы:

- электромагнитный привод;

- часовой механизм;

- контактную систему.

Методика проверки реле при новом включении.

Проверка реле при новом включении производится в следующем объеме:

- подготовительные работы;

- внешний осмотр;

- внутренний осмотр и проверка механической части;

- проверка искрогасительного контура;

- проверка выпрямительного устройства ВУ-200;

- измерение сопротивления постоянному току цепи обмотки реле (для термически устойчивых реле);

- проверка напряжений срабатывания и возврата;

- проверка времени срабатывания;

- оформление результатов проверки.

Проверка напряжений срабатывания и возврата.

Проверку следует производить с помощью переносного устройства УПЗ-1 (К-500) или У5053 (К-513).

Таблица 6.1.

Тип реле	Uном	Uср, В	Uвоз, В	tср, сек.
норма	фактич.	норма	фактич.
		≤0,7Uном		≥0,05Uном

При отклонении напряжений срабатывания и возврата от значений необходимо установить жесткость возвратной пружины требуемой величины.

Проверка времени срабатывания.

В проверку времени срабатывания входит:

- измерение времени срабатывания реле на рабочей (заданной) уставке и на всех уставках тех реле, уставки которые изменяются оперативным персоналом (реле времени в схемах защиты ОВ);

- измерение времени замкнутого состояния временно замыкающих контактов.

6.3.3. Методика проверки промежуточных и указательных реле.

Основным назначением промежуточных является:

- размножением контактов основного реле, если требуется одновременно замкнуть или разомкнуть несколько цепей;

- разгрузка контактов основного реле.

Имеют исполнение на постоянного и переменного тока.

Проверка реле при новом включении производится в следующем объеме:

- подготовительные работы;

- внешний осмотр;

- внутренний осмотр, очистка, проверка надежности контактных соединений и состояния контактных поверхностей;

- проверка и регулировка механической части;

- проверка сопротивления изоляции;

- проверка электрических характеристик;

- оформление результатов проверки.

Механическая регулировка.

Уменьшение напряжения (тока) и времени срабатывания достигается за счет уменьшения начального зазора между якорем и сердечником.

Уменьшение напряжения (тока) и увеличения времени возврата достигается за счет уменьшения конечного зазора между якорем и сердечником.

При ослаблении напряжения возвратной пружины (для реле, у которых такая возможность предусмотрена) уменьшается напряжение (ток) и время срабатывания, а также уменьшается напряжение возврата и увеличивается время возврата реле.

При увеличении числа замыкающих контактов и увеличении давления их контактных пластин увеличивается напряжение (ток) возврата и уменьшается время возврата реле.

При увеличении числа размыкающих контактов и увеличении давления их пластин уменьшается напряжение (ток) и время срабатывания реле.

Механическая регулировка РП 252.

Должно быть:

- движение траверсы в направляющих пластинах без затираний;

- зазор между контактами не менее 2,5мм;

- провал подвижных контактов не менее 0,5мм;

- начальный воздушный зазор (зазор между якорем и торцом скобы на магнитопроводе) примерно 2,0мм;

- в начальном положении между якорем и траверсой не должно быть зазора;

- конечный воздушный зазор (между якорем и сердечником реле в положении срабатывания) около 0,05мм;

- в положении срабатывания реле траверса имеет запаса хода 0,5-1,5мм.

Проверка характеристик.

Объем:

- напряжения срабатывания и возврата по основной обмотке;

- однополярные выводы основной и дополнительной обмоток;

- время действия реле, имеющих замедление на срабатывание или возврата, а также для реле, по которым время действия задано картой уставок или инструкцией по эксплуатации;

- напряжение срабатывания реле не более 85% номинального.

Определение однополярных выводов обмоток реле производится по схеме:

Проверка времени действия реле производится по схемам:

Протокол проверки промежуточных и указательных реле имеет вид:

Таблица 6.2.

Тип реле, Iн, Uн	Uср, В	Uвоз, В	Iср, А	Iн, А	tср, сек	tвоз, сек

6.3.4. Поляризованные реле.

Поток Фа=Фп+Фр, а поток Фб=Фп-Фр при этом Фа=Фб. Условие срабатывание реле: Iр≥Iср и Фа>Фб.

6.4. Магнитоэлектрические реле.

Принцип действия магнитоэлектрических реле (МЭР) основан на взаимодействии тока I_р и магнитного потока Ф.

Сила действующая на обмотку равна:

Вращающий момент, создаваемый F_э равен:

Угол поворота принимается малым, форма полюсов выбирается таким, чтобы поток Ф реле был равномерным, тогда В_м=const и следовательно М_э=k’’I_р. Направление силы F_э определяется провалом “левой руки”. Таким образом МЭР реагирует на направление тока и не может работать на переменном токе. Особенностью МЭР является то, что обеспечивает высокую чувствительность, низкое потребление (Рсраб=(10^-8-10^-10)Вт. Недостатком является то, что МЭР имеет слабую контактную систему с малой отключающей способностью.

6.5. Вторичные реле прямого действия.

Схема реле имеет вид:

Реле должно разрывать ток 5-10А.

6.6. Вторичные реле косвенного действия.

Схема реле имеет вид:

6.7. Электромагнитные реле с БНТ.

БНТ применяется для отстройки тока небаланса (апериодической составляющей), при этом симметричные составляющие тока (тока к.з.) проходят свободно.

6.8. Реле направления мощности.

6.8.1. Назначение, принцип действия

мощности индукционного типа.

Реле направления мощности (РМ) применяются в различных устройствах релейной защиты для определения знака мощности при к.з.

Реле имеет две обмотки. Одна из них подключается к ТТ и обтекается вторичным током Iр, а вторая- к ТН 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 используется главным образом однофазные индукционные реле направления мощности с цилиндрическим ротором типов РБМ-170 и РБМ-270.

Токовая обмотка расположенная на полюсах и создает через них проходящий магнитный поток Фт. Обмотка напряжения расположенная на ярме и состоит из четырех секций, который соединены между собой так, что магнитный поток Фн создаваемый ими проходил через другую пару полюсов. При таком выполнении обмоток магнитный потоки Фт иФн оказываются сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 90⁰. Магнитные потоки Фт и Фн создают токи в стенках алюминиевого сердечника пропорциональные им на угол y токи I_dт и I_dн. В результате взаимодействия магнитного потока Фт с током I_dн и Фн с током I_dт на цилиндр действуют силы:

Суммарная сила создает на цилиндре вращающий момент Мвр, под действием которого цилиндр поворачивается и с помощью подвижных контактов замыкает неподвижные. Общее выражение для вращающего момента индукционного реле имеет вид:

Из выражения (6.2) следует, что когда магнитные потоки совпадают по фазе, т.е. y=0, siny=0, то Мвр=0, и наоборот когда y=90⁰, siny=1, то Мвр=max.

На векторной диаграмме:

j_р- угол сдвига между Uр и Iр определяемый параметрами сети и схемой включения реле;

Iн – вектор тока в обмотке напряжения реле;

g_н - угол между Uр и Iн (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 (6.2) магнитные потоки Фт и Фн на соответствующие им ток Iр и напряжение Uр и угол y равным ему углом g_н-j_р получим общее выражение для вращающего момента на подвижной части индукционного реле с цилиндрическим ротором:

В этом выражении есть мощность на зажимах реле. Следовательно, вращающий момент рассматриваемого реле пропорционален мощности:

Мвр=кSр,

т.е. реле реагирует на мощность.

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

1. Если цепь напряжения реле (включая его обмотку) выполнить таким образом, чтобы ее активное сопротивление было много меньше реактивного r<<x, то ток в обмотке напряжения Iн будет отставать от приложенного напряжения Uр на угол, близкий к 90⁰, т.е. в этом случае g_н =90⁰.

Вращающий момент на реле равен:

Учитывая, что sin(90⁰-j_р)=cosj_р

где - активная мощность на зажимах реле.

Следовательно, Мвр=кРр. Такие реле, реагирующие на активную мощность, называются реле активной мощности, или косинусными.

2. Если цепь напряжения реле (включая его обмотку) выполнить так, чтобы ее активное сопротивление было много больше реактивного r>>x, то ток в обмотке напряжения Iн будет почти совпадать по фазе с напряжением Uр, следовательно, угол между ними будет g_н =0.

Вращающий момент на реле равен:

Учитывая, что sin(-j_р)=-sinj_р

Для того, чтобы момент реле был положительным, выводы цепи напряжения у реле этого типа выполняются с обратной полярностью по сравнению с рассмотренном выше типа реле активной мощности. С учетом этого:

где - реактивная мощность на зажимах реле.

Следовательно, Мвр=кQр. Такие реле, реагирующие на реактивную мощность, называются реле реактивной мощности, или синусными.

3. Реле с промежуточным значением g_н реагирующие на обе составляющие мощности называются реле смешанного типа.

В зависимости от значения угла y Мвр может быть равен нулю или быть максимальным.

Мврмах=кIрUр при sin(g_н-j_р)=1, т.е. (g_н-j_р)=90⁰. Таким образом максимальный момент на реле мощности имеет место при (-j_р)=90⁰-g_н. Знак минус перед углом j_р показывает, что этот угол откладывается относительно Uр в сторону, противоположную g_н, т.е. Iр опережает Uр.

Угол j_р, при котором вращающий момент имеет максимальное значение, называется углом максимальной чувствительности и обозначается j_м.ч.

(g_н-j_м.ч)=90⁰, (-j_р)= j_м.ч=g_н-90⁰. Линия расположенная под углом j_м.ч к вектору напряжения Uр, называется линией максимальных моментов. Вращающий момент на подвижной системе реле становиться равным нулю когда sin(g_н-j_р)=0, что возможно при (g_н-j_р)=0 и при (g_н-j_р)=180⁰. Таким образом вращающий момент равен нулю при углах j_р=g_н в сторону отставания и при (-j_м.ч)=180⁰-g_н в сторону опережения вектора напряжения Uр.

Линия, расположенная под углами 180⁰-g_н<Uр<g_н называется линией нулевых моментов или линией изменения знаков мощности.

Таким образом, рассмотренное реле реагирует не только на величину мощности, но и на ее направление, т.е. является направленным.

Изменение знаков момента происходит при изменении направления тока в токовой обмотке или обмотке напряжения. Изменение направления Iр может происходить в токовой обмотке реле при изменении направления первичного тока и при изменении схемы подключения токовой обмотки к ТТ. Изменение направления тока Iн в обмотке напряжения реле может быть при изменении схемы подключения этой обмотки к ТН.

Таким образом знак Мвр зависит от схемы включения тока и напряжения. При согласном включении Мвр положителен, т.к. ток протекает от начала к концу обмотки или наоборот от конца к началу в обоих обмотках. Зажимы обмоток, на которые выведены начало обмоток называются однополярными и обозначаются точками (звездочками).

Для защит линий промышленностью выпускаются реле направления мощности двух основных типов:

1. Реле типа РБМ-171 одностороннего и РБМ-271 двухстороннего действия. Применяется для схем защит от междуфазных к.з. ВЛ. Эти реле в зависимости от схемы подключения цепи напряжения имеют угол максимальной чувствительности:

j_м.ч=-30⁰ и j_м.ч=-45⁰ – вектор Iр опережает вектор Uр.

Внутренний угол этих реле равен:

2. Реле типов РБМ-177, 178 одностороннего действия и РБМ-277, 278 двустороннего действия. Эти реле имеют угол максимальный чувствительности, когда вектор тока отстает от вектора напряжения на угол j_м.ч=70⁰. При принятом заводом обозначении однополярных зажимов обмоток тока и напряжения фактический угол максимальной чувствительности этих реле повернут на угол 180⁰ относительно указанного в каталоге и равен j_м.ч=70⁰-180⁰ =-110⁰. Соответственно внутренний угол этих реле составляет:

или с учетом того, что указанные реле включается с обратной полярностью:

РМ имеет две основные характеристики:

1. Характеристика чувствительности.

Чувствительность реле характеризируется величиной мощности, при которой оно срабатывает, т.е. Рср=IрUр. Чувствительность реле изображается вольтамперной характеристикой, которая показывает зависимость напряжения срабатывает тока. Характеристика снимается при неизменной угле между током и напряжением и равном j_м.ч.

2. Угловая характеристика.

Угловая характеристика показывает зависимость мощности срабатывания реле от угла между током и напряжением и определяет рабочую и нерабочую зону. Изображается в двух графических видах:

а) j_р=0⁰ Рср=3ВА

б) j_р=70⁰ Рср=1ВА

в) j_р=160⁰ Рср=µ

г) j_р=250⁰ Рср=-1ВА

6.8.2. Схемы включения РМ.

РМ обычно включается через измерительные трансформаторы. Для их правильного включения необходимо точно знать полярность обмоток реле, полярность обмоток ТТ и ТН, к которым подключается реле. Выводы (зажимы) обмоток напряжения и тока реле маркируются на заводе, получили условное обозначение “Н” и “К”. Для одной обмотки “Н” выбирается произвольно, для второй обмотки “н” принимается таким образом, что при подведении к обоим обмоткам реле тока и напряжения, сдвинутых под углом, при котором вращающей момент положителен, реле сработало. Неправильное подсоединение цепей к одной из обмоток реле равносильно перемене зоны работы и зоны заклинивания. Обмотки ТТ и ТН маркируются таким образом, чтобы при направлении тока в первичной обмотке от “Н” к “К” во вторичной обмотке ток вытекал из “Н”. Как для ТТ так и для ТН за “Н” первичной обмотки принимается вывод подсоединенный к шинам высокого напряжения. При включении ТН на линейные напряжения за “Н” первичных обмоток принимаются выводы, подключаемые к опережающим фазам, т.е. в порядке их электрического чередования (например, при чередовании А, В, С и при включении первичной обмотки ТН на фазы С и А за начало принимается вывод первичной обмотки, подключаемой к фазе С, при включении на фазы А и В за “Н” принимается к фазе А и т.д.). Обычно с учетом полярности выводов ТТ и ТН реле включаются таким образом, чтобы токи в цепях тока и напряжения реле имели такую же фазу как если бы реле было включено в первичные цепи минуя ТТ и ТН.

Дата добавления: 2014-01-11