Работа

Реле РМ11 и РМ12 отличаются друг от друга только выполнением фазоповоротных блоков. Фазосравнивающая схема для всех типов реле одна и та же.

Принцип работы реле основан на сравнении времени совпадения двух электрических сигналов (I и U) со временем их несовпадения. Для отстройки от апериодических составляющих во входных сигналах в реле отдельно сравниваются tсовп “+” знаков с t⁺_{несовпад}, tсовп “-” знаков с t^-_{несовпад}. Токи и напряжения подводятся к схеме реле через промежуточные ТТ и ТН. Необходимый jх получается с помощью фазоповоротных блоков. С их выхода напряжения поступают на входы блоков совпадения, выполненных на транзисторах VT1 и VT2, резисторах R5, R8, R6, R7, R9, диодах VD5, VD6, VD7, VD8, а также на резисторах определяемого смещение R10, R11 и защитных диодах VD9, VD10. Транзисторы работают попеременно в ключевых режимах. В моменты совпадения входных сигналов одновременно закрываются на одну полуволну диоды VD5, VD6 и транзистор VT1, а открываются VD7, VD8 и транзистор VT2, в другую полуволну – наоборот.

Для обеспечения надежного запирания транзисторов на их базы подается отрицательное смещение с R10, R11, VD25. R5-R9 задают токи, определяющие уровни входных сигналов (чувствительность), при которых VD5, VD6 или VD7, VD8 запирается. Транзисторы открыты при разных знаках входных сигналов. За время, при котором VT1(VT2) закрыт (интервал на границе области срабатывания по углу сдвига фаз примерно p/2), интегратор, состоящий из R12(R13) и R14(R15), VD11(VD12) и C6(C5), заряжается, т.е. напряжение на C6(C5) линейно возрастает, а в течение оставшейся части периода, где VT1(VT2) открыт напряжение на C6(C5) линейно уменьшается. В этом случае Uвых (С5 и С6) U_н+ и U_н- - имеют пилообразный вид, амплитуда которых имеет временный сдвиг друг относительно друга. Напряжения с выхода интегратора поступают на вход аналогового сумматора, выполненного на R16 и R17, сигнал на выходе которого имеет удвоенную частоту. Порог срабатывания триггера Шмидта, выполненного на ОУ А1,VD17, VD18 и R18,R21, R22 настраивается на амплитуду напряжения на входе сумматора. При выполнении этого условия на выходе триггера появляется “-U”, вызывающее срабатывание выходного каскада.

Работа ограничителей.

В схеме реле имеется “верхний” и “нижний” ограничители, выполненные на диодном “мосту” VD13-VD16 и R19. При понижении напряжении до нуля вступает в действие нижний ограничитель, шунтируя своими диодами С5 и С6, в следствии чего напряжение на них не опустится ниже уровня прямого падения напряжения на диодах. Это оказывает стабилизирующее действие на время срабатывание реле. “Верхний” ограничитель настраивается R19 таким образом, чтобы при превышении напряжении на С5 и С6 уровня, соответствующего уровню напряжения на них на границе области срабатывания по углу сдвига фаз, диоды открылись, ограничивая тем дальнейшее возрастание потенциала С5 и С6. Это Обеспечивает потенциал С5 и С6 не выше потенциала средней точки R19. Особенно эффективно работа верхних ограничителей проявляющая при действии на выходах реле двух совпадающих по знаку апериодических составляющих. В этих случаях один из интеграторов заряжается, а другой разряжается. Благодаря “верхнему” ограничению напряжение на заряжающемся конденсаторе не может превысить уровня равного 1, в то время как второй конденсатор имеет нулевой уровень. следовательно U_å=1/2 (что меньше 2/3), т.е. ниже порога срабатывания триггера. Реле не работает.

Работа блока питания от сети постоянного тока напряжением 110 и 220В.

В несработанном состоянии и при поданном питании на выходе триггера Шмидта сигнал имеет “+” полярность. В этом случае VT3 открыт и шунтирует выходной орган, а VT4 закрыт. Таким образом, устраняется явление самохода. При появлении на выходе триггера Шмидта сигнала “-” полярности потенциал на базе VT3 понижается, и он запирается. При этом потенциал базы VT4 повышается, он открывается, шунтируя R26, и форсируется срабатывание одного из исполнительных органов реле.

Режим работы от сети переменного тока.

БП- комбинированный, осуществляет питание как от источника напряжения, так и от источника тока, соответственно и состоит из цепей напряжения и тока. Каждая цепь состоит из выпрямительных мостов VD31(VD32), выходы которых соединены параллельно, двух тиристоров VD33, VD39(VD34, VD40) и диодов VD35, VD36 (VD37, VD38). На выходе БП имеются стабилитроны VD27-VD30, соединенные последовательно. Катод стабилизированного “столба” подключен к положительным выводом выпрямительных мостов. К этой же точке присоединен вывод накопительного конденсатора. Тиристоры в блоке обтекаются однополупериодным током, что гарантирует их надежное запирание в конце каждого полупериода при сколь угодно большой кратности входного тока.

Работа блока.

При подачи на вход блока только одной величины, например тока, конденсатор С9 будет периодически заряжаться от цепи тока, включающей в себя трансформатор ТА2, тиристоры VD34, VD40, диоды VD37, VD38 и выпрямительный мост VD32. Когда напряжение на обкладках будет достаточной для пробоя VD27-VD30 и включения VD40(VD34), вторичная обмотка трансформатора шунтируется вплоть до окончания полупериода. Ток управления поступает на тиристор VD40(VD34) через открытые диоды выпрямительного моста VD32, открытые VD27-VD30 и VD38(VD37). После включения VD40(VD34) мост VD32 запирается и ток управления выключается. Если на вход блока подано напряжение, то аналогично через VD31, VD27-VD30, VD36(VD35) происходит периодическое включение тиристоров VD39(VD33). Конденсатора С11-С14 служат для ограничения тока через VD33 и VD39. Если на входы блока поданы и ток и напряжение, то накопительный конденсатор С9 получает энергию по обеим цепям, которые работают независимо друг от друга.

6.9. Реле дифференциальное РНТ.

6.9.1. Назначение и принцип действия РНТ.

Кривые токов намагничивания и токов небаланса в неустановившемся режиме располагаются в одну сторону оси времен из-за наличия апериодической составляющей. Кривые тока к.з. при повреждении в защищаемой зоне, имеет почти симметричную синусоидальную форму. В момент к.з. на форму кривой тока в реле оказывает некоторое влияние свободная апериодическая составляющая переходного процесса. Однако кривые полного тока к.з. меняет знак каждые полпериода. Применение насыщающихся ТТ основано на отличии формы кривой бросков токов намагничивания и токов небаланса при внешних коротких замыканиях от нормальной синусоиды, расположенной симметрично относительно горизонтальной оси.

Первичные обмотки насыщающегося ТТ включаются в дифференциальную цепь защиты, а от вторичной обмотки питается токовое реле. Сердечник НТТ с специальной сталью с широкой петлей гистерезиса, а сечение сердечника, параметры реле и обмотка подбираются так, что во вторичную цепь хорошо трансформируется только синусоидальный ток. Апериодический ток практически не трансформируется и реле не работает, а производит лишь подмагничивание. Таким образом, ТТ при наличии в первичной токе апериодической составляющей автоматически увеличивает ток срабатывания реле (загрубение реле), и диф. защита не реагирует на броски намагничивания тока силовых трансформаторов и на токи небаланса при внешних к.з.

Рассмотрим подробнее физические процессы в НТТ. При прохождении тока по wn – намагничивание его сердечника. Для каждого сорта ферромагнитного материала существует своя кривая намагничивания (зависимость В от Н). При определенных размерах сердечника и числа wn можно построить магнитную характеристику Ф от Iн. Когда сечение сердечника одинаковое на всех участках, а воздушный зазор отсутствует, то ФºВ, А НºIн.

Нс - коэрцитивная сила (задерживающая);

Вr – остаточная индукция.

Процесс отставания изменений магнитного поля от изменений намагничивающего тока называется гистерезисом.

При прохождении по wn синусоидального тока значением от +Iм до –Iми магнитной индукции от +Вм до –Вм значение ЭДС на wвт, а следовательно Iср получает большее значение (петля гистерезиса соответствует срабатыванию реле).

Если в первичной обмотке проходит апериодический ток перемагничивания сердечника происходит по динамической петле гистерезиса 1-2-1, 3-2-3, так как индукция изменяется в небольших пределах на величину Ва. При таком изменении индукции на wвт наводится небольшая ЭДС.

6.9.2. Устройство реле РНТ.

Основными элементами реле РНТ являются насыщающийся трансформатор тока и исполнительный орган-реле РТ-40. НТТ предназначен для:

1. обеспечения отстройки реле от токов небаланса при переходных процессах.
2. выравнивания НС, возникших под действием различных по величине вторичных токов в плечах диф.защиты.

НТТ имеет трех стержневой сердечник. На левом стержне - wвт, на среднем – две или три обмотки wn, включенные в токовые цепи диф.защиты. На среднем и правом стержне w’кз и w''кз короткозамкнутой обмотки, используемой для улучшения отстройки защиты от бросков токов намагничивания силовых трансформаторов и токов небаланса в переходном режиме при внешних к.з. За счет размагничивающей к.з. обмотки происходит усиление действия апериодической слагающей и ослабление действия периодической слагающей тока, что приводит к загрубению реле.

При к.з. в зоне действия диф.защиты, в wn протекает синусоидальный ток и происходит непосредственная трансформация из wn во wвт и в часть w’кз, откуда он поступает в w''кз. Магнитные потоки среднего и правого стержней Фсред и Фк.з. суммируются по L, зависящие от параметров wкз и направлены в левый стержень. Ток из wn трансформируются двумя путями: при помощи прямой трансформации из wn во wвт и двойной трансформации из wn в w''кз, а затем w''кз в wвт.

При прохождении по первичной обмотке реле тока с апериодической слагающей не трансформируется в к.з. контур. Апериодический поток Фап разветвляется в левый и правый стержни. Они ухудшают трансформацию из wn в w''кз и wвт. Апериодический ток сильно ослабляет двойную трансформацию, чем достигается значительное увеличение тока срабатывания.

На реле старого исполнения (РНТ-562-564) число витков wкз, чтобы отношение w''кз/w'кз остается постоянным. Фсред и Фкз в правом стержне НТТ обеспечивают требуемый по величине результирующий поток в левом стержне Фр. При увеличении числа к.з. витков средний и правый потоки уменьшаются и уменьшается также и угол между векторами этих потоков, результирующий же магнитный поток остается неизменным.

У новых реле (РНТ-565-567) уставки, на которых wкз регулируется Rкз. Таким образом при наличии в Iн апериодической составляющей происходит автоматическое загрубение реле из-за насыщения сердечника НТТ. Поведение реле РНТ в схемах диф.защиты при внешних к.з. и включаемых силовых трансформаторов под напряжение, т.е. в переходных режимах с апериодической составляющей оценивают качественно по характеристикам зависимости относительного тока срабатывания реле от насыщения:

где Iср.n – переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной (апериодической) составляющей;

Iср.sin – синусоидальный ток срабатывания при отсутствии постоянной составляющей.

Коэффициент смещения равен отношению постоянного тока подмагничивания реле к действующему значению тока Iср.n:

где Iа – постоянная (апериодическая) составляющая тока в реле;

Iср.n – переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной (апериодической) составляющей.

Смещения характеризуется кривой тока относительно оси времени:

Токи небаланса в реле диф.защиты имеют несинусоидальную форму, поэтому полное смещение кривой тока относительно времени получается при уменьшении коэффициента:

Характеристики загрубения реле достаточно точно характеризуют поведение реле в первые моменты к.з. в зоне диф.защиты.

При внешних к.з. и включения на ХХ можно приближенно рассматривать как реле без кз. обмотки.

Переходные токи небаланса и броски Iнам силовых трансформаторов расположены асимметрично оси времени и содержат апериодическую составляющею, которая не трансформируется, а идет на намагничивание. За счет насыщения сердечника БНТ, подмагничивающим действием апериодического тока, трансформация также ухудшается, что еще больше уменьшает ток в реле. После затухания апериодической составляющей нормальные условия для трансформации периодического тока восстанавливаются. Подмагничивающего действия апериодического тока в первый момент к.з. приводит к замедлению защиты при повреждении в ее зоне. Из-за насыщения трансформация тока в реле уменьшается так, что Iреле≤Iср и реле действует до тех пор пока не затухнет апериодическая составляющая тока (tзат=0,03-0,1сек). Этот недостаток связан с БНТ.

Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от переменной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса. Обмотки wд и w2 образуют насыщающийся трансформатор wур и включаются в цепи защиты и служат для уравновешивания вторичных токов. Ток срабатывания регулируется изменением числа витков wд. Наличие обмотки wкз повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков тока намагничивания силового трансформатора особенно когда эти токи не полностью сдвинуты относительно нулевой линии:

Подобные токи имеют значительную переменную составляющую и небольшую апериодическую, что понижает эффективность действия БНТ. Обмотка wкз ограничивает периодический ток, возникший во вторичной обмотке РНТ, но не изменяет подмагничивающее действие апериодической составляющей.

Ток Iд, поступающий в wд создает силу F=Iд*wд. Поток Фд замыкается по правому и левому стержням. В общем случае Iд=Iд.n+Iд.а. Соответственно этому образуется две составляющие Fд.n и Fд.а и магнитные потоки Фд.n и Фд.а. Поток Фд.n по правому стержню наводит в w2 ЭДС Е2. Апериодический поток Фд.а медленно изменяясь не наводит ЭДС в w2 и полностью затрачивается на намагничивание магнитопровода.

При наличии кз. обмотки поток Фд.n в wк создает ЭДС Ек и Iк. Ток Iк создает МДС Fк=Iк*wк и F'к=Iк*w'к.

МДС Fк действует навстречу Fд.n и почти полностью компенсирует ее. Результирующая МДС F1=Fд.n-Fк создает остаточный поток Фп<<Фд.n (где Фд.n – магнитный поток при отсутствии wк). МДС F'к образует Ф'к, замыкающийся вместе с составляющей потока Фп по левому стержню. Параметры wк подбираются так, чтобы суммарный поток в левом стержне был равен: Ф2=Фn2+Ф'к2<Фд.n2. Таким образом wкз уменьшает магнитный поток, создаваемый током Iд.n, питающий обмотку wд. На МДС Fд.а, создаваемой током Iд.а, обмотка wкз не влияет, так как скорость изменения Iд.а очень мала и поэтому Iд.а не вызывает в ней ЭДС. Это означает, что поток Фд.а, создаваемый Fд.а=Iд.а*wд и его подмагничивающее действие практически не зависят от wкз. Таким образом, кз. обмотка уменьшает трансформацию периодической составляющей тока в ней и не влияет на апериодическую составляющею. Влияние wк равноценно уменьшению периодического тока в обмотке wд с Iд.n до некоторой I’д.n при сохранении Iд.а.

Ток небаланса Iнб в переходных режимах обусловлен апериодической составляющей в периодической токе. В переходном режиме, в начальный момент времени к.з. на величину и характер Iнб большое влияние оказывает апериодическая составляющая первичного тока.

Ударный ток Iудар обычно больше установившегося к.з. в 1,5-1,8 раза. Особенно большой величины Iнб достигает во время переходных процессов. Это объясняется тем, что апериодическая составляющая первичного тока подмагничивает сердечник ТТ, насыщение сердечника ТТ приводит к резкому увеличению погрешности ТТ и увеличению небаланса Iнб.

Характерной особенностью кривой тока небаланса при внешнем к.з. является смещение относительно горизонтальной оси. Iнб в реле может достигать большой величины также и при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении на них напряжения после отключения к.з.

Большие броски тока намагничивания объясняется том, что в момент подачи напряжения индуктивное сопротивление трансформатора резко уменьшается из-за насыщение магнитопровода.

Ток ХХ примерно составляет (0,5-5)%Iном трансформатора. Величина потока Ф зависит от напряжения поданного на обмотку трансформатора: V1=4,44fw₁Фн В момент подачи напряжения поток Ф не может изменяться скачком. Возникает переходный процесс с наличием двух потоков Фсв и Фпр. При t=0 Фм=0, а при t=Т/2 Фм=Фсв+Фпр и поток Фм в (1,5-1,8) раза больше установившегося магнитного потока. Максимальное значение магнитного потока при переходном процессе соответствует пологой части кривой. Начальный бросок тока Iнам больше в сотни раз амплитуды тока Iнам при ХХ и в (3-10) раз больше амплитуды Iном трансформатора. Начальный бросок тока спадает очень резко, приближаясь к установившемуся току ХХ, так как в пологой части (а-б) небольшому изменению DФ соответствует значительное изменение DIнам.

Ток Iнб в установившемся режиме мал и от него можно отроиться, но от больших токов Iнб уставкой срабатывания отстроиться трудно, так как защита окажется нечувствительна к к.з. в зоне. Для предотвращения ложной работы диф.защиты реле включается через НТТ.

Существует несколько типов схем включения реле РНТ.

В диф.защите двух обмоточных трансформаторов (АТ) для компенсации неравенства токов в плечах защиты используют одну уравнительную обмотку w_урII, включая ее в плечо с меньшим током.

Для повышения точности компенсации применяется схема с включением уравнительной обмотки в каждое плечо защиты. При этом диф.обмотка включается на разность токов плеч.

Возможна схема с использованием только уравнительных обмоток.

В схемах защиты трех обмоточного трансформатора используется дифференциальная и обе уравнительные обмотки.

Плечо I с большим током непосредственно подключается к диф.обмотке реле.

При применении диф.защиты с реле РНТ-566 схема имеет вид.

Ток срабатывания регулируется: wур1=(0,34-2)А, wур2=(0,625-4)А, wур3=(2,57-20)А.

6.10. Фильтры обратной последовательности.

6.10.1.Принцип действия фильтра по U₂.

Эта схема позволяет получить Umn≡U2, содержащееся в напряжении сети. Составляющие прямой и нулевой последовательности напряжения фильтр не пропускает. Фильтр включается на линейное напряжение U_АВ и U_ВС. Сопротивление плеч фильтра подбираются так, чтобы при напряжении прямой последовательности напряжение Umn=0.

При рассмотрении контура m2n для выполнения условия Umn=0 напряжение U''а должно компенсировать U'с (U''а=- U'с). Чаще всего используется фильтр с активными и емкостными сопротивлениями.

При разомкнутой цепи фильтра векторы падения напряжения в активном и емкостном сопротивлениях фильтра каждого плеча сдвинуты на 90⁰ и равны в сумме напряжению, питаемому данное плечо, т.е.

Таким образом, напряжение каждого плеча образуют прямоугольный треугольник:

При питании фильтра напряжением прямой последовательности:

Показав векторы напряжения между зажимами 1,2 и 2,3 строят нападения напряжения в плечах между 1 и 2, 2 и 3 так, чтобы выполнялись условия Umn=0, для чего точки m и n должны совпадать. Из полученных треугольников напряжений плеч А и С:

При разомкнутых зажимах mn напряжения пропорциональны сопротивлениям и поэтому соотношения сопротивлений соответствующих плеч:

При питании фильтра напряжением обратной последовательности U_ab2 и U_bc2:

Вектор - это напряжение на выходе фильтра:

где - составляющая обратной последовательности фазного напряжения.

6.10.2.Принцип действия фильтра по I₂.

Фильтр состоит из активных сопротивлений r₁ и r₂ и трансреактора. Сопротивление r₁ питается током Ic, трансреактор – разностью токов (). Сопротивление r₂ питается суммой токов (). Напряжение на зажимах mn равно:

Сопротивление подобрано так чтобы Е_ф=0 при питании фильтра током прямой и нулевой составляющими. Для этого .

Если подана прямая последовательность.

Если подана обратная последовательность.

При подачи нулевой последовательности.

Дата добавления: 2014-01-11