Индукционные реле направления мощности

Реле направления мощности.

Трансформаторы тока и напряжения в схеме релейной защиты.

Схема электроснабжения с использованием МТЗ.

Назначение и требования к реле. Реле направления мощ­ности (РНМ) реагируют на значение и знак мощности S, подве­денной к их зажимам. Они используются в схемах как орган, определяющий по направлению (знаку) мощности (протека­ющей по защищенной ЛЭП), где произошло повреждение на защищаемой ЛЭП или на других присоединениях, отходя­щих от шин подстанции (рис. 2.32, а). В первом случае при КЗ в К1 мощность КЗ S_К1 направлена от шин в ЛЭП, и РНМ должно срабатывать и замыкать свои контакты, во втором - при КЗ в К2 - мощность КЗ S_K2 направлена к шинам, в этом случае ре­ле не должно замыкать контакты.

Реле мощности имеет две обмотки: одна питается напря­жением U_p, а другая - током сети 7_р (рис. 2.32, б).

Взаимодей­ствие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения U_р, тока I_р и угла сдвига φ_р между ними.

Чувствительность РНМ оценивается минимальной мощ­ностью, при которой реле замыкает свои контакты. Эта мощ­ность называется мощностью срабатывания и обозна­чается S_cp.

Реле направления мощности выполняются мгновенными. Время срабатывания РНМ должно быть минимальным.

Конструкция и принципы действия индукционных реле мощности. Индукционные реле мощности выполняются с по­движной системой в виде цилиндрического ротора (рис. 2.33, а). Реле имеет замкнутый четырехполюсный магнитопровод 1 с выступающими внутрь полюсами. Между полюсами установлен стальной цилиндр (сердечник) 2, повышающий магнитную проницаемость междуполюсного пространства. Алюминиевый цилиндр (ротор) 3 может поворачиваться в зазоре между сталь­ным сердечником и полюсами. При повороте ротора 3 проис­ходит замыкание контактов реле 6.

Для возврата ротора и контактов в исходное положение предусматривается противодействующая пружина 7 (рис.2.33,б).

Обмотка 4 питается напряжением U_р = U_c/K_U, а обмотка 5 -током I_р = I _С/К_I, где U_c и I_С - напряжение и ток сети (защи­щаемого элемента). Ток I_Н=U_P/Z_H в обмотке 4 создает магнит­ный поток Ф_н (поляризующий).

Ток Ip проходящий по обмотке 5, создает магнитный поток Ф_т (рабочий).

На рис. 2.34 изображена векторная диаграмма магнитных потоков Ф_н и Ф_т. За исходный для ее построения принимается вектор напряжения U_p, Ток 1_Н сдвинут по фазе относительно напряжения U_p на угол α, а ток I_р - на угол φ_р.

Угол а определяется индуктивным и активным сопротив­лением обмотки 4, питаемой напряжением, и называется углом внутреннего сдвига реле. Угол φ_р зависит от параметров сети и фаз подведенных к реле U_c и I_с.

Магнитные потоки Ф_н и Ф_т изображены на диаграмме со­впадающими с создающими их токами I_н и I_р.

Из векторной диаграммы следует, что потоки Ф_н и Ф_т, а также токи I_н и J_p сдвинуты по фазе на угол ψ = а. - φ _р, элект­ромагнитный момент М_э согласно формуле (2.13):

М_э = kФ _HФ_T sin ψ; (2.17)

выражая Ф_н и Ф_т через создающие их токи, получим

Мэ = k1UpIpSin(α-φ_p) = k1Sp, (2.18)

где S_р = [UpIpSin(a - φ_р) - мощность, подведенная к реле.

Анализируя выражение (2.18), можно сделать следующие выводы: электромагнитный момент реле пропорционален мощности на его зажимах; знак электромагнитного момента реле определяется знаком sin(a - φ_р) и зависит от значения φ_р и угла внутреннего сдвига α. Это иллюстрируется рис. 2.34, где зона отрицательных моментов заштрихована. Не заштрихованная часть диаграммы соответствует области положительных мо­ментов, где Ф_т опережает Ф_н, а φ_р и его синус имеют положи­тельный знак. Линия АВ, проходящая через углы α - φ_р = 0 и 180°, называется линией изменения знака мо­мента. Она всегда расположена под углом а к вектору U_p, т. е. совпадает с направлением векторов I_н и Ф_н.

Линия CD (перпендикулярная А В) называется линией максимальных моментов. Момент М_э достигает мак­симума при α - φ_р = 90°, т. е. когда I_р опережает I_н на 90°. Угол Ф_р, при котором М_э достигает максимального значения, назы­вается углом максимальной чувствительности, значение которого зависит от угла α, который определяется отношением X/R в цепи напряжения.

Реле не действует, если отсутствует напряжение или ток в реле или если sin(α - φ_р) = 0. Последнее условие имеет место при φ_р = а и Ф_р = а + 180°.

Таким образом, выражение (2.18) и рис. 2.34 показывают, что рассмотренная конструкция есть реле, реагирующее на знак мощности S_р или, иными словами, - на угол сдвига φ_р между напряжением U_p и током I_р.

Основные характеристики реле мощности. Мощность сраба­тывания. Наименьшая мощность на зажимах реле, при кото­рой оно срабатывает, называется мощностью срабаты­вания S.

Зависимость мощности срабатывания от тока I_р и угла φ_р принято оценивать характеристикой чувствительности и уг­ловой характеристикой.

Характеристика чувствительности представляет собой за­висимость U_cp = f (I_р) при неизменном φ_р (рис. 2.35), где [I_ср - наименьшее напряжение, необходимое для действия реле (при данных значениях I и φ). Обычно характеристика сни­мается при φ, равном углу максимальной чувствительности, т.е. для случая, когда sin(a - φ_p) = 1.

Угловая характеристика представляет собой зависимость U = f(I) при неизменном значении I. На рис. 2.36 показана характеристика для реле смешанного типа с a = + 45°. Угловая характеристика (рис. 2.36, а) позволяет определить изменение чувствительности реле (характеризуемое величиной U_cp) при разных значениях угла φ_р; минимальное значение U_cpmin и наиболее выгодную зону углов φ, в пределах которой U близко к U_{c mm}; при каких углах φ меняется знак электро­магнитного момента и пределы углов φ, которым соответству­ют положительные и отрицательные моменты (рис. 2.36, б).

Полярность обмоток. Знак электромагнитного момента реле зависит от относительного направления токов Iни Ip в его обмотках. Условились изготовлять РНМ так, что при оди­наковом направлении токов в обмотках напряжения и тока реле замыкает свои контакты (см. рис. 2.32). Одинаковым на­зывается направление тока в обеих обмотках от начала к кон­цу обмотки или наоборот. Заводы, изготовляющие реле, указы­вают однополярные зажимы обмоток, отмечая их условным знаком. На рис. 2.32 начало обмоток отмечено точками. Реле подключается к ТТ и ТН с учетом полярности обмоток так, чтобы при КЗ в зоне РЗ реле замыкало свои контакты.

Явление самохода. Самоходом называют срабатывание РНМ при прохождении тока только в одной его обмотке - токовой или напряжения. Реле, имеющее самоход от тока, может не­правильно сработать при обратном направлении мощности, когда повреждение возникает в непосредственной близости от реле в зоне его недействия, в результате чего напряжение на его зажимах будет равно нулю.

Причиной самохода обычно является несимметрия магнит­ных систем реле относительно цилиндрического ротора. Для устранения самохода на стальном сердечнике 2 (рис. 2.33, а) предусмотрен срез; изменяя положения сердечника, можно компенсировать неравномерность потоков в воздушном зазоре.

Индукционные реле мощности типа РБМ. Отечественной электропромышленностью выпускались быстродействующие реле направления мощности РБМ промежуточного типа, конструктивное выполнение которых соответствует показанному на рис. 2.32, а. Момент реле выражается уравнением

М_э =kU_pI_psin(α - φ_р) = kUpIp cos(φ_p + β) = kU_pIp cos(φ_p + φ_м._ч), где β = 90 - α.

Имеются два основных варианта исполнения реле: РБМ-171 и РБМ-271, используемые обычно для включения на фазный ток и междуфазное напряжение. Угол максимальной чувстви­тельности у этих реле может изменяться и имеет два значе­ния: Ф_{м шЧ} = -45° и Ф_{м ч} = -30°.

PBM-i78, РБМ-278 и РБМ-177, РБМ-277 включаются на ток и напряжение нулевой последовательности (НП); их угол мак­симальной чувствительности Ф_мч = +70°. У реле РБМ-178 и РБМ-278 S_cp = 0,2 + 4 В ■ А, у реле РБМ-177 и РБМ-277 S_cp = = 0,6 + ЗВ-А.

Реле РБМ-271, РБМ-277, РБМ-278 - двустороннего действия, имеют два замыкающих контакта, действующих при соответ­ствующем знаке момента.

Индукционные РНМ заводом не изготовляются. Однако в эксплуатации находится большое количество таких реле.

Освоен промышленный выпуск РНМ типов РМ-11 (с угловой характеристикой, аналогичной РБМ-171) и РМ-12 (с угловой ха­рактеристикой, аналогичной РБМ-178). Напряжение срабаты­вания реле РМ-11 не более 0,25 В, а реле РМ-12 регулируется ступенями 1, 2 и 3 В. Устройство этих реле рассмотрено в § 2.19.

Дата добавления: 2015-04-24