11.7. Общие принципы выполнения реле сопротивления, используемых в дз в качестве измерительных органов, и требования к их конструкциям

Элементные базы изготовления PC. Первоначально PC, как и другие виды реле, выполнялись на электромеханиче­ских элементах главным образом на индукционном принципе. С развитием полупроводниковой техники получили широкое применение статические конструкции PC сначала на полупро­водниковых приборах, выполняемые из отдельных (дискрет­ных) элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденса­торов.

В 70-х годах отечественная промышленность перешла на вы­пуск PC только на выпрямленном токе с использованием дис­кретных полупроводниковых приборов. В связи с развитием микроэлектронной техники на базе интегральных микросхем (ИМС) последние стали применяться в качестве новой элементной базы при построении PC. Использование ИМС, а также элементов вычислительной техники открыло пути дальнейшего совершенствования характеристик и параметров ИО ДЗ. Появи­лась возможность уменьшения габаритов, потребления, выпол­нения PC с характеристиками сложной формы, а также повыше­ния надежности реле, в частности за счет внедрения автомати­ческих схем непрерывного контроля исправности измеритель­ных и логических элементов ДЗ. Отечественная промышлен­ность в 80-х годах начала выпуск PC с улучшенными параметра­ми на интегральных операционных усилителях. Значительные успехи в широком применении сверхбольших ИМС (СБИМС) и создании на их основе микропроцессоров и микроЭВМ позволяют приступить и в нашей стране к применению дистанцион­ных защит на микропроцессорной базе. Разработка и изготов­ление таких отечественных РЗ уже начаты [20, 21].

Принципы выполнения статическихPC. Все разновидности PC основаны на сравнении абсолютных значений или фаз двух или нескольких электрических величин. Эти величины пред­ставляют собой синусоидальные напряжения U_1, U_2, ..., U_n [U₁ = U_1msint, U₂ = U_2msin(t + ) и т. д.]. Каждое из них являет­ся линейной функцией напряженияU_Р, и тока , измеряемых в месте установки РЗ. Сравниваемые напряжения образуются из U_Р и по выражениям, аналогичным (2.38):

U₁ = К_U1U_Р + К_{I 1} I_Р ;

U₂ = К_U2U_Р + К_{I 2} I_Р ;

……………………… (11.14)

U_n = К_UnU_Р + К_{I n} I_Р ;

Коэффициенты К_U1 - К_Un (11.14) являются постоянными величинами. Их значения определяют форму и уставки харак­теристики срабатывания. Коэффициенты К_{I 1}- К_{I n} представля­ют собой комплексы, имеющие размерность сопротивлений, a К_U1 - К_Un - действительные числа.

Реле сопротивления с характеристиками срабатывания в ви­де окружности, эллипса (овала) и прямой линии (рис. 11.14, а-г, ж) выполняются по принципу сравнения двух напряжений U₁ и U₂ по (11.14). Для получения реле с характеристикой в форме треугольника или четырехугольника (рис. 11.14, е,д) производится сравнение трех или четырех напряжений U_1, U_2, U_3, U₄ .

НапряжениеU₁ – U_n целесообразно выразить через сопротив­ления , поскольку поведениеPC зависит от их значений. Для этого следует преобразовать правую часть уравнений (11.14), вынеся за скобки I_Р и коэффициент К_U при U_Р, тогда с учетом того, что U_Р = I_Р , получим:

U₁ = К_U1I_Р = К_U1I_Р (-);

……………………………………………….. (11.14а)

U_n = К_UnI_Р = К_UnI_Р (-).

Здесь принято, что =, ...,Z_n =. СопротивленияиZ_n являются постоянными комплексными величи­нами, определяющими форму характеристики и уставки сра­батывания реле.

Реле сопротивления на полупроводниковых элементах вы­полняются на сравнении абсолютных значений и на сравнении фаз. Последние более быстродействующие (они могут срабаты­вать в течение полупериода промышленной частоты, т. е. с t 0,01 с) и проще в исполнении. Поэтому PC, построенные на сравнении фаз, находят все более широкое применение. Ниже рассмотрены принципы построения PC обоих видов.

Общая структурная схема дистанционного органа. Реле со­противления, выполняющие функции ДО, построенные на сравнении фаз или абсолютных значений электрических вели­чин, выполненные на полупроводниках в виде дискретных элементов или ИМС, имеют одинаковую структурную схему (рис. 11.15). Рассматривается общий случай сравнения п напря­жений U₁ - U_n, образованных по (11.14). Реле состоит из четырех частей: 1 - преобразователей напряжения П_U (ПТН) и тока П_I (ПТТ или ПТР); 2 - устройств формирования сравниваемых на­пряжений УФ; 3 - устройства УС, осуществляющего сравнение электрических величин по абсолютному значению или по фа­зе; 4 - реагирующего и исполнительного органа РО.

Напряжение U_Р и ток I_Р от измерительных ТТ и ТН подводят­ся к П_U и П_I, которые преобразуют исходные величины U_Р, и I_Р в пропорциональные им напряжения: U_H = K_UU_Р и U_T = K_II_Р. Эти напряжения по (11.14а) подаются к формирователям УФ. Каждый формирователь представляет собой сумматор, преобразующий входные напряжения в сравниваемые величины по (11.14) и осуществляющий их суммирование. Например, в сумматоре n образуется два напряжения K_UnU_Р и K_In I_Р, они суммируются, и на выходе УФ появляется напряжение U_n = K_Un U_Р + K_In I_Р по (11.14). Аналогично образуются напряжения на выходе остальных сумматоров. В зависимости от принципа работы PC в состав устройства формирования могут входить выпрямители синусоидальных величин, получаемых от преоб­разователей U_Р и I_Р, и частотные фильтры, подавляющие токи высших гармоник. Напряжения U₁ - U_n с выхода УФ поступают на вход схемы сравнения УС. Здесь производится их сравнение по модулю или по фазе в соответствии с заданным условием (алгоритмом) срабатывания PC. В результате на выходе УС появляется напряжение U_вых, значение или знак которого за­висит от соотношения абсолютных значений или от фаз срав­ниваемых величин. Выходной сигнал поступает на РО. При определенных значениях амплитуд или фаз сравниваемых на­пряжений, соответствующих повреждению в зоне действия PC, на выходе РО появляется сигнал о срабатывании реле в виде U_вых > U_c.p.

Основные требования к ДО (PC). 1. Реле сопротивления I ступени должны быть быстродействующими: t_cp = 0,01 0,02 с в сетях 500 кВ,t_cp = 0,02 0,04 с в сетях 110-220 кВ.

2. Реле сопротивления, выполняющие функции ИО I, II и III ступеней ДЗ, должны иметь высокую точность при срабаты­вании в конце зоны их действия: Z = Z_y - Z_c.p.

3. Измерительные органы II ступени должны иметь k_воз = Z_B / Z_c.p 1,05 1,1, что позволит повысить их чувствитель­ность.

4. Реле сопротивления не должны работать в переходных ре­жимах при наличии в токе и напряжении апериодических со­ставляющих и составляющих с частотой, отличающейся от 50 Гц.

5. PC должны обладать высокой помехоустойчивостью, ис­ключающей их ложное срабатывание от воздействия внешних и внутренних помех.

6. PC должны быть надежными и простыми в эксплуатации, иметь возможно меньшее потребление мощности в цепях тока.