6.5. Емкостные делители напряжения

Для питания устройств РЗ наряду с ТН могут применяться также емкостные делители напряжения, которые состоят из нескольких последовательно соединенных конденсаторов, включаемых между проводом фазы и землей (рис. 6.14).

Для питания РЗ используется напряжение U₂, снимаемое с зажимов последнего конденсатора делителя С2. При отсутствии нагрузкиZ_PнапряжениеU₂пропорционально первичному напряжениюU_Фи совпадает с ним по фазе, как это следует из рис. 6.14, а:

где

Значение U₂достигает нескольких киловольт, поэтому нагрузка подключается к зажимам конденсатора С2 через понижающий ТН 2 (рис. 6.14, б). Присоединение сопротивления нагрузкиZ_Pискажает как значение, так и фазуU₂, что и вызывает погрешность измерения. Для уменьшения этой погрешности предусматривается компенсирующее устройство, состоящее из реактора 1 и конденсатора 3.

Соответствующим подбором их параметров и ограничением нагрузки Z_Pможно с достаточной точностью обеспечить пропорциональность и совпадение по фазе напряженияU₂, подводимого к нагрузкеZ_Pс измеряемым напряжениемU_Ф. Отечественные заводы выпускают с использованием конденсаторов связи измерительные устройства типа НДЕ-500 для сетей 500 кВ.

6.6. Фильтр напряжений обратной последовательности

Фильтр напряжений ОП (ФНОП) является устройством, при помощи которого можно получить напряжение U_mn, пропорциональное составляющей ОП, содержащейся в напряжении сети. Составляющие прямой и нулевой последовательностей такой фильтр не пропускает. Фильтр обычно включается на линейные напряжения, которые не содержат составляющих НП.

В схемах РЗ обычно используются фильтры с активными и емкостными сопротивлениями (рис. 6.15, а). Поскольку оба плеча ФНОП находятся под воздействием междуфазных напряжений, напряжение НП на его выходе равно нулю.

Топографическая диаграмма, на которой показано распределение напряжений по элементам фильтра при подаче на его вход системы напряжений прямой последовательности, приведена на рис. 6.15, б. Рассмотрим эту диаграмму, учитывая, что активные и емкостные сопротивления, используемые в фильтре, имеют следующие соотношения:

(6.5)

Под действием напряжения U_AB, приложенного к плечу фильтра С1-R1, т. е. между зажимами 1 и 2, через эти сопротивления проходит токI^’, имеющий емкостный характер и опережающий напряжениеU_ABна угол 30⁰, Этот ток на элементахR1 и С1 создает падение напряженияI^’R1, совпадающее по направлению с векторомI^’, иI^’X_C1отстающее от этого тока на 90⁰(рис. 6.15,б). Аналогичный треугольник напряжений может быть построен и для второго плеча фильтра (между зажимами 2-3), к которому подведено напряжениеU_BC. Ток, проходящий в этом плечеI^”, будет опережать напряжениеU_BCна угол 60⁰, так как емкостное сопротивление больше активного.

В результате, как следует из диаграммы, приведенной на рис.6.15, б, выходные зажимы фильтра mиnимеют одинаковый потенциал. Таким образом, напряжение на зажимах реле при подаче на вход ФНОП напряжения прямой последовательности также равно нулю.

Диаграмма, характеризующая работу фильтра при подаче на его вход напряжения ОП, показана на рис. 6.15, е. В этом случае векторная диаграмма напряжений изменяется, так как изменяется чередование фазных напряжений на входе фильтра U_A2,U_B2,U_C2, подведенных соответственно к зажимам 1, 2, 3. При этом между зажимамиmиnпоявляется большое напряжение, пропорциональное значению напряжения ОП на входе ФНОП:

U_mn2= 1,5^j60U_AB2,m_XX= 1,5e^j60– коэффициент, обычно называемый отношением холостого хода.

Следовательно, ФНОП будет выделять из полного напряжения, поданного на его вход, напряжение ОП. Напряжение на выходе фильтра зависит от сопротивления подключенной к нему нагрузки. Для отдачи максимальной мощности от фильтра напряжения должно быть соблюдено следующее условие:

Z_Ф.К = Z_H, (6.6)

где Z_H– сопротивление нагрузки, подключенной к выходным зажимам фильтра;Z_Ф.К– сопротивление КЗ фильтра, измеряемое со стороны его выходных зажимов, когда входные зажимы закорочены.

Поэтому обычно на выходе фильтра подключается реле, имеющее определенное сопротивление, что обеспечивает получение от фильтра наибольшей мощности. Фильтр-реле напряжения ОП, схема которого приведена на рис. 6.15, называется РНФ-1М.

Фильтр напряжений обратной последовательности на операционном усилителе (ОУ) представляет собой двухвходовый сумматор, на первый вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению U_AB, а на другой входU_BC(рис. 6.16, а). Эти напряжения подаются на схему через малогабаритные промежуточные ТН.

Выходное напряжение схемы равно произведению векторной суммы токов I₁,I₂и сопротивленияR₅. Поскольку напряжение между входами ОУ равно нулю,

а

Соотношение между R₁,R₂и С₁выбрано таким, чтоI₁опережаетU_ABна 60^o, а токI₂совпадает по фазе сU_BC. При изменении сопротивленияR₁изменяется и токI₁, и его угол сдвига относительноU_AB, а при измененииR₃меняется только токI₂.

При прямой последовательности фаз (рис.6.16, б) регулировкой R1 иR3 обеспечивается равенствоI₁иI₂и сдвиг между ними 180^o, поэтомуU_ВЫХ= 0. При обратном чередовании (ОП) фаз (рис. 6.16, в) сдвиг между токамиI₁иI₂ равен 60^o, а выходное напряжение схемы пропорционально

Фильтр напряжений ОП превращается в фильтр токов ОП, если на его входы подать напряжения, пропорциональные разности токов I_A–I_BиI_B–I_C.