Релейная защита

Структурно-функциональная схема подобного реле изображена на рис.2.66. В этой схеме синусоидальный ток iP = Imsinωt поступает на вход промежуточного ТТ (ПТТ) или трансреактора, назначение и функции которых были пояснены при рассмотрении структурной схемы полупроводниковых ИО.

Выходной сигнал ПТТ в виде синусоидального напряжения U', пропорционального входному току iP (или UP), поступает на вход диодного выпрямителя VS. Выпрямленное напряжение, превращенное в пульсирующее напряжение, постоянное по знаку проходит через сглаживающий фильтр СФ, который обычно выполняется в виде контура RC.

С выхода СФ выпрямленное напряжение со сглаженной пульсацией (|U'С|) поступает на основную часть ИО – схему сравнения, выполняемую в виде компаратора (ПУ) и РО, где происходит его сравнение с эталонным (пороговым) напряжением, имеющим постоянное значение (соответствующее заданной уставке срабатывания реле).

К входу 2 схемы сравнения ПУ подводится эталонное напряжение UЭ (называемое также опорным UОП), с которым сравнивается значение контролируемого напряжения U'С.

Напряжение UОП соответствует значению тока iP, при котором реле должно срабатывать ICP. При(|U'С| ≥ UОП ( – ICP) на выходе ПУ появляется сигнал, поступающий на реагирующий орган РО. Последний усиливает входной сигнал и дает команду на отключение выключателя через ВЭ.

Структурная схема реле напряжения отличается от рассмотренной схемы только входным устройством, которое выполняется посредством промежуточного трансформатора напряжения (ПТН) (по схеме на рис.2.39, д). На вход ПТН поступает синусоидальное напряжение UP = Umsinωt.

Измерительный орган напряжения, реагирующий на среднее значение. На рис.2.67, а приведена принципиальная схема ИО с одной подведенной величиной, которая состоит из следующих элементов: схемы, совмещающей функции воспринимающего и формирующего элементов, включающей трансформатор TVL и выпрямитель VS со сглаживающим конденсатором С1; порогового устройства и РО, выполненного в виде триггера Шмитта на ОУ. При отсутствии напряжения на входе ИО напряжение на И-входе ОУ равно нулю, а на Н-вход подается положительное UOП, выделяемое на R2. При этом на выходе ОУ имеется +UВЫХ max опорное напряжение UOП определяется суммой токов через R4 и R3. До тех пор, пока амплитуда напряжения между резистором R1 и нулевой шинкой остается ниже UOП, выходное напряжение на выходе ОУ не изменяется, сохраняя положительную полярность. Когда упомянутая амплитуда превышает UOП (рис.2.67, г), ОУ переключается, на его выходе появляется –UВЫХ max, ток в R3 меняет направление и UOП снижается до значения U'OП, которое выбирается несколько ниже минимального мгновенного значения напряжения на С1. Благодаря этому мгновенное напряжение на И-входе в любой момент времени остается выше напряжения на Н-входе, и на выходе ОУ сохраняется значение –UВЫХ max.

Аналогично выполняется ИО тока, но в схеме формирования используется преобразователь тока в напряжение.

Это может быть разделительный трансреактор TAV (рис.2.67, б), разделительный ТТ TAL, на вторичную обмотку которого включен резистор R0 и напряжение на нем прямо пропорционально току в первичной обмотке (рис.2.67, в).

К недостатку рассмотренного ИО относится отсутствие мер по повышению помехозащищенности. Такие реле можно применять в защитах, работающих с выдержкой времени.

Для защиты входа ОУ при большом напряжении (или токе) на входе ИО служат диоды VD1 и VD2.

Орган тока, реагирующий на полный ток фаз, построенный на времяимпульсном принципе сравнения. Большую помехозащищенность можно получить при использовании сравнения времени наличия входного выпрямленного напряженияtП с временем его отсутствия tН.

Орган тока (рис.2.68), использующий этот принцип, состоит из промежуточного ТТ (TAL) или трансреактора; выпрямительного моста VS; схемы сравнения в виде компаратора на ОУ А1; интегрирующей цепи R5,R6, С1; реагирующего элемента А2 в виде триггера Шмитта на ОУ и ВЭ в виде транзисторного усилителя на VT1 с малогабаритным реле KL1. При протекании в цепи TAL тока на резисторе R12 возникает напряжение UTAL = IP. Это напряжение поступает на выпрямитель VS и превращается в двухполупериодное, выпрямленное и несглаженное напряжение UVS, пропорциональное входному току IP.

Это напряжение поступает на И-вход А1. На Н-вход А1 подается положительное UОП, снимаемое с делителя R2, R3, R4, включенного на напряжение источника ЕП положительного знака. Поэтому, при VVS < UОП Um выходное напряжение А1 UI = +UВЫХ max.

Если поступающая на И-вход амплитуда напряжения UVS ниже UОП, то выходное напряжение А1 остается неизменным. Под действием выходного напряжения А1(U1) двуханодный (стабилизирующий напряжение обеих полярностей) стабилитрон VD4 открыт током через R5. Диод VD3 закрыт, а конденсатор С1 заряжен проходящим через него током до положительного напряжения стабилизатора: UC = UCT. Последнее подано на И-вход триггера А2. При этом на выходе А2 будет дежурить напряжение – UОУmax, под действием которого по цепи ОС на Н-входе появится напряжение отрицательной полярности , соответствующее отрицательному напряжению срабатывания триггера Шмитта. Диод VD5 открыт через резистор R10, транзистор VT1 закрыт, и реле KL1 обесточено. Это означает, что ИО не действует.

Когда мгновенное значение выпрямленного напряжения превосходит UОП, A1 переключается, и во время превышения мгновенным значением опорного напряжения UОП на его выходе появляется – UВЫХmax, что приводит к отпиранию VD3. Конденсатор С1 перезаряжается с меньшей постоянной времени через резистор R6, а после того как А1 возвращается в прежнее положение, диод VD3 вновь запирается, и за время паузы tН конденсатор С1 заряжается с большей постоянной времени. Если время tП мало, a tH велико, конденсатор успевает перезарядиться до нулевого или малого отрицательного напряжения, и триггер Шмитта на А2 и ИО не работают (рис.2.68, б).

По мере увеличения тока tП растет, a tH уменьшается. При этом увеличивается отрицательная амплитуда напряжения на С1. Когда |UC1| станет больше UСРA2, A2 переключается, на его выходе появляется напряжение положительного знака UВЫХ А2 = + Umax, и как следствие диод VD5 запирается, транзистор VT1 открывается, реле KL1 приходит в действие и замыкает свой контакт. ИО тока срабатывает.

В связи с изменением знака выходного напряжения А2 (с "–" на "+") происходит аналогичное изменение знака опорного напряжения UВ, приходящего по цепи ОС на Н-вход А2, что обеспечивает устойчивую работу ИО.

При исчезновении тока КЗ, входное напряжение, обусловленное током IP снижается до нуля или становится очень малым. Тогда А1, а следовательно и А2 переключаются и под действием опорного напряжения происходит возврат реле. Регулировка уставки осуществляется изменением сопротивления резистора R4. Для отключения ложной работы при включении оперативного напряжения предусмотрен С2.