Название: испытание статических реле, реагирующих на две электрические величины - Метод.указ.( В.А. Давыдов)

Жанр: Технические

Просмотров: 1037


1.1. цель работы

 

Изучение принципа действия и конструкции реле РМ-11 и РМ-12, ознакомление с их характеристиками.

 

Устройство и принцип действия реле направления мощности РМ-11 и РМ-12

 

Реле направления мощности серии РМ-11 и РМ-12 выполняются на базе микросхем и предназначены для замены индукционных реле направления мощности типа РБМ, имеющих ряд принципиальных недостатков, таких, как наличие самохода и вибрация контактных систем, низкая механическая устойчивость. Реле РМ-11 имеет два дискретно устанавливаемых угла максимальной чувствительности: –30° и -45°, РМ-12 – один угол, равный +70°. Реле РМ-11 применяется в направленных токовых защитах от междуфазных КЗ, РМ-12 – в направленных токовых защитах нулевой последовательности.

Принцип действия реле

Реле выполнено по схеме сравнения по фазе двух электрических величин ЕU и ЕI, определяемых подведенными к реле напряжению Uр и току Iр. Работа схемы основана на сравнении времени совпадения по знаку мгновенных значений входных напряжений со временем их несовпадения.

Структурная схема реле РМ-11 и РМ-12 представлена на

рис. 1.1.

Пунктиром обведены элементы, образующие узел сравнения (УС). В нем осуществляется раздельное сравнение фазовых сдвигов между напряжениями ЕU и ЕI, сформированными в узле формирования из поданных на реле напряжения и тока. С помощью фазоповоротных схем обеспечивается такое положение, чтобы сдвиг между ЕU и ЕI равнялся нулю, когда сдвиг между подведенными Uр и Iр достигает угла максимальной чувствительности. Командный управляющий сигнал на выходе реле возникает при условии, если напряжения ЕU и ЕI оказываются сдвинутыми на угол, не более чем ± 90°, которым определяется зона срабатывания реле. Это соответствует совпадению знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений ЕU и ЕI в течение одной четверти периода и более.

 

 

Подпись:  
Рис. 1.1. Структурная схема реле направления мощности 
РМ-11, РМ-12:
ДН – датчик напряжения; ДТ – датчик тока; j – фазоповоротная схема; 
ФИС – формирователь импульсов совпадения мгновенных значений 
сравниваемых напряжений (знак плюс относится к положительным 
значениям, а знак минус – к отрицательным значениям этих напряжений); 
tсов/tнс – времясравнивающая цепочка; U01/U02 – ограничитель уровней 
напряжения; S – сумматор; А1 – выходной компаратор с положитель- 
              ной обратной связью; УВ – узел выхода; УП – узел питания

Особенностью узла является раздельное сравнение интервалов совпадения и несовпадения мгновенных значений положительного и отрицательного знаков. Такое двойное сравнение предотвращает неправильную работу реле при наличии апериодических составляющих в сравниваемых напряжениях и позволяет уменьшить время срабатывания реле. Если бы сравнение проводилось для мгновенных значений сравниваемых напряжений только одного знака, то могла бы произойти неправильная работа реле из-за одностороннего смещения кривой напряжения при наличии апериодической составляющей. Она может обуславливать расширения интервала совпадения мгновенных значений выбранного знака при одновременном сокращении интервала напряжений другого знака.

Сигналы, полученные при раздельном сравнении, суммируются и подаются на пороговый элемент – выходной компаратор А1. Если уровень суммарного сигнала превышает порог срабатывания компаратора, на выходе А1 возникает командный сигнал, вызывающий срабатывание выходного реле с контактным выходом.

Рассмотрим принципиальную схему и временные диаграммы, характеризующие работу узла сравнения. На рис. 2.2 изображена принципиальная схема РМ-11. Пунктиром выделены части схемы: I – узел формирования сравниваемых напряжений, который содержит датчики тока и напряжения и относящиеся к ним фазоповоротные и согласующие звенья; II – изображает узел выхода и узел питания; оставшаяся часть схемы представляет собой узел сравнения. Реле РМ-12 отличается от реле РМ-11 только схемой датчиков тока и напряжения.

К датчику напряжения TV реле РМ-11 с помощью переключателей SB-1 – SB-4 может подключаться одна из двух фазоповоротных схем для получения выбранного угла jмч. В узле формирования напряжения создается постоянный сдвиг по фазе между напряжением Uр, поступающим на реле от трансформатора напряжения, и напряжением ЕU . За счет этого сдвига обеспечивается получение заданной угловой характеристики реле.

Основной нагрузкой датчика тока TA является резистор R2. Другие подсоединенные к TA элементы – стабилитроны VD1 и VD42, фазовый корректор, состоящий из R3, VD3 и C2, а также интегрирующая цепочка R4–C4 служат для компенсации угловых погрешностей и искажений формы кривой тока во всем диапазоне тока КЗ. На выходе цепи образуется напряжение ЕI, представляющее собой падение напряжения на резисторе R2, пропорциональное току, проходящему по первичной обмотке датчика.

Сравниваемые напряжения ЕU и ЕI подаются соответственно на входы а-б и в-г узла сравнения.

На входах органа сравнения установлены транзисторы VT1 и VT2. При отсутствии сравниваемых напряжений оба транзистора будут открыты, так как на их базу поступает положительный потенциал от источника через открытые диоды VD5 и VD6 на VT1, а через VD7 и VD8 на VT2. Закрытие VT1 может произойти только при одновременном закрытии VD5 и VD6, а это возможно только, когда напряжения ЕU и ЕI будут положительны. Закрытие VD7 и VD8, а значит и транзистора VT2 будет иметь место при одновременных отрицательных значениях ЕU и ЕI. При закрытии транзисторов на их выходах появятся импульсы напряжений UKVT1

и UKVT2.  Ширина этих импульсов зависит  от фазы сравниваемых

 

 

Рис. 1.2. Принципиальная схема РМ-11

напряжений ЕU и ЕI. Например, при угле максимальной чувствительности ЕI и ЕU совпадают по фазе, а ширина импульсов равна 180°. Поскольку зона срабатывания реле приблизительно равна 180°, то она будет располагаться в диапазоне 90° по обе стороны от угла максимальной чувствительности. На ее границе реле находится на грани срабатывания. Для этого случая на рис. 2.3 и изображены временные диаграммы узла сравнения (ширина импульсов совпадения 90°).

 

Рис. 1.3. Временная диаграмма узла сравнения

 

Выходные сигналы с коллекторов VT1 и VT2 проходят на время сравнивающие цепочки. Для VT1 она состоит из сопротивлений R12, R14, диода VD11 и конденсатора С6, для VT2 – R13, R15, VD12 и C5. Нижние обкладки конденсаторов C5 и C6 подключены к шинке +10 В, а верхние – через резисторы R16 и R17 – к инвертирующему входу компаратора A1. При отсутствии импульсов, напряжение на входе компаратора ниже напряжения его срабатывания. На выходе компаратора при этом держится положительное максимальное напряжение, при этом выходной транзистор VT3 открыт и шунтирует обмотку одного из подключенного к нему выходного реле 1К или 2К.

Во время прохождения импульсов будет происходить поочередный заряд конденсаторов C5 и C6, а при их прекращении – разряд (на рис. 2.3 – это зависимости UC6 и UC5). Наибольшее напряжение на конденсаторах, при их зарядке, ограничивается величиной Uогр 2. Его величина определяется открытием диодов мо-ста VS1, после чего дальнейшее повышение напряжения на конденсаторах прекращается.

Напряжения UC6 и UC5 приходят на инвертирующий вход компаратора А1 через резисторы R16 и R17, имеющие равные сопротивления. Поэтому на этом входе установится напряжение

UвхA1, равное полусумме напряжений на конденсаторах.

Параметры схемы подобраны так, что при угле сдвига 90° между ЕI и ЕU напряжение на входе компаратора UвхA1 достигает его порога срабатывания Uп,с (на рис 1.3 это происходит к концу прохождения импульса с выхода VT2). Чтобы не произошло переключения компаратора и открытия VT3 за время до срабатывания выходного реле, напряжение срабатывания компаратора снижается за счет обратной связи до напряжения порога возврата Uп,в (после его срабатывания закроется диод VD17 и откроется VD18).

Реле РМ-11, РМ-12 имеют возможность использовать одно из двух выходных реле:

1К – герконовое реле с повышенным быстродействием;

2К – электромеханическое реле с повышенной коммутационной способностью контактов.

Переключение осуществляется накладкой, расположенной на клеммах цоколя реле (клеммы 6, 3, 10).

Для выставления заданного значения угла максимальной чувствительности у реле РМ-11 нужно поставить переключатели SB1-SB4, головки которых выведены на лицевую панель реле, в положение, соответствующее выбранному углу.

Аналогично на реле РМ-12 выставляется напряжение срабатывания Uср.р (1, 2 или 3 В).

Основные характеристики реле

Зону действия реле можно представить в виде сектора ограниченного углами, при которых реле находится на грани срабатывания. Угол максимальной чувствительности определяется возведением перпендикуляра к прямой, характеризующей границы зоны действия реле (рис. 1.4).

 

 

Рис. 1.4. Зона срабатывания РМ

 

Угловая характеристика РМ-11 или РМ-12, представляющая собой зависимость тока срабатывания от угла сдвига между током и напряжением (при неизменном напряжении) или напряжения от угла сдвига (при неизменном токе срабатывания), близка к аналогичной характеристике индукционных реле направления мощности. Ее общий вид показан на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Угловая характеристика РМ

 

Вольт-амперная характеристика (рис. 1.6), представляющая зависимость тока срабатывания от напряжения реле при неизменном угле сдвига jм.ч между ними, показывает, что при токе более 1.2 … 1.3Iср Uср остается неизменным, и наоборот, при напряжении более 1.2 … 1.3Uср Iср = const. Из этого следует, что чувствительность рассматриваемого реле проверяется по двум величинам: Uср и Iср.

 

Рис. 1.6. Вольт-амперная характеристика РМ

 

Задание на работу

 

1.3.1. Познакомиться с принципом действия (во время подготовки) и конструкцией реле.

1.3.2. Определить зону действия реле и угол максимальной чувствительности при различных положениях переключателя угла максимальной чувствительности на реле.

1.3.3. Снять и построить угловую характеристику тока срабатывания реле.

1.3.4. Снять и построить вольт-амперную характеристику реле и определить минимальный ток и минимальное напряжение срабатывания реле.