Н.В. Чернобровов Релейная защита

71

Транзисторы Т1 и Т2 образуют схему совпадения. Их эмиттеры и коллекторы включены параллель-

но. При отсутствии положительных напряжений U1 и UII на базе транзисторов Т1 и Т2 каждый из них открыт отрицательным потенциалом, поступающим по R3 и R4, и поэтому напряжение между входными зажимами а и 6 схемы совпадения равно нулю. Появление положительной полуволны напряжения U1 или UII на одном из триодов закрывает его, но поскольку второй триод открыт, выходное напряжение остается равным нулю, и только одновременное поступление положительных полуволн U1 и UII на оба транзи-

стора Т1 и Т2 приводит к одновременному закрытию их и появлению напряжения Uсов на выходных зажимах а и Ь схемы совпадения. Напряжение имеет формы прямоугольных импульсов неизменной амплитуды. Продолжительность импульса равна tС.

Конденсатор С1 и сопротивление R= R6 + R7 образуют интегрирующий элемент. Конденсатор С1 нормально зашунтирован транзисторами Т1 и Т2 и начинает заряжаться только в период времени tС сов-

падения положительных значений U1 и UII. В течение этого времени напряжение на конденсаторе нарастает от 0 до Uс = tc, как показано на рис. 2-60, б. При заряде

Управление транзистором Т3 происходит под влиянием разности потенциалов между точками б и d, равной Uб — Ud. Потенциал точки d задан и равен Uэ≡tн (см. рис. 2-60, б). Напряжение поддерживается постоянным с помощью стабилитронов Д12 и Д13. Потенциал точки b определяется состоянием транзисто-

ров Т1 и Т2. Когда один или оба транзистора Т1 и Т2 открыты, т.о. точка b имеет положительный потенциал, равный потенциалу точки е (при этом предполагается, что сопротивление открытого транзистора равно нулю). В этом случае Uс — 0, а Ub > Ud и триод Т3 закрыт, так как разность Ub — Ud имеет поло-

жительное значение. Когда транзисторы Т1 и Т2 закрываются, то вследствие заряда конденсатора С1 напряжение Uс на его зажимах (а и 6) начинает расти, соответственно начинает уменьшаться поте нциал точки b, который связан с Uс уравнением: Ub = Uпит — Uс. При Ub < Ud транзистор Т3 и диод Д10 открыва-

ются на время t (рис. 2-60) пока не откроется вновь транзистор Т1 или Тг.

Зажимы эмиттера и коллектора Т3 зашунтированы конденсатором С2, которые обеспечивает работу

72

независимо от другой 1. Полные токи находятся наложением токов от U1 и от UII. Сначала рассмотрим токи, возникающие под действием напряжения U1 при UII = 0.

В п о л о ж и т е л ь н ы й п о л у п е р и о д U1 (рис. 2-62, б) выпрямители 1и 2 открываются, а 3 и 4 закрываются, так как управляющее напряжение U1 приложено к первым —

в прямом, а ко вторым — в обратном направлениях, что видно из рис. 2-62, а, где стрелкой показано положительное направление U1. Под действием U1 возникают два тока I1´ и I 1 (рис. 2-62, б). Ток I1´ замыкается по контуру тАВпРт, а ток I 1 — по контуру тРпВСт. Оба тока равны, так как напряжение и сопротивления контуров одинаковы. В реле Р эти токи направлены встречно и взаимно компенсируются. Поэтому любое управляющее напряжение, в том числе и U1, тока в реле Р не создает. Токи, обусловленные напряжением U1, замыкаются по открытым выпрямителям 1 и 2.

Теперь рассмотрим токораспределение от меньшего напряжения UII при U1 = 0 (рис. 2- 62, в), считая, что выпрямители 1 и 2 открыты. Под влиянием UII возникает ток III. Положительный ток III изображен на рисунке сплошными стрелками.

1 Метод, наложения применим только для линейных цепей, поэтому полупроводниковые диоды в схеме реле должны условно рассматриваться как линейные сопротивления.

74

Он проходит по выпрямителям 1 и 2, открытым управляющим напряжением U1, по обеим половинкам делителя R1 и по обмотке реле Р, как показано на рис. 2-62, в. Напряжение UII не может создать тока положительного знака на нижней половине сопротивления RII (рис. 2-62, а и б), так как выпрямители 3 и 4 закрыты напряжением U1 и меньшее напряжение UII их открыть не может.

Ток III отрицательного знака, появляющийся в отрицательный полупериод UII, показан пунктирными стрелками. Он проходит по тому же пути, что и положительный ток III, но противоположен ему по направлению. С учетом, что U1 тока в реле не дает, ток, полученный от UII, является током, п и т а ю щ и м исполнительный орган Р, при этом положительный и отрицательный ток направлены в реле противоположно.

Кривая тока в реле за положительный полупериод U1 показана на рис. 2-63, б; при этом учтено, что U1 отстает от UII на угол ψ, и принято, что ток III совпадает по фазе с UII, так как в контуре, по которому циркулирует III, преобладает активное сопротивление.

Следует заметить, что в токораспределении на рис. 2-62, в положительный ток III проходит по выпрямителю 1 и отрицательный ток III — по выпрямителю 2 в обратном для него направлении.

Можно условно считать, что сопротивление открытого диода равно нулю как для прямого, так и для обратного тока.

Физически ток через выпрямитель может проходить только в прямом направлении. В действительности в контуре тока III на рис. 2-62, в (контур пВАтРп) действуют не одно, (как условно рассматривалось

по методу наложения), а одновременно два встречно напра вленных напряжения: 0,5 U1и 0,5UII. Создаваемый ими действительно идущий через выпрямитель 1 ток

где Rк — сопротивление контура, в котором открытый выпрямитель 1 учтен сопротивлением прямого направления.

Ток I проходит по выпрямителю 1 в прямом направлении поскольку U1 > UII и, следовательно,

разность 0,5 ( U1 — UII) положительна.

Из (2-50) видно, что ток I можно рассматривать состоящим из двух составляющих:

Эти составляющие получаются и при применении метода наложения, как это было показано в приведенном выше рассмотрении. Ток 11 положителен, а ток III отрицателен, ото означает, что II проходит

через выпрямитель 1 в прямом направлении, а III — в обратном. Такое представление и принято в приведенном рассмотрении, оно является условным (математическим) и вытекает из метода наложения. Наложение фиктивных токов +III и —III дает действительный ток I. Аналогичным образом объясняется прохождение в обратном направлении тока III по выпрямителю 2.

Во в т о р о м , о т р и ц а т е л ь н о м п о л у п е р и о де U1 (рис. 2-62, г) выпрямители 1 и 2 закрываются, а выпрямители 3 и 4 открываются. Под действием UII через открывшиеся выпрямители

3 и 4 пойдет ток III, так же как и в предыдущем случае, замыкаясь через обмотку исполнительного органа — реле Р.

Из токораспределений на рис. 2-62, в и г видно, что положительный ток III в течение положительного полупериода U1 и отрицательный ток III во время отрицательного полупериода U1 идут в реле Р в одном положительном направлении. Соответственно совпадают отрицательные и положительные токи III. С учетом этого на рис. 2-63, б построена кривая тока III в реле Р для отрицательного полупериода U1.

75

Исполнительный орган Р реагирует на знак среднего значения тока III:

где S(+) — S(_) — разность площадей положительного и отрицательного знака ограниченных кривой тока III (рис. 2-63) за полупериод напряжения U1 (Т/2).

Если за полупериод преобладает положительный ток III (т. е. S(+) > S(_)), то реле работает; при преобладании отрицательной составляющей (S(_) > S(+)) реле не действует.

Соотношение площадей S(+) и S(_) зависит от угла сдвига фаз ψ между U1 и UII, это видно из рис. 2-63. Границей дей-

ствия реле будет ψ ± 90°, при этом 5(+) = 5(_), а ток в реле III ср = 0. Отсюда следует, что условие работы реле выражает-

ся неравенством

При ψ = 0 ток II ср достигает максимального значения, и, следовательно, реле имеет наибольшую чувствительность. К таким же выводам можно прийти аналитическим путем:

Найденное выражение подтверждает, что I = f(ψ) и что зона действия реле определяется (2-52).

При рассмотрении работы реле было принято, что U1 » UII. В тех случаях, когда разница амплитуд U1 и UII невелика, а ψ ≠ 0, функции управляющего напряжения будут поочередно выполняться как U1, так и UII.

Это не меняет принципа работы реле, но затрудняет определения и расчет Iср, поэтому в вышеприведенном анализе и было принято условие U1 » UII.

ность при φp = 0). Сдвигая искусственным путем фазу U1 или UII, можно получить реле промежуточного и синусного типа.

Отечественная промышленность выпускает реле направления мощности на кольцевой схеме.

д) Общая оценка реле на сравнении фаз

Из принципа действия рассмотренных реле следует, что они срабатывают в течение первого полупериода тока к. з. В результате этого реле, работающие на сравнении фаз, отличаются большим быстродействием. Это порождает и недостаток. Работа таких быстродей-

76

79

В выражениях (3-5) и (3-5а) коэффициент трансформации пТ принимается равным номинальному коэффициенту трансформации. Погрешность по углу выражается в градусах и минутах, она считается положительной, если I2 опережает I1 как показано на рис. 3-1, в. Относительные погрешности ε, I и δ увеличиваются с увеличением тока намагничивания

Iнам.

Чрезмерно большие погрешности могут вызвать неправильные действия устройств релейной защиты. Поэтому уменьшение погрешности трансформаторов тока является очень важной задачей, она сводится к уменьшению тока намагничивания трансформаторов тока 1.

3-2. ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УМЕНЬШЕНИЕ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА

Ток намагничивания (рис. 3-1, в) состоит из составляющей I´a.нам, обусловленной активными потерями на гистерезис и от вихревых токов в магнитопроводе трансформатора тока, и составляющей I´р.нам создающей магнитный поток Фт, который индуктирует во вто-

1 Следует отметить, что на практике значение тока I2 подсчитывается без учета погрешностей по выражению (3-2), согласно которому I2 = I1/nТ. Эго допустимо при малых значениях Iнам. Например, при токах I1, близких к номинальному, когда Iнам составляет 0,5—3% расчетного тока I2. При больших крат-

80