Блок реле типов КРС-2 УХЛ4 и КРС-2 04
4. Состав, устройство и работа КРС-2
4.1. При нцип действия КРС-2
Схемы электрические принципиальные н соединения блок реле приведены в приложениях 1, 2 и 3.
Блок реле содержит три реле сопротивления, каждое из которых включено на линейное напряжение и разность фазных токов. Предусмотрена возможность переключения реле сопротивления с помощью перемычек на цоколе комплекта с линейного напряжения на фазное и с разности фазных токов иа фазный ток, компенсированный током нуле-
вой последовательности (Iф+ К3Iо), где:
Iф — полный ток фазы линии;
Iо — составляющая тока нулевой последовательности;
К — коэффициент компенсации, равный 1.
В реле сопротивления блок реле в качестве реагирующих органов схем сравнения применены высокочувствительные полупроводниковые нульиндикаторы.
Схема сравнения состоит из двух выпрямительных мостов, включаемых на баланс напряжений.
К одному из мостов подводится напряжение Ер=К1I1, и контур, к которому подводится указанное напряжение, называется рабочим, так как выпрямленное напряжение этого контура создает в реагирующем органе сигнал в сторону срабатывания.
Ко второму мосту подводится напряжение
Ет=КuU — К1I1, и контур, к которому подводится последнее, называтся тормозным. В выражениях напряжений:
U и I — величины напряжения и тока на вторичной стороне измерительных трансформаторов,
Кu — коэффициент трансформации трансформатора Тн,
К1 — коэффициент, численно равный величине э. д. с. на вторичной обмотке трансформатора 1Тр при токе 1 А через последовательно соединенные первичные обмотки.
Принимая приближенно ток срабатывания реагирующего органа, включенного на выходе схемы сравнения, равным 0, уравнение срабатывания его будет иметь вид:
(КuU-К1) = (К1I) (1)
Разделив обе части уравнении на КuI, получаем
В комплексной плоскости сопротивлений это выражение соответствует окружности, проходящей через начало координат, диаметром которой является
вектор 2. (Ku/К1)
Направленное реле сопротивления, выполненное согласно выражению (1), не обеспечивает достаточного момента при коротких замыканиях в начале защищаемой зоны. Кроме того, ввиду невозможности сделать э. д. с. трансформатора, вводимые в рабочий и тормозной контуры схемы сравнения, абсолютно равными, характеристическая окружность может как охватывать начало координат, так и I быть смешенной в сторону первого квадранта комплексной плоскости.
Оба случая являются недопустимыми, т. к. приводят либо к неселективному действию защиты, либо к нечувствительности защиты при коротком замыкании в начале защищаемой линии.
Для устранения указанных недостатков в основу работы реле положено выражение
(КuU—К1I + En) ≤ (К1I + En) (3),
несколько отличающееся от выражения (1) При малых значениях Еп по сравнению с К иО характеристика реле в комплексной плоскости незначительно отличается от окружности.
В выражении (3) Еп совпадает по фазе с КuU.
Это приводит к тому, что при угле максимальной чувствительности, когда комплексные величины, стоящие в скобках, можно сравнить арифметически, введение в оба контура схемы сравнения равных э. д. с. Еn при равенстве балластных сопротивлений не меняет уставки реле.
При коротких замыканиях в месте установки комплекта, когда величина КuU=0, реле сопротивления превращается в реле направления мощности, характеристика которого описывается уравнением:
(Еn-К1I) = (En + К1I) (4),
так как Еn и КuU совпадают по фазе; то прямая максимальных моментов реле направления мощности будет совпадать с углом максимальной чувствительности направленного реле сопротивления.
В реле сопротивления блок реле имеется возможность получения, кроме круговой, также я эллиптической характеристики срабатывания. Для получения эллиптической характеристики срабатывания используется то обстоятельство, что переменная составляющая па выходе Схемы сравнения имеет минимальное значение при угле между сравниваемыми электрическими величинами, равном нулю и 180º, и максимальное значение при угле 90º и 270º. Более подробно это будет описано ниже.
Эллиптическая характеристика срабатывания реле сопротивления облегчает отстройку защиты от токов нагрузочного режима на длинных, сильно нагруженных линиях электропередач, когда токи нагрузки соизмеримы с токами короткого замыкания.
Характеристики срабатывания реле сопротивления приведены па рис. 1 а и 1 б.
В реле сопротивления комплекта предусмотрена возможность смещения характеристики срабатывания в III квадрант комплексной плоскости сопротивлений.
Смещение осуществляется путем введения в рабочий конгур схемы сравнения дополнительной э. д. е., лропорциональной подводимому току, а также путем введения в тормозной контур дополнительного сопротивления (для случая наибольшей уставки но смещению).
Смещение характеристики срабатывания может быть необходимо для предотвращения отказа дистанционной защиты, в ко юрой блок реле сопротивления используется в качестве пускового органа, при установке трансформатора напряжения на линии и включении ее на трехфазную закоротку. В этом случае напряжение на защите до и после включения линии равно нулю, и поэтому дистанционные органы по «памяти» не работают. Характеристики срабатывания реле сопротивления со смешением в III квадрант приведены на рис. 2а и 26.
4. 2. Описание элементов схемы.
4. 2. I. Трансреактор 1Тр, имеющий две первичные обмотки, включаемые па разность фазных токов пли па фазный ток, компенсированный током нулевой последовательности. Для сохранения равенства напряжений К1I вводимых в рабочий и тормозной контур реле сопротивления, первичные обмотки трансреактора располагаются на среднем стержне, а вторичные обмотки для исключения влияния контуров друг на друга, на двух крайних кернах, имеющих воздушные зазоры.
Угол вектора вторичной э. д. с. трансреактора относительно первичного тока, определяющий угол максимальной чувствительности, устанавливается резисторами 9R, 10R, 11R, 12R, шунтирующими вторичные обмогки трансреактора.
4. 2. 2. Трансформатор напряжения Тн, позволяющий производить регулировку уставки изменением суммарного числа витков двух последовательно включенных обмоток на вторичной стороне. Одни из обмоток содержит 80% витков и предназначена для грубой регулировки уставки (через 20%).
Вторая обмотка имеет три отпайки, позволяющие регулировать уставку через 5%, и четвертую отпайку с 8% витков, к которой подключен потенциометр плавной регулиронки уставки 24R. Для поддержания неизменным сопротивления тормозного контура при регулировке уставок трансформатора Тн последовательно с отпайками грубой регулировки уставки включены сопротивления 17R-20R. Последовательно с отпайками плавной регулировки уставки включены резисторы 21R — 23R.
Для сохранения постоянной минимальной величины срабатывания при переходе от угла максимальной чувствительности к другому, первичная обмотка трансформатора напряжения имеет отвод, позволяющий менять величину Кu.
Кроме этого, в трансформаторе напряжения имеется еще одна вторичная обмотка, содержащая примерно 1% витков, которая используется для
проверки работы реле сопротивления под нагрузкой.
4. 2. 3. Контур подпитки, предназначенный для обеспечения действия реле при близких коротких замыканиях, состоящий из трансреактора подпитки 2Тр и конденсатора 6С. Первичная обмотка трансреактора и конденсатора 6С образуют резонансный контур, настроенный на номинальную частоту.
Для обеспечения направленности характеристика реле при отсутствии напряжения на контуре подпитки должна быть смещена в сторону первого квадранта комплексной плоскости на величину (0,01—0,02) — Zу. Величина Ел, вносимая контуром подпитки, должна быть достаточной для перекрытия этой «мертвой зоны».
Совпадение э. д. с. En по фазе с линейным напряжением, подводимым к реле, достигается тем, нто на вход контура подпитки подается напряжение третьей фазы. Векторная диаграмма, поясняющая работу контура подпитки на примера реле сопротивления фаз А, В, приведена на рис. 3.
При коротком замыкании в начале зоны защиты между фазами А и В линейное напряжение U ав снижается до 0. Четкая направленность реле и достаточный момент в реагирующем органе обеспечиваются тем, что напряжение Uсо, подводимое к контуру подпитки, остается без изменения.
При трехфазном коротком замыкании в начале зоны постоянная подпитка от третьей фазы не может быть обеспечена. Перекрытие «мертвой зоны» обеспечивается тем, что в резонансном контуре подпитки энергия, запасенная конденсатором и индуктивностью, не может исчезнуть мгновенно. Это приводит к тому, что э. д. с. Еn снижается постепенно, обеспечивая работу дистанционного органа по «памяти».
4. 2. 4. Схему сравнении, состоящую из двух выпрямительных мостов IBM, 2ВМ, балластных резисторов 15R, 16R и резистора 13R, необходимого для выравнивания сопротивлений рабочего и тормозного контуров. Для получения правильной, неискаженной формы характеристической окружности на выходе схемы сравнения включен фильтр — «пробка», рассчитанный на резонанс токов при удвоенной частоте основной гармоники выпрямленного тока. Фильтр состоит из дросселя 1Др, выполненного с регулируемым зазором в сердечнике, и конденсатора 4С.
Уровень переменной составляющей на выходе схемы сравнения изменяется в зависимости от угла между сравниваемыми величинами, что и используется, как было указано выше, для получения характеристики реле сопротивления, близкой к эллипсу.
Включение цепочки с диодом 8Д параллельно цепи фильтр — реагирующий орган с полярностью, обеспечивающей открытие диода от рабочей величины, приводит к «срезанию» уровня положительной полуволны переменной составляющей на выходе схемы сравнения, содержащей вторую гармонику и, соответственно, к уменьшению рабочего сигнала. Последнее обуславливает сжатие характеристики реле в направлении, перпендикулярном углу максимальной чувствительности.
Изменение соотношения осей симметрии эллиптической характеристики достигается включением последовательно с диодом 8Д резисторов 25R, 26R или 27R.
Время срабатывания реле сопротивлении с эллиптической характеристикой больше времени срабатывания реле с круговой характеристикой за счет шунтирующей реагирующий орган цепочки, состоящей из сопротивления обмотки дросселя, диода 8Д и одного из резисторов 25R-27R.
Смещение характеристики срабатывания реле сопротивления в III квадрант комплексной плоскости сопротивлений осуществляется путем введения в рабочий контур схемы сравнения дополнительной э. д. е., пропорциональной подводимому току, а также введением в тормозной контур резистора 14R. Последнее вводится только для наибольшей уставки по смещению.
4. 2. 5. Для уменьшения вибрации реагирующего органа схемы сравнения, могущей иметь место при работе реле сопротивления с характеристикой срабатывания, близкой к эллипсу, параллельно входу реагирующего органа включается конденсатор 5С.
Для ограничения уровня сигнала на входе реагирующего органа включены диоды 6Д, 7 Д.
4. 2. 6. В качестве реагирующего органа схемы сравнения используется полупроводниковый нуль-индикатор, принцип действия которого основан на сопоставлении длительности положительного (рабочего) и отрицательного (тормозного) сигналов fia выходе схемы сравнения и фиксации условий, при которых рабочий сигнал превышает тормозной. Резисторы 3R, 3R’ создают опорный уровень (уровень нуля) и определяют чувствительность схемы.
Посредством микросхем 1 ОУ сигнал с выхода схемы сравнения реле сопротивления сравнивается с опорным уровнем, в зависимости от того, превышает сигнал схемы сравнения уровень нуля или наоборот, на выходе 1 ОУ появляется нормируемый по величине сигнал той или иной полярности.
Через резистор 2R осуществляется заряд конденсатора 2С током, полярность которого определяется полярностью сигнала на выходе 1 ОУ. Диоды 1Д, 2Д служат для ограничения уровня заряда конденсатора. В начальном состоянии (при отсутствии сигнала на выходе схемы сравнения или при тормозном сигнале) конденсатор 2С заряжен до поло жительпого уровня, определяемой) ограничивающим диодом 2Д. Микросхема 2 ОУ по цепи обратной связи через резистор 6R обеспечивает при этом подачу на свой неинвертирующий вход заданного отрицательного сигнала, с уровнем которого сравнивается напряжение на конденсаторе 2С при его перезарядке, т. е. при появлении на выходе схемы сравнения рабочего сигнала. При достижении потенциалом на конденсаторе 2С заданного уровня меняется полярность па выходе 2 ОУ и, как следствие этого, полярность опорного сигнала, поступающего па нсинвсртирующий вход 2 ОУ.
С выхода 2 ОУ сигнал через согласующий транзистор Т поступает па исполнительный орган — промежуточное реле 1РП-ЗРП. Рисунок платы нуль-индикатора приведен в приложении 4.
4. 2. 7. Блок питания выполнен по схеме двухтактного преобразователя с самовозбуждением.
Напряжение оперативного постоянного тока подастся на вход блока питания. На резисторе 32R появляется отрицательное напряжение, которое подается к базам транзисторов 1Т, 2Т, вызывай отпирание одного из них. Падение напряжение на участке коллектор-эмиттер оказывается приложенным к половине обмотки W1, создавая па ней и других обмотках э. д. с. Э. д. с. обмотки W2 создаст на базе открытого транзистора отрицательное напряжение, на базе другого — положительное напряжение по отношению к эмиттеру.
Транзистор открыт, пока магнитный поток в сердечнике не достигнет насыщения, при этом скорость изменения магнитного потока и э. д. с. в обмотках уменьшается. Уменьшение тока в обмотках вызывает появление э. д. с. противоположной полярности. При этом открывается второй транзистор, возникает ток в обмотке W1, возрастает э. д. с. в обмотке W2 вызывая увеличение коллекторного тока второго транзистора, закрывается первый транзистор.
Процесс происходит лавинообразно, в результате напряжение на каждой половине W1 имеет прямоугольную форму. Транзисторы 1T, 2Т работают в ключевом режиме: Ограничение величины постоянного напряжения до уровня, обеспечивающего номильную работу транзисторов, осуществляется стабилитронами 14Д, 15Д. Диод 13Д включен; чтобь исключить случай включения напряжения обратной полярности. Обмотка W2— трансформатора 1ТН вы полнена с неравным числом витков для исключение незапуска схемы преобразователя. На выходе об мотки W3 включен выпрямительный мост ЗВМ и конденсаторы 7С, 8С для сглаживания.
4. 3. Оперативные цепи блок реле.
Оперативные цепи включают и себя три примежуточных реле 1РП — ЗРП, которые служат исполнительными органами нуль-индикаторов. Диоды 4Д, 5Д, 9Д служат для облегчения работы выходного транзистора Т нуль-индикатора. Стабипитроны. 10Д — 12Д, а также резистор 28R служат для обеспечения времени возврата исполнительных органов. Целым рядом схемных перемычек предусмотрена возможность работы реле сопротивления комплекта на одно промежуточное реле или работа каждого реле сопротивления на свое промежуточное реле. Дополнительно к указанным выше элементам в блок реле встроено указательное реле.
4. 4. Конструктивное выполнение блок реле типа КРС-2.
Габаритные и установочные размеры блок реле приведены на рис. 5, 6. Блок реле предназначено для переднего и заднего присоединения проводов. Все части блок реле смонтированы на механически прочном, влагостойком цоколе и защищены оболочкой от внешних механических воздействий.
Каждое из трех реле сопротивления, входящих в блок реле, выполнено в виде отдельного съемного блока. В схеме блок реле блоки реле сопротивления являются взаимозаменяемыми. Цепи напряжения подводятся к блоку через разъемное соединение типа РН-14.
Диоды мостов 1BM, 2ВМ схемы сравнения, диоды 1Д — ЗД и элементы схемы нуль-индикатора, кроме конденсатора 2С, смонтированы на отдельном съемном блоке. Разъемы цепей напряжении и нуль индикатора снабжены специальными фиксирующими устройствами. Все остальные элементы реле сопротивления крепится на основании. Рисунок блока нуль-индикатора приведен в приложении 4.
На верхней плате блока установлены переключатель и ступеней регулировки уставок в цепях напряжения, ступенчатой регулировки отношения осей характеристики срабатывания (9Н) переключатели уставок по углам максимальном чувствительности (5Н, 6Н, 7Н). ступенчатой регулировки смещения характеристики срабатывания в III квадрант (1Н и 2Н), получения характеристики срабатывания с центром в начале координат (ЗН) в цепи нуль-индикатора (4Н) и накладка для проверки работы реле под нагрузкой (8Н).
Промежуточные реле 1РП-ЗРП и указательное реле РУ крепится на откидной шипе на разъемах. На разъемных колодках 1РП — ЗРПи расположенных на откидной плите, с внутренней стороны устанавливаются следующие элементы:
4Д, 12Д, 34R — 1РП
5Д, 11Д, 28R — 2РП
9Д. 10Д. ЗЗRК -ЗРП
Элементы схемы блока питания расположены на цоколе блок реле.
Источник