Реле мощности принцип действия

Реле направления мощности. Назначение, конструкция, принцип действия.

РЕЛЕ НАПРВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ

Цель работы:изучить принцип действия реле направления мощности, его основные параметры и характеристики.

Теоретическая часть

Реле направления мощности. Назначение, конструкция, принцип действия.

Реле направления мощности применяются в различных устройствах релейной защиты для определения знака мощности при коротких замыканиях. Внешний вид реле направления мощности приведен на рисунке 1.1.

Реле имеет две обмотки. Одна из них подключается к трансформатору тока и обтекается вторичным током I_р, а вторая- к трансформатору напряжения и обтекается током, пропорциональным напряжению U_р на зажимах обмотки.

Каждый из токов создает магнитный поток. Поскольку один из магнитных потоков пропорционален току I_р, а второй напряжению U_р, то вращающий момент возникающий на подвижной части реле оказывается пропорциональным величине мощности на зажимах реле, а его направление (знак) зависит от направления этой мощности.

Рисунок 1.1-Внешний вид реле направления мощности марки

Рисунок 1.2-Реле направления мощности

В схемах релейной защиты используется главным образом однофазные индукционные реле направления мощности с цилиндрическим ротором типов РБМ-170 и РБМ-270.

Рисунок 1.3-Токовая обмотка реле направления мощности

Токовая обмотка расположенная на полюсах и создает через них проходящий магнитный поток Ф_т. Обмотка напряжения расположенная на ярме и состоит из четырех секций, который соединены между собой так, что магнитный поток Ф_н создаваемый ими проходил через другую пару полюсов. При таком выполнении обмоток магнитный потоки Ф_т и Ф_н оказываются сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 90 0 . Магнитные потоки Ф_т и Ф_н создают токи в стенках алюминиевого сердечника пропорциональные им на угол y токи I_dт и I_dн. В результате взаимодействия магнитного потока Ф_т с током I_dн и Ф_н с током I_dт на цилиндр действуют силы:

(1.1)

Суммарная сила создает на цилиндре вращающий момент М_вр, под действием которого цилиндр поворачивается и с помощью подвижных контактов замыкает неподвижные. Общее выражение для вращающего момента индукционного реле имеет вид:

(1.2)

Из выражения (1.2) следует, что когда магнитные потоки совпадают по фазе, т.е. y=0, siny=0, то М_вр=0, и наоборот когда y=90 0 , siny=1, то М_вр=max.

Рисунок 1.4-Векторная диаграмма

На векторной диаграмме :

φ_р– угол сдвига между U_р и I_р определяемый параметрами сети и схемой включения реле;

I_н – вектор тока в обмотке напряжения реле;

γ_н – угол между U_р и I_н (внутренний угол реле) определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи напряжения, которая включает в себя как обмотку, так и дополнительно включаемые внешние сопротивления и конденсаторы.

Заменяя в выражении (1.2) магнитные потоки Ф_т и Ф_н на соответствующие им ток I_р и напряжение U_р и угол y равным ему углом γ_н-φ_р получим общее выражение для вращающего момента на подвижной части индукционного реле с цилиндрическим ротором:

, (1.3)

Но в этом выражении:

(1.4)

Следовательно, вращающий момент рассматриваемого реле пропорционален мощности: М_вр=кS_р, т.е. реле реагирует на мощность.

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

Максимальная направленная защита должна реагировать на величину тока и направление мощности при к. з. Она представ­ляет собой максимальную токовую защиту, дополненную реле направления мощности. Схема защиты, упрощенно показанная для одной фазы (рис. 7-3), состоит из трех основных элементов (называемых иногда органами защиты): токового реле 1, реаги­рующего на появление к, з. (пусковой орган защиты); реле на­правления мощности 2, определяющего направление мощности к. з. (орган направления), и реле времени 3 (орган времени).

В качестве реле направления мощности могут служить электро­механические реле (§ 2-12) или реле на полупроводниках (§ 2-14, б). Поведение этих реле зависит от знака подведенной к их зажимам мощности:

где угол α имеет постоянную величину, равную 0, 90° или α°₁(90° > α₁ > 0).

При к. з. на защищаемой линии или на сле­дующих за ней участках токовые реле и реле направления мощ­ности замыкают свои контакты и приводят в действие реле вре­мени. Через установленную выдержку времени его контакты замыкаются, подавая импульс на отключение выключателя. При к. з. на других присоединениях, отходя­щих от данной подстанции, мощность к. з. направлена к шинам, поэтому контакты реле мощности размыкаются, не позволяя защите действовать на отключение.

В нормальном режиме при направлении мощно­сти нагрузки от шин в линию реле направления мощности могут замыкать свои контакты, однако срабатывание защиты в этом случае предотвращается пусковым реле Т, контакты которого оста­ются разомкнутыми. С этой целью пусковые реле отстраиваются от тока нагрузки. В тех случаях, когда по условию чувствитель­ности при к. з. токовые реле не удается отстроить от максималь­ной нагрузки, применяется блокировка (пуск защиты) от реле минимального напряжения (Н). Упрощенная схема максимальной направленной защиты с блокировкой минимального напряжения, приведенная на рис. 7-4, аналогична рассмотренной в § 4-6 схеме максимальной токовой защиты.

В сетях с изолированной нейтралью максимальная направлен­ная защита устанавливается на двух одноименных фазах во всей сети. В сетях с глухозаземленной нейтралью защита устанавли­вается на трех фазах, если же защита служит для действия только при междуфазных повреждениях, то она устанавливается на двух фазах.

Токовые направленные защиты выполняются как на постоян­ном, так и на переменном оперативном токе. Двухфазная схема на переменном оперативном токе представлена на рис. 7-5.

Она выполнена с дешунтированием катушки отключения, с токовым реле времени В и промежуточными реле 1П и 2П с мощ­ными переключающими контактами.

При нарушении цепей напряжения одной или двух фаз, пи­тающих реле направления мощности, защита может при к. з. подействовать неправильно. Поэтому для своевременного выяв­ления повреждения цепей напряжения необходимо иметь устрой­ства, контролирующие их исправность (см. § 6-4).

а) Требования к схемам

Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и фазное или междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения питающих реле, называемое схемой его включения, должно быть таким, чтобы реле правильно опреде­ляло знак мощности к. з. при всех возможных случаях и видах

при неблагоприятном значении угла φ_р, при котором sin (α — φ_р) равен или близок к нулю. Отсюда следует, что, во-первых, реле должно включаться на такое напряжение, которое при близких к. з. не снижается до нуля, и, во-вторых, напря­жение и ток, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φ_р в условиях к. з. не достигал значений, при которых мощность на зажимах реле приближается к нулю.

Следует отметить, что первое требование выполнимо только при двухфазных и однофазных к. з., в случае же трехфазного к. з. все фазные и между фазные напряжения могут снижаться до нуля.

В современных схемах максимальных направленных защит применяется включение реле направления мощности по так назы­ваемым 90-градусной и иногда 30-градусной схемам. Соответст­вующие указанным схемам сочетания токов и напряжений при­ведены в табл. 7-1 применительно к схеме включения реле на рис, 7-6.

Названия схем 90-градусная, 30-градусная и т. п. носят условный характер. Схемы именуются по углам ср_р между током и напряжением, подведенными к реле в симметричном трехфазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноимен­ными фазными напряжениями (рис. 7-7). Свойства каждой схемы могут быть выявлены анализом работы реле мощности, включен­ного по той или иной схеме, при к. з.

б) 90-градусная схема

Подобным анализом можно выяснить наиболее выгодные углы внутрен­него сдвига реле α. Так, если положить α = 90°, то рассматриваемое реле станет косинусным. При включении его по 90-градусной схеме линия изме­нения знака момента N₁N₂ расположится перпендикулярно вектору U_Р = U_ВС,а линия максимальных моментов будет совпадать с U_Р (рис. 7-10). Из диаграммы на рис. 7-10 видно, что при φ_к = 0 момент реле равен нулю, поэтому косинусные реле не следует включать по 90-градусной схеме.

Исследования показывают, что 90-градусная схема оказыва­ется наиболее выгодной для реле направления мощности с углом α от 30 до 60°. Оптимальные условия имеют место при α = 45°.

Теоретический анализ и практический опыт позволяют сделать следующие общие выводы о включении реле смешанного типа φ_м.ч = —30° и —45° по 90-градусной схеме:

1) Знак момента реле при всех видах к. з. в зоне положителен, а при повреждениях вне зоны — отрицателен.

2) Величина момента М_э в диапазоне возможных изменений угла φ_р остается значительной и достаточной для действия реле.

3) Напряжение U_Р при симметричных к. з. имеет максимально возможное значение, обеспечивающее минимальную величину мертвой зоны.

Недостатком 90-градусной схемы является возможность не­правильной работы однофазных реле мощности при к. з. за сило­вым трансформатором с соединением обмоток звезда — треуголь­ник [Л. 23]. В случае двухфазного к. з. на стороне звезды через электрическую дугу с большим сопротивлением может непра­вильно выбрать направление мощности одно из реле, установлен­ных со стороны треугольника. Трехфазные реле мощности в по­добных случаях действуют правильно. Однако сочетания опасных условий настолько редки, что в практике эксплуатации указан­ный недостаток не проявляется. Поэтому 90-градусная схема в настоящее время считается лучшей и рекомендуется как типо­вая для реле направления мощности смешанного типа.

Тридцатиградусная схема включения может использоваться ля реле ко синусного типа. Реле, включенные по этой схеме, дедут себя правильно при всех видах к. з. Недостатком 30-гра­дусной двухфазной схемы является возможность отказа в дейст­вии реле при двухфазных к. з. из-за недостаточной величины напряжения. Ввиду этого для двухфазных защит 30-градусная схема не применяется. Включенные по 30-градусной схеме реле направления мощности могут работать неправильно в случае к. з. за трансформатором с соединением обмоток звезда — треугольник с той же степенью вероятности, что и при 90-градусной схеме включения.

7-4. ПОВЕДЕНИЕ РЕЛЕ МОЩНОСТИ, ВКЛЮЧЕННЫХ НА ТОК НЕ­ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ

а) Токи в неповрежденных фазах

При двухфазных к. з. на линии, питающей нагрузку, в не­поврежденной фазе проходит ток нагрузки I_н.

В сетях с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на землю (двухфазных и однофазных) в неповрежденных фазах по­является, кроме тока нагрузки I_н, еще некоторая доля тока к. з. I_к.

б) Влияние тока в неповрежденных фазах на реле

Анализ и опыт показывают, что ток нагрузки I_н и составляю­щая тока повреждения kI_к = к3I₀, ответвляющаяся в неповреж­денные фазы, могут создать момент на реле, противоположный по знаку моменту реле поврежденных фаз.

Поэтому реле направления мощности, включенные на ток неповрежденных фаз, могут действовать неправильно. Например, если при к. з. на линии Л2 (рис. 7-13) направление мощности в фазах линии Л1 будет соответствовать показан­ному на рисунке, то реле направления мощности, установленные на неповреж­денных фазах В и С линии Л1, замкнут свои контакты и разрешат защите отключить неповрежденную линию.

Трехфазное реле мощности под действием элементов, питаю­щихся током неповрежденных фаз, может также работать неправильно. Результирующий момент этого реле:

Если при повреждении на одной фазе А (рис. 7-13) моменты М_в и Мс от токов неповрежденных фаз будут противоположны моменту М_а и превзойдут его в сумме (М_в + Мс) > М_а, то реле на линии Л1 подействуют неправильно.

в) Пофазный пуск

Неправильное действие реле мощности неповрежденных фаз предотвращается применением пофазного пуска. Принцип пофаз­ного пуска состоит в том, что пусковые реле разрешают замыкать цепь на отключение только реле мощности, включенным на токи поврежденных фаз.

В схемах с однофазными реле мощности пофазный пуск при­нято выполнять подачей оперативного тока к реле мощности от пускового реле, включенного на тот же ток (рис. 7-14).

В защитах с трехфазными реле мощности пофазный пуск осуществляется подводом напряжения к элементам реле мощно­сти через контакты пусковых реле (рис. 7-15). В момент к. з. пусковое реле, включенное на ток неповрежденной фазы, не дей­ствует, поэтому включенный на этот же ток элемент мощности не получает напряжения и не участвует в создании момента на оси реле. Такой способ пофазного пуска может применяться и в схемах с однофазными реле. При пофазном пуске пусковые реле неповрежденных фаз не должны действовать; для этого их ток срабатывания отстраивается от токов, возникающих в не­поврежденных фазах при к. з., т. е. I_с.р. >I_н.ф.

В сети с глухозаземленной нулевой точкой при к. з. на землю ток I_н.ф.может оказаться значительным за счет большой величины тока повреждения kI_к. Это приводит к необходимости загрубления защиты.

Дата добавления: 2014-12-23 ; Просмотров: 3744 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Назначение и требования к реле.Реле направления мощ­ности (РНМ) реагируют на значение и знак мощности S, подве­денной к их зажимам. Они используются в схемах как орган, определяющий по направлению (знаку) мощности (протека­ющей по защищенной ЛЭП), где произошло повреждение на защищаемой ЛЭП или на других присоединениях, отходя­щих от шин подстанции (рис. 2.32, а). В первом случае при КЗ в К1 мощность КЗ S_К1 направлена от шин в ЛЭП, и РНМ должно срабатывать и замыкать свои контакты, во втором – при КЗ в К2 – мощность КЗ S_K2 направлена к шинам, в этом случае ре­ле не должно замыкать контакты.

Реле мощности имеет две обмотки: одна питается напря­жением U_p, а другая – током сети 7_р (рис. 2.32, б).

Взаимодей­ствие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения U_р, тока I_р и угла сдвига φ_р между ними.

Чувствительность РНМ оценивается минимальной мощ­ностью, при которой реле замыкает свои контакты. Эта мощ­ность называется – мощностью срабатывания и обозна­чается S_cp.

Реле направления мощности выполняются мгновенными. Время срабатывания РНМ должно быть минимальным.

Конструкция и принципы действия индукционных реле мощности.Индукционные реле мощности выполняются с по­движной системой в виде цилиндрического ротора (рис. 2.33, а). Реле имеет замкнутый четырехполюсный магнитопровод 1 с выступающими внутрь полюсами. Между полюсами установлен стальной цилиндр (сердечник) 2, повышающий магнитную проницаемость междуполюсного пространства. Алюминиевый цилиндр (ротор) 3 может поворачиваться в зазоре между сталь­ным сердечником и полюсами. При повороте ротора 3 проис­ходит замыкание контактов реле 6.

Для возврата ротора и контактов в исходное положение предусматривается противодействующая пружина 7 (рис.2.33,б).

Основные характеристики реле мощности.Мощность сраба­тывания. Наименьшая мощность на зажимах реле, при кото­рой оно срабатывает, называется мощностью срабаты­вания S .

Зависимость мощности срабатывания от тока I_р и угла φ_р принято оценивать характеристикой чувствительности и уг­ловой характеристикой.

Полярность обмоток.Знак электромагнитного момента реле зависит от относительного направления токов Iни Ip в его обмотках. Условились изготовлять РНМ так, что при оди­наковом направлении токов в обмотках напряжения и тока реле замыкает свои контакты. Одинаковым на­зывается направление тока в обеих обмотках от начала к кон­цу обмотки или наоборот. Заводы, изготовляющие реле, указы­вают однополярные зажимы обмоток, отмечая их условным знаком.

Явление самохода.Самоходом называют срабатывание РНМ при прохождении тока только в одной его обмотке – токовой или напряжения. Реле, имеющее самоход от тока, может не­правильно сработать при обратном направлении мощности, когда повреждение возникает в непосредственной близости от реле в зоне его недействия, в результате чего напряжение на его зажимах будет равно нулю.

Причиной самохода обычно является несимметрия магнит­ных систем реле относительно цилиндрического ротора.

Реле направления мощности (РМ) применяются в различных устройствах релейной защиты для определения знака мощности при К.З.

Реле имеет две обмотки. Одна из них подключается к ТТ и обтекается вторичным током Iр, а вторая- к ТН и обтекается током, пропорциональным напряжению Uр на зажимах обмотки.

Каждый из токов создает магнитный поток. Поскольку один из магнитных потоков пропорционален току Iр, а второй напряжению Uр, то вращающий момент возникающий на подвижной части реле оказывается пропорциональным величине мощности на зажимах реле, а его направление (знак) зависит от направления этой мощности.

В схемах релейной защиты используется главным образом однофазные индукционные реле направления мощности с цилиндрическим ротором типов РБМ-170 и РБМ-270.

Токовая обмотка расположенная на полюсах и создает через них проходящий магнитный поток Фт. Обмотка напряжения расположенная на ярме и состоит из четырех секций, который соединены между собой так, что магнитный поток Фн создаваемый ими проходил через другую пару полюсов. При таком выполнении обмоток магнитный потоки Фт иФн оказываются сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 90 0 . Магнитные потоки Фт и Фн создают токи в стенках алюминиевого сердечника пропорциональные им на угол y токи I_dт и I_dн. В результате взаимодействия магнитного потока Фт с током I_dн и Фн с током I_dт на цилиндр действуют силы:

Суммарная сила создает на цилиндре вращающий момент Мвр, под действием которого цилиндр поворачивается и с помощью подвижных контактов замыкает неподвижные

Таким образом, рассмотренное реле реагирует не только на величину мощности, но и на ее направление, т.е. является направленным.

Изменение знаков момента происходит при изменении направления тока в токовой обмотке или обмотке напряжения. Изменение направления Iр может происходить в токовой обмотке реле при изменении направления первичного тока и при изменении схемы подключения токовой обмотки к ТТ. Изменение направления тока Iн в обмотке напряжения реле может быть при изменении схемы подключения этой обмотки к ТН.

Таким образом знак Мвр зависит от схемы включения тока и напряжения. При согласном включении Мвр положителен, т.к. ток протекает от начала к концу обмотки или наоборот от конца к началу в обоих обмотках. Зажимы обмоток, на которые выведены начало обмоток называются однополярными и обозначаются точками (звездочками).

Для защит линий промышленностью выпускаются реле направления мощности двух основных типов:

1. Реле типа РБМ-171 одностороннего и РБМ-271 двухстороннего действия. Применяется для схем защит от междуфазных К.З. ВЛ.

К РМ в защитах от замыканий на землю подводиться ток и напряжение нулевой последовательности. Токовая обмотка этого реле включается обычно в нулевой провод трех ТТ, соединенных в звезду. Для питания обмотки напряжения реле используется в большинстве случаев специальные обмотки ТН, соединенные на сумму фазных напряжений (разомкнутый треугольник).

Токовая отсечка.

Отсечка является разновидностью МТЗ, позволяющей обес­печить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и от­сечки с выдержкой времени.

То́ковая отсе́чка — вид релейной защиты, действие которой связано с повышением значения силы тока на защищаемом участке электрической сети.

Принцип действия

Предохранитель с плавкой вставкой

Устройства данной защиты контролируют величину силы тока на защищаемом участке. В случае увеличения силы тока выше определённого значения защита срабатывает на отключение этого участка. Значение величины силы тока, при котором срабатывает защита, называется уставка. Уставку обычно выбирают таким образом, чтобы цепь обесточилась быстрее, чем в ней произойдут серьёзные разрушения. Реализуют токовую отсечку разными способами. Чаще всего для отключения применяют электромагнитные реле тока, в которых под воздействием электромагнитной силы замыкаются контакты, выдавая сигнал на отключение выключателя защищаемого элемента. По тому же принципу действуют различные автоматические выключатели. Температура, повышающаяся за счет электрического тока, является воздействующей величиной для других защитных электрических аппаратов: предохранителей. При достижении определённого значения температуры плавкая вставка в предохранителе разрушается, обрывая электрическую цепь.

Особенности

Величина электрического тока, протекающего через цепь во время короткого замыкания, зависит от того, в каком месте это замыкание произошло. Чем это место ближе к источнику тока, тем больше величина силы тока. Это свойство позволяет обеспечивать данной защитой требование селективности. Для того, чтобы защита срабатывала непосредственно на том участке, на котором она установлена, её уставку принимают большей, чем значение силы тока короткого замыкания вне защищаемого участка. В этом случае защита не сработает, если короткое замыкание произойдёт вне защищаемого участка. Благодаря этому, токовую отсечку называют защитой с абсолютной селективностью.

В отдельных случаях токовая отсечка может быть выполнена неселективной. В этом случае она защищает не отдельный участок линии, а всю линию целиком. Выполнение такой защиты оправдано тем, что сразу после её действия начинает работать устройство АПВ. Если АПВ оказывается неуспешным, то срабатывает дифференциальная защита шин.

Автомати́ческое повто́рное включе́ние (АПВ) — одно из средств релейной защиты, повторно включает отключившийся выключатель через определённое время, бывает однократного, двукратного и трехкратного действия ( в некоторых современных схемах возможно до восьми циклов АПВ).

Достоинства токовой отсечки:

5. Мгновение отключение тока короткого замыкания (без выдержки времени)

6. Возможность обеспечения ближнего резервирования защит.

Недостатки токовой отсечки:

3. Невозможно обеспечить защиту с относительной селективностью

4. Большое количество аппаратов релейной защиты по сравнению с МТЗ

Токовая отсечка применяется без выдержки времени, поэтому ее использование не подразумевает относительную селективность релейной защиты. (Автомат низковольтный, токовое реле без выдержки времени).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Моделирование реле направления мощности

Реле направления мощности (РНМ) используется при реализации направленных защит, позволяющих обеспечить срабатывание только при определённом направлении мощности в определённом режиме работы сети.

Обычно используются РНМ с характеристикой срабатывания, приведённой на рис. 1 [1].

Рис. 1. Характеристика реле направления мощности

У представленного на рис. 1 РНМ 2 уставки: угол максимальной чувствительности φ_м.ч. и ширина зоны φ_з. Учёт минимального значения тока и напряжения при расчёте мощности предполагается вне логики данного реле.

Реле реагирует на значение угла входного замера комплексной мощности S. Срабатывание реле происходит при выполнении условия

При реализации данного условия в Simulink необходимо учесть, что стандартный элемент расчёта фазы выдаёт значение угла комплексного числа в диапазоне от —π до π. В связи с этим возникают определённые сложности при реализации реле, у которого нет ограничений при задании его уставок.

Будем считать, что угол максимальной чувствительности можно задавать в диапазоне φ_м.ч. от 0° до 360°, а ширина зоны не превышает 180°. При реализации реле, помимо приведённого выше, необходимо учесть следующие условия:

1. если , то если , то на вход реле подаётся замер угла мощности ;
2. если , то из значений углов границы зоны срабатывания реле необходимо вычесть 360°.

Вариант реализации реле направления мощности в Simulink приведён в файле power_direction_relay.mdl. Вид схемы приведён на рис. 2. На вход реле подаётся значение комплексной мощности.

Рис. 2. Реализация РНМ в Simulink

Протестируем полученное реле. Для этого будем использовать схему, представленную на рис. 3.

Рис. 3. Схема для тестирования инверсной выдержки времени в Simulink

Будем изменять значение мощности на входе реле и проверять срабатывание. Выставим уставки реле φ_м.ч. = 45° и φ_з = 180°. На рис. 4 приведены результаты срабатывания РНМ при различных значениях входной мощности.

Рис. 4. Результаты тестирования РНМ

Выставим уставки реле φ_м.ч. = 225° и φ_з = 180°. На рис. 5 приведены результаты срабатывания РНМ при различных значениях входной мощности.

Рис. 5. Результаты тестирования РНМ

Итак, мы смоделировали и протестировали РНМ.

Список использованной литературы:

1. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. ­­– М.: Энергоатомиздат, 2007.

Рекомендуемые записи

В статье приведена библиотека для моделирования релейной защиты в среде Simulink. Библиотека (ver. 1.0.1 от…

Реле – основной элемент при моделировании релейной защиты. Реле – нелинейный элемент, меняющий своё выходное…

Дифференциальное реле используется при реализации основных защит различного оборудования: генераторов, трансформаторов, линий электропередачи и др.…

Добавить комментарий Отменить ответ

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Назначение и требования к реле. Реле направления мощности (РНМ) реагируют на значение и знак мощности S, подведенной к их зажимам. Они используются в схемах как орган, определяющий по направлению (знаку) мощности (протекающей по защищенной ЛЭП);. где произошло повреждение – на защищаемой ЛЭП или на других присоединениях, отходящих от шин подстанции (рис.2.32, а). В первом случае при КЗ в К1 мощность КЗ S_K1 направлена от шин в ЛЭП, и РНМ должно срабатывать и замыкать свои контакты, во втором – при КЗ в К2 – мощность КЗ S_K2 направлена к шинам, в этом случае реле не должно замыкать контакты.

Реле мощности имеет две обмотки: одна питается напряжением U_Р, а другая – током сети I_P (рис.2.32, б). Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения U_Р, тока I_P и угла сдвига φ_Р между ними.

Чувствительность РНМ оценивается минимальной мощностью, при которой реле замыкает свои контакты. Эта мощность называется мощностью срабатывания и обозначается S_С.Р.

Реле направления мощности выполняются мгновенными. Время срабатывания РНМ должно быть минимальным.

Конструкция и принципы действия индукционных реле мощности. Индукционные реле мощности выполняются с подвижной системой в виде цилиндрического ротора (рис.2.33, а). Реле имеет замкнутый четырехполюсный магнитопровод 1 с выступающими внутрь полюсами. Между полюсами установлен стальной цилиндр (сердечник) 2, повышающий магнитную проницаемость междуполюсного пространства. Алюминиевый цилиндр (ротор) 3 может поворачиваться в зазоре между стальным сердечником и полюсами. При повороте ротора 3 происходит замыкание контактов реле 6.

Для возврата ротора и контактов в исходное положение предусматривается противодействующая пружина 7 (рис.2.33, б).

Обмотка 4 питается напряжением U_Р = U_C/K_U, а обмотка 5 – током I_P = I_C/K_I, где U_C и I_С – напряжение и ток сети (защищаемого элемента). Ток I_H = U_P/Z_H в обмотке 4 создает магнитный поток Ф_H (поляризующий).

Ток I_P, проходящий по обмотке 5, создает магнитный поток Ф_Т (рабочий).

На рис.2.34 изображена векторная диаграмма магнитных потоков Ф_H и Ф_Т. За исходный для ее построения принимается вектор напряжения U_Р. Ток I_H сдвинут по фазе относительно напряжения U_Р на угол α, а ток I_P – на угол φ_Р.

Угол α определяется индуктивным и активным сопротивлением обмотки 4, питаемой напряжением, и называется углом внутреннего сдвига реле. Угол φ_Р зависит от параметров сети и фаз подведенных к реле U_С и I_С.

Из векторной диаграммы следует, что потоки Ф_Н и Ф_Т, а также токи I_Н и I_Р сдвинуты по фазе на угол ψ = α – φ_Р, электромагнитный момент М_Э согласно формуле (2.13):

(2.17)

выражая Ф_Н и Ф_Т через создающие их токи, получим

(2.18)

где – мощность, подведенная к реле.

Анализируя выражение (2.18), можно сделать следующие выводы: электромагнитный момент peлe пропорционален мощности на его зажимах; знак электромагнитного момента реле определяется знаком sin(α – ψ_Р) и зависит от значения φ_Р и угла внутреннего сдвига α. Это иллюстрируется рис.2.34, где зона отрицательных моментов заштрихована. Незаштрихованная часть диаграммы соответствует области положительных моментов, где Ф_Т опережает Ф_Н, а φ_Р и его синус имеют положительный знак. Линия АВ, проходящая через углы α – φ_Р = 0 и 180°, называется линией изменения знака момента. Она всегда расположена под углом α к вектору U_P, т.е. совпадает с направлением векторов I_H и Ф_H.

Линия CD (перпендикулярная АВ) называется линией максимальных моментов. Момент М_Э достигает максимума при α – φ_Р = 90°, т.е. когда I_Р опережает I_H на 90°. Угол φ_Р, при котором М_Э достигает максимального значения, называется углом максимальной чувствительности, значение которого зависит от угла α, который определяется отношением X/R в цепи напряжения.

Реле не действует, если отсутствует напряжение или ток в реле или если sin(α – φ_Р) = 0. Последнее условие имеет место при φ_Р = α и φ_Р = α + 180°.

Таким образом, выражение (2.18) и рис.2.34 показывают, что рассмотренная конструкция есть реле, реагирующее на знак мощности S_Р или, иными словами, и – на угол сдвига φ_Р между напряжением U_Р и током I_Р.

Основные характеристики реле мощности. Мощность срабатывания. Наименьшая мощность на зажимах реле, при которой оно срабатывает, называется мощностью срабатывания S_СР.

Зависимость мощности срабатывания от тока I_Р и угла φ_Р принято оценивать характеристикой чувствительности и угловой характеристикой.

Характеристика чувствительности представляет собой зависимость U_CP = f(I_Р) при неизменном φ_Р (рис.2.35), где U_CP – наименьшее напряжение, необходимое для действия реле (при данных значениях I_Р и φ_Р). Обычно характеристика снимается при φ_Р, равном углу максимальной чувствительности, т.е. для случая, когда sin(α – φ_Р) = 1.

Угловая характеристика представляет собой зависимость U_CP = f(I_Р) при неизменном значении I_Р. На рис.2.36 показана характеристика для реле смешанного типа с α = + 45°. Угловая характеристика (рис.2.36, а) позволяет определить изменение чувствительности реле (характеризуемое величиной U_CP ) при разных значениях угла φ_Р; минимальное значение U_CPmin и наиболее выгодную зону углов φ_Р, в пределах которой U_CP близко к U_CPmin, при каких углах φ_Р меняется знак электромагнитного момента и пределы углов φ_Р, которым соответствуют положительные и отрицательные моменты (рис.2.36, б).

Полярность обмоток. Знак электромагнитного момента реле зависит от относительного направления токов I_Р и I_H в его обмотках. Условились изготовлять РНМ так, что при одинаковом направлении токов в обмотках напряжения и тока реле замыкает свои контакты (см. рис.2.32). Одинаковым называется направление тока в обеих обмотках от начала к концу обмотки или наоборот. Заводы, изготовляющие реле, указывают однополярные зажимы обмоток, отмечая их условным знаком. На рис.2.32 начало обмоток отмечено точками. Реле подключается к ТТ и ТН с учетом полярности обмоток так, чтобы при КЗ в зоне РЗ реле замыкало свои контакты.

Явление самохода. Самоходом называют срабатывание РНМ при прохождении тока только в одной его обмотке – токовой или напряжения. Реле, имеющее самоход от тока, может неправильно сработать при обратном направлении мощности, когда повреждение возникает в непосредственной близости от реле в зоне его недействия, в результате чего напряжение на его зажимах будет равно нулю.

Причиной самохода обычно является несимметрия магнитных систем реле относительно цилиндрического ротора. Для устранения самохода на стальном сердечнике 2 (рис.2.33, а) предусмотрен срез; изменяя положения сердечника, можно компенсировать неравномерность потоков в воздушном зазоре.

Индукционные реле мощности типа РБМ. Отечественной электропромышленностью выпускались быстродействующие реле направления мощности РБМ промежуточного типа, конструктивное выполнение которых соответствует показанному на рис.2.32, а. Момент реле выражается уравнением

Имеются два основных варианта исполнения реле: РБМ-171 и РБМ-271, используемые обычно для включения на фазный ток и междуфазное напряжение. Угол максимальной чувствительности у этих реле может изменяться и имеет два значения: φ_М.Ч = – и 45° и φ_М.Ч = – 30°.

РБМ-178, РБМ-278 и РБМ-177, РБМ-277 включаются на ток и напряжение нулевой последовательности (НП); их угол максимальной чувствительности φ_М.Ч = + 70°. У реле РБМ-178 и РБМ-278 S_С.Р = 0,2 – 4 В·А, у реле РБМ-177 и РБМ-277 S_С.Р =0,6 + 3 В·А.

Реле РБМ-271. РБМ-277, РБМ-278 – двустороннего действия, имеют два замыкающих контакта, действующих при соответствующем знаке момента.

Индукционные РНМ заводом не изготовляются. Однако в эксплуатации находится большое количество таких реле.

Освоен промышленный выпуск РНМ типов РМ-11 (с угловой характеристикой, аналогичной РБМ-171) и РМ-12 (с угловой характеристикой, аналогичной РБМ-178). Напряжение срабатывания реле РМ-11 не более 0,25 В, а реле РМ-12 регулируется ступенями 1, 2 и 3 В. Устройство этих реле рассмотрено в § 2.19.

Судовые электрические станции и сети – Реле обратной мощности и тока

Содержание материала

§ 41. РЕЛЕ ОБРАТНОЙ МОЩНОСТИ

При параллельной работе генераторных агрегатов возможен переход одного из них в. двигательный режим вследствие изменения направления потока мощности в цепи генератора из-за нарушения нормальной работы первичного двигателя (изменения или прекращения подачи топлива).
На судах в электрических установках при параллельной работе генераторов применяют РОМ, предназначенные для защиты генератора от перехода в двигательный режим путем отключения автоматического выключателя генератора.
На судовых ЭС переменного тока часто применяют РОМ, которые относятся к индукционным направленным реле косвенного действия с зависимой характеристикой.
Реле (рис. 82, а, б) состоит из двух основных частей — магнитопровода (верхней 8 и нижней 5 магнитных систем) и подвижной системы. Таковая обмотка 11 магнитной системы, рассчитанная на ток 5 А, включена последовательно через трансформатор в одну фазу статора генератора, обмотка 12 напряжения, рассчитанная на напряжения 127 и 230 В, подключена параллельно .к статору синхронного генератора.
Подвижная система состоит из алюминиевого диска 6, насаженного на ось 4 (диск может поворачиваться на некоторый угол). Диск расположен между полюсами магнитных систем, вращается в зазорах двух постоянных магнитов 7, обеспечивающих зависимую от мощности выдержку времени.
На подвижной оси одним концом прикреплена спиральная пружина 2, другой конец которой закреплен неподвижно. Через зубчатую пару ось соединена с подвижным контактом 3. Неподвижный контакт 1 укреплен на пластмассовой колодке 9.

Спиральная пружина, воздействуя на подвижную систему,, удерживает ее в крайнем положении при отсутствии тока в обмотках электромагнита. Ток при работе генератора стремится повернуть диск в сторону действия пружины. При переходе синхронного генератора в двигательный режим меняется фаза тока в последовательной обмотке электромагнита, который стремится повернуть диск в противоположную сторону. При определенной уставке обратной мощности диск преодолевает противодействие пружины, поворачивается и с выдержкой времени замыкает контакты 10.
Изменением числа витков последовательной обмотки магнитной системы, включенной в цепь вторичной обмотки трансформатора, регулируется уставка величины обратной мощности (6,9 и 12% Рном). Выдержку времени реле регулируют в пределах 12 с изменением положения упора подвижного контакта.
Реле выпускают в брызгозащищенном исполнении в стальном кожухе (для защиты от механических повреждений и проникновения воды) с передним и задним присоединением внешних проводов.
Обслуживают реле в строгом соответствии с инструкцией завода-изготовителя. В настоящее время для проектируемых ЭЭС защита синхронных генераторов от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью бесконтактного реле обратного активного тока РОТ-51, которое имеет ступенчатое регулирование срабатывания по току 5, 10, 15% /ном.

§ 42. РЕЛЕ ОБРАТНОГО ТОКА

При параллельной работе генераторов и зарядке аккумуляторных батарей от генераторов постоянного тока для защиты аккумуляторов и электрических машин от обратного тока применяют реле. В процессе перехода одного генератора в двигательный режим реле, воздействуя на автомат генератора, автоматически отключает его от сети.
На судах применяют РОТ типа ДТ (рис. 83), содержащий магнитные системы тока и напряжения и контакты.
Последовательная обмотка 8 сердечника 7 электромагнита включена в цепь якоря 4, укрепленного на оси 3 между полюсами Г) электромагнита. Обмотка напряжения на якоре 6 включается через добавочный резистор в цепь. Пружиной 1 якорь поворачивается против часовой стрелки до упора, размыкающий контакт 2 при этом замкнут.
При обтекании током последовательной и параллельной обмоток возникает электромагнитный вращающий момент, стремящийся повернуть якорь и зависящий от направления тока в обмотках тока и напряжения. Момент вращения совпадает с моментом противодействующей пружины, когда направления тока в обмотке напряжения и прямого тока последовательной обмотки совпадают. При этом момент направлен в сторону размыкания контактов (у реле с замыкающими контактами) и в сторону замыкания (у реле с размыкающими контактами). Изменение направления тока в последовательной обмотке электромагнита вызывает изменение момента вращения. При обратном токе, равном уставке, реле, преодолевая усилие пружины 1, срабатывает: реле с замыкающими контактами замыкается, а реле с размыкающими контактами — размыкается. Якорь с подвижным контактом возвращается в исходное положение автоматически при исчезновении обратного тока.

Рис. 83. Реле обратного тока
номинальные токи последовательных обмоток реле ДТ-11 и ДТ-15 соответствуют 6, 25, 50, 150 и 200 А, а для ДТ-12 и ДТ-16 — 400, 600 и 800 А. Обмотки допускают продолжительную нагрузку током 1,2/ном.
Рабочие токи, меньшие или большие номинального, а также при отклонении подводимого к обмотке напряжения, соответственно уменьшают или увеличивают чувствительность реле.
Параллельная обмотка рассчитана на напряжение 50 В, но РОТ изготовляют на напряжения 110 и 220 В, поэтому для поглощения избыточного напряжения последовательно с обмоткой напряжения включают дополнительный резистор, сопротивление которого для напряжения 110 В составляет 800 Ом, а для напряжения 220 В—2200 Ом.
Обслуживать РОТ следует в строгом соответствии с инструкцией завода-изготовителя.