Принцип действия реле

Министерство образования Российской Федерации

 

Новосибирский государственный технический университет

_____________________________________________________________________

621.318

И 887                                                                                                                                                                                     № 2489

 

испытание статических реле, реагирующих на две электрические велИчины

 

Методические указания к лабораторным работам

для студентов IY–Y курсов ФЭН всех форм обучения

 

 

Новосибирск

2003

УДК 621.318.51(076.5)

                   И 887

 

Составили: канд. техн. наук, доц. В.А. Давыдов

канд. техн. наук, доц. А.И. Щеглов

 

Рецензент д-р техн. наук, проф. А.И. Шалин

 

Работа подготовлена на кафедре
электрических станций

 

ã       Новосибирский государственный

технический университет, 2003

 

Лабораторная работа № 1

Испытание реле направления мощности
типа РМ-11 (РМ-12)

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 Е_U и Е_I, 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 Е_U и Е_I, сформированными в узле формирования из поданных на реле напряжения и тока. С помощью фазоповоротных схем обеспечивается такое положение, чтобы сдвиг между Е_U и Е_I равнялся нулю, когда сдвиг между подведенными Uр и Iр достигает угла максимальной чувствительности. Командный управляющий сигнал на выходе реле возникает при условии, если напряжения Е_U и Е_I оказываются сдвинутыми на угол, не более чем ± 90°, которым определяется зона срабатывания реле. Это соответствует совпадению знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений Е_U и Е_I в течение одной четверти периода и более.

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 А ₁. 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 j_мч. В узле формирования напряжения создается постоянный сдвиг по фазе между напряжением Uр, поступающим на реле от трансформатора напряжения, и напряжением Е_U. За счет этого сдвига обеспечивается получение заданной угловой характеристики реле.

Основной нагрузкой датчика тока TA является резистор R ₂. Другие подсоединенные к TA элементы – стабилитроны VD ₁ и VD ₄₂, фазовый корректор, состоящий из R ₃, VD ₃ и C ₂, а также интегрирующая цепочка R ₄ –C ₄ служат для компенсации угловых погрешностей и искажений формы кривой тока во всем диапазоне тока КЗ. На выходе цепи образуется напряжение Е_I, представляющее собой падение напряжения на резисторе R ₂, пропорциональное току, проходящему по первичной обмотке датчика.

Сравниваемые напряжения Е_U и Е_I подаются соответственно на входы а-б и в-г узла сравнения.

На входах органа сравнения установлены транзисторы VT ₁ и VT ₂. При отсутствии сравниваемых напряжений оба транзистора будут открыты, так как на их базу поступает положительный потенциал от источника через открытые диоды VD ₅ и VD ₆ на VT ₁, а через VD ₇ и VD ₈ на VT ₂. Закрытие VT ₁может произойти только при одновременном закрытии VD ₅ и VD ₆, а это возможно только, когда напряжения Е_U и Е_I будут положительны. Закрытие VD ₇ и VD ₈, а значит и транзистора VT ₂ будет иметь место при одновременных отрицательных значениях Е_U и Е_I. При закрытии транзисторов на их выходах появятся импульсы напряжений U_{KVT 1}
и U_{KVT 2}. Ширина этих импульсов зависит от фазы сравниваемых

 

Рис. 1.2. Принципиальная схема РМ-11

напряжений Е_U и Е_I. Например, при угле максимальной чувствительности Е_I и Е_U 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 VT ₁ и VT ₂ проходят на время сравнивающие цепочки. Для VT ₁ она состоит из сопротивлений R ₁₂, R ₁₄, диода VD ₁₁ и конденсатора С₆, для VT ₂ – R ₁₃, R ₁₅, VD ₁₂и C ₅. Нижние обкладки конденсаторов C ₅ и C ₆ подключены к шинке +10 В, а верхние – через резисторы R ₁₆ и R ₁₇ – к инвертирующему входу компаратора A 1. При отсутствии импульсов, напряжение на входе компаратора ниже напряжения его срабатывания. На выходе компаратора при этом держится положительное максимальное напряжение, при этом выходной транзистор VT ₃открыт и шунтирует обмотку одного из подключенного к нему выходного реле 1 К или 2 К.

Во время прохождения импульсов будет происходить поочередный заряд конденсаторов C ₅ и C ₆, а при их прекращении – разряд (на рис. 2.3 – это зависимости U_{C 6} и U_{C 5}). Наибольшее напряжение на конденсаторах, при их зарядке, ограничивается величиной U _{огр 2}. Его величина определяется открытием диодов мо-ста VS 1, после чего дальнейшее повышение напряжения на конденсаторах прекращается.

Напряжения U_{C 6} и U_{C 5} приходят на инвертирующий вход компаратора А1 через резисторы R ₁₆ и R ₁₇, имеющие равные сопротивления. Поэтому на этом входе установится напряжение
U _{вх A 1}, равное полусумме напряжений на конденсаторах.

Параметры схемы подобраны так, что при угле сдвига 90° между Е_I и Е_U напряжение на входе компаратора U _{вх A 1}достигает его порога срабатывания U _п,с (на рис 1.3 это происходит к концу прохождения импульса с выхода VT ₂). Чтобы не произошло переключения компаратора и открытия VT ₃за время до срабатывания выходного реле, напряжение срабатывания компаратора снижается за счет обратной связи до напряжения порога возврата U _п,в (после его срабатывания закроется диод VD ₁₇ и откроется VD ₁₈).

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 U _ср.р (1, 2 или 3 В).