Релейная защита в распределительных электрических Б90 сетях - [9]
Индукционное реле направления мощности [2, 3] имеет две обмотки, размещенные на полюсах замкнутого стального магнитопровода 1 (рис. 2.17). Одна из них, токовая (4) включается во вторичные цепи ТТ, и ток в ней (I>p) определяется вторичным током ТТ. Вторая — потенциальная (5) — подключается ко вторичной обмотке трансформатора напряжения (ТН), и ток в ней (I>H) пропорционален подведенному напряжению (U>H). Между полюсами расположен внутренний стальной сердечник 2 цилиндрической формы и алюминиевый ротор 3, имеющий форму стакана. На роторе укреплен контактный мостик 6. При направлении мощности КЗ от шин в линию этот мостик замыкает неподвижные выходные контакты 7 (реле срабатывает). Возврат реле происходит под воздействием противодействующей пружины 8.
Магнитные потоки, создаваемые катушками с соответствующими токами, сдвинуты в пространстве на угол 90°. Взаимодействие потоков с токами, индуктированными ими в роторе, создает вращающий момент, который заставляет ротор поворачиваться. Если магнитные потоки имеют синусоидальную форму, то вращающий момент М>ВР ~ Ф>I × Ф>U × sinΨ. Здесь Ф>I и Ф>U — магнитные потоки, создаваемые токовой и потенциальной катушками соответственно; T — электрический угол между магнитными потоками Ф>I и Ф>U.
На рис. 2.18 показана векторная диаграмма, поясняющая принцип действия реле. Приняты следующие обозначения: Í>p и Ú>H — векторы тока и напряжения, подведенных к реле; φ>р — угол между векторами Í>p и Ú>H, определяемый параметрами силовой электрической сети и схемой включения реле; Í>H — вектор тока в потенциальной катушке реле; α — угол между векторами Í>H и Ú>H (угол внутреннего сдвига), определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи потенциальной катушки.
Учитывая, что Ф>I ~ I>p, Ф>U ~ I>H~ U>H, а Ψ = α — φ>р, можно получить:
M>BP = k>p × U>H × I>P × sin (α — φ>р).
В этом выражении k>p — постоянный коэффициент, определяемый параметрами реле, а U>H × I>p × sin (α − φ>р) = S>p — мощность на зажимах реле. Следовательно, вращающий момент реле пропорционален мощности: M>BP = k>p × S>p, то есть реле реагирует на мощность.
Вращающий момент реле равен нулю, когда sin (α — φ>р) = 0. Отсюда следует, что M>BP = 0, если φ>р = α при отставании и если φ>р = (α + 180°) при опережении вектором Í>p вектора Ú>H. Линия, расположенная под этим углом к вектору Ú>H, называется линией нулевых моментов или линией изменения знака момента [2, 3].
Угол φ>р между векторами Í>P и Ú>H, при котором вращающий момент имеет максимальное значение, принято называть углом максимальной чувствительности φ>МЧ. Линия, расположенная к вектору Ú>H под углом φ>МЧ, называется линией максимального момента.
Если внутренний угол α = 0 (рис. 2.19, а), то вращающий момент M>BP = k>p × U>H × I>p × sin (−φ>р) в реле пропорционален реактивной мощности, подведенной к реле (синусное реле или реле реактивной мощности). Эти реле выполняют так, что M>BP положителен, если угол φ>р < 0 (то есть M>BP = k>p × U>H × I>p × sin φ>р). Угол максимальной чувствительности для синусного реле φ>МЧ = 90°.
Если внутренний угол α = 90° (рис. 2.19, б), то вращающий момент
M>BP = k>p × U>H × I>P × sin (90 − φ>р) = k>p × U>H × I>P × cos φ>р
пропорционален активной мощности, подведенной к реле (косинусное реле или реле активной мощности). Для косинусного реле φ>МЧ = 0°.
В реле смешанного типа (см. рис. 2.18) угол а может иметь значения от 0° до 90°. У отечественных реле смешанного типа (РБМ-171, РБМ-271) угол а изменяется дискретно: α = 45° (φ>МЧ = 45°) или α = 60° (φмч = 30°).
Срабатывание реле направления мощности происходит при выполнении условия:
M>BP ≥ М>ПР,
где М>ПР — противодействующий момент, который определяется силой противодействия возвратной пружины, трением в подшипниках реле и силой нажатия контактов при срабатывании реле.
Поскольку вращающий момент реле пропорционален подведенной к нему мощности, то реле срабатывает при определенном произведении U>H × I>p. Минимальное значение мощности на зажимах реле, при котором оно срабатывает, принято называть мощностью срабатывания реле S>CP. Для большинства индукционных реле S>CP = (0,2 − 4) B × A.
Чувствительность реле оценивается по вольт-амперной характеристике, которая представляет собой зависимость напряжения срабатывания реле от тока (рис. 2.20, а), при неизменном угле между векторами Ú>H и Í>p равном углу максимальной чувствительности [3].
Зависимость мощности срабатывания реле от угла между векторами Ú>H и Í>p при неизменном токе принято называть угловой характеристикой реле (рис. 2.20, б) [2]. Она определяет зоны срабатывания и несрабатывания реле. Как видно, при углах, соответствующих изменению направления вращающего момента, мощность срабатывания возрастает и стремится к бесконечности. При φ>р = φ>МЧ мощность срабатывания реле имеет минимальное значение.
Принцип действия микроэлектронных статических реле направления мощности РМ-11 и РМ-12 основан на измерении длительности интервалов времени, при котором напряжение и ток, подведенные к реле, имеют одинаковый знак. Время совпадения знака сигналов измеряется в течение каждого полупериода и сравнивается с уставкой. При определенной продолжительности времени совпадения знаков сигналов реле срабатывает. Эти реле превосходят индукционные по многим основным характеристикам и широко используются в системах релейной защиты [3].
