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 "1 мощность КЗ 5, 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 I_P (рис. 2.32, б). Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения U _P, тока I _P и угла сдвига φ_P 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 1с 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 б.

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

Обмотка 4 питается напряжением U_P = U_C/K_U, а обмотка 5 – током I_P = I_C/К_I,где U_Cи I_C, – напряжение и ток сети (защищаемого элемента). Ток I_H = U_P/Z_H в обмотке 4 создаетмагнитный 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 _Н и Ф _Т. За исходный для ее построения принимается вектор напряжения U _P. Ток I _H сдвинут по фазе относительно напряжения U _Pна угол α, а ток I _P – на угол φ_P.

Угол αопределяется индуктивным и активным сопротивлением обмотки 4,питаемой напряжением, и называется углом внутреннего сдвига реле. Угол φ_P зависит от параметров сети и фаз подведенных к реле U _C, и I _C.

Магнитные потоки Ф_Н и Ф_Т,изображены на диаграмме совпадающими с создающими их токами I _H и I _P.

Из векторной диаграммы следует, что потоки Ф_Н и Ф_Т а также токи I _H и I _P сдвинуты по фазе на угол ψ ≡ α – φ_P, электромагнитный момент М_Э,согласно формуле (2.13):

М_Э = kФ_НФ_Тsinψ; (2.17)

выражая Ф_Н и Ф_Т через создающие их токи, получим

М_Э = k1U_PI_Psin(α – φ_P) (2.18)

где S_P = U_PI_Psin(α – φ_P) – мощность, подведенная к реле.

Анализируя выражение (2.18), можно сделать следующие выводы: электромагнитный момент реле пропорционален мощности на его зажимах; знак электромагнитного момента реле определяется знаком sin(α – φ_P) 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 _Топережает Ф _Н,а у и его синус имеют положительный знак. Линия АВ, проходящая через углы α – φ_P = 0и 180^o, называется линией изменения знака момента. Она всегда расположена под углом αк вектору U _P, т. е. совпадает с направлением векторов I _H и Ф _Н.

Линия СD(перпендикулярная АВ) называется линией максимальных моментов. Момент М_Э,достигает максимума при α – φ_P = 90^о, т.е. когда I _P опережает I _H на 90^o. Угол φ_P, при котором М_Э,достигает максимального значения, называется углом максимальной чувствительности, значение которого зависит от угла α, который определяется отношением X/Rв цепи напряжения.

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

Таким образом, выражение (2.18) и рис. 2.34 показывают, что рассмотренная конструкция есть реле, реагирующее на знак мощности S_P или, иными словами, – на угол сдвига φ_P между напряжением U _P и током I _P.

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

Зависимость мощности срабатывания от тока I_Pи угла φ_P принято оценивать характеристикой чувствительности и угловой характеристикой.

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

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

Полярность обмоток. Знак электромагнитного момента реле зависит от относительного направления токов I_Pи 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 началак концу обмотки или наоборот. Заводы, изготовляющие реле, указы8вают однополярные зажимы обмоток, отмечая их условным знаком. Нарис.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

М_Э = kU_PI_Psin(α – φ_P) = kU_PI_Pcos(α + β_P) = kU_PI_Pcos(φ_P + φ_М.Ч),

где β = 90 – α. Имеются два основных варианта исполнения реле: РВМ-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 = –45^o и φ_М.Ч = –30^o.

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^о. У реле РВМ-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.