Измерительные органы на полупроводниковой элементной базе

Обобщенная функциональная схема. На рис. 2.38 изображена функциональная схема, характерная для различных видов полупроводниковых ИО, применяемых в отечественных устройствах РЗ. Эта схема состоит из таких же структурных частей, как и общая структурная схема на рис. 2.1,но, с учетом особенностей элементной базы, она дополнена блоком – источником питания, необходимым для обеспечения действия полупроводниковых элементов. Поэтому ниже рассматриваются особенности функции каждой структурной части при выполнении ИО на ИМС и реализующие их элементы [37].

Воспринимающая часть (ВЧ), на вход которой поступают сигналы в виде тока I _Pи напряжения U _P от измерительных ТТи ТНзащищаемого объекта, должна выполнять следующие функции:

обеспечивать гальваническое отделение полупроводниковой схемы реле от вторичных цепей измерительных ТТ и ТН,в которых могут возникать перенапряжения, не допустимые для полупроводниковых элементов, и помехи, искажающие входные сигналы;

преобразовывать переменный ток I _P,получаемый от ТТ,в переменное напряжение требуемого уровня, поскольку в качестве сигналов в полупроводниковых устройствах используются напряжения (потенциальные сигналы);

понижать уровни входных величин (U _P и I _P) до значений, допустимых для полупроводниковых элементов;

обеспечивать возможность выполнения и регулирования уставок срабатывания ИО.

В результате указанных преобразований на выходе воспринимающей части появляются напряжения, пропорциональные входным сигналам, совпадающие с ними по фазе, но уменьшенные по значению до допустимого для полупроводниковых элементов уровня k_П.Н U _P и k_П.Т I _P (здесь k_П.Н и k_П.Т – коэффициенты преобразования входных сигналов).

Преобразующая (формирующая) часть (ФЧ), приняв сигналы воспринимающей части, формирует из них n подлежащих сравнению электрических величин в виде напряжений U₁,... U_n, позволяющих получить соответствующие ИО с заданной характеристикой срабатывания. Эти напряжения образуются в результате дополнительных преобразований входных величин, контролируемых U_P и I_P, и их суммирования по уравнениям следующего вида:

В уравнениях k_1H … k _{n H} и k_1Т … k _{n Т} – коэффициенты, определяющие дополнительные преобразования входных величин.

Коэффициенты k_1U … k _{n U} и k_1I … k _{n I}являются комплексными постоянными величинами, не зависящими от I _P и U _P. Подбирая эначения этих коэффициентов, можно получить различного вида ИО (РНМ и РС) с нужными характеристиками. Число формируемых напряжений n зависит от количества сравниваемых величин.

Сформированные по (2.20) переменные или выпрямленные напряжения U ₁... U _n поступают на вход сравнивающей части.

Сравнивающая часть (СЧ) выполняется в виде специальной схемы, в которой по заданным условиям (алгоритмам), зависящим от вида ИО, осуществляется сравнение напряжений U ₁... U _n,полученных по (2.20).

По принципу сравнения схемы подразделяются на схемы, осуществляющие сравнение абсолютных значений электрических величин, и схемы, сравнивающие их фазы.

В отечественной практике схемы первого типа выполняются на выпрямленном токе, в них сравниваются два напряжения U₁,и U₂ [сформированные по (2.20)] после их выпрямления. Схемы на сравнении фаз выполняются с помощью фазосравнивающих схем, позволяющих определять углы сдвига фаз между двумя или четырьмя величинами, разрешая действие реле в заданном диапазоне этих углов.

В зависимости от результатов сравнения реагирующий элемент схемы сравнения посылает дискретный сигнал на вход исполнительной части о срабатывании ИО (U_CP).

Исполнительная часть (ИЧ), называемая также выходной частью, получив сигнал о срабатывании, усиливает его и выдает команду на отключение выключателя непосредственно или по каналам логической части (ЛЧ) в сложных защитах.

Источник постоянного тока (ИПТ) является важным элементом полупроводниковых РЗ, необходимым для питания полупроводниковых элементов. Для транзисторных схем требуются напряжения с уровнями 6-24 В. В устройствах, выполненных на ИМС, применяются источники питания + 15 В, отличающиеся высокой стабильностью выходного напряжения. Источник питания подключается к сети переменного тока (100-380 В) либо к аккумуляторной батарее 220-110 В и преобразует входное напряжение в напряжение постоянного тока требуемого уровня.

Конструктивно полупроводниковые реле выполняются в виде электронных схем, собранных на печатных платах, где располагаются ИМС, выносные транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, соединяемые по заданным схемам. Отдельные полупроводниковые реле, как и электромеханические, выпускаются в отдельных кожухах.

Сложные РЗ, состоящие из нескольких реле, выполняются в виде единой схемы, состоящей из блоков, смонтированных на печатных платах. Печатные платы объединяются в блоки, которые собираются в кассетах, монтируемых на металлических панелях или в шкафах. Электрические связи между блоками осуществляются с помощью специальных разъемов (в виде втычных контактных соединений).

Устройства РЗ и сложных реле на полупроводниковой базе принято выполнять с автоматическим непрерывным функциональным контролем исправности отдельных узлов схемы и с возможностью проведения периодического тестового контроля исправности реле и узлов и действия устройства обслуживающим персоналом.