При возникновении короткого замыкания на линии, т.К1, срабатывают токовое реле КА1 и реле мощности KW1 , и защита запускается. При коротком замыкании вне линии, т.К2 , ток направлен из линии к шинам, реле мощности не работает и блокирует действие защиты.

Введение задержки на срабатывание обеспечивает выполнение требования селективности.

3.5.1. Варианты выполнения реле мощности

Индукционное реле мощности (Рис.50). Конструктивно индукционное реле мощности представляет собой четырехполюсную магнитную систему 1 с расположенными на сердечнике двумя обмотками: токовой 2 и напряженческой 3.

Рис. 50 Индукционное реле мощности Рис. 51 Векторная диаграмма реле

Между полюсами электромагнита помещен внутренний стальной сердечник и подвижный алюминиевый ротор 6 с закрепленным на нем контактом 4. При протекании тока по обмоткам создаются магнитные потоки ФI и ФU . За счет взаимодействия этих потоков с индуктированными

в цилиндре токамисоздается вращающиймомент:

M вр kФIФU sin ,

где ФI - поток, создаваемыйтоковойобмоткой; ФU - поток, создаваемыйобмоткой напряжения;- угол междупотоками

63

Если в выражении для вращающего момента заменить потоки пропорциональными величинами - током в реле I р и напряжением U р , а угол

, равным ему углом 900 ( р ), то выражение для момента

будет иметьвид:

M вр k1ФIФU sin(900 ( P )) k1ФIФU cos( P ).

Угол, при котором вращающий момент максимален, называется углом максимальной чувствительности. Угол , определяющий сдвиг вектора тока в обмотке напряжения относительно приложенного напряжения, называется углом внутреннего сдвига реле. В зависимости от значения угла внутреннего сдвига характеристика реле меняет свое положение в плоскости координат. При реле называют реле реактивной мощности

или синусным; при - реле активной мощности или косинусным. При промежуточных значениях угла реле реагирует на обе составляющие мощности и называется реле смешанного типа. Эти реле имеют наибольшее распространение в схемах релейной защиты. Угол внутреннего сдвига можно менять, включая в цепь обмотки напряжения реле активное или емкостноесопротивление.

Рассмотренное реле позволяет определить направление мощности короткого замыкания. Изменение знака момента происходит при изменении направления тока в первичной цепи. Так, при коротком замыкании в точке К1 (Рис.48) момент положителен, а при коротком замыкании в

точке К2 - отрицателен. В схемах релейной защиты используется спо-

собность реле определять направление тока, поэтому такие реле назы-

вают реле направлениямощности.

Полупроводниковые реле мощности Наличие ряда недостатков индук-

ционных реле, таких, как трудность отстройки от "самохода", вибрация контактной системы, низкая механическая устойчивость, поставили вопрос о необходимости их замены на полупроводниковые реле. В настоящее время промышленностью выпускаются различные виды полупроводниковых реле мощности. Одна из возможных реализаций реле на микроэлектроннойосновепредставленана Рис.52.

Реле состоит из входных преобразователей тока 1 и напряжения 2; двух фильтров низких частот 3 и 4; усилителей-ограничителей 5, 6; детектора знака активной мощности 7, выполненного на основе интегратора и перемножителя; порогового элемента 8, выполненного на компараторе; исполнительного блока 9.

64

Рис.52 Принципиальная схема полупроводникового реле направления мощности

Информация о токе и напряжении контролируемого объекта через входные преобразователи подается на фильтры низких частот. При помощи фильтров низких частот и усилителей-ограничителей формируются требуемые амплитудно-частотные характеристики каналов тока и напряжения. Сигналы, поступающие навходы детектора знака активной мощности, преобразуются при помощи перемножителя и интегратора в сигнал, пропорциональныйактивной мощности.

В общем случае, при возникновении повреждения на напряженческий вход релепоступаетсигнал, которыйописывается выражением

U (t) U 0 U1m sin( t 1) U 2m sin(2 t 2) ... U nm sin(n t n),

где U 0 - постоянная составляющая;

U1m - амплитуда основной гармоники;

U2m,..., U nm - амплитуды высших гармоник;

1,..., 1n - начальные фазысоответствующихгармоник.

Сигнал, поступающий на токовый вход, можно записать в следующем виде:

I(t) I0 I1m sin( t 1 1) ... I nm sin(n t n n),

где 1,..., n - углы сдвига между соответствующими гармониками тока и напряжения.

65

Средняя мощность в цепи защищаемого объекта

После перемножения многочленов интеграл можно представить в виде суммыследующихинтегралов:

1.T1 U 0I0dt U 0I 0.

2.Интегралов, содержащих произведение синусоид одинаковой часто-

ты:

1 T

T 0U kmI km sin(k t k )sin(k t k k )dt U kmI km cos k .

3. Интегралов, содержащихпроизведение синусоидразличнойчастоты:

1 T

T 0U kmIlm sin(k t k )sin(l t l l )dt 0.

4.Интегралов вида

1 T

T 0U 0Ikm sin(k t k k )dt 0.

и

1 T

T 0 I0U km sin(k t k )dt 0.

В итоге

P U 0I0 U1I1 cos 1 U 2I2 cos 2 ... U nI n cos n.

Сигнал после перемножителя и интегратора пропорционален активной мощности и в зависимости от направления тока имеет положительный или отрицательныйзнак.

Полупроводниковые реле мощности, по сравнению с индукционными, обладают меньшей потребляемой мощностью, более чувствительны и точны, требуютменьших эксплуатационных затрат.

66