2. Индукционное реле направления мощности

Реле направления мощности реагируют на значение и знак мощности ( , подведенной к их зажимам. В схемах релейной защиты они используются для обеспечения селективного действия защиты, т.е. недопущения отключения неаварийного участка (элемента). Это свойство РНМ рассмотрим на примере защиты участка линии W₁ (рисунок 8.3).

Рисунок 8.3 Принцип действия реле направления мощности.

В случае КЗ в точке К1 ток короткого замыкания протекает слева направо. В месте установки защиты KW1 направление тока КЗ совпадает с условно выбранным «положительным» направлением мощности S_КI – от шины в линию. В месте установки защиты KW2 мощность направлена от линии в шину, т. е. навстречу условно “положительному” направлению.

В РНМ KWI появляется момент вращения М_вр, поворачивающий ротор в сторону замыкания контактов 4 и 3. Таким образом, РНМ в комплекте защиты I приводится в действие. Однако это еще не означает, что РЗ I сработает, т. е. выработает сигнал на отключение выключателя Q1 (отстройка по току, по времени, блокировка).

В комплекте РЗ II РНМ подключено так, что при направлении мощности навстречу условно «положительному» в роторе реле развивается М_вр, направленный против часовой стрелки. Реле KW2 “заклинивает” и, следовательно, в действие не приводится.

При КЗ в точке К2 направление мощности в месте установки комплекта защиты I будет как и в первом случае совпадать с условно «положительным» направлением. Защита KWI придет в действие. В месте установки комплекта РЗ II ток КЗ изменит свое направление на противоположное. Теперь в месте установки KW2 мощность также изменит направление – от шины в линию. В РНМ КW2 магнитный поток Ф_т изменит свое направление, изменится и направление вращающего момента, - КW2 придет в действие. Таким образом, при КЗ в точке К2 оба реле направления мощности приводятся в действие, тем самым создается предпосылка для срабатывания комплектов защиты I и II на отключение выключателей Q1 и Q2.

Реле направления мощности применяются в направленных защитах. Они должны обладать высокой чувствительностью, так как при КЗ вблизи места установки защиты напряжение U_p может снизиться в пределе до нуля. При этом мощность S_p, подводимая к реле, может оказаться очень малой, и при недостаточной чувствительности реле может не сработать (мертвая зона реле по напряжению).

Чувствительность РНМ оценивается минимальной мощностью, при которой реле замыкает свои контакты, - S_{min cp}.

Реле направления мощности – реле мгновенного действия. Они могут применяться в защитах, работающих с выдержкой времени и без выдержки времени. Собственное время действия РНМ должно быть минимальным. (

2.8.3. Принцип действия и векторная диаграмма реле направления мощности

Устройство и принцип действия РНМ основаны на использовании четырехполюсной индукционной системы с –подвижной частью в виде цилиндрического ротор, рассмотренной выше.

Обмотка реле расположенная на ярме получает питание от измерительного ТН. Токовая обмотка, расположенная на полюсах, подключается к вторичной цепи измерительного ТТ, включенного в первичную цепь защищаемого элемента. Наиболее распространенной является девяностоградусная схема включения реле, т.е. ТТ включается в одну из фаз защищаемого элемента, а ТН включается на линейное напряжение двух других фаз.

Рисунок 8.4. 90º - градусная схема включения РНМ.

Ток, протекающий по токовой обмотке, создает магнитный поток Ф_т (рабочий).

Ток, протекающий по обмотке ярма , создает поток Ф_н (поляризующий).

Построим векторную диаграмму потоков Ф_т и Ф_н. Исходным вектором принимается вектор напряжения U_р (рисунок 8.6).

Ток I_н в обмотке ярма (в зависимости от необходимости и применяемого контура, включенного последовательно с обмоткой ярма) может отставать от подводимого напряжения на угол - угол внутреннего сдвига реле.

Поляризующий поток Ф_н можно считать совпадающим по фазе с током I_н.

Т ок I_p , протекающий по токовой обмотке, в общем случае опережает вектор напряжения U_p на угол , который является параметром сети. Так, например, при К⁽³⁾ на линии фазовый сдвиг между фазным напряжением и фазным током может лежать в пределах от 60º до 85º (рисунок 8.5).

Рисунок 8.5.

Рабочий поток Ф_т совпадает по фазе с током I_р. Из векторной диаграммы (рисунок 8.6) следует, что потоки Ф_т и Ф_н как и токи I_p и I_н сдвинуты на угол .

Условимся считать, что углы , отложенные от вектора U _p по часовой стрелке – положительные. Угол , отложенный от вектора U _p против часовой стрелки, условимся считать отрицательным.

Имея в виду, что рабочий момент М_вр определяется выражением (8.11).

р ассмотрим, как изменяется его величина при изменении угла (а, следовательно, от угла ).

Рисунок 8.6. Векторная диаграмма реле направления мощности.

РиР

При увеличении угла угол уменьшается, и при некотором значении подводимая к реле мощность S_{P min} окажется недостаточной для создания рабочего момента М_{P min} , способного преодолеть противодействие пружины. Т.О., при реле отпускает. Этому состоянию реле соответствует выражение:

(8.12)

При уменьшении угла (т.е. при повороте вектора Ф_т против часовой стрелки) угол возрастает, возрастает и рабочий момент пропорционально возрастанию . При М_вр максимален. При этом, как видно из векторной диаграммі, угол имеет отрицательный знак (I_p опережает U_p). Угол , при котором рабочий момент максимален (при неизменной мощности S_p) называется углом максимальной чувствительности При этом угле между током I_p и напряжением U_p требуется минимальная мощность S_{P min} для срабатывания реле.

(8.13)

Здесь угол ( равен 90º ,

При дальнейшем повороте вектора Ф_т против часовой стрелки (увеличении в отрицательную сторону) остается положительным но уменьшается по величине. Наконец, при некотором угол вновь принимает критическое значение, при котором рабочий момент М_{вр min} становится соизмеримым с моментом противодействия пружины. И реле вновь отпускает.

При дальнейшем увеличении угла - сдвиг по фазе между потоками Ф_т и Ф_н становится больше 180º. При этом меняет свой знак, а рабочий момент М_вр меняет свое направление. Возникший вращающий момент воздействует на ротор в обратном направлении, однако подвижный контакт 4 упирается в упор, не позволяя ротору повернуться. (Могут быть и иные конструктивные решения. Так в реле двойного действия ротор реле с помощью пружин удерживается в среднем положении и он может под действием моментов +М_вр или –М_вр поворачиваться либо в одну, либо в другую сторону, замыкая при этом ту или иную пару контактов).

Линия АВ на рисунке 8.6, проходящая через углы , называется линией нулевых моментов (или линией изменения знака М_вр). Она всегда расположена под углом к вектору U_p и совпадает с вектором I_н.

Линия СD, лежащая под прямым углом к линии АВ, называется линией максимальных моментов.

Из сказанного выше можно сделать следующие выводы:

1. Рабочий момент реле М_вр пропорционален мощности S_p, подводимой к зажимам реле от измерительных ТА и ТV , и направлен от оси опережающего потока к оси отстающего.

2. Знак электромагнитного момента М_вр определяется знаком и зависит от угла . , а следовательно и М_вр положительны при угле , лежащем в пределах от 0º до 180º; и отрицательны, если .

3. За положительное направление М_вр принято действие момента на замыкание контактов (на рисунке 8.3 по часовой стрелке).

4. Момент М_вр достигает максимальной величины при , т.е. когда I_p опережает I_н на 90º. Линия СD – линия максимальных моментов.

5. Угол между током и напряжением, при котором угол составляет 90º, а момент М_вр достигает максимума, называется углом максимальной чувствительности .

6. Реле не действует, если U_p = 0, или I_p = 0, или если .

Последнее условие имеет место при и .

Таким образом, рассмотренное РНМ реагирует на величину и знак мощности.