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 К1 мощность КЗ SK1 направлена от шин в ЛЭП, и РНМ должно срабатывать и замыкать свои контакты, во втором – при КЗ в К2 – мощность КЗ SK2 направлена к шинам, в этом случае реле не должно замыкать контакты.

 
  индукционные реле направления мощности - student2.ru

Реле мощности имеет две обмотки: одна питается напряжением UР, а другая – током сети IP (рис.2.32, б). Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения UР, тока IP и угла сдвига φР между ними.

Чувствительность РНМ оценивается минимальной мощностью, при которой реле замыкает свои контакты. Эта мощность называется мощностью срабатывания и обозначается SС.Р.

Реле направления мощности выполняются мгновенными. Время срабатывания РНМ должно быть минимальным.

индукционные реле направления мощности - student2.ru
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 1 с 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 6.

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

Обмотка 4 питается напряжением UР = UC/KU, а обмотка 5 – током IP = IC/KI, где UC и IС – напряжение и ток сети (защищаемого элемента). Ток IH = UP/ZH в обмотке 4 создает магнитный поток ФH (поляризующий).

Ток IP, проходящий по обмотке 5, создает магнитный поток ФТ (рабочий).

индукционные реле направления мощности - student2.ru
На рис.2.34 изображена векторная диаграмма магнитных потоков ФH и ФТ. За исходный для ее построения принимается вектор напряжения UР. Ток IH сдвинут по фазе относительно напряжения UР на угол α, а ток IP – на угол φР.

Угол α определяется индуктивным и активным сопротивлением обмотки 4, питаемой напряжением, и называется углом внутреннего сдвига реле. Угол φР зависит от параметров сети и фаз подведенных к реле UС и IС.

Магнитные потоки ФН и ФТ изображены на диаграмме совпадающими с создающими их токами IН и IР.

Из векторной диаграммы следует, что потоки ФН и ФТ, а также токи IН и IР сдвинуты по фазе на угол ψ = α – φР, электромагнитный момент МЭ согласно формуле (2.13):

индукционные реле направления мощности - student2.ru (2.17)

выражая ФН и ФТ через создающие их токи, получим

индукционные реле направления мощности - student2.ru (2.18)

где индукционные реле направления мощности - student2.ru – мощность, подведенная к реле.

Анализируя выражение (2.18), можно сделать следующие выводы: электромагнитный момент peлe пропорционален мощности на его зажимах; знак электромагнитного момента реле определяется знаком sin(α – ψР) и зависит от значения φР и угла внутреннего сдвига α. Это иллюстрируется рис.2.34, где зона отрицательных моментов заштрихована. Незаштрихованная часть диаграммы соответствует области положительных моментов, где ФТ опережает ФН, а φР и его синус имеют положительный знак. Линия АВ, проходящая через углы α – φР = 0 и 180°, называется линией изменения знака момента. Она всегда расположена под углом α к вектору UP, т.е. совпадает с направлением векторов IH и ФH.

Линия CD (перпендикулярная АВ) называется линией максимальных моментов. Момент МЭ достигает максимума при α – φР = 90°, т.е. когда IР опережает IH на 90°. Угол φР, при котором МЭ достигает максимального значения, называется углом максимальной чувствительности, значение которого зависит от угла α, который определяется отношением X/R в цепи напряжения.

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

Таким образом, выражение (2.18) и рис.2.34 показывают, что рассмотренная конструкция есть реле, реагирующее на знак мощности SР или, иными словами, и – на угол сдвига φР между напряжением UР и током IР.

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

Зависимость мощности срабатывания от тока IР и угла φР принято оценивать характеристикой чувствительности и угловой характеристикой.

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

 
  индукционные реле направления мощности - student2.ru

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

Полярность обмоток. Знак электромагнитного момента реле зависит от относительного направления токов IР и IH 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 начала к концу обмотки или наоборот. Заводы, изготовляющие реле, указывают однополярные зажимы обмоток, отмечая их условным знаком. На рис.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

индукционные реле направления мощности - student2.ru

где β = 90 – α.

Имеются два основных варианта исполнения реле: РБМ-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: φМ.Ч = – и 45° и φМ.Ч = – 30°.

РБМ-178, РБМ-278 и РБМ-177, РБМ-277 включаются на ток и напряжение нулевой последовательности (НП); их угол максимальной чувствительности φМ.Ч = + 70°. У реле РБМ-178 и РБМ-278 SС.Р = 0,2 - 4 В·А, у реле РБМ-177 и РБМ-277 SС.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.

Наши рекомендации