Реле, реагирующие на две электрические величины
К
входу реле могут быть подведены два
тока или два напряжения. Наиболее
распространенными реле такого типа
являются реле сопротивления (КZ)
и реле направления мощности (КW),
измерительные цепи которых присоединяют
ко вторичным обмоткам трансформаторов
напряжения и тока защищаемой линии
(рис. 3.30, а). Структурная схема подобных
реле содержит измерительную схему ИС,
к которой подводятся величины
и
,
схему сравнения СС и логическую часть
ЛЧ (рис. 1).
Измерительная схема ИС выполняется в
виде двух транс форматоров. На два входа
схемы сравнения поступают синусоидальные
напряжения
и
,
сформированные в ИС.
Такие реле используются в защитах трансформаторов и могут применяться в защитах контактных сетей переменного тока.
Рис. 1. Схема подключения к сети с двухсторонним питанием
реле сопротивления (а) и структурная схема этого реле (б)
Реле
направления мощности и реле сопротивления
широко используются в защитах электрических
сетей высокого напряжения и контактных
сетей. Ко входам этих реле от трансформаторов
напряжения и тока подводятся две
электрические величины — соответственно
и
.
В зависимости от их соотношения реле
КZ
и КW
срабатывают или не срабатывают. Условия
срабатывания этих реле удобно и наглядно
представлять графически. для этой цели
вводят условную величину
,.
определяемую как отношение сигналов
и
:
,
(1)
где
—
модуль отношения
к
(сопротивление, измеряемое реле);
,
- соответственно
активная и индуктивная составляющие
отношения входных сигналов
и
;
- угол между векторами
и
.
Анализ
характеристик
на комплексной плоскости.
Характеристики и свойства подобного
рода реле удобно рассматривать в
комплексной плоскости сопротивлений
Z
(рис. 2). По действительной оси этой
плоскости откладывают активные, а по
мнимой — реактивные составляющие.
Рис. 2. Комплексная плоскость сопротивлений
Рассмотрим
некоторую линию с двусторонним питанием,
изображенную на рис. 1, а. На подстанции
П2 имеется реле КZ,
к которому через
трансформаторы напряжения напряжения
ТV
и
тока ТА подводятся
и
.
Пусть в нормальном режиме мощность в
линии направлена от шин П2 к шинам П3.
Примем это направление мощности за
положительное (сплошная стрелка на рис.
1, а). Совместим начало координат
комплексной плоскости с местом установки
реле КZ
и изобразим на ней вектор сопротивления
на зажимах реле в нормальном режиме
(рис. 3). При активно-индуктивной нагрузке
угол
,
не превышает, как правило, 20 - 400,
однако в
некоторых режимах, например, при пусках
мощных двигателей, он может быть и
больше. Вектор
располагается в квадранте I
комплексной плоскости Z.
В зависимости от значения и характера
нагрузки конец вектора
может
оказаться в любой точке области Н.
При активно-емкостной нагрузке вектор
,,
может смещаться в квадрант IV.
Для
режима короткого замыкания в линии
характерно увеличение угла
до 50-80°. Сопротивление на зажимах реле
в этом режиме обозначим
.
Если к.з. происходит, например, в точке
к1 (см. рис. 1, а), то направление мощности
по условию положительно, поэтому вектор
будет
находиться в квадранте I
комплексной плоскости (см. рис. 3). В
зависимости от места замыкания на
участке П2—П3 конец вектора. может
оказаться в любой точке области К1. Если
же к.з. произойдет на участке П1—П2,
например, в точке к2, то направление
мощности на участке, где установлена
защита, изменится на противоположное
(штриховая стрелка на рис. 1, а). В этом
случае вектор
переместится
в область К2, расположенную в квадранте
III комплексной плоскости (см. рис. 3).
Очевидно, что, когда конец вектора
находится в области Н
(нормальный режим работы), реле не должно
срабатывать. Если же конец вектора
попадет
в область К1 или К2 (режим короткого
замыкания), реле должно сработать. В
ряде случаев для обеспечения селективности
требуется, чтобы реле срабатывало только
тогда, когда конец вектора
,
попадет в область К1 и не срабатывало,
если он попадет в область К2.
Рис. 3. К анализу сопротивлений, измеряемых защитой
Совокупность
точек комплексной плоскости, соответствующих
действию реле, называется областью
срабатывания, а стальных точек— областью
несрабатывания. Зоны срабатывания и
не- срабатывания разделяет граничная
линия, которая называется характеристикой
срабатывания реле в комплексной плоскости
или угловой характеристикой. Пусть,
например, характеристика реле имеет
вид окружности 1. Если конец вектора
сопротивления
попадает
внутрь окружности, реле сработает, а
если он окажется вне окружности, реле
не сработает. В том случае, когда
необходимо, чтобы реле срабатывало при
попадании конца вектора
только в область К1, выбирают для реле
такую форму характеристики, чтобы
область К1 оказалась внутри зоны
срабатывания, а области Н и К2 —вне ее.
Характеристика 1 удовлетворяет этим требованиям для тех условий, когда область Н ограничена слева сплошной линией, приведенной на рис. 3. Однако, если нагрузка линии в нормальном режиме увеличится, то граница зоны Н сместится влево (штриховая линия 2) и характеристика 1 уже не будет удовлетворять поставленным условиям. В этом случае придется применять реле с более сложной формой характеристики.
Большое распространение получили реле с характеристиками в виде окружностей и прямых линий (рис. 4). На рис. 4,б изображена характеристика реле полного сопротивления, которая не зависит от угла между подведенными электрическими величинами; на рис. 4, в - характеристика направленного реле сопротивления; на рис. 4, г – характеристика реле направления мощности, реагирующей на угол между подведенными значениями.
Рис. 4. Характеристики срабатывания реле сопротивлений
на комплексной плоскости
Реле со сложными характеристиками. В длинных, сильно загруженных линиях электропередачи максимальные токи нагрузки оказываются соизмеримыми с минимальными токами удаленных к.з. этих условиях область Н на комплексной плоскости сопротивлений (см. рис. 3) смещается влево (кривая 2) и реле сопротивления с простыми характеристиками в виде окружности уже не в состоянии отличить нормальный режим от режима к.з. Для того,
чувствительность
реле к нормальному режиму (в области
малых значений
)
при сохранении требуемой чувствительности
к режимам повреждений (в области больших
значений
),
необходимо применять реле сопротивления
со сложными характеристиками
.
( Некоторые
из таких характеристик на комплексной
плоскости Z
при ведены на рис. 5. (область срабатывания
заштрихована).
Рис. 5. Сложные характеристики срабатывания реле сопротивления