6.2 Фіксуючі прилади

До фіксуючих приладів ставляться досить жорсткі технічні вимоги по ряду показників. Насамперед, ФП повинні фіксувати параметри аварійного режиму у час к. з. до того, як почалися автоматичні відключення під дією найбільш швидкодіючої релейного захисту. Час спрацьовування ФП дорівнює інтервалу часу між моментом початку к. з. і моментом, коли ФП зафіксує відповідний аварійний параметр. У мережах 110-220 кВ час спрацювання ФП не повинно перевищувати 0,1 с.

Фіксуючий прилад повинен реагувати тільки на першу гармоніку струму чи напруги, оскільки розрахункові формули, складені для перших гармонік. У всякому разі вищі гармоніки й аперіодичні складові струмів і напруг не повинні впливати на його покази.

Чисельне значення фіксуючої величини в сильному ступені залежить від місця перебування к. з. і режиму роботи ЕЕС. Найбільш можливе значення фіксуючої величини нерідко в 30 і більше разів перевищує її найменше можливе значення. Тому ФП повинний мати велику кратність шкали (К^ш), обумовлену як відношення верхньої межі робочої частини шкали до нижньої її межі. В даний час потрібно, щоб у ФП кратність шкали була не менш ніж 50, що в багато разів перевищує кратність шкали будь-якого вимірювального приладу зі стрілкою.

Сучасні ФП конструюються як однофазні прилади, а можливість фіксації тієї чи іншої симетричної складової струму чи напруги забезпечується включенням ФП через відповідний фільтр симетричних складових. Потужність вихідного сигналу фільтра симетричних складових звичайно невелика. Тому ФП повинний мати досить мале споживання з боку вимірювального входу.

Припустима відносна похибка ФП досить велика-порядку 2-3%. Однак при кратності шкали 50 вона відповідає припустимій приведеній похибці не більше 0,04-0,06%.

В даний час ФП встановлюються на опорних підстанціях, а розрахунок відстані до місця к. з. по показах ФП робить персонал диспетчерських пунктів (ДП).

Покази ФП знімаються персоналом підстанцій і потім передаються по телефоні на ДП. При цьому не виключена можливість суб'єктивних помилок.

Якщо ФП установлений на підстанції, що працює без постійного чергування персоналу, то для зняття показань ФП обслуговуючий персонал повинний спеціально приїхати на підстанцію. Це викликає відповідну затримку при визначенні відстані до місця к. з.

У перспективі буде здійснюватися автоматична телепередача показань ФП на відповідний ДП, а потім і автоматизація процесу розрахунку відстані до місця к. з. Тому потрібно, щоб ФП допускав автоматичну телепередачу на ДП зафіксованого значення аварійного параметра.

Слід зазначити, що ні автоматичні осцилографи, ні звичайні прилади, що реєструють, зазначеним вимогам не відповідають.

На рис. 6.3 зображена функціональна схема ФП із запам'ятовуючим конденсатором. Вхідний трансформатор TL1 підключається до фільтра симетричних складових: напруга на його вході прямо пропорційна підлягаючій фіксації симетричної складової чи струму напруги. Пускове реле KQ1 спрацьовує, якщо напруга після випрямляча VS1 досягає визначеного значення, тобто підлягаюча фіксації величина перевищує визначене значення, називане порогом чутливості фіксуючого приладу. При цьому замикаючий контакт KQ1.1 замикається, а потім через 0,1 с після початку к. з. розмикається.

Рисунок 6.3- Функціональна схема фіксуючого приладу з запам'ятовуючим конденсатором.

У нормальному режимі напруга на вході ФП невелика і пропорційна напрузі небалансу фільтра симетричних складових, Пускове реле KQ1 відбудовано від цієї напруги, тому знаходиться в початковому стані.

При виникненні к. з. напруга на вході ФП зростає, KQ1 спрацьовує і підключає запам'ятовуючий конденсатор С1 до випрямляча VS1. Починається заряд конденсатора. До моменту розмикання контакту KQ1.1 через зазначений час після початку к. з. процес заряду С1 встигає закінчитися і напруга на ньому залишається рівною

U_с=K_фA_ф,

де A_ф - діюче значення фіксуючої симетричної складової чи токи напруги; К_ф- постійний коефіцієнт пропорційності.

Таким чином, С1 використовується як елемент оперативної пам'яті.

Потім замикається контакт KQ1 і С1 розряджається на пристрій зчитування АС1. У процесі розряду С1 формується вихідний сигнал АС1, що відображає значення А_ф. Цей сигнал впливає на відтворюючий прилад ЕН1 з довгостроковою пам'яттю таким чином, що після закінчення розряду С1 показання ЕН1 відображає значення Аф.

Таким чином, процес фіксації поділяється на два етапи: на першому етапі, що триває не більш 0,1 с, заряджається С1 і забезпечується необхідна швидкодія ФП; на другому етапі виробляється розряд С1 і формування показань ФП; на другому етапі великої швидкодії не потрібно, цілком припустимо формувати показання ФП протягом декількох секунд, навіть декількох десятків секунд після закінчення к. з. Тому до складу АС1і ЕН1 можуть входити досить “тихохідні” елементи, але зате надійні і добре захищені від перешкод. Можливо забезпечити заряд С1 і менш ніж за 0,1 с. Тому за розглянутою схемою можна будувати і більш швидкодіючі ФП.

Оскільки гранична напруга, до якого можна заряджати С1, обмежується тільки ізоляцією конденсатора і зв'язаних з ним елементів, то представляється можливим будувати ФП із як завгодно великою кратністю робочого діапазону.

Вибором постійної часу заряду С1 можна забезпечити фіксацію тільки сталої складової напруги так на вході ФП.

При цьому похибки обумовлені наявністю вільних складових, виходять досить малими. Досвід конструювання доводить, що досить просто забезпечується мале споживання ФП із боку вимірювального входу.

На сьогоднішній час відомо багато варіантів ФП із запам'ятовуючим конденсатором. Вони розрізняються в основному тільки принципами дії AС1 і EH1 . Одним з

перших ФП із запам'ятовуючим конденсатором був ФП типу АЗАН Мосенерго.

У нього в якості ЕН1 використовується електричний секундомір із харчуванням від мережі промислової частоти, а функція АС1 виконує поляризоване реле напруги, що керує секундоміром. При замиканні контакту К Q1.2 реле спрацьовує під дією напруги на С1 і включає секундомір. Через деякий час напруга на С1 знижується до напруги повернення реле U_в секундомір виключається.

По фіксованому секундоміром інтервалі часу Δt_ф, однозначно зв'язаному з величиною А_ф, можна визначити її значення.

У приладі типу АЗАН розряд С1 відбувається практично по експонентному законі з постійною часу Т_р=С₁R_p, де R_р-опір резистора в ланцюзі обмотки реле, C₁─ємність С1.

Якщо у вихідному стані секундомір показував Δt_ф=0, то значення А_ф визначається з виразу

U_в=U_c exp (-∆t_ф⁄Т_р)

чи

A_ф = f_ном antiln( ∆t_ф/C₁R_p)) ,

де f_c- фактична частота мережі.

Фіксуючий прилад типу АЗАН задовольняє всі перераховані вище вимоги, однак має ряд недоліків: покази секундоміра непропорційні А_ф, тому цифровий секундомір неможливо проградуювати в значеннях А_ф; прилад вимагає при зчитуванні наявності споживання від мережі промислової частоти, причому відхилення частоти від номінальної обумовлює похибку приладу; зміна ємності С1 чи зміна опору реле R_р викликає додаткову похибку ФП.