Полупроводниковое реле сопротивления комплекта БРЭ 2801

 

Целью работы является изучение принципа действия, настройки на заданные параметры срабатывания и экспериментальное снятие основных характеристик полупроводникового реле сопротивления (РС) типа БРЭ 2801.

Краткие теоретические сведения

Блок реле сопротивления БРЭ 2801 представляет собой комплектное реле, содержащее три дистанционных органа, каждый из которых имеет на выходе отдельное электромагнитное реле РП 13. Полупроводниковые РС реагируют на комплексную величину сопротивления и используются в качестве пускового или измерительного органа дистанционной защиты линий и трансформаторов напряжением 110 кВ и выше.

Блок РС БРЭ 2801 может применятся в разных схемах дистанционной защиты, поэтому в нем предусмотрена возможность получать несколько отличающихся друг от друга характеристик срабатывания.

За основу принята характеристика в виде окружности, угол максимальной чувствительности j_мч которой может быть установлен равным 65⁰ или 80⁰. Расположение окружности на комплексной плоскости может изменяться в зависимости от требований к защите. Можно получить следующие характеристики срабатывания (рис. 18.1, а):

В схеме РС предусмотрена возможность изменять, принятую за основу круговую форму характеристики, приближая ее к эллиптической с отношением малой и большой осей e = 0,75 и e = 0,5 (рис. 18.1, б).

 

 

Рис.18.1.:1 – направленная окружность, смещенная в первый квадрант с плавной установкой смещения от 5 до 50 % уставки; 2 – направленная окружность
с нерегулируемым смещением в первый квадрант; 3 – направленная окружность,
проходящая через начало координат; 4–6 – направленная окружность
с заданным смещением в третий квадрант; 7 – ненаправленная окружность
с центром в начале координат

 

Принцип действия БРЭ 2801

Упрощенная схема РС и временные диаграммы показаны на рис. 18.2.

В реле сравнивается время совпадения t_с с временем несовпадения t_нс мгновенных значений двух синусоидальных величин A и B. Алгоритм сравнения имеет вид:

 

- p /2 £ A / B £ p /2.

Схема формирования сравниваемых величин A и B состоит из трансформатора напряжения TLV, трансформатора тока TLA и двух сумматоров. Для получения рассмотренных выше характеристик срабатывания необходимо, в общем случае, сравнить по фазе две величины вида:

 

A = k ₁ U _p + k ₂ I _p;

B = k ₃ U _p + k ₄ I _p.

 

Рис. 18.2. Принципиальная схема (а) и временные диаграммы (б, в) РС

 

Коэффициенты k ₁ и k ₃ принимаются вещественными и реализуются резисторами R3 и R5. Комплексные коэффициенты k ₂ и k ₄ реализуются соответственно резисторами и конденсаторами: R1, R4, C1 и R2, R6, C2.

Стабилитроны VD1 и VD2 обеспечивают линейный режим работы операционных усилителей (ОУ) А1 и А2 при больших значениях входных сигналов, что необходимо для правильного функционирования сумматоров. Сформированные величины А и В с выходов сумматоров подаются к формирователю импульсов, схема которого содержит:

– максиселектор положительных сигналов (диоды VD3 и VD4), выделяющий наибольший из положительных сигналов;

– максиселектор отрицательных сигналов (диоды VD5 и VD6), выделяющий наибольший из отрицательных сигналов;

– делитель напряжения (R9, R11 и R10, R12);

ОУ А3, включенный дифференциально, по отношению к средним точкам делителя.

Правильное функционирование схемы обеспечивается тем, что при совпадении знаков мгновенных значений сравниваемых величин на выходе ОУ А3 появляется положительный потенциал, а при несовпадении - отрицательный.

При несовпадении знаков сравниваемых величин, открыто хотя бы по одному из диодов максиселекторов положительных и отрицательных сигналов. При этом, положительное напряжение открывает диод VD7, а отрицательное – диод VD8. В результате прохождения тока через резистор R9 потенциал инвертирующего входа ОУ А3 увеличивается и становится положительным. Ток, проходящий через резистор R10, снижает потенциал неинвертирующего входа и он становится отрицательным. В результате – на выходе ОУ А3 появляется отрицательный импульс, пропорциональный t_нс.

При совпадении, например, положительных значений сравниваемых величин, максиселектор положительных сигналов выделяет максимальный положительный сигнал, а максиселектор отрицательных сигналов – минимальный положительный сигнал. Потенциал инвертирующего входа ОУ А3 остается положительным, а потенциал неинвертигующего входа – меняет полярность. Он становится тоже положительным, и его значение определяется соотношением сопротивлений резисторов R10 и R12 с учетом падения напряжения на открытом диоде максиселектора отрицательных сигналов. На выходе ОУ А3 появляется положительный импульс, пропорциональный времени t_с. Аналогичный результат получается при совпадении отрицательных значений.

Положительные и отрицательные выходные сигналы формирователя импульсов подаются на вход реагирующего органа, состоящего из выпрямителя VS, ОУ А4, включенного по схеме инвертирующего усилителя и порогового элемента D. Диод VD12 ограничивает отрицательные сигналы на выходе ОУ А4 и тем самым защищает вход порогового элемента D. Положительные и отрицательные сигналы стабилизируются по амплитуде выпрямителем VS и стабилитроном VD10.

При подаче на вход выпрямителя VS отрицательных сигналов открывается диод VD11 и отрицательный сигнал подается на инвертирующий вход ОУ А4. В этом случае диод VD12 закрыт, а конденсатор С4 заряжается в течение времени t_нс, напряжение U_вых на выходе ОУ А4 повышается (рис. 18.2 а, б). При совпадении знаков сравниваемых величин на вход выпрямителя VS подается положительный сигнал, открываются диоды VD9 и VD12, конденсатор С4 разряжается в течение времени t_с. Напряжение U_вых снижается. Если t_нс >t_с, то через некоторое время напряжение U_вых достигает значения напряжения срабатывания U_с.р. порогового элемента D и реле срабатывает (рис. 18.2, в).

При близких повреждениях напряжение U_р. близко к нулю. Для устранения мертвой зоны и обеспечения четкой направленности РС с характеристикой, проходящей через начало координат, предусматривается контур “памяти” (на схеме не показан). Он представляет собой активный полосовой фильтр с двойным Т-мостом в цепи отрицательной обратной связи. Благодаря достаточной добротности при трехфазном КЗ вблизи шин затухающее напряжение на выходе фильтра поддерживается в течение времени, вполне достаточного для срабатывания реле.