Полупроводниковые реле тока серии РСТ-11 РСТ-14

Полупроводниковые реле тока серии РСТ-11 РСТ-14

Общие сведения.

В настоящее время выпускается большое количество статических реле различных модификаций. Однако принцип их действия практически одинаков и сводится к сравнению подводимого измеряемого сигнала с опорным (Рис.1).

Рис.1 Структурная схема статического реле защиты

Реле состоит из следующих основных блоков:

1. Входной преобразователь ВП содержит измерительный преобразователь, на вход которого подается сигнал от трансформаторов тока защищаемого объекта. Измерительные преобразователи представляют собой промежуточные трансформаторы или трансреакторы, которые трансформируют входной сигнал до величины, определяемой условиями управления операционными усилителями.

Одновременно преобразователи отделяют полупроводниковую часть реле от вторичных цепей защищаемого объекта. Наряду с основными функциями они решают задачу защиты реле от высокочастотных наводок. Пример простейшего преобразователя тока представлен на Рис.2.

Рис.2 Преобразователь тока с выпрямителем

 

2. Для получения нужной характеристики реле выходной сигнал, подаваемый с преобразователя, необходимо подвергнуть специальной обработке в узле формирования УФ. Способ и объем такой обработки определяется конкретным типом реле.

Типовые звенья УФ и их характеристики:

- Повторитель напряжения. Повторитель напряжения образуется путем соединения выхода операционного усилителя с его инвертирущим входом (Рис.3).Подобный вид обратной связи называют 100% отрицательной обратной связью. Для схемы характерно высокое входное сопротивление и малое выходное. Повторитель напряжения обычно включают между источником сигнала и нагрузкой с целью исключить влияние нагрузки на выходное напряжение источника.

Рис.3 Повторитель напряжения

 

Коэффициент усиления повторителя напряжения KU = Uвых/Uвх = 1.

- Инвертирующий усилитель. Схема простейшего инвертирующего усилителя показана на Рис.4.

Рис.4 Инвертирующий усилитель

Коэффициент усиления схемы определяется соотношением сопротивлений в цепях входа и обратной связи KU=-R2/R1. Это соотношение с достаточной степенью точности может быть применено к реальным операционным усилителям.

Инвертирующий усилитель применяется в основном в тех случаях, когда нужен усилитель, к которому не предъявляются требования высокого входного сопротивления, и когда нужно проинвертировать или просуммировать несколько входных сигналов.

- Неинвертирующий усилитель. Схема неинвертирующего усилителя показана на Рис.5.

Рис.5 Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. На инвертирующий вход подается часть выходного напряжения с помощью отрицательной обратной связи и резистивного делителя. Коэффициент усиления схемы с идеальным операционным усилителем может быть определен из выражения KU = 1 + R2 / R1.

Благодаря высокому входному сопротивлению неинвертирующий усилитель часто применяют в качестве масштабирующего усилителя.

- Усилители-ограничители. В реле защиты часто требуется ограничить уровень выходного напряжения. Ограничения можно выполнить за счет включения в цепь обратной связи параллельно сопротивлению двух встречно включенных стабилитронов (Рис.6).

При подъеме выходного напряжения более UСТ + 0,7 В сопротивление обратной связи шунтируется и рост выходного напряжения прекращается.

Рис.6 Усилитель-ограничитель

- Схемы сумматоров. Выходное напряжение в схеме сумматора пропорционально сумме входных напряжений. Они обладают малым собственным потреблением и успешно применяются в схемах формирователей сигналов. В качестве примера на Рис.7 показана схема сумматора для трех сигналов на основе инвертирующего усилителя.

Рис.7 Схема сумматора

Выходное напряжение для этой схемы

U_ВЫХ=-(U₁/R₁+U₂/R₂+U₃/R₃)R_ОС.

- Активные фильтры. Активные фильтры часто применяются в технике релейной защиты в силу свей простоты при настройке, отсутствии нелинейных индуктивностей, малых габаритов и потребления.

В силу своего назначения могут выполняться как фильтры нижних частот ФНЧ, фильтры верхних частот ФВЧ, полосовые фильтры ПФ, режекторные фильтры РФ. На Рис.8 показаны примеры амплитудно-частотных характеристик таких фильтров, представляющих собой зависимость выходного напряжения от частоты входного.

Рис.8 Амплитудно-частотные характеристики активных фильтров

На каждой их характеристик могут быть выделены три полосы частот: а – полоса пропускания, где выходное напряжение имеет наибольшее значение; с - полоса подавление, где выходное напряжение минимально; b - переходная полоса частот в пределах которой выходное напряжение меняется от максимального до минимального значения или наоборот. Чем уже переходная характеристика, тем ближе характеристика фильтра к идеальной.

Описанные схемы охватывают только часть наиболее часто встречающихся вариантов выполнения блоков узла формирования

3. В схеме сравнения СС сформированные сигналы измерительного тракта сравниваются с опорным напряжением, называемым уставкой реле. Для срабатывания реле необходимо, чтобы входной сигнал превысил заданное значение опорного сигнала. В релейной защите в качестве элементов схемы сравнении широко используются компараторы. Напряжение на выходе компаратора находится на одном из двух фиксированных уровней: на верхнем, если напряжение на неинвертирующем входе компаратора больше напряжения на инвертирующем входе; и на нижнем, при противоположных соотношениях напряжений.

Для работы в качестве компаратора может быть применен обычный операционный усилитель. Одна из типовых схем компаратора приведена на Рис.9.

Рис.9 Пример выполнения компаратора для однополярных сигналов

На первый вход подается измеряемый сигнал, на второй - опорный. Если измеряемое напряжение меньше опорного, то на выходе схемы держится максимальное выходное напряжение, совпадающее по знаку с опорным. Как только измеряемое напряжение превысит опорное полярность выходного сигнала меняется на противоположную. Диоды защищают входы операционного усилителя от повышенных значений разности сравниваемых напряжений.

Приведенная схема обладает существенным недостатком, который проявляется в случае примерного равенства сравниваемых напряжений – неустойчивого опрокидывания. Для устранения "дребезга" компаратора широко применяется схема инвертирующего триггера Шмитта, Рис.10. Триггер Шмитта представляет собой компаратор с одним заземленным входом, заданным опорным напряжением и положительной обратной связью.

Рис.10 Триггер Шмита и его передаточная характеристика

Передаточная характеристика такой схемы имеет четко выраженный "релейный" характер.

4. Выходная часть ВЧ выполняется с помощью электромагнитного или герконового реле. Одна из возможных схем выходной части статического реле показана на Рис.11. На один из концов обмотки реле К1 подается "плюс" оперативного тока 220 В, а другой подключается к коллектору транзистора VT1. Транзистор управляется сигналом от схемы сравнения.

Рис.11 Схема выходной части статического реле

5. Для питания полупроводниковых элементов на схему реле должно быть подано напряжение ±15В. Если источником оперативного питания является аккумуляторная батарея на 220 В, то применяются специальные интегральные микросхемы, или питание может быть организовано с помощью стабилитронов, Рис. 12.

Рис.12 Схема питания реле от сети постоянного оперативного тока 220В

Список используемой литературы

1. «Релейная защита. Принципы выполнения и применения» В.Н. Копьев Томск 2006

2. ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ЛЭП: Методические указания к лабораторным работам / Л.Л. Богатырев, Л.Ф. Богданова, В.П. Федотов, А.А. Суворов. Екатеринбург 2006.

3. «Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электрических станций и сетей» Часть 3 Статические реле под ред. Б.А. Алексеева Москва 2000

4. Методические указания по техническому обслуживанию реле тока РСТ11-РСТ14, реле напряжения РСН14-РСН17 И РСН11, РСН12, РСН18 РД 34.35.644-97 Исполнители Ф.Д. Кузнецов (ОРГРЭС), Г.П. Варганов, С.Г. Николаев (ЧЭАЗ) Утверждено Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО "ЕЭС России" 03.11.97 г

 

Полупроводниковые реле тока серии РСТ-11 РСТ-14

Общие сведения.

В настоящее время выпускается большое количество статических реле различных модификаций. Однако принцип их действия практически одинаков и сводится к сравнению подводимого измеряемого сигнала с опорным (Рис.1).

Рис.1 Структурная схема статического реле защиты

Реле состоит из следующих основных блоков:

1. Входной преобразователь ВП содержит измерительный преобразователь, на вход которого подается сигнал от трансформаторов тока защищаемого объекта. Измерительные преобразователи представляют собой промежуточные трансформаторы или трансреакторы, которые трансформируют входной сигнал до величины, определяемой условиями управления операционными усилителями.

Одновременно преобразователи отделяют полупроводниковую часть реле от вторичных цепей защищаемого объекта. Наряду с основными функциями они решают задачу защиты реле от высокочастотных наводок. Пример простейшего преобразователя тока представлен на Рис.2.

Рис.2 Преобразователь тока с выпрямителем

 

2. Для получения нужной характеристики реле выходной сигнал, подаваемый с преобразователя, необходимо подвергнуть специальной обработке в узле формирования УФ. Способ и объем такой обработки определяется конкретным типом реле.

Типовые звенья УФ и их характеристики:

- Повторитель напряжения. Повторитель напряжения образуется путем соединения выхода операционного усилителя с его инвертирущим входом (Рис.3).Подобный вид обратной связи называют 100% отрицательной обратной связью. Для схемы характерно высокое входное сопротивление и малое выходное. Повторитель напряжения обычно включают между источником сигнала и нагрузкой с целью исключить влияние нагрузки на выходное напряжение источника.

Рис.3 Повторитель напряжения

 

Коэффициент усиления повторителя напряжения KU = Uвых/Uвх = 1.

- Инвертирующий усилитель. Схема простейшего инвертирующего усилителя показана на Рис.4.

Рис.4 Инвертирующий усилитель

Коэффициент усиления схемы определяется соотношением сопротивлений в цепях входа и обратной связи KU=-R2/R1. Это соотношение с достаточной степенью точности может быть применено к реальным операционным усилителям.

Инвертирующий усилитель применяется в основном в тех случаях, когда нужен усилитель, к которому не предъявляются требования высокого входного сопротивления, и когда нужно проинвертировать или просуммировать несколько входных сигналов.

- Неинвертирующий усилитель. Схема неинвертирующего усилителя показана на Рис.5.

Рис.5 Неинвертирующий усилитель

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. На инвертирующий вход подается часть выходного напряжения с помощью отрицательной обратной связи и резистивного делителя. Коэффициент усиления схемы с идеальным операционным усилителем может быть определен из выражения KU = 1 + R2 / R1.

Благодаря высокому входному сопротивлению неинвертирующий усилитель часто применяют в качестве масштабирующего усилителя.

- Усилители-ограничители. В реле защиты часто требуется ограничить уровень выходного напряжения. Ограничения можно выполнить за счет включения в цепь обратной связи параллельно сопротивлению двух встречно включенных стабилитронов (Рис.6).

При подъеме выходного напряжения более UСТ + 0,7 В сопротивление обратной связи шунтируется и рост выходного напряжения прекращается.

Рис.6 Усилитель-ограничитель

- Схемы сумматоров. Выходное напряжение в схеме сумматора пропорционально сумме входных напряжений. Они обладают малым собственным потреблением и успешно применяются в схемах формирователей сигналов. В качестве примера на Рис.7 показана схема сумматора для трех сигналов на основе инвертирующего усилителя.

Рис.7 Схема сумматора

Выходное напряжение для этой схемы

U_ВЫХ=-(U₁/R₁+U₂/R₂+U₃/R₃)R_ОС.

- Активные фильтры. Активные фильтры часто применяются в технике релейной защиты в силу свей простоты при настройке, отсутствии нелинейных индуктивностей, малых габаритов и потребления.

В силу своего назначения могут выполняться как фильтры нижних частот ФНЧ, фильтры верхних частот ФВЧ, полосовые фильтры ПФ, режекторные фильтры РФ. На Рис.8 показаны примеры амплитудно-частотных характеристик таких фильтров, представляющих собой зависимость выходного напряжения от частоты входного.

Рис.8 Амплитудно-частотные характеристики активных фильтров

На каждой их характеристик могут быть выделены три полосы частот: а – полоса пропускания, где выходное напряжение имеет наибольшее значение; с - полоса подавление, где выходное напряжение минимально; b - переходная полоса частот в пределах которой выходное напряжение меняется от максимального до минимального значения или наоборот. Чем уже переходная характеристика, тем ближе характеристика фильтра к идеальной.

Описанные схемы охватывают только часть наиболее часто встречающихся вариантов выполнения блоков узла формирования

3. В схеме сравнения СС сформированные сигналы измерительного тракта сравниваются с опорным напряжением, называемым уставкой реле. Для срабатывания реле необходимо, чтобы входной сигнал превысил заданное значение опорного сигнала. В релейной защите в качестве элементов схемы сравнении широко используются компараторы. Напряжение на выходе компаратора находится на одном из двух фиксированных уровней: на верхнем, если напряжение на неинвертирующем входе компаратора больше напряжения на инвертирующем входе; и на нижнем, при противоположных соотношениях напряжений.

Для работы в качестве компаратора может быть применен обычный операционный усилитель. Одна из типовых схем компаратора приведена на Рис.9.

Рис.9 Пример выполнения компаратора для однополярных сигналов

На первый вход подается измеряемый сигнал, на второй - опорный. Если измеряемое напряжение меньше опорного, то на выходе схемы держится максимальное выходное напряжение, совпадающее по знаку с опорным. Как только измеряемое напряжение превысит опорное полярность выходного сигнала меняется на противоположную. Диоды защищают входы операционного усилителя от повышенных значений разности сравниваемых напряжений.

Приведенная схема обладает существенным недостатком, который проявляется в случае примерного равенства сравниваемых напряжений – неустойчивого опрокидывания. Для устранения "дребезга" компаратора широко применяется схема инвертирующего триггера Шмитта, Рис.10. Триггер Шмитта представляет собой компаратор с одним заземленным входом, заданным опорным напряжением и положительной обратной связью.

Рис.10 Триггер Шмита и его передаточная характеристика

Передаточная характеристика такой схемы имеет четко выраженный "релейный" характер.

4. Выходная часть ВЧ выполняется с помощью электромагнитного или герконового реле. Одна из возможных схем выходной части статического реле показана на Рис.11. На один из концов обмотки реле К1 подается "плюс" оперативного тока 220 В, а другой подключается к коллектору транзистора VT1. Транзистор управляется сигналом от схемы сравнения.

Рис.11 Схема выходной части статического реле

5. Для питания полупроводниковых элементов на схему реле должно быть подано напряжение ±15В. Если источником оперативного питания является аккумуляторная батарея на 220 В, то применяются специальные интегральные микросхемы, или питание может быть организовано с помощью стабилитронов, Рис. 12.

Рис.12 Схема питания реле от сети постоянного оперативного тока 220В