Реле полного сопротивления

Реле полного сопротивления относится к электротехнике, в частности, к релейной защите и может применяться для защиты линий электропередач. Принцип такого реле основывается на полупроводниковых схемах сравнения двух электрических величин. Устройство характеризуется тем, что содержит преобразователь тока и преобразователь напряжения выполненные в виде трансформаторов с вращающимся магнитным полем с многофазными вторичными обмотками, выходы которых соединены со входами многофазных выпрямителей, к выходам которых, через фильтр постоянного тока, подключен нуль-индикатор. Техническим результатом полезной модели является увеличение быстродействия и точности работы реле сопротивления, за счет снижения пульсаций напряжения на нуль-индикаторе.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к релейной защите и может применяться для защиты линий электропередач.

Принцип такого реле основывается на полупроводниковых схемах сравнения двух электрических величин.

Известен блок реле сопротивления, типа БРЭ-2801, серийно производимый ЗАО «ЧЭАЗ», Россия, [www.cheaz.ru], работа которого основана на сравнении времени совпадения по знаку двух входных синусоидально изменяющихся величин со временем несовпадения.

Данный блок реле аналогичен, предлагаемому устройству по своему назначению, но отличается достаточно сложным конструктивным исполнением.

Наиболее близкими по своей технической сущности являются реле сопротивления комплекта защиты типа ПЗ-3 [Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст]//- М.: Изд. «Высшая школа», 2006. - 640 с.] и реле сопротивления типа ДЗ-1 [Шнеерсон Э.М. Полупроводниковые реле сопротивления [Текст]//- М.: Изд. «Энергия», 1975. - 143 с.] на основе сравнения электрических величин по абсолютному значению, принятые в качестве прототипов, содержащие преобразователь тока, выполненный в виде трансреактора, преобразователь напряжения, выполненный в виде трансформатора, выходы которых соединены со входами выпрямителей, к выходам которых через фильтр постоянного тока, подключен нуль-индикатор.

Недостатком данных устройств является то, что они, вследствие конструктивных особенностей, имеют низкие параметры по быстродействию и точности работы.

Задачей полезной модели является создание реле с улучшенными техническими характеристиками.

Техническим результатом является увеличение быстродействия и точности работы реле полного сопротивления.

Указанный технический результат достигается предложенным реле полного сопротивления, содержащим преобразователь тока, преобразователь напряжения, выходы которых соединены с входами выпрямителей, к выходам которых через фильтр постоянного тока подключен нуль-индикатор. Преобразователь тока и преобразователь напряжения выполнены в виде трансформаторов с вращающимся магнитным полем с многофазными вторичными обмотками, а выпрямители выполнены многофазными.

Применение трансформаторов с вращающимся магнитным полем с многофазной вторичной обмоткой (например, описанных в патенте РФ 2333562, 2007 г.) дает возможность использования многофазного выпрямления вместо однофазного, что позволяет существенно уменьшить пульсации напряжения на нуль индикаторе, что дает возможность применить фильтр постоянного тока с меньшей собственной постоянной времени, и как следствие повысить быстродействие и точность работы реле. При этом, чем большее количество фаз выпрямления используется, тем более высокие параметры быстродействия и точности работы могут быть достигнуты.

На фигуре 1 изображена схема предложенного реле полного сопротивления, на фигуре 2 изображена его характеристика срабатывания.

В состав устройства (фигура 1) входят трансформаторы с вращающимся магнитным полем 1, 2, каждый с многофазной вторичной обмоткой 3, 4, многофазные выпрямители 5, 6, сглаживающий конденсатор 7 и нуль индикатор 8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Входы реле образуют входы трансформаторов с вращающимся магнитным полем 1, 2. К реле подводятся две электрические синусоидально изменяющиеся величины, значения которых в комплексном виде выражены величинами . Область срабатывания реле будет определяться величиной , значение которой может быть отложено в комплексной плоскости Z. Предлагаемое реле полного сопротивления имеет граничную линию срабатывания в плоскости Z в виде окружности с центром в начале координат. На многофазных вторичных обмотках 3, 4 формируются величины:

(1)

(2)

где - постоянные комплексные коэффициенты, формируемые-

пространственным расположением и выбором необходимого числа витков вторичных многофазных обмоток 3, 4 трансформаторов 1, 2.

Условие срабатывания реле выглядит следующим образом:

(3)

Подставив выражения (1), (2) в (3) и обозначив, получим:

(4)

Введем следующие соотношения:

(5)

тогда условие (4) примет вид:

(6)

Преобразуя (6) находим:

(7)

В этом случае уравнение характеристики срабатывания реле в плоскости Z имеет вид:

(8)

что соответствует уравнению окружности в плоскости Z с центром в начале координат и радиусом Z₀ .

(9)

Из приведенных выше выражений видно, что соответствующим выбором коэффициентов , возможно получение характеристик срабатывания предлагаемого реле полного сопротивления в виде окружностей различных радиусов, имеющих центры в начале координат плоскости Z.

На фигуре 1 представлен пример электрической схемы реле полного сопротивления. Вход однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем 1 подключен к трансформатору напряжения TV с коэффициентом трансформации K_TV=110000/100, вход однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем 2 подключен к трансформатору тока ТА с коэффициентом трансформации K_TA=600/5. В этом случае при выборе коэффициентов трансформации однофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем 1 и 2 соответственно K₁=6, К₂=11, и с учетом коэффициентов трансформации TV, ТА получим:

;

После подстановки приведенных коэффициентов в выражения (8), (9), уравнение характеристики срабатывания примет вид:

R²+X²=5² ;

При этом электродвижущие силы (ЭДС) многофазных обмоток 3 и 4 равны.

Па фигуре 2 показана характеристика срабатывания реле полного сопротивления для указанных коэффициентов.

Величины , формируемые на электрически соединенных группах многофазных вторичных обмоток 3, 4, поступают на многофазные выпрямители 5, 6 и затем сравниваются нуль индикатором 8. Для сглаживания незначительных пульсаций на нуль индикаторе, параллельно ему включен конденсатор 7.

Использование вращающегося магнитного поля и многофазного выпрямления позволяет уменьшить пульсации напряжения на нуль индикаторе и повысить быстродействие и точность работы реле.

Реле полного сопротивления, содержащее преобразователь тока, преобразователь напряжения, выходы которых соединены с входами выпрямителей, к выходам которых через фильтр постоянного тока подключен нуль-индикатор, отличающееся тем, что преобразователь тока и преобразователь напряжения выполнены в виде трансформаторов с вращающимся магнитным полем с многофазными вторичными обмотками, а выпрямители выполнены многофазными.