Характеристики реле на комплексній площині та їх аналіз. Реле напрямку потужності і опору
1. Схеми порівняння двох і більше електричних величин
Для реле, що реагують на дві величини (реле опору KZ і реле напряму потужності KW), на вхід вимірювальних органів необхідно подавати електричну величину, пропорційну геометричній сумі (або різниці) напруги Up і струму Ip. На рис.6.1 зображена структурна схема таких реле.
Рис. 1. Структурна схема реле опору
Тут: ИС- вимірювальна схема; СС-схема порівняння; ЛЧ-логічна частина; РС (KZ) -Реле опору.
Вимірювальна схема ІС може виконуватися у вигляді двох узгоджувальних трансформаторів.
Реле напрямку потужності і реле опору широко використовуються в захистах електричних мереж високої напруги і контактних мереж тягового електропостачання. На входи цих реле від трансформаторів напруги та струму підводяться дві електричні величини: відповідно Up і Ip. Залежно від їх співвідношення реле KW і KZ спрацьовують або не спрацьовують.
Умови спрацювання цих реле зручно і наочно представляти графічно. Для цієї мети вводять умовну величину Zp, обумовлену як відношення сигналів Up і Ip :
Zp=
де Zp - комплексне ставлення Up до Ip (опір, що вимірюється реле); R p, Xp - відповідно активна і індуктивна складові відносини вхідних сигналів Up і Ip; ? р - кут між векторами Up і Ip.
Характеристики та властивості подібного роду реле зручно розглядати в комплексній площині опорів Zp (рис. 6.2). За дійсної осі цій площині відкладають активні, а по уявної - реактивні складові. Положення вектора Zp на комплексній площині залежить від величин Up, Ip , ? p і визначається, отже, режимом роботи електричної системи. Розглянемо деяку лінію з двостороннім харчуванням, зображену на рис. 6.3. . На підстанції П2 є реле KZ, до якого через трансформатори напруги TV і струму ТА підводяться Up і Ip .
Рис. 2. Комплексна площину опорів
Рис. 3. Схема підключення реле опору до мережі з двостороннім живленням
Нехай в нормальному режимі потужність в лінії спрямована від шин П2 до шин ПЗ . Приймемо цей напрям потужності за позитивне (суцільна стрілка на рис. 3).
Сумісний початок координат комплексній площині з місцем установки реле KZ. Зобразимо на ній вектор опору на затискачах реле в нормальному режимі Zpн (рис. 6.4). При активно-індуктивному навантаженні кут? рn не перевищує, як правило, 20-40 °, проте в деяких режимах, наприклад, при пусках потужних двигунів, він може бути і більше. Вектор Zpn розташовується в квадранті I комплексній площині Z. У залежності від значення і характеру навантаження кінець вектора Zpn може опинитися в будь-якій точці області Н. При активно-ємнісний навантаження вектор Zpn може зміщуватися в квадрант IV. Для режиму короткого замикання в лінії характерно збільшення кута? рк до 50-80 °.
Рис. 4. До аналізу опорів, вимірюваних захистом.
Опір на затискачах реле в цьому режимі позначимо Zpk. Якщо КЗ відбувається, наприклад, в точці к1 (див. Рис. 6.3), то напрямок потужності за умовою позитивно, тому вектор Z pk = Z pk 1 буде знаходитися в квадранті I комплексній площині (див. рис. 6.4). Залежно від місця замикання на ділянці П2-ПЗ кінець вектора Z pk 1 може виявитися в будь-якій точці області K1 . Якщо ж КЗ станеться на ділянці П1-П2, наприклад, в точці к2 , той напрямок потужності на ділянці, де встановлено захист, зміниться на протилежне (штрихова стрілка на рис. 6.3).
У цьому випадку вектор Zpk2 переміститься в область К2, розташовану в квадранті III комплексній площині (див. рис. 6.4). Очевидно, що, коли кінець вектора Z p =Z pн знаходиться в області Н (нормальний режим роботи), реле не повинно спрацьовувати. Якщо ж кінець вектора Z p = Z pk потрапить в область К1 або К2 (режим короткого замикання), реле має спрацювати. У ряді випадків для забезпечення селективності потрібно, щоб реле спрацьовувало тільки тоді, коли кінець вектора Z p =Z pk потрап...
