Файл: Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие.pdf

(для тех вентилей, которые в режиме N открыты) происходит

плавно и переход от одного отрезка к другому на рис. 8.2 проис­ ходит без излома (это показано штриховой линией). Для идеаль­ ных вентилей изменение сопротивления происходит скачком, и ли­ ния срабатывания получается ломаной.

2. С х е м а на ц и р к у л я ц и ю т о к о в (см. рис. 8.1,6) состои из тех же элементов, что и схема на равновесие напряжений, но соединенных иначе.

Балластное сопротивление R52 на тормозной стороне при иде­

альных вентилях необходимо для того, чтобы вентили тормозной стороны не шунтировали нуль-индикатор. Балластное сопротивле­ ние /?6i на рабочей стороне, как и в схеме на равновесие напря­ жений, необходимо для того, чтобы через нуль-индикатор не про­ текал ток в направлении срабатывания при Е Х< Е 2. Действительно, если суммарное сопротивление |Zi+i?6i| меньше чем \Z2 + R&2\,

то при закороченном нуль-индикаторе ток с рабочей стороны мо­ жет быть больше, чем тормозной, при Е \< Е 2 и по цепи, закорачи­

вающей нуль-индикатор, потечет разность этих токов. При размы­ кании закорачивающей цепи ток того же направления, т. е. в на­

Если при таком соотношении сопротивлений закоротить нульиндикатор, то ток в балластном сопротивлении R§\ будет равен

Ei/\Zi+R6i\, а ток в сопротивлении Ra2 равен E2l\Z2 + R^2 \. При равенстве э. д. с. Е\ = Е2 токи будут равны, а ток в закорачиваю­

щей цепи равен нулю. При размыкании закорачивающей цепи ток останется равным нулю. При Е \> Е2 ток будет протекать по нульиндикатору в направлении срабатывания, а при E i< E 2 в обратном

направлении.

В рассмотренном режиме закороченного нуль-индикатора каж­ дая схема выпрямления нагружена на свое балластное сопротивле­ ние и работает в режиме N. Как и в схеме на равновесие напря­ жений, такой режим называется режимом NN. Если разомкнуть

цепь, закорачивающую нуль-индикатор, то при небольшом разли­ чии величин Е\ и Е2 режим выпрямительных мостов не изменится.

В режиме NN, если пренебречь нелинейностью схемы, ток в нуль-индикаторе пропорционален разности Е\—Е2 по тем же при­

чинам, что и в схеме на равновесие напряжений.

ются открытыми. Критерием этого является положительное на­ правление тока через все вентили тормозной стороны. Последнее осуществляется, если ток через сопротивление Rвг, который в этом случае пропорционален э. д. с. Е и больше, чем ток через сопротив­ ление Z2, пропорциональный при этом э. д. с. Е2. При достаточно

большом отношении

364

такой режим обязательно имеет место. В частности, он существует при £г = 0 и £ 1=7^0.

Режим, когда мост на рабочей стороне работает в режиме N, а на тормозной в режиме А, называется режимом NA. В этом ре­ жиме ток через нуль-индикатор пропорционален величине Е\. Та­ ким образом, зависимость тока через нуль-индикатор от Е\ и £ 2,

Рис. 8.3. Схема сравнения на циркуляцию токов без балластных сопротивлений на стороне выпрямленно­ го тока

равновесие напряжений. Только участок линии срабатывания, параллельный оси £ 2, имеет место в режиме NA, а не з режиме

NR (см. рис. 8.2).

Как следует из рассмотрения схемы на циркуляцию токов, пра­ вильное действие схемы зависит от суммарных сопротивлений на стороне переменного и выпрямленного токов |Zi + # 6i| и |Z2+ £ 62 |.

Перенесение части сопротивления со стороны выпрямленного тока на сторону переменного, или наоборот, не нарушает баланса схе­

ной для обеспечения необходимого напряжения на нуль-индикаторе в условиях срабатывания.

Однако при учете характеристик реальных вентилей и чувстви­ тельности современных нуль-индикаторов по напряжению (напри­ мер для реле с усилителем 0,02 -г-0,04 в) балластные сопротивления на стороне выпрямленного тока оказываются ненужными. Схема на циркуляцию токов без балластных сопротивлений на стороне выпрямленного тока (рис. 8.3) обладает рядом преимуществ, свя­ занных с тем, что напряжение на нуль-индикаторе оказывается при этом стабилизированным и не может подняться выше опреде­ ленного уровня ни при каких значениях Е х и £ 2.

Наибольшее напряжение на нуль-индикаторе имеет место при одной из величин, равной нулю, например £ 2= С. При этом вен­ тили на тормозной стороне работают в режиме А (все открыты), и

365

напряжение на нуль-индикаторе равно двойному падению напря­ жения на диоде. С возрастанием величины £ 2 токи в вентилях тор­

мозной стороны перераспределяются. В двух противоположных вентилях токи возрастают, в двух других настолько же уменьша­ ются. При этом, соответственно, возрастают и уменьшаются паде­ ния напряжения на этих вентилях. Однако вследствие нелинейно­ сти вентилей уменьшение напряжения на одной паре происходит более интенсивно, чем возрастание на другой, и общее напряже­ ние на нуль-индикаторе падает. При дальнейшем возрастании величины Е2 токи в двух противоположных вентилях и напряже­

ния на этих вентилях становятся равными нулю. При этом напря­ жение на нуль-индикаторе равно прямому падению напряжения на одном вентиле. С дальнейшим увеличением Е2 дца вентиля за­

крываются и на них появляются обратные напряжения. Напря­ жение на нуль-индикаторе становится равным разности напряже­ ний на открытом и закрытом вентилях.

При Е2—Е\ напряжение на нуль-индикаторе должно обратиться

внуль. При Е2> Е х роли мостов меняются и функцию ограничения

напряжения выполняет мост рабочей стороны.

Таким образом, ни в одном режиме напряжение на нуль-инди­ каторе не превосходит двойного падения напряжения на диоде. Ограничение напряжения на нуль-индикаторе позволяет не иметь

всамом нуль-индикаторе специальной защиты от недопустимых напряжений и токов (величина тока ограничивается сопротивле­ нием), что упрощает схему.

Кроме того, ограничение напряжения на нуль-индикаторе до небольших значений уменьшает время его срабатывания при нали­ чии сглаживающих устройств. Время срабатывания зависит в зна­ чительной степени от необходимого изменения напряжения на нуль-индикаторе (рис. 8.4). Чем больше было запирающее напря­ жение Uо на нуль-индикаторе до возникновения условий срабаты­ вания, тем большее время t требуется при наличии сглаживания

для изменения этого напряжения по знаку и дальнейшего его воз­ растания до напряжения срабатывания Ucp.

На рис. 8.4 показано экспоненциальное изменение напряже­ ния, соответствующее применению простейших средств сглажива­ ния (индуктивность, емкость). Однако характер зависимости вре­ мени t от начального напряжения U0 сохраняется и при примене­

нии фильтров. Поэтому уменьшение начального запирающего на­ пряжения способствует ускорению срабатывания нуль-индикатора.

Сэтой точки зрения ограничение напряжения на нуль-индикаторе

п о л е з н о .

Всвязи с указанными преимуществами схема на циркуляцию

токов выполняется обычно без балластных сопротивлений на сто­ роне выпрямленного тока. Естественно, что равенство (8.3) долж­ но быть сохранено и превращается при этом в

3G6

Если внутренние сопротивления измерительных схем, форми­ рующих Е 1 и Яг, не равны, то следует включить добавочное сопро­

тивление на той из сторон переменного тока, где внутреннее сопро­ тивление меньше.

3. С х е м а с м а г н и т н ы м в ы ч и т а н и е м (см. рис. 8.1, в). Схема применима, если в качестве нуль-индикатора используется реле с двумя обмотками. В даном случае выпрямительные мосты

электрически не связаны и нагружены рабочей и тормозной обмот­ ками нуль-индикатора. Включением соответствующих балластных сопротивлений на стороне переменного тока (входящих в Z x или в Z2) или выпрямленного тока (последовательно с полуобмотками реле) необходимо добиться, чтобы при Е х — Е2 магнитный поток ре­

ле был равен нулю.

В условиях, близких к срабатыванию, когда индуктивностью реле можно пренебречь (магнитный поток мал), оба моста рабо­ тают в режиме N. Поэтому магнитный поток реле в этой схеме пропорционален разности Ё х—Е2, и срабатывание происходит при

определенном значении этой разности. Соответственно линия сра­ батывания в координатах Е2, Ех имеет вид, показанный на рис. 8.5.

Из рассмотренных схем наибольшее распространение получила схема на циркуляцию токов без балластных сопротивлений на сто­ роне выпрямленного тока (см. рис. 8.3). Получение для этой схемы характеристики Ex — f(E2) при срабатывании расчетным путем

весьма сложно. Это объясняется необходимостью учитывать нели­

сложности методика этого расчета в данной книге не рассматри­

вается.

Поскольку напряжение на нуль-индикаторе в схеме рис. 8.3 всегда невелико, обратное напряжение на диодах выпрямительных мостов также ограйичено и не является определяющим при выборе типа диодов. Определяющим является значение выпрямленного

367

выпрямленных токов. Средний ток в каждом из вентилей схемы двухполупериодного выпрямления равен половине общего выпрям­ ленного тока (см. § 5.3).

Напряжение нуль-индикатора и падение напряжения на диодах мостов обычно весьма малы по сравнению с максимальными зна­ чениями э. д. с. Е 1 и Е2.

§8.3. Сравнение двух электрических величин по фазе при помощи элемента Холла

В настоящее время предложено много принципов срав­ нения двух электрических величин по фазе. Из них в данном кур­ се рассматриваются: 1) использование элемента Холла; 2) сравне­ ние времени совпадения с заданным; 3) использование кольцевого модулятора; 4) измерение суммы первых гармоник стабилизиро­ ванных коротких импульсов.

В § 5.6 описаны свойства элемента Холла и определена зави­ симость постоянной слагающей э. д. с. Холла от электрических ве­ личин U и I, использованных для создания индукции и тока в эле­

менте Холла:

элемент Холла как схему сравнения двух электрических величин по фазе. Если подключить к элементу Холла нуль-индикатор, реа­ гирующий на знак постоянной слагающей (рис. 8.6), то нуль-инди­

368