Реле, реагирующие на две электрические величины

К входу реле могут быть подведены два тока или два напряжения. Наиболее распространенными реле такого типа являются реле сопротивления (КZ) и реле направления мощности (КW), измерительные цепи которых присоединяют ко вторичным обмоткам трансформаторов напряжения и тока защищаемой линии (рис. 3.30, а). Структурная схема подобных реле содержит измерительную схему ИС, к которой подводятся величины и , схему сравнения СС и логическую часть ЛЧ (рис. 1). Измерительная схема ИС выполняется в виде двух транс форматоров. На два входа схемы сравнения поступают синусоидальные напряжения и , сформированные в ИС.

Такие реле используются в защитах трансформаторов и могут применяться в защитах контактных сетей переменного тока.

Рис. 1. Схема подключения к сети с двухсторонним питанием

реле сопротивления (а) и структурная схема этого реле (б)

Реле направления мощности и реле сопротивления широко используются в защитах электрических сетей высокого напряжения и контактных сетей. Ко входам этих реле от трансформаторов напряжения и тока подводятся две электрические величины — соответственно и . В зависимости от их соотношения реле КZ и КW срабатывают или не срабатывают. Условия срабатывания этих реле удобно и наглядно представлять графически. для этой цели вводят условную величину ,. определяемую как отношение сигналов и :

, (1)

где — модуль отношения к (сопротивление, измеряемое реле); , - соответственно активная и индуктивная составляющие отношения входных сигналов и ; - угол между векторами и .

Анализ характеристик на комплексной плоскости. Характеристики и свойства подобного рода реле удобно рассматривать в комплексной плоскости сопротивлений Z (рис. 2). По действительной оси этой плоскости откладывают активные, а по мнимой — реактивные составляющие.

Рис. 2. Комплексная плоскость сопротивлений

Рассмотрим некоторую линию с двусторонним питанием, изображенную на рис. 1, а. На подстанции П2 имеется реле КZ, к которому через трансформаторы напряжения напряжения ТV и тока ТА подводятся и . Пусть в нормальном режиме мощность в линии направлена от шин П2 к шинам П3. Примем это направление мощности за положительное (сплошная стрелка на рис. 1, а). Совместим начало координат комплексной плоскости с местом установки реле КZ и изобразим на ней вектор сопротивления на зажимах реле в нормальном режиме (рис. 3). При активно-индуктивной нагрузке угол , не превышает, как правило, 20 - 40^0, однако в некоторых режимах, например, при пусках мощных двигателей, он может быть и больше. Вектор располагается в квадранте I комплексной плоскости Z. В зависимости от значения и характера нагрузки конец вектора может оказаться в любой точке области Н. При активно-емкостной нагрузке вектор ,, может смещаться в квадрант IV.

Для режима короткого замыкания в линии характерно увеличение угла до 50-80°. Сопротивление на зажимах реле в этом режиме обозначим . Если к.з. происходит, например, в точке к1 (см. рис. 1, а), то направление мощности по условию положительно, поэтому вектор будет находиться в квадранте I комплексной плоскости (см. рис. 3). В зависимости от места замыкания на участке П2—П3 конец вектора. может оказаться в любой точке области К1. Если же к.з. произойдет на участке П1—П2, например, в точке к2, то направление мощности на участке, где установлена защита, изменится на противоположное (штриховая стрелка на рис. 1, а). В этом случае вектор переместится в область К2, расположенную в квадранте III комплексной плоскости (см. рис. 3). Очевидно, что, когда конец вектора находится в области Н (нормальный режим работы), реле не должно срабатывать. Если же конец вектора попадет в область К1 или К2 (режим короткого замыкания), реле должно сработать. В ряде случаев для обеспечения селективности требуется, чтобы реле срабатывало только тогда, когда конец вектора , попадет в область К1 и не срабатывало, если он попадет в область К2.

Рис. 3. К анализу сопротивлений, измеряемых защитой

Совокупность точек комплексной плоскости, соответствующих действию реле, называется областью срабатывания, а стальных точек— областью несрабатывания. Зоны срабатывания и не- срабатывания разделяет граничная линия, которая называется характеристикой срабатывания реле в комплексной плоскости или угловой характеристикой. Пусть, например, характеристика реле имеет вид окружности 1. Если конец вектора сопротивления попадает внутрь окружности, реле сработает, а если он окажется вне окружности, реле не сработает. В том случае, когда необходимо, чтобы реле срабатывало при попадании конца вектора только в область К1, выбирают для реле такую форму характеристики, чтобы область К1 оказалась внутри зоны срабатывания, а области Н и К2 —вне ее.

Характеристика 1 удовлетворяет этим требованиям для тех условий, когда область Н ограничена слева сплошной линией, приведенной на рис. 3. Однако, если нагрузка линии в нормальном режиме увеличится, то граница зоны Н сместится влево (штриховая линия 2) и характеристика 1 уже не будет удовлетворять поставленным условиям. В этом случае придется применять реле с более сложной формой характеристики.

Большое распространение получили реле с характеристиками в виде окружностей и прямых линий (рис. 4). На рис. 4, б изображена характеристика реле полного сопротивления, которая не зависит от угла между подведенными электрическими величинами; на рис. 4, в - характеристика направленного реле сопротивления; на рис. 4, г – характеристика реле направления мощности, реагирующей на угол между подведенными значениями.

Рис. 4. Характеристики срабатывания реле сопротивлений

на комплексной плоскости

Реле со сложными характеристиками. В длинных, сильно загруженных линиях электропередачи максимальные токи нагрузки оказываются соизмеримыми с минимальными токами удаленных к.з. этих условиях область Н на комплексной плоскости сопротивлений (см. рис. 3) смещается влево (кривая 2) и реле сопротивления с простыми характеристиками в виде окружности уже не в состоянии отличить нормальный режим от режима к.з. Для того,

чувствительность реле к нормальному режиму (в области малых значений ) при сохранении требуемой чувствительности к режимам повреждений (в области больших значений ), необходимо применять реле сопротивления со сложными характеристиками . (Некоторые из таких характеристик на комплексной плоскости Z при ведены на рис. 5. (область срабатывания заштрихована).

Рис. 5. Сложные характеристики срабатывания реле сопротивления