Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 17
Министерство образования Российской Федерации Новосибирский государственный технический университет _____________________________________________________________________ 621.318 И 887 № 2489 испытание статических реле, реагирующих на две электрические велИчины Методические указания к лабораторным работам для студентов IY–Y курсов ФЭН всех форм обучения Новосибирск 2003 УДК 621.318.51(076.5) И 887 Составили: канд. техн. наук, доц. В.А. Давыдов канд. техн. наук, доц. А.И. Щеглов Рецензент д-р техн. наук, проф. А.И. Шалин
Работа подготовлена на кафедре ã Новосибирский государственный технический университет, 2003
Лабораторная работа № 1
Испытание реле направления мощности 1.1. Цель работы
Изучение принципа действия и конструкции реле РМ-11 и РМ-12, ознакомление с их характеристиками. 1.2.
Устройство и принцип действия реле направления мощности РМ-11 и РМ-12
Реле направления мощности серии РМ-11 и РМ-12 выполняются на базе микросхем и предназначены для замены индукционных реле направления мощности типа РБМ, имеющих ряд принципиальных недостатков, таких, как наличие самохода и вибрация контактных систем, низкая механическая устойчивость. Реле РМ-11 имеет два дискретно устанавливаемых угла максимальной чувствительности: –30° и -45°, РМ-12 – один угол, равный +70°. Реле РМ-11 применяется в направленных токовых защитах от междуфазных КЗ, РМ-12 – в направленных токовых защитах нулевой последовательности. Реле выполнено по схеме сравнения по фазе двух электрических величин Е
U
и Е
I
, определяемых подведенными к реле напряжению U
р
и току I
р
. Работа схемы основана на сравнении времени совпадения по знаку мгновенных значений входных напряжений со временем их несовпадения. Структурная схема реле РМ-11 и РМ-12 представлена на Пунктиром обведены элементы, образующие узел сравнения (УС). В нем осуществляется раздельное сравнение фазовых сдвигов между напряжениями Е
U
и Е
I
, сформированными в узле формирования из поданных на реле напряжения и тока. С помощью фазоповоротных схем обеспечивается такое положение, чтобы сдвиг между Е
U
и Е
I
равнялся нулю, когда сдвиг между подведенными U
р
и I
р
достигает угла максимальной чувствительности. Командный управляющий сигнал на выходе реле возникает при условии, если напряжения Е
U
и Е
I
оказываются сдвинутыми на угол, не более чем ± 90°, которым определяется зона срабатывания реле. Это соответствует совпадению знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений Е
U
и Е
I
в течение одной четверти периода и более. Сигналы, полученные при раздельном сравнении, суммируются и подаются на пороговый элемент – выходной компаратор А
1
. Если уровень суммарного сигнала превышает порог срабатывания компаратора, на выходе А1
возникает командный сигнал, вызывающий срабатывание выходного реле с контактным выходом. Рассмотрим принципиальную схему и временные диаграммы, характеризующие работу узла сравнения. На рис. 2.2 изображена принципиальная схема РМ-11. Пунктиром выделены части схемы: I – узел формирования сравниваемых напряжений, который содержит датчики тока и напряжения и относящиеся к ним фазоповоротные и согласующие звенья; II – изображает узел выхода и узел питания; оставшаяся часть схемы представляет собой узел сравнения. Реле РМ-12 отличается от реле РМ-11 только схемой датчиков тока и напряжения. К датчику напряжения TV
реле РМ-11 с помощью переключателей SB
-1 –
SB
-4
может подключаться одна из двух фазоповоротных схем для получения выбранного угла jмч
. В узле формирования напряжения создается постоянный сдвиг по фазе между напряжением U
р
, поступающим на реле от трансформатора напряжения, и напряжением Е
U
. За счет этого сдвига обеспечивается получение заданной угловой характеристики реле. Основной нагрузкой датчика тока TA
является резистор R
2
. Другие подсоединенные к TA
элементы – стабилитроны VD
1
и VD
42
, фазовый корректор, состоящий из R
3
, VD
3
и C
2
, а также интегрирующая цепочка R
4
–
C
4
служат для компенсации угловых погрешностей и искажений формы кривой тока во всем диапазоне тока КЗ. На выходе цепи образуется напряжение Е
I
, представляющее собой падение напряжения на резисторе R
2
, пропорциональное току, проходящему по первичной обмотке датчика. Сравниваемые напряжения Е
U
и Е
I
подаются соответственно на входы а-б
и в-г
узла сравнения. На входах органа сравнения установлены транзисторы VT
1
и VT
2
. При отсутствии сравниваемых напряжений оба транзистора будут открыты, так как на их базу поступает положительный потенциал от источника через открытые диоды VD
5
и VD
6
на VT
1
, а через VD
7
и VD
8
на VT
2
.
Закрытие VT
1
может произойти только при одновременном закрытии VD
5
и VD
6
, а это возможно только, когда напряжения Е
U
и Е
I
будут положительны. Закрытие VD
7
и VD
8
, а значит и транзистора VT
2
будет иметь место при одновременных отрицательных значениях Е
U
и Е
I
. При закрытии транзисторов на их выходах появятся импульсы напряжений UKVT
1
напряжений Е
U
и Е
I
. Например, при угле максимальной чувствительности Е
I
и Е
U
совпадают по фазе, а ширина импульсов равна 180°. Поскольку зона срабатывания реле приблизительно равна 180°, то она будет располагаться в диапазоне 90° по обе стороны от угла максимальной чувствительности. На ее границе реле находится на грани срабатывания. Для этого случая на рис. 2.3 и изображены временные диаграммы узла сравнения (ширина импульсов совпадения 90°).
Рис. 1.3.
Временная диаграмма узла сравнения Выходные сигналы с коллекторов VT
1
и VT
2
проходят на время сравнивающие цепочки. Для VT
1
она состоит из сопротивлений R
12
, R
14
, диода VD
11
и конденсатора С6
, для VT
2
– R
13
, R
15
, VD
12
и C
5
. Нижние обкладки конденсаторов C
5
и C
6
подключены к шинке +10 В, а верхние – через резисторы R
16
и R
17
– к инвертирующему входу компаратора A
1. При отсутствии импульсов, напряжение на входе компаратора ниже напряжения его срабатывания. На выходе компаратора при этом держится положительное максимальное напряжение, при этом выходной транзистор VT
3
открыт и шунтирует обмотку одного из подключенного к нему выходного реле 1К
или 2К
. Во время прохождения импульсов будет происходить поочередный заряд конденсаторов C
5
и C
6
, а при их прекращении – разряд (на рис. 2.3 – это зависимости UC
6
и UC
5
). Наибольшее напряжение на конденсаторах, при их зарядке, ограничивается величиной U
огр 2
. Его величина определяется открытием диодов мо-ста VS
1, после чего дальнейшее повышение напряжения на конденсаторах прекращается. Напряжения UC
6
и UC
5
приходят на инвертирующий вход компаратора А1 через резисторы R
16
и R
17
, имеющие равные сопротивления. Поэтому на этом входе установится напряжение Параметры схемы подобраны так, что при угле сдвига 90° между Е
I
и Е
U
напряжение на входе компаратора U
вх
A
1
достигает его порога срабатывания U
п,с
(на рис 1.3 это происходит к концу прохождения импульса с выхода VT
2
). Чтобы не произошло переключения компаратора и открытия VT
3
за время до срабатывания выходного реле, напряжение срабатывания компаратора снижается за счет обратной связи до напряжения порога возврата U
п,в
(после его срабатывания закроется диод VD
17
и откроется VD
18
). Реле РМ-11, РМ-12 имеют возможность использовать одно из двух выходных реле: – 1К – герконовое реле с повышенным быстродействием; – 2К – электромеханическое реле с повышенной коммутационной способностью контактов. Переключение осуществляется накладкой, расположенной на клеммах цоколя реле (клеммы 6, 3, 10). Для выставления заданного значения угла максимальной чувствительности у реле РМ-11 нужно поставить переключатели SB1-SB4, головки которых выведены на лицевую панель реле, в положение, соответствующее выбранному углу. Аналогично на реле РМ-12 выставляется напряжение срабатывания U
ср.р
(1, 2 или 3 В). Зону действия реле можно представить в виде сектора ограниченного углами, при которых реле находится на грани срабатывания. Угол максимальной чувствительности определяется возведением перпендикуляра к прямой, характеризующей границы зоны действия реле (рис. 1.4).
Рис. 1.4
. Зона срабатывания РМ Угловая характеристика РМ-11 или РМ-12, представляющая собой зависимость тока срабатывания от угла сдвига между током и напряжением (при неизменном напряжении) или напряжения от угла сдвига (при неизменном токе срабатывания), близка к аналогичной характеристике индукционных реле направления мощности. Ее общий вид показан на рис. 1.5.
Рис. 1.5.
Угловая характеристика РМ Вольт-амперная характеристика (рис. 1.6), представляющая зависимость тока срабатывания от напряжения реле при неизменном угле сдвига jм.ч
между ними, показывает, что при токе более 1.2 … 1.3I
ср
U
ср
остается неизменным, и наоборот, при напряжении более 1.2 … 1.3U
ср
I
ср
= const. Из этого следует, что чувствительность рассматриваемого реле проверяется по двум величинам: U
ср
и I
ср
.
Рис. 1.6.
Вольт-амперная характеристика РМ 1.3.
Задание на работу
1.3.1. Познакомиться с принципом действия (во время подготовки) и конструкцией реле. 1.3.2. Определить зону действия реле и угол максимальной чувствительности при различных положениях переключателя угла максимальной чувствительности на реле. 1.3.3. Снять и построить угловую характеристику тока срабатывания реле. 1.3.4. Снять и построить вольт-амперную характеристику реле и определить минимальный ток и минимальное напряжение срабатывания реле. 1.4.
Методические указания к выполнению лабораторной работы
К пунктам 3.2 – 3.4 Испытание реле производится на установке ЭУ 5001, которая предназначена для наладки и проверки простых и сложных релейных защит и элементов автоматики на месте их установки или в лабораториях. Установка состоит из блоков: ФР5000 – блок регулировочный (расположен в середине); ФМ5000 – блок нагрузочный (расположен снизу); ФП5000 – блок приставка (расположен сверху). На лицевой панели стенда выведены клеммы с тыльной части установки, которые задействованы в процессе опыта. Для выполнения пунктов 1.3.2 и 1.3.3 собирается схема по
Рис. 1.7.
Схема испытания реле мощности Перед началом опыта переключатели всех блоков должны быть переведены в положение, соответствующее табл. 1.1. Таблица 1.1 Пере-ключа- SA2 SA3 SA4 SA5 SA6 SA7 SA9 SA11 SA12 Поло-жение HL5 0 5 450 I~ I~ 115 H2 100 Пере-ключа- SA13 SA14 SA15 SA16 SA17 SA18 SA19 SA20 SA21 Поло- 0 возврат 10 на предел тока 25 А АВ 5 прямо 0 Пере- SA25 SA26 A27 SA29 SA30 Поло- внутри АВ 0 отключено отключено Регулирование тока в цепи токовой обмотки реле осуществляется плавно регулятором TV1 блока ФР (в исходном состоянии его рукоятка должна находиться в крайнем левом положении). Измеряется ток амперметром А того же блока, предел шкалы которого определяется первичным номинальным током измерительного трансформатора тока в блоке ФМ (переключателем SA15). Подача тока в цепь осуществляется переключателем SA8 (переводом его в положение «срабат»). Регулирование напряжения на входе испытуемого реле осуществляется регулятором TV4 в блоке ФП, а измеряется вольтметром V
того же блока. Диапазон его шкалы определяется положением переключателя SA24. Для более точного измерения напряжения на входе реле следует использовать цифровой мультиметр, который подключается к клеммам U
р
. Значение измеряемой величины не должно быть больше установленного предела измерения мультиметра!
Регулирование угла между током и напряжением осуществляется регулятором j, а измерение фазометром j0
блока ФП. Диапазон шкалы фазометра определяется положением переключателя SA23. При нахождении переключателя в положении « 360° » угол измеряется по средней шкале. Факт срабатывания реле определяется по загоранию светодиода HL5, расположенного на вольтметре V
блока ФП. Определение зоны действия реле производится в следующей последовательности: – тумблер SA8 перевести в положение «срабат»; – переключателем SA4 и регулятором TV4 установить номинальное напряжение реле Uном
=110 В (для РМ-11); – переключателем SA9 и регулятором TV1 установить номинальный ток реле Iном
=5 А (для РМ-11); – изменяя угол между током и напряжением с помощью регулятора j блока ФП, определить зону срабатывания реле; – опыт повторить для другого угла максимальной чувствительности, выставленного на реле (для РМ-11). Угловая характеристика снимается в следующей последовательности: – тумблер SA8 перевести в положение «срабат»; – переключателем SA4 и регулятором TV4 установить напряжения на реле: U
ном
; – при различных углах между током и напряжением (регулируемых с помощью регулятора j блока ФП) путем плавного увеличения тока (переключателем SA9 и регулятором TV1) определить минимальный ток срабатывания реле, замеры производятся примерно через 10° … 20°; Снятие вольт-амперной характеристики производится в следующей последовательности: – тумблер SA8 перевести в положение «срабат»; – установить угол между напряжением и током jмч
с помощью регулятора j блока ФП при номинальном токе и номинальном напряжении реле (при снижении тока или напряжения стрелка фазометра может колебаться, на эти колебания не обращать внимания); – переключателем SA4 и регулятором TV4 установить напряжения на реле: U
ном
, 50 В, 5 В, 0.25 В, для этих напряжений необходимо определить токи, при которых реле находится на грани срабатывания, их регулирование производится регулятором TV1 и переключателем SA9; – переключателем SA9 и регулятором TV1 установить токи на входе реле: I
ном,
0.5I
ном
, 0.1I
ном
, 0.05I
ном
, для этих токов необходимо определить напряжения, при которых реле находится на грани срабатывания, регулирование напряжения производится регулятором TV4 и переключателем SA4. 1.5. Контрольные вопросы
1.5.1. Для чего применяется реле направления мощности? 1.5.2. В каких защитах используются реле типа РМ-11? 1.5.3. Покажите с помощью векторных диаграмм, что для реле РМ –11 углы максимальной чувствительности j мч
= -45°, -30°, а для реле РМ-12 j мч
= 70° являются оптимальными. 1.5.4. При каких значениях I
р
и U
р
определяется зона действия реле? Поясните, как по результату опыта построить границу действия реле направления мощности? 1.5.5. Объясните работу узла сравнения реле по его временной диаграмме.
|