Реле тока с выдержкой времени, зависящей от тока

Полупроводниковые и гибридные электрические аппараты

(часть 1)

Общие сведения

Полупроводниковые реле в отношении быстродействия, чувствительности, селективности и надежности превосходят электромагнитные. В ряде случаев полупроводниковые реле обладают характеристиками, которые невозможно получить с помощью электромагнитных реле.

Полупроводниковые реле защиты содержат измерительный орган и логическую часть. В измерительном органе непрерывные входные величины преобразуются в дискретный выходной сигнал. Дискретный выходной сигнал поступает на вход логической части, выдающей управляющий сигнал чаще всего на электромагнитное реле.

Рис. 1. Измерительный орган со стабилитроном

Измерительный орган полупроводникового реле обычно имеет на входе трансформатор тока, нагруженный на малое активное сопротивление. Напряжение на сопротивлении пропорционально первичному току в контролируемой сети.

В измерительных органах используются следующие три принципа:

1) сравнение однородных физических величин, например напряжений. В момент равенства измеряемого и опорного напряжений на выходе появляется нулевой сигнал, который приводит к срабатыванию нуль-органа. На выходе появляется дискретный сигнал. Регулируя опорное напряжение, можно менять уставку срабатывания. Реализация такого принципа показана на рис. 1. Выпрямленный сигнал, пропорциональный напряжению или току, подается на мост R1, R2, R3, VD1. В момент равенства напряжений на R2 и VD1 на выходе моста появляется нулевой сигнал, который приводит в действие нуль-орган. Главным источником погрешности полупроводниковых реле является зависимость параметров полупроводниковых приборов от температуры. Поэтому в схемы вводится температурная компенсация. В данной схеме для температурной компенсации последовательно со стабилитроном VD1 включается в прямом направлении диод. С ростом температуры у стабилитрона падение напряжения растет, а у диода в проводящем направлении падает;

2) проявление физического эффекта, возникающего при определенном значении измеряемого напряжения, - скачок в нелинейной характеристике туннельного диода, релейная характеристика триггера Шмидта и др.;

3) преобразование непрерывного входного сигнала и опорного напряжения в цифровую форму. После этого производится сравнение входного сигнала с опорным напряжением. Обработка входного сигнала в цифровой форме может производиться по требуемому алгоритму вычислительного устройства. Последний принцип наиболее перспективен ввиду высокой универсальности и стремительного развития вычислительной техники.

Функциональная схема трехфазного полупроводникового реле тока представлена на рис. 2. Пропорциональные токам напряжения трех фаз подводятся к промежуточным трансформаторам Т1-ТЗ. Между первичной и вторичной обмотками установлен экран. На выходе трансформаторов включены нелинейные резисторы. Эти мероприятия защищают усилители ОУ от перенапряжений. Сигнал со вторичных обмоток трансформаторов, пропорциональный контролируемому току, подается на входы ОУ А1-A3. На эти же усилители подается опорное напряжение с резистора R. Входные и опорные напряжения сравниваются между собой. При их равенстве на выходе усилителей А1-A3 появляется выходной сигнал, который через элемент ИЛИ, блок расширения импульса А5 и оконечный усилитель А4 подается на исполнительный opгaн. В блоке А5 кратковременный импульс преобразуется в импульс большей длительности. Светоизлучающие диоды VDI-VD3 сигнализируют о фазе, в которой произошла перегрузка.

Рис. 2. Трёхфазное полупроводниковое реле тока

Для того чтобы схема не реагировала на кратковременные и безопасные для защищаемой цепи перегрузки, вводится выдержка времени (рис. 3). Для этого один сигнал с элемента ИЛИ подается на элемент И непосредственно, второй - с выдержкой времени, определяемой цепочкой R1, C1. Сигнал на выходе реле появляется только тогда, когда на элемент И придут оба сигнала.

Рис. 3. Реле тока с выдержкой времени

Реле тока с выдержкой времени, зависящей от тока

В таких реле используются и аналоговые, и дискретные схемы. На рис. 4 в качестве примера показана функциональная схема полупроводникового токового расцепителя автоматического выключателя. Hапряжения, пропорциональные токам в фазах, через промежуточные трансформаторы подаются на выпрямитель, после чего поступают на резисторы R1, R2, R4. Пропорциональный току сигнал U (I) с R1 подается на суммирующий блок U , на который приходит сигнал U (I), снимаемый с цепочки временной задержки R3, C1. Канал сигнала U(t) начинает работать, когда под действием тока перегрузки срабатывает полупроводниковое реле К1. Когда суммарный сигнал U достигает порога срабатывания полупроводникового реле КЗ, оно выдает сигнал на тиристорный усилитель А, воздействующий на обмотку электромагнита расцепителя К5.

Процесс срабатывания реле поясняется на рис. 5. Пусть U_n - пороговое напряжение, при котором превосходит срабатывание реле КЗ. Это напряжение равно сумме напряжения U (I), пропорционального току, и напряжения U(t), получаемого от элемента задержки R3-C1 (см. pиc. 4). Пусть ток I₁<I₂, тогда U₁(I) < U₂(I). Соответственно кривая U ₁ = U(t) + U₁(I) идет ниже кривой U ₂= U (t) + U₂(I). При этом кривая U ₂ пересечет прямую U_n раньше (точка 2), чем кривая U ₁ (точка 1). Соответственно получаем при токе I₁ выдержку времени t_C1 и при токе I₂ > I₁ выдержку времени t_C2 < t_C1 Выдержка времени зависит от тока перегрузки. При токах КЗ работает канал R4, К2, R5, С2, К4.

Рис. 4. Полупроводниковый расцепитель для управления автоматическим выключателем

Рис. 5. Графики к работе расцепителя с зависимой характеристикой времени срабатывания

Уровень тока срабатывания регулируется потенциометром R4, а время срабатывания – резистором R5. Недостатком реле является сложность регулировки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: