Отсечка I

Ш

Отсечка II

IV

Рис. 12.14. Структурная схема блок-реле РТФ-6М:

I - сигнал о перегрузке; II - сигнал о пуске органа с зависимой выдержкой времени;

III - отключение генератора от органов с независимой выдержкой времени;

IV - отключение генератора с зависимой выдержкой времени

интегральный орган ИО, имеющий интегрально-зависимую характеристику выдержки времени, соответствующую допустимой длительности протекания токов обратной последовательности в генераторе.

Блок питания (рис. 12.15) состоит из резисторов R50-R55, стабилитронов VD13-VD15, фильтров для защиты от помех C14-C16 и диода VD 16. Резистор R50 предназначен для регулирования напряжения питания органов без выдержки времени. Резисторы R11, R12 (на рисунке не показаны) образуют делитель напряжения, подключенный к минусу источника питания и к средней точке делителя опорного напряжения интегрального органа. Средняя точка делителя напряжения подключена к точке нулевого потенциала схемы через конденсатор С5. Эта цепь служит для компенсации погрешности при изменении напряжения питания в диапазоне от 0,8 U_ном до 1,1 U_ном во всем диапазоне рабочих температур. Для защиты контактов магнитоэлектрических реле от повышения напряжения используются стабилитроны VD1-VD3, включенные последовательно с резисторами R9, R10.

Л50

Рис. 12.15. Схема цепей блока питания РТФ-6М

Проверка питания заключается в настройке уровней напряжения в контрольных точках при поданном напряжении 220 В оперативного тока на зажимы 40-4. Напряжения, измеренные вольтметром постоянного тока с R_вн≥ 20 кОм/В, должны соответствовать данным, приведенным ниже:

Здесь и далее обозначения выводов, точек и разъемов реле указаны в соответствии с заводской документацией и не всегда приведены на рисунках.

Перед измерением напряжений необходимо зажим 40 соединить с точкой II (обмотка KL2).

Фильтр тока обратной последовательности ФТОП (рис. 12.16) состоит из трансформаторов ТА1, ТА3, трансреактора TAV2, резисторов R13, R14 и конденсаторов С8-С12. Трансформатор ТА1 одной из первичных обмоток включается на ток фазы А, а другой обмоткой, имеющей в 3 раза меньшее количество витков, - в нулевой провод для компенсации влияния токов нулевой последовательности. Трансформатор ТА3 и трансреактор ТАV2 включены на разность токов фаз В и С. Вторичные обмотки ТА3 и TAV2 включены встречно для того, чтобы совпали по фазе напряжение на емкостной нагрузке С11, С12 и ЭДС трансреактора. Каждая из этих составляющих равна половине падения напряжения в резисторах R13, R14, совпадающего по фазе с током фазы А. Применение в качестве реактивных элементов емкостей и индуктивности, сопротивления которых, приведенные к первичной стороне трансформаторов, при номинальной частоте примерно одинаковы, позволяет снизить небаланс и погрешности фильтра от изменения частоты в пределах ± 10% номинального значения. Настройка ФТОП па минимум небаланса производится переменным резистором R14, а компенсация угловой погрешности трансформатора ТА1 и трансреактора TAV2 - емкостями С8-С10.

50

Рис. 12.16. Фильтр тока обратной последовательности РТФ-6М

При подаче на ФТОП тока прямой последовательности активная и реактивная составляющие равны и противоположны по фазе (рис. 12.17). При подаче на ФТОП тока обратной последовательности активная и реактивная составляющие равны и совпадают по фазе, на выходе фильтра появляется напряжение, пропорциональное току обратной последовательности.

Рис. 12.17. Векторные диаграммы ФТОП: а - при токе прямой последовательности;

б - при токе обратной последовательности

Настройка ФТОП производится при имитации двухфазных КЗ. При снятых перемычках 6-8 и 14-16 на фазы АВ, ВС и СА поочередно подается ток 3 I_ном. Разница между напряжениями, измеренными вольтметром с R_вн≥ 20 кОм/В на зажимах 6-16, должна быть не более 1 В. Регулировка ФТОП производится резистором R14 и переключением конденсаторов С8-С10 на последовательное, параллельное или смешанное соединение.

Входное преобразовательное устройство ВПУ (рис. 12.18) состоит из регулируемых резисторов R15, R16, согласующего трансформатора TL4, выпрямительных мостов VC1, VC2, фильтра второй гармоники L1-C6, конденсатора С7, резисторов R17-R19 и стабилитрона VD4. На входах органов блок-реле напряжение определяется только кратностью тока обратной последовательности по отношению к номинальному току генератора и в определенных пределах не должно зависеть от значения номинального вторичного тока генератора. Для изменения входного напряжения органов блок-реле при настройке ФТОП предусмотрены резисторы R15, R16, регулирование которых позволяет устанавливать на входе напряжение, соответствующее номинальному току генератора при его значениях во вторичных цепях от 0,7 I ном до I ном . Согласующий трансформатор TL4 отделяет цепи интегрального органа от остальных элементов защиты, имеющих связь по цепям питания. Вторичная обмотка ω2

трансформатора имеет две отпайки для различных исполнений блок-реле по диапазонам регулировки уставок по постоянной А. На выходе вторичных обмоток включены выпрямительные мосты VC1 и VC2. Для сглаживания выпрямительного напряжения моста VC1 применен фильтр-шунт С6-L1, настроенный на частоту 100 (120) Гц. Нагрузкой моста является делитель входного напряжения органов без выдержки времени (R22, R23, R29, R30, R36, R42, R43). Сглаживание выпрямленного напряжения моста VC2 производится конденсатором С7, а нагрузкой являются резисторы R17 и R18 совместно с входным сопротивлением интегрального органа. Резистор R19 и стабилитрон VD4 вместе с входным сопротивлением интегрального органа представляет собой нелинейную цепь, необходимую для коррекции характеристики интегрального органа при токе I2 >1,5 I _ном.

Настройка входного преобразовательного устройства сводится к выставлению напряжения на выходе моста VC1 (зажимы 20-22) в пределах (60±0,5) В. Для этого необходимо предварительно разомкнуть перемычку 32-34 на входе интегрального органа, на зажимы 40-4 подать напряжение постоянного тока 220 В и на вход ФТОП (зажимы 1-3) подать ток, равный

3 I_ном. Регулирование напряжения осуществляется резисторами R15, R16. Для измерения напряжения используется вольтметр постоянного тока с R_вн≥ 20 кОм/Б (М1200, М1201, М2038 и др.).

Рис. 12.18. Входное преобразовательное устройство РТФ-6М

Настройка фильтра-шунта C6-L1 на частоту 100 (120) Гц производится от генератора низкой частоты. Для этой цели на зажимы 18-22 через миллиамперметр переменного тока при разомкнутой перемычке 18-20 подводится напряжение частотой 100 (120) Гц. Изменением воздушного зазора дросселя Ы добиваются максимального показания миллиамперметра.

Органы с независимой выдержкой времени собраны по однотипным схемам, различающимся только параметрами некоторых резисторов. На рис. 12.19 приведена упрощенная схема сигнального органа, представляющая собой четырехплечий мост ACDЕ, к точкам А и D которого подводится напряжение от блока питания БП, а к точкам В и F - от делителя напряжения с выхода ВПУ (зажимы 20-22). В диагональ моста ЕC включено магнитоэлектрическое peле К1 типа М237/054, обмотка которого шунтирована демпфирующим резистором R24. Сопротивления плеч моста подобраны таким образом, чтобы при отсутствии напряжения на выходе ВПУ по обмотке реле проходил ток в тормозном направлении, значение которого регулируется в пределах 50-100 мкА резистором R26. Потенциалы точек ВиF подобраны таким образом, что и при отсутствии напряжения от ВПУ или достаточно малом его значении диод VD5 заперт и ток, проходящий через него, пренебрежимо мал. При увеличении напряжения с выхода ВПУ диод VD5 начинает отпираться, а диод VD6 запираться. Ток в диагонали ЕС изменит направление и реле К1 сработает. Для изменения диапазонов уставок органов с независимой выдержкой времени без изменения параметров схем сравнения предусмотрена возможность ступенчатого изменения напряжения на делителе входного напряжения (R22, R23, R29, R30, R36, R42, R43). Плавное регулирование уставок осуществляется переменными резисторами R26, R33, R39 и R46. Для надежной работы контактов магнитоэлектрических реле К1-К4 параллельно им включены искрогасительные контуры R1-C1-R4-С4. Контакты магнитоэлектрических реле действуют на свои выходные реле KL1-KL4 типа РМУГ. Выдержки времени создаются с помощью дополнительных реле времени.

Рис. 12.19. Упрощенная схема сигнального органа

Настройка уставок производится при имитации КЗ на фазах АВ с пересчетом на ток обратной последовательности:

()

I*2=²

ном

л/3/,

Срабатывание ступеней защиты фиксируется соответствующими выходными реле KL1-KL4 В точки а-б накладок ХВ1-ХВ4 включается микроамперметр (M1200, M1201 или др.) для измерения рабочего и тормозного токов магнитоэлектрических реле. Значения рабочего к тормозного токов должны находиться и пределах 50-100 мкА.

Интегральный орган (рис. 12.20) состоит из частотно-импульсного модулятора (ЧИМ), интегратора, блокинг-генератора, триггера и выходного реле. Для получения интегрально-зависимой характеристики времени в схеме интегрального органа используется заряд конденсатора током, среднее значение которого пропорционально квадрату относительного тока обратной последовательности. Время заряда конденсатора до определенного потенциала обратно пропорционально среднему значению зарядного тока, т. е. квадрату тока обратной последовательности. Подающийся на интегральный орган ток от ВПУ преобразуется в необходимый зарядный ток с использованием совмещенной частотно-импульсной и амплитудно-импульсной модуляции. В результате конденсатор заряжается импульсами тока неизменной продолжительности, амплитуда которых прямо пропорциональна, а длительность интервалов между импульсами обратно пропорциональна относительному току обратной последовательности. При исчезновении перегрузки по току обратной последовательности конденсатор переключается на разряд, имитирующий охлаждение генератора. Напряжение на конденсаторе уменьшается по экспоненте. Время полного охлаждения генератора соответствует времени снижения напряжения конденсатора от наибольшего значения до нуля после перегрузки, соответствующей порогу срабатывания интегрального органа, т. е. достижению максимально допустимого нагрева генератора. При повторной перегрузке генератора током обратной последовательности, возникшей до полного разряда конденсатора, интегральный орган сработает с меньшей выдержкой времени, чем после полного охлаждения.

Рис. 12.20. Схема интегрального органа РТФ-6М

Частотно-импульсный модулятор преобразует входное выпрямленное напряжение в однополярные импульсы напряжения прямоугольной формы постоянных амплитуды и продолжительности, длительность пауз между которыми обратно пропорциональна входному напряжению. В нормальном режиме цепи питания интегрального органа разорваны замыкающим контактом пускового органа KL2. При достижении тока обратной последовательности, достаточного для срабатывания пускового органа, последний срабатывает и подает напряжение питания на ЧИМ, при этом диод VD11 закрывается. Напряжение, поступающее от ВПУ, откроет токостабилизирующий транзистор VT3 и по цепи диод VD10 -коллектор транзистора VT3 - диод VD3 начинается заряд конденсатора С1 блока Б2. Напряжение на емкости С1 при неизменном токе заряда увеличивается по линейному закону. В процессе заряда конденсатора C1 транзисторы VT1, VT2 и VТ5 зашунтированы заряжающимся конденсатором, а транзистор VT6 насыщен за счет тока базы, протекающего по резисторам делителя напряжения R11-R15. Диоды VD2, VD4, DV5 и VD7 заперты, на выходе модулятора (коллектор VT6) - режим паузы.

При увеличении напряжения на конденсаторе С1 до значения, равного напряжению на базе транзистора VT1, через его базу начнет нарастать ток. Транзисторы VT1, VT2 и VT5 перейдут в режим насыщения, и конденсатор С1 блока Б2 начнет разряжаться через диод VD2 и далее по нескольким параллельным цепям: транзисторы VT1-VT2 - резистор R7 - переход база-эмиттер транзистора VT5; резистор 57 - диод VD4 - переход коллектор-эмиттер транзистора VT5; переход эммитер-база транзистора VT1 -эквивалентное сопротивление делителя опорного

напряжения R12-R15 - диод VD7 - переход коллектор-эмиттер транзистора VT5. В течение всего времени разряда транзистор VT5 находится в режиме насыщения, диод VD3 заперт, a VD5 открыт. Ток коллектора VT3 отводится через насыщенный транзистор VT5 и диод VD5 к источнику питания, чем обеспечивается независимость разряда конденсатора от входного тока. Транзистор VT6 заперт током смещения через резистор R10, и на коллекторе VT6 формируется импульс, управляющий работой интегратора и блокинг-генератора. При разряде конденсатора С1 ток в диоде VD2 уменьшается, и когда разность между током разряда конденсатора С1 и током смещения через резистор R5 будет меньше тока, удерживающего транзисторы VT1 и VT2 в режиме насыщения, они благодаря сильной обратной положительной связи переходят в режим отсечки. Весь цикл повторяется.

Нелинейность преобразования тока обратной последовательности в ток заряда конденсатора С1, вызванная падением напряжения в диодах моста и зависимостью коэффициента передачи тока эмиттера от значения тока, компенсируется введением цепи подзаряда конденсатора С1 от точки III делителя опорного напряжения через резистор R8. Влияние тока подпитки велико при малых токах обратной последовательности. Ток разряда С1, а следовательно, и время разряда не изменяются. Поэтому ширина и амплитуда импульсов на выходе модулятора постоянны. Интервал между импульсами зависит от времени заряда С1, которое обратно пропорционально зарядному току С1 и току обратной последовательности. При возврате пускового органа конденсатор С1 разряжается через эквивалентное сопротивление всей схемы и размыкающие контакты реле KL2.

Интегратор представляет собой преобразователь входного напряжения от ЧИМ, пропорционального току обратной последовательности, в выдержку времени. Блок интегрирующих конденсаторов С2-С5 в блоке Б2 заряжается через токостабилизирующий транзистор VT4, управляемый напряжением от ВПУ аналогично транзистору VT3 и диодным ключом VD9 (блок Б1), VD1 (блок Б2). Диодный ключ, управляемый импульсами модулятора, преобразует ток коллектора транзистора VT4 в импульсы зарядного тока. Во время паузы транзистор VT6 насыщен, диод VD9 открыт и ток коллектора VT4 отводится через насыщенный транзистор VT6 к источнику питания. В то же время диод VD1 закрыт и блок конденсаторов С2-С5 отключен от зарядной цепи. Во время импульсов на выходе ЧИМ диод VD9 закрывается, а диод VD1 открывается и ток коллектора VT4 заряжает конденсаторы С2-С5. В процессе заряда напряжение конденсаторов повышается и когда оно превысит уровень напряжения на движке потенциометра R23, откроются диоды VD2, VD3 блока Б2 и коммутирующие импульсы, снимаемые с части обмотки блокинг-генератора, поступят на вход триггера и вызовут его срабатывание. Резистором R23, включенным в делитель опорного напряжения R21-R24, меняется время заряда блока конденсаторов С2-С5, что в свою очередь ведет к изменению уставки по постоянной А.

При возврате пускового органа KL2 конденсаторы С2-С5 переключаются на разряд по цепи диод VD2 - резистор R1 - размыкающие контакты реле KL2. Ток разряда изменяется по экспоненциональному закону и имитирует охлаждение ротора после устранения несимметричного режима. В нормальном режиме на конденсаторах С2-С5 имеется начальное напряжение 2-3 В, так как блок конденсаторов через диод VD4 подключен к резистору R21 делителя опорного напряжения.

На рис. 12.21 приведены графики, поясняющие работу частотно-импульсного модулятора и интегратора.

Рис. 12.21. Графики зависимости U _С1 =f(t);U II −₀ =f(t); U IV₋0 ⁼f(t);

Блокинг-генератор является источником коммутирующих импульсов. Он выполнен на транзисторе VT7, включенном по схеме с общей базой. Во время паузы модулятора транзистор VT7 закрыт отрицательным смещением, поданным от транзистора VT6 через диод VD12, обмотку импульсного трансформатора ТЫ и резисторы R19, R20. Во время импульса модулятора VD12 закрыт положительным напряжением, а конденсатор С3 начинает заряжаться через резисторы R17 и R19. Когда напряжение на конденсаторе С3 превысит напряжение на стабилитроне VD14, транзистор VT7 открывается и за счет положительной обратной связи между цепями коллектора и эмиттера генерирует импульс через импульсный трансформатор TL1. Длительность импульса определяется временем разряда конденсатора С3 через резистор R20, переход эмиттер - база транзистора VT7 и индуктивность трансформатора TL1. По окончании импульса транзистор VT7 закрывается и снова начинает заряжаться конденсатор С3. Длительность паузы между импульсами определяется временем заряда конденсатора. В режиме паузы модулятора конденсатор С3 разряжается через резистор R19, диод VD12 и транзистор VT6.

Выходной триггер (блок Б3) выполнен на транзисторах VT1 и VT2 с коллекторной R3 и эмиттерной R5 обратной связью. В нормальном режиме транзистор VT1 открыт током смещения, поступающим через катушку реле KL5, резисторы R9 и R3, а транзистор VT2 закрыт. Во время паузы ЧИМ через насыщенный транзистор VT6, резисторы R2, R1, R3 и диоды VD1, VD2 на базу VT1 подается дополнительный ток смещения, который загрубляет триггер, переводя транзистор VT1 в режим глубокого насыщения. Во время импульса ЧИМ дополнительный ток смещения исчезает и чувствительность триггера повышается. Если в этот момент от блокинг-генератора на вход триггера через конденсатор связи С1 поступит коммутирующий импульс, достаточный для уменьшения тока базы транзистора VT1 до нуля, последний закроется и откроется транзистор VT2, который будет удерживаться током смещения через резисторы R6 и R7. При опрокидывании триггера сработает выходное реле KL5 и

самоудержится через свой замыкающий контакт. Чтобы предотвратить возврат триггера во время паузы ЧИМ, дополнительный ток смещения отводится от базы транзистора VT1 через открытый диод VD2 и коллекторный переход транзистора VT2. Помехоустойчивость триггера обеспечивается шунтированием обмотки выходного реле триггера конденсатором С3, за счет чего создается замедление срабатывания реле. Так как длительность переключающих импульсов блокинг-генератора мала, то для заряда С3 через резистор R9 и коллектор транзистора VT2 требуется 3-4 переключающих импульса. При кратковременной одиночной помехе конденсатор С3 не успевает зарядиться и триггер не зафиксируется в сработавшем состоянии. При срабатывании триггера от интегратора поступает пакет из 5-10 импульсов -этого достаточно для нормальной работы схемы.

Возврат триггера происходит за счет снятия напряжения питания при размыкании замыкающего контакта пускового органа KL2. При подаче напряжения питания возникновение отпирающего тока в цепи базы транзистора VT2 задерживается на время заряда конденсатора С13 через резистор R6, что вполне достаточно для отпирания транзистора VT1 и установки триггера в начальное положение. Разряд конденсатора С13 происходит через резистор R57, диод VD 17 и размыкающий контакт KL2.

Проверка ЧИМ заключается в измерении осциллографом амплитуды и продолжительности импульсов, а также длительности пауз между импульсами. Проверка производится при поданном на вход блок-реле токе 0,5 I*2 и I*2 и напряжении постоянного тока 220 В. Осциллограф подключается к зажиму 28 и контрольной точке IV (измеряется напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT6). Амплитуды и продолжительность импульсов должны быть постоянны, а длительность пауз должна изменяться обратно пропорционально входному току.

При проверке блокинг-генератора осциллограф подключается к контрольной точке HVI и зажиму 28. Для создания на выходе блокинг-генератора непрерывных импульсов необходимо зажим 28 соединить с контрольной точкой II. В этом случае транзистор VT6 закроется и на выходе ЧИМ появится постоянный сигнал. Продолжительность импульсов должна находиться в пределах 8-12мкс, паузы - 500-700 мкс, амплитуда импульсов составляет 0,8-1,5 В.

Проверка времени срабатывания интегрального органа производится на максимальной уставке по постоянной величине А при имитации КЗ на фазах АВ с пересчетом на ток обратной последовательности (см. настройку уставок органов с независимой выдержкой времени) при I*2=1. Предварительно проверяется и в случае необходимости регулируется резистором R23 потенциал между зажимом 28 и контрольной точкой VII, который должен находиться в пределах 19,5-20 В. Время срабатывания интегрального органа, рассчитанное по формуле t_ср =

А/I*22⁼А, должно быть меньше величины А на 3%. Регулировка времени срабатывания

осуществляется переменным резистором R4 (изменение зарядных токов). Для сокращения времени настройки необходимо между измерениями включать на 3-7 с между точкой Б (блок Б2) и зажимом 34 через нефиксированную кнопку разрядный резистор МЛТ-0,5 (51 кОм). Промежутки между измерениями в этом случае должны быть 10-15 с.

Временная характеристика интегрального органа проверяется на заданной уставке по постоянной величине А. При токе обратной последовательности I*2⁼1 резистором R23 добиваются времени срабатывания интегрального органа на 3 % меньше заданной уставки по величине А. Затем снимается временная характеристика при токах I*2, равных 0,25; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0, и имитации КЗ на фазах АВ, ВС, СА. В случае отклонения характеристики от расчетной на 10 % и более в ту или иную сторону производится ее корректировка в необходимую сторону при I *2 ⁼ 1. Расчетная зависимость времени срабатывания интегрального органа приведена на рис. 12.22.

и_

0,1 0,2 0,5 1,0 2

I*2 отн.ед.

Рис. 12.22. Кривые зависимости времени срабатывания интегрального органа от кратности тока

обратной последовательности:

1 - для А-5; 2 - для А-10; 3 - для А-20; 4 - для А-45

При проверке времени срабатывания интегрального органа при импульсном воздействии тока обратной последовательности пусковой орган KL2 должен быть подтянут во избежание разряда конденсаторов по цепи полного охлаждения ротора после устранения несимметричного режима.

Проверка уставки по времени полного охлаждения производится в следующей последовательности:

измеряется время срабатывания T1 интегрального органа при токе обратной последовательности 0,3-0,5 I*2 как среднее трех измерений. В промежутках между

измерениями разрядную цепь интегрального органа необходимо шунтировать резистором 51 кОм;

при том же токе обратной последовательности производится по три измерения времени срабатывания интегрального органа с перерывами между моментом возврата пускового органа и его последующего пуска, равными минимальным и максимальным значениям, приведенным в табл. 12.2. Среднее значение времени срабатывания интегрального органа Т2 (минимальный

перерыв) должно быть меньше 0,95 Т 1 , а Т 3 (максимальный перерыв) - больше или равно 0,95 Т¹ .

Проверка блок-реле на работающем генераторе совмещается с опытом трехфазного КЗ блока генератор-трансформатор. В объем проверки входит измерение напряжения небаланса ФТОП, проверка токов срабатывания органов с независимой выдержкой времени, проверка времени срабатывания интегрального органа.

Таблица 12.2. Характеристика полного охлаждения блок-реле

Измерение напряжения небаланса ФТОП производится при токе прямой последовательности, равном номинальному. Напряжение небаланса, измеренное вольтметром сR_вн≥ 20 кОм/В, на зажимах 20-22 (рис. 12.18) не должно превышать 1,3 В.

Перед проверкой токов срабатывания органов с независимой выдержкой времени необходимо на испытательном блоке перекрестить две фазы токовых цепей и в одну из фаз включить контрольный амперметр. Плавно увеличивая ток генератора, измеряют токи срабатывания органов отсечек. Токи срабатывания пускового и сигнального органов не проверяются ввиду их незначительности.

Проверка времени срабатывания интегрального органа производится по схеме рис. 12.23 при токах 0,5-0,6 I _ном и I _ном. Разница в показаниях секундомера при указанных токах не должна превышать 10%.

Рис. 12.23. Схема проверки времени срабатывания интегрального органа на работающем

генераторе

По окончании проверок все цепи восстанавливаются и производится повторное измерение напряжения небаланса ФТОП.