Г) Логические схемы на типовых элементах




По условию производства, конструирования и эксплуатации целесообразна типизация логических схем и выполнение их на унифицированных типовых элементах. В этом направлении ве­дутся разработки, в частности для промышленной автоматики предложена серия логических элементов [Л. 54, 82] системы ЛОГИКА.

Эти серии могут использоваться и в устройствах релей­ной защиты. В качестве основного типового элемента в системе ЛОГИКА принят элемент, построенный на сочетании двух логи­ческих схем ИЛИ и НЕ. С учетом, что схема НЕ осуществляет инверсию сигнала, такой типовой элемент называется также «ИЛИ с инверсией».

Схема ИЛИ выполнена на активных сопротивлениях R , а схема НЕ — на полупроводниковом триоде типа р-п-р. Все остальные элементы логических схем выполняются в виде различных сочета­ний этого типового элемента.

Схема элемента ИЛИ НЕ приведена на рис. 11-50, а. Здесь показано два элемента ИЛИ НЕ 1 и 2. На вход А, В, С эле­мента 1 подается сигнал отрицательного знака по отношению к общей точке схемы 0 (Uвх< 0). При отсутствии сигнала Uвх= 0, на базу триода Т1 подано положительное напряжение смещения + Есм, триод Т1 заперт и на его выходе имеется напряжение

Uвых= Uк= — Ек.

При появлении отрицательного сигнала Uвх> Есм триод Т1 открывается и Uвых= 0. Такой элемент ИЛИ НЕ обладает важной особенностью. При подаче на его вход сигнала Uвх, условно принимаемого равным 1, выходной сигнал отсутствует, Uвых= 0, а при входном сигнале Uвх = 0 выходной сигнал отличен от нуля (или условно Uвых = 1). Эта особенность должна учитываться при образовании логических схем ИЛИ, И, НЕ, путем сочетания типо­вых элементов «ИЛИ с инверсией».

Так, для осуществления логической опе­рации ИЛИ необходимо соединить последовательно два эле­мента ИЛИ НЕ (элементы 1 и 2 на рис. 11-50). Тогда при подаче на зажимы А, или В, или С элемента 1 отрицательного сигнала — Uвхтриод Т1  открывается, а триод Т2 закрывается, в результате чего на выходе элемента 2 появляется сигнал Uвых= Ек. При Uвх =  0 сигнал на выходе элемента 1 равен 1, а на выходе элемента 2 равен 0. Таким образом, рассмотренное сочетание двух элементов ИЛИ НЕ действует как логическая схема ИЛИ, при этом нали­чие триодов позволяет усилить сигнал элемента ИЛИ, компенсируя ослабление входного сигнала в сопротивлениях R схемы.

Логическая операция И для двух сигналов А и В осуществляется путем соединения элементов ИЛИ — НЕ по схеме 11-50, б. В этой схеме каждый элемент 1 и 2 преобразует входные сигналы, равные 1, в сигнал, равный 0, а элемент 3 преобразует 0 на выходе в сигнал, равный 1. Выходы триодов элементов 1 и 2 соединены параллельно, поэтому входной сигнал на элементе 3 равен 0 только при условии, что выходные сигналы элемента 1 и элемента 2 равны 1. В этом случае на выходе элемента 3 появится сигнал, равный 1. Если же хотя бы народном иаэлементов 1 или 2 сигнал равен 0, то сигнал на входе элемента 3 равен 1, а на выходе элемента 3 — 0.

Элементы серии ЛОГИКА следует рассматривать как пример типовых элементов. Окончательных общепринятых типовых эле­ментов пока еще не создано.

Элементы выдержки времени. В качестве элемента выдержки времени в схемах на полупроводниках применяются конденсатор­ные реле времени, в которых для создания выдержки времени 1Р используется продолжительность заряда (или разряда) конден­сатора С, включенного последовательно с активным сопротивле­нием R .

Принцип устройства реле  времени, осно­ванного на заряде конденсатора, показан на рис. 11-51. Реле состоит из зарядной цепи R С, делителя напряжения на сопротивле­ниях R1 и R2 и реагирующего органа (нуль-индикатора) РО, вклю­ченного между точками а и b через диод Д. Нормально конденсатор зашунтирован пусковым устройством П, напряжение U с = О, при этом потенциал точки а больше потенциала точки b ( U а > Ub), поэтому диод Д заперт и ток в РО отсутствует.


При появлении сигнала на входе реле времени пусковое устрой­ство П срабатывает и дешунтирует конденсатор С, после чего он начинает заряжаться током I3, протекающим по контуру R С. При этом напряжение U с растет по экспоненциальному закону:

Графически зависимость U с = f(t) показана на рис. 11-51, б. По мере заряда конденсатора потенциал в точке а приближается к потенциалу точки b . Когда U с  достигнет напряжения на сопротив­лении R1 делителя напряжения ( U 1 на рис. 11-51, б), потенциалы точек а и b уравниваются, затем U а = U U с станет меньше Ub , тогда диод Д откроется и реагирующий орган сработает. Время, в течение которого конденсатор С заряжается до напряже­ния точки в делителя, является выдержкой времени реле (tр), а U с = U 1 = U с. p.

Аналитически значение tр можно получить из (11-47), приняв U с = U с. p

Из (11-48) и рис. 11-51, б следует, что tрзависит от С, R , U с. p и U . Выдержка времени реле обычно регулируется изменением R, что меняет скорость нарастания U с . При прекращении входного сигнала пусковое устройство П вновь шунтирует конденсатор С, он разряжается и нуль-индикатор прекращает свою работу (реле времени возвращается). Разряд продолжается в течение сотых до­лей секунды, после чего реле вновь готово к действию.

Основная трудность выполнения конденсаторного реле времени состоит в обеспечении его точности. Погрешность реле времени, применяемых в релейной защите, должна удовлетворять условию Δt≤ 0,1 ÷ 0,2 с.

Для получения требуемой точности необходимо:

 

1) обеспечить стабильность емкости С и тока утечки конден­
сатора С, сопротивления R, питающего напряжения U и напряже­
ния срабатывания U с. p;

2) иметь отношение U с. p /U≤ 0,63, при этом реле работает на крутой части характеристики U с = f ( t ) и колебания U с. p  весьма незначи­тельно влияют на изме­нение tр;

3) исключить влия­ние подпитки конденсатора С в процессе его заряда через побочные цепи, кроме цепи R С.

На рассмотренном принципе разработано большое количество вариантов схем исполнения реле времени.        

В виде примера реле времени, применяемого в схемах защиты, приведена конструкция реле, разработанного ВНИИЭ (рис. 11-52).

 

 

Реле состоит из пускового устройства, выполненного с помощью тран­зистора (триода) Т1 типа р-n-р, зарядного контура RС, делителя напряжения Д3—Д6 и реагирующего нуль-индикатора, выполненного посредством три­одов Т2 и Т3 типа п-р-п. Точки а и b соответствуют тем же точкам на схеме рис. 11-51.

Нормально триод Т1 и диод Д1 открыты и шунтируют емкость С. На базу триода Т2 подается положительное по отношению к эмиттеру смещение через резистор R3, и он открывается током базы, замыкающимся по этому сопротив­лению. При этом на базу Т3 через открытый триод Т2 подается отрицатель­ный по отношению к эмиттеру потенциал, вследствие чего триод Т3 закры­вается и ток в реле Р отсутствует. Диод Д2 закрыт, так как на него подано напряжение обратного знака. При поступлении сигнала А на вход реле вре­мени триод Т1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться. Диоды Д1 и Д2 закрыты, поэтому процесс заряда зависит только от параметров кон­тура RС. Когда потенциалы точек a и b сравняются, диод Д2 откроется и по­даст напряжение точки а к базе триода Г2- Параметры цепей подобраны так, что потенциал точки а получается ниже потенциала точки b, поэтому триод T2 закрывается.

В результате этого база триода Т3 получает положительный потенциал через сопротивление R4. Триод Т3 открывается, и в реле Р появляется ток коллектора, под действием которого оно срабатывает. При снятии сигнала А триоды Тг, Т2, Т3 возвращаются в первоначальное состояние, а конденсатор С разряжается за 0,02 с. Напряжение, питающее схему реле времени, ста­билизируется с помощью опорных диодов Д3Д6.

Данное реле имеет выдержку времени до 9 с. Погрешность реле не более ±0,15 с при изменении температуры от 25 до +50 °С.

 

д) Примеры схем бесконтактных релейных защит на полупро­ водниках

В качестве примера бесконтактной защиты на полупроводни­ках, разработанной ВНИИЭлектропривод на типовых элементах ЛОГИКА, в приложении приводится схема максимальной защиты, выпускаемая ЧЭАЗ для линий 6—10 кВ. Ниже приводится более сложная схема одноступенчатой трехсистемной дистанционной за­щиты, разработанная ВНИИЭ [Л. 56]. Эта защита предназначена для использования в качестве резервной от междуфазных к. з. на линиях 110—220 кВ.


Структурная схема защиты представлена на рис. 11-53. Защита состоит из дистанционного органа 1, выполнен­ного с помощью трех направленных реле сопротивления с эллипти-

ческой характеристикой; пускового органа 2, реагирующего на I2 и I0; логической схемы 3, осуществляемой с помощью элементов ИЛИ, И и усилителей У; конденсаторного реле времени 4 и испол­нительного органа 5. Все элементы схемы выполнены на полупро­водниках, кроме исполнительного органа, в качестве которого ис­пользуется электромеханическое реле типа РП-7.

Реле сопротивления РС действуют на элемент ИЛИ, выполнен­ный на трех диодах по схеме рис. 11-45. Для увеличения мощности выход схемы ИЛИ1  заведен на усилитель У1.

Пусковое реле в данной защите не является обязательным, поскольку дистанционный орган защиты отстроен от нагрузки. Пусковой орган предусмотрен для исключения неправильной ра­боты защиты при нарушениях в питающих ее цепях напряжения и отстройки от нагрузки и качаний в симметричном режиме. Выход­ной сигнал пускового реле I2 и I0 воздействует на элемент времен­ной памяти ВП, который как бы запоминает полученный сигнал и продолжает его передавать в течение 0,1 с после прекращения дей­ствия реле I2 и I0. Такая работа ВП равносильна замедлению воз­врата пускового реле и необходима Для надежного действия последнего при трехфазных к. з., когда токи несимметрии I2 и I0 воз­никают кратковременно, лишь в начале к. з., в течение 0,01—0,03 с.

Защита приходит в действие, если на элемент И поступает вход­ной сигнал от пускового органа (через элемент ИЛИ2) и от дистан­ционного органа одновременно. Возникающий при этом выходной сигнал на элементе И усиливается усилителем У2 и подается на реле времени В. По истечении заданной выдержки времени t 3 реле вре­мени срабатывает и посылает сигнал на исполнительный орган, который с помощью поляризованного реле РП-7 дает команду на отключение выключателя линии.

Для обеспечения действия защиты при симметричных трехфаз­ных к. з., когда импульс, подаваемый пусковым органом (реаги­рующим на первоначальную несимметрию), прекращается значи­тельно раньше, чем срабатывает реле времени защиты, предусмот­рена обратная связь с выхода усилителя У2. Одновременно с пода­чей сигнала на реле времени по цепи обратной связи подается сиг­нал на элемент ИЛИ2, Благодаря этому при трехфазных к. з. после прекращения сигнала от пускового органа элемент ИЛИ2 будет продолжать посылку сигнала на элемент И за счет обратной связи. Таким образом, создается своеобразная цепь самоудерживания от дистанционных органов схемы, обеспечивающая действие защиты при кратковременном срабатывании пускового органа.

Полные схемы элементов защит показаны на рис. 11-54 и 11-55.

Пусковой орган (рис. 11-54) реагирует на I2 и I0, которые полу­чаются от фильтра обратной последовательности Ф2 и трансформатора Т0 и выпрямляются мостами В1 и Вг. На стороне выпрямленного тока мосты соеди­нены параллельно. Для сглаживания выпрямленного напряжения предусмот­рен конденсатор С3. Напряжение между точками 1 и 2 (рис. 11-54) определя­ется величиной большого тока (I2 или I0).

Реагирующим элементом пускового органа, обладающим временной памятью, являются триоды Т3 и Т4.

Параметры сопротивлений (R12R10 и R14R11) подобраны таким образом, что потенциал эмиттера триода Т3 при отсутствии I2 и I0 получается выше потенциала базы, вследствие чего триод Т3 закрыт. При этом на базу Т4 подается положительный потенциал (через R15). Триод T4 открыт и напря­жение на выходных зажимах органа 11-7 равно нулю, так как они зашунтированы открытым триодом T4.

При появлении Iг или I0 выпрямленный ток I замыкается по сопротивле­нию R10 и на его зажимах появляется напряжение U = IR10, пропорциональ­ное этим токам. При определенном значении I2 или I0 потенциал точки 2 повышается настолько, что диод Д6  закрывается, вызывая увеличение потен­циала в точке 3. В результате этого триод Т3 открывается, а триод Т4 вслед­ствие понижения потенциала в точке 4 закрывается, размыкая цепь между II и 7. На выходе пускового органа (точки II и 7) появляется напряжение, означающее, что он сработал.

При исчезновении I2 и I0 триод Т3 снова закрывается. Но благодаря памяти, осуществленной с помощью заряженного конденсатора С5, Т4 откры­вается не сразу, а только через 0,01 с, пока не разрядится С5. Эта емкость  была заряжена при предшествующем открытии триода Т3 током, протекавшим по цепи С5 R11. Потенциал точки 4, от которого зависит состояние триода Т4, по мере разряда емкости С5 повышается. По окончании разряда, продолжающегося 0,01 с, потенциалы точек 4 и 7 (базы и эмиттера) становятся равными, триод T4 открывается и выходное пряжение (сигнал) на зажимах 11-7 исчезает. Таким образом, с помощью конденсатора С5 осуществляется временное запоминание появления I2 или I0. Регулирование уставки срабатывания реле производится изменением напряжения, снимаемого с фильтров обратной I2  и нулевой I0 последовательностей.

 

на


Д и с т а н ц и о н н ы й о р г а н. В качестве реле сопротивлений РС (рис.11-54) применяются реле, рассмотренные в § 11-6. Они включаются на междуфазное напряжение и разность фазных токов по табл. 11-1.

Реле РС состоит из промежуточного трансформатора напряжения ТН и трансформаторов ТР, с помощью которых получаются напряжения U1 и UII.

Эти напряжения выпрямляются выпрямителями В3 и В4, а затем сравниваются посредством схемы сравнения, построенной на балансе напряжения. На вы­ходных зажимах тип получается напряжение         тп = | 1| — | II |, подво­димое к нуль-индикатору.

Нуль-индикатор является двухкаскадным усилителем на триодах Т1 (типа р-п-р) и Т2(типа п-р-п).

Триод Т2 является общим для всех трех реле РС. Для этого выходной  зажим 1 триода Т1  каждого реле связан с базой Т2 через диод Д5  по схеме ИЛИ.


При отсутствии напряжения на зажимах m и n или при его отрицатель­ном знаке триод Т1 открыт, на диоды Д5 подается обратное напряжение и они закрываются. База триода Т2 имеет по отношению к эмиттеру положитель­ный потенциал (через R5) , поэтому триод Т2  открыт и напряжение на выход­ных зажимах 1—3 равно нулю.

При появлении положительного напряжения на выходе схемы сравне­ния (зажимы m и n) триод Т1 закрывается. Конденсатор С2 начинает заря­жаться, и когда потенциал точки 7 станет равным потенциалу в точке 3, диод Д5 откроется, в результате чего потенциал базы Т2 станет ниже потен­циала эмиттера и триод Т2 откроется. На выходных зажимах 1—3 появляется напряжение, воздействующее на логическую часть защиты.

Конденсаторы С1 служат для регулирования величины малой оси эллип­тической характеристики срабатывания реле. Конденсатор С2 создает замед­ление срабатывания реле на 0,1 с.

Логическая схема защиты изображена на рис. 11-55. Она состоит из логических элементов ИЛИ2 (рис. 11-53) и И (R21, R22, R23, R29, Д8, Д9), усилителя У2 (рис. 11-53), реле времени РВ и выходного реле РП.

К зажиму 1 схемы подается сигнал от дистанционного органа, а к за­жиму II — от пускового. Сопротивления R21  и R29 образуют элемент ИЛИ2, выходом которого является точка 8. При появлении сигнала // от пускового органа ИЛИ от обратной связи через сопротивление R29 в точке 8 появляется напряжение.

Точка 9 является выходом элемента И2 и одновременно входом усили­теля У2, состоящего из двух триодов Т5 и Т6. Элемент И образуется с помощью диода Д9 и сопротивления R22, по которому поступает сигнал 1 от дистанци­онного органа, и точки 8, с которой приходит сигнал II от пускового реле.

Если пусковой и дистанционные органы защиты не действуют, то сигналы I и II отсутствуют. При этом потенциал базы триода Т5 (точка 9) ниже, чем у его эмиттера (точка 7), вследствие чего Т5 закрыт. Закрыт также и диод Д9 поскольку на него подано обратное напряжение. Усилитель У2 и реле времени не работают. В случае появления сигнала // потенциал точки 9 (от которого зависит работа Т5) не меняется, так как диод Д9 закрыт и не пропускает сигнал //. При появлении сигнала / потенциал зажима / повы­шается, но при этом открывается диод Д9, в результате чего потенциал точки 9 остается ниже точки 7 и триод Т5 не работает.

При действии пускового и дистанционного органов сигналы / и // появ­ляются одновременно. Сигнал // держит диод Д9 запертым, и благодаря этому под влиянием сигнала / потенциал точки 9 повышается.

Таким образом, на выходе элемента И появляется сигнал, в результате которого триод Т5 открывается, а Т6 закрывается. Это вызывает повышение потенциала, т. е. появление сигнала на выходном зажиме /// усилителя У2.

При появлении сигнала /// триод Т7 закрывается и дешунтирует кон­денсатор С8, чем осуществляется пуск реле времени. Последнее работает так же, как и схема на рис. 11-52.

Нуль-индикатор реле времени состоит из триодов Т8 и Т9. При срабаты­
вании реле времени (т. е. открытии триода Т9) под действием коллекторного
тока триода Т9 приходит в действие выходное реле РП, которое подает им­
пульс на отключение.         

Сигнал /// по цепи обратной связи R29 поддерживает повышенный потен­циал в точке 8, не позволяющий работать диоду Д9. Таким образом поддер­живается работа У2 и реле времени при трехфазных к. з., сопровождающихся кратковременным появлением сигнала II.

Рассмотренная защита имеет в 4 раза меньшие габариты по сравнению с аналогичной одноступенчатой дистанционной защитой с реле типа КРС-131. Потребление цепей напряжения защиты равно 3 В·А, а токовых цепей со­ставляет 1 В • А при токе 5 А. Для устранения мертвой зоны предусматри­вается смещение характеристики реле сопротивления в IIIквадранте при­мерно на 10%. Угол φм.ч имеет две уставки: 60 и 80°.


Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 209; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!