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 (U_вх< 0). При отсутствии сигнала U_вх= 0, на базу триода Т₁ подано положительное напряжение смещения + Е_см, триод Т₁ заперт и на его выходе имеется напряжение

U_вых= U_к= — Е_к.

При появлении отрицательного сигнала U_вх> Е_см триод Т₁ открывается и U_вых= 0. Такой элемент ИЛИ — НЕ обладает важной особенностью. При подаче на его вход сигнала U_вх, условно принимаемого равным 1, выходной сигнал отсутствует, U_вых= 0, а при входном сигнале U_вх = 0 выходной сигнал отличен от нуля (или условно U_вых = 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 — U_вхтриод Т₁  открывается, а триод Т₂ закрывается, в результате чего на выходе элемента 2 появляется сигнал U_вых= Е_к. При U_вх =  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 1_Р 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 > U_b), 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 U_b , тогда диод Д откроется и реагирующий орган сработает. Время, в течение которого конденсатор С заряжается до напряже­ния точки в делителя, является выдержкой времени реле (t_р), а U _с = U ₁ = U _{с. p}.

Аналитически значение t_р можно получить из (11-47), приняв U _с = U _{с. p}

Из (11-48) и рис. 11-51, б следует, что t_рзависит 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 t_р;

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 Т_г, Т₂, Т₃ возвращаются в первоначальное состояние, а конденсатор С разряжается за 0,02 с. Напряжение, питающее схему реле времени, ста­билизируется с помощью опорных диодов Д₃—Д₆.

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 В_г. 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 (R₁₂ — R₁₀ и R₁₄ — R₁₁) 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 I_г 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 U_II.

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 φ_м.ч имеет две уставки: 60 и 80°.

---

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 295; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!