Глава 5. Реле направления мощности РCM13

 

Общая характеристика

 

Реле статическое мощности РСМ13 предназначено для использования в уст­ройствах релейной защиты и автоматики в качестве органа, реагирующего на ве­личину и направление мощности.

Номинальный ток реле РСМ13-11 - 1 А. Номинальный ток реле РСМ13-18-5 А. Номинальное напряжение - 100 В. Напряжение оперативное постоянное - 220 В, допустимая пульсация 6 %. Угол максимальной чувствительности - 0±5°. Номи­нальная частота 50 или 60 Гц.

Коэффициент возврата не более 1,2 при использовании реле в качестве мини­мального и не менее 0,85 - в качестве максимального.

Диапазон изменения уставок: для реле РСМ13-11 - oт 2 до 100 Вт, для реле РСМ13-18 - от 10 до 500 Вт.

Ступень дискретного изменения уставок: для реле РСМ13-11 - 2 Вт -  для реле РСМ13-18 - 10 Вт.

Основная погрешность по мощности срабатывания при угле максимальной чув­ствительности не более ±5 % уставки по мощности.

Время срабатывания реле не более 0,1 с.

Зона работы реле в каждую сторону от угла максимальной чувствительности ±85 °.

Потребляемая мощность по цепи тока 0,9 В-А, по цепи напряжения 1,2 В-А, по цепи оперативного напряжения 20 Вт.

Реле в течение 1 с выдерживает ток до 30-кратного значения от номинальной величины

Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Отключающая способность контактов:

- ­на постоянном токе при напряжении от 24 до 250 В - 30 Вт (до 1 А);

-   на переменном токе - 250 В-А (до 2 А), ток при включении - до 5 А на время до 10 с.

Реле не срабатывает при снятии и подаче и при кратковременном исчезнове­нии оперативного напряжения длительностью до 50 мс.

 Размер цоколя реле 152x146 мм, высота - 181 мм.) масса реле - 1,6 кг.

 

Принцип действия и устройство

 

Структурная схема реле приведена на рис.29.

Элементы Е1 и Е2 преобразуют входные напряжение и ток реле в пропорциональные им напряжения. Элементы ЕЗ и Е6 образуют времяимпульсный умножи­тель аналоговых сигналов. Временные диаграммы напряжений умножителя приведены на рис.30. Напряжение с вывода элемента Е2 подается на один вход широтно-импульсного модулятора (ШИМ) Е4. На другой вход ШИМ подается пило­образное напряжение генератора Е5. Частота этого напряжения значительно пре­вышает частоту входного тока реле. На выходе ШИМ образуются прямоугольные импульсы, длительность которых пропор­циональна мгновенному значению вход­ного тока реле. На один вход амплитуд­но-импульсного модулятора (АИМ) ЕЗ поступает напряжение с выхода ШИМ. На другой вход АИМ поступает напряжение с выхода элемента Е1. На выходе АИМ формируется импульсное напряжение, длительность импульсов которого равна длительности импульсом  ШИМ, т.е. мгно­венному току на входе реле, а амплитуда пропорциональна мгновенному значению входного напряжения. Таким образом, площадь каждого импульса АИМ пропор­циональна мгновенному значению пол­ной мощности ни входе реле. Число им­пульсов в единицу времени постоянно. Постоянная составляющая такого напря­жения пропорциональна величине актив­ной мощности на входе реле. Эта постоянная составляющая выделяется фильтром низких частот (ФНЧ) Е6. Выходной сигнал ФНЧ сравнивается с опорным напряжением компаратором Е7. Компаратор выполнен таким образом, что в момент равенства мощности на зажимах реле за­данной уставке выходной сигнал компаратора представляет собой последователь­ность импульсов, длительность которых равна длительности пауз между ними. На выходе компаратора стоит интегратор ЕЙ, в условиях равенства длительностей пауз и импульсов Е8 находится в равновесии При превышении длительностей пауз Е8 имеет на выходе некоторую полярность при превышении длительностей импуль­сов эта полярность меняется на противоположную. Далее расположен пороговый элемент Е9 и электромеханическое рели К, которое срабатывает при одной поляр­ности на выходе Е8 и возвращаемся при другой его полярности.

Принципиальная схема реле приведена на рис.31. Напряжение сети подведено к зажимам реле 13, 15. Ток сети подведен к зажимам реле 10, 12. Напряжение оперативное соответственно подается к зажимам 19 (+) и 21 (-). Напряжение, про­порциональное току на входе реле, снимается с резистора R3 и через резисторы R6, R7 подается ни компаратор ШИК DA2. Туда же через R9 подается напряжение генератора пилообразного напряжения, состоящего из нуль-органа DA4 и интег­ратора DA6. Нуль-орган DA4 симметрируется относительно нуля резистором R16. Глубина модуляции ШИМ (определяющая границу линейности по току реле и од­новременно коэффициент реле по мощности) регулируется резистором R6. На вы­ходе DA2 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна мгно­венному току реле Диоды. VD1 и VD2 предназначены для защиты токового входа от перенапряжений.

Напряжение, пропорциональное напряжению на входе реле, подается на АИМ мимо диодов защиты VD3, VD4, через резистор R4, корректор фазы СЗ, R2, R5, пропорционально-интегральный усилитель DA1, исправляющие угловую погрешность реле и корректирующие угол максимальной чувствительности (резистором R2).

АИМ представляет собою разнополярные ключи VT1, VT2, которые управля­ются от ШИМ через резисторы R13, RIO, R12. Через ключ VT2 коммутируется инвертированное на DA3 напряжение с DA1. Подстроечный резистор R13 позво­ляет регулировать длительности фронтов переключения ключей и тем самым компенсировать небаланс каналов АИМ разной полярности. Ключи АИМ работают непосредственно на ФНЧ

ФНЧ представляет собой активный фильтр с многоконтурной обратной связью и состоит из усилителя DА5, резисторов R22, R24, R26, конденсаторов С7, С9. Балансировка DA5 производится подстроенным резистором R32 и позволяет скомпенсировать небаланс по постоянной составляющей всего канала преобразования ШИМ-АИМ. Параметры ФНЧ выбраны такими, что его собственный переходный процесс носит апериодический характер. ФНЧ далеко не полностью сглаживает кривую измеренной мощности, он только снимает высокие гармоники, возникшие в результате импульсных преобразований. Выходной сигнала ФНЧ состоит из постоянной и переменой составляющих, причем доля постоянной составляющей тем выше, чем ближе угол между током и напряжением, подводимыми к реле, к углу максимальной чувствительности.

Измерительная часть реле представляет собой последовательно включенное одновходовой компаратор, интегратор и пороговый элемент. Такое исполнение из­мерительной части позволяет уменьшить зависимость мощности срабатывания реле от угла между током и напряжением, подводимыми к реле.

Компаратор, сравнивающий выходной сигнал ФНЧ с заданный порогом, вы­полнен на операционном усилителе DA7, резисторах R21, R25, R30, R31, R33-R37. Чувствительность компаратора, определяющая уставку реле, ступенчато изменяется с помощью переключателей SB1-SE6.

Интегратор состоит из операционного усилителя DA8, резистора R38 и конденсатора Сl4. Полярность выходного напряжения интегратора зависит от соот­ношения длительностей импульсов и пауз выходного сигнала компаратора. Интег­ратор находится в равновесии при их равенстве, что соответствует равенству ус­тавки и постоянной составляющей сигнал ФНЧ. При малейшем превышении над уставной происходит выход интегратора на насыщение срабатывания, срабатыва­ет пороговой элемент, состоящий из транзистора VT3, резисторов R39, R41, дио­да VD10 и стабилитрона VD7. Срабатывает реле К.

Получение необходимого коэффициента возврата обеспечивается специальной цепочкой VD2-R42, с помощью которой изменяется уровень уставки на компа­раторе после открытия транзистора VT3.

Питание реле мощности осуществляется от параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилизаторах VD8, VD9, резисторах R40, R43, R45, R46 и на конденсаторах Cl5, С16. Резисторы R43, R46 ограничивают также ток через обмотку реле К. Диод VD11 ограничивает перенапряжения на транзис­торе VT3. Диод VD13 предупреждает повреждения при неверной полярности опе­ративного напряжения. Варистор RV1 и конденсатор С17 защищают схему от вы­сокочастотный помех и перенапряжений. Для исключения ложной работы реле при подаче и перерывах питания предусмотрена цепь из резисторов R27, R28, ди­ода VD6 и конденсатора С10, временно блокирующая при подаче питания после перерыва вход 2 усилителя DA5.

 

Проверка электрических характеристик реле

 

Cxeмa для проверки реле приведена на рис.32. Переменное напряжение по­дается на выводы 13-15, ток на выводы 10-12. Плюс постоянного напряжения подается на зажим 19. Постоянное напряжение должно быть регулируемым в диапазоне 175-240 В.

В зависимости от того, в качестве минимального или в качестве максимально­го предназначено работать реле, соответственно проводится и его проверка.

Реле минимальной мощности проверяется из исходного состояния большой нагрузки - ток равен номинальному; реле максимальной мощности - из состояния минимальной нагрузки. Минимальное и максимальное исполнения имеют небольшое различие в номинале резистора R42 и. как следствие, в коэффициен­тах возврата.

Выставляется рабочая уставка реле. Для этого расчетным путем определяются переключатели, которые должны быть в выступающем положении исходя из формулы

 

 

 

где U_уст   - сумма чисел (вольт) на шкале уставок, шлицы переключателей кото­рых и горизонтальном положении, В;

Р_уст  - заданная уставка, В-А;

I        - условное напряжение, соответствующее минимальной уставке реле;

I_ном. - номинальный ток реле, А.

Измеряют параметры срабатывания и возврата реле на рабочей уставке, eсли необходимо, то ycтавка дополнительно регулируется с помощью сопротивления R6.

Определяет коэффициент возврата, обращая внимание на отсутствие дребезга при переключениях контактов реле.

Измерения повторяются при пониженном до 176 В и повышенном до 240 В оперативном напряжении.

Если в результате проверки выявлены отклонения от паспортных данных, то необходимо провести поэлементную проверку реле.

На реле подаются переменное напряжение, ток и оперативное напряжение. Про­веряют временные диаграммы узлов реле. Проверяют напряжения в контрольных точках, приведенные в табл. 15.

Проверка, ШИМ. Проверяют работу генератора пилообразного напряжения на резисторе R9 со стороны DA6. Балансировки напряжения производится с помо­щью резистора R16. Затем проверяют эпюру напряжения на выходе DA2. Регули­ровать работу ШИМ можно, изменяя величину R6. При этом меняется глубина модуляции ШИM и коэффициент передали по каналу измерения тока, однако ме­няется и уставки реле.

 

Таблица 15

Потенциалы в контрольных точках схемы реле относительно точки ХР4, В

 

Режимы реле	Точка ХР1	Точка ХР2	Точка ХР3	Точка ХР4	Точка ХР5	Точка ХР6
Uвх = 0 Iвх = 0	0	0	- (10 – 17)* + (10 – 17)**	- (10 – 17)* + (10 – 17)**	+ (12,8 – 17,2_	- (12,8 – 17,2_
Uвх = 100В Iвх = 0,21Iном   j  = 0	+ 0,2* - 0,2*	По рис. 29 для выхода Е3	- (10 – 17)*  + (10 – 17)**	- (10 – 17)* + (10 – 17)**	+ (12,8 – 17,2_	- (12,8 – 17,2_

 

* Для реле, предназначенной к использованию в качестве минимального.

** Для реле, предназначенной к использованию в качестве максимального.

 

Проверка АИМ. Проверяют напряжение на выходе АИМ (точка ХР2), Предельные величины положительных it отрицательных импульсов этого напряжения дол­жны быть равны. Балансировка в некоторых пределах возможна путем изменений сопротивления R13. С помощью R2 корректируется величина угла максимальной чувствительности реле.

Проверка ФНЧ. Проверяют напряжение на выходе ФНЧ (точка XP1), постоян­ная составляющая при любой мощности должна выглядеть на экране осциллоско­па сглаженной. Пульсации могут быть заметны при емкостном входе осциллоско­па и большем усилении.

Проверка исполнительного органа проверяют и при необходимости настраи­вают электромеханическое выходное реле

Для обеспечения доступа к контактам выходного реле можно освободить креп­ление печатной платы и отвести плату в сторону.

Следует проверить зазоры размыкающих и замыкающих контактов, которые должны быть не менее 0,8 мм. Совместный ход - 0,4-0,6 мм. Регулировка зазоров производится изменением изгиба упорных пластин.

Измеряют напряжение срабатывания реле (подав на измерительного вход напряжение больше уставки) между точками 4 и 7 печатной платы, изменяя напряжение на входных зажимах реле 19-21. Напряжение срабатывания реле К не дол­жно превышать 60 В. Напряжение возврата не нормируется, но должно превы­шать нулевое значение.

При исправном реле, если тем не менее оно не управляется от схемы исполни­тельного органа, следует проверить исправность триода VT3 н диодов VD7, VD10, VDll, VDl2.