Каждое устройство РЗ должно обнаружить и дать команду на отключение силового выключателя. Оно имеет три структурные части (см. рис. 1.1): измерительную (реагирующую), логическую (оперативную), управляющую (исполнительную).
Измерительная часть (ИЧ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием защищаемого объекта и, реагируя на появление в нем повреждения (или ненормального режима), срабатывает и выдает дискретные сигналы на вход логической части (ЛЧ), приводящие ее в действие.
В качестве контролируемых величин (входных сигналов) служит, в зависимости от вида РЗ, ток или (и) напряжение защищаемого объекта. Эти величины в установках с рабочим напряжением выше 1000 В подводятся к измерительной части защиты через измерительные трансформаторы тока ТА и напряжения TV.
Логическая часть (ЛЧ) воспринимает дискретные сигналы ИЧ, производит с помощью логических элементов (реле) по заданной программе логические операции и подает выходной сигнал о срабатывании РЗ на управляющую часть (УЧ).
Управляющая (исполнительная) часть (УЧ) служит для усиления сигнала ЛЧ до значения, необходимого для отключения выключателя и приведения в действие других устройств, поскольку сигналы ЛЧ (особенно при выполнении ее на полупроводниковых элементах) обычно имеют недостаточную мощность, и для размножения сигнала ЛЧ.
Источник питания (ИП). Для приведения в действие элементов ЛЧ и УЧ, подачи команды на отключение выключателей, а также для питания полупроводниковых элементов ИЧ и ЛЧ предусматривается специальный источник стабильного напряжения.
Элементные базы. В практике современного релестроения используются три типа элементных баз:
электромеханическая, которая может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов РЗ в виде электромеханических реле;
полупроводниковая, которая может использоваться для осуществления всех функциональных частей и органов РЗ в виде полупроводниковых элементов, аналоговых и цифровых микросхем;
микропроцессорная, которая может использоваться для осуществления измерительной и логической частей РЗ на базе микроЭВМ или многопроцессорных систем, основным элементом которых являются микропроцессоры.
Основные элементы РЗ. Устройство РЗ состоит из реле, соединенных между собой по определенной схеме.
Реле, условно показанное на рис. 1.2,а, представляет собой автоматически действующий аппарат, реагирующий на изменение подводимой к его входу электрической величины Х (тока, напряжения или их функций). При определенном значении входной величины Х, называемой параметром срабатывания Х с.р, реле приходит в действие – срабатывает. При этом на его выходе скачком появляется выходной сигнал (обычно в виде напряжения или тока), воздействующий на подключенную к выходным зажимам реле цепь управления каким-либо устройством. Например, другим реле или приводом силового выключателя.
В технике РЗ длительное время применяются реле с коммутирующими контактами – электромеханические, имеющие подвижные части. В последние годы широкое распространение получают более совершенные реле – бесконтактные, статические без подвижных частей, выполняемые на полупроводниковых элементах. У первых при срабатывании подвижная система приходит в действие, контакты К замыкаются (рис. 1.2,б) и подают на управляемую ими цепь напряжение U п от специального источника питания (ИП). Под действием этого напряжения в управляемой цепи возникает ток I у. У вторых (бесконтактных) реле при срабатывании на выходе реле возникает сигнал в виде напряжения U вых, вызывающий появление тока в управляющей цепи (рис. 1.2,в). На рис. 1.2,г приведена характерная для обоих видов реле зависимость выходного сигнала Y от входного Х: Y = f (X), которая называется проходной характеристикой. Входной сигнал, при котором реле срабатывает, обозначен Х с.р.
Если после срабатывания реле Х начнет уменьшаться (пунктирная линия на рис. 1.2,г), то до некоторого значения Х в.р Y остается неизменным. Но как только Х станет равным Х в.р, выходной сигнал скачком снижается до начального уровня Y н, и реле возвращается в исходное состояние. Значение Х в.р называется величиной возврата реле.
Скачкообразное изменение выходного сигнала в реле называют дискретным, а проходную характеристику – релейной. Входной сигнал Х может быть непрерывным или дискретным.
Виды реле. Элементы ИЧ. Измерительная часть состоит из измерительных реле (ИР), называемых также измерительными органами РЗ (ИО). На вход ИО непрерывно подается один, два или несколько входных сигналов в виде тока или напряжения (I р и U р) защищаемого объекта, дающие информацию о его состоянии. Измерительный орган срабатывает, если входные сигналы фиксируют появление повреждения. Условие срабатывания ИО записывается в виде уравнения U вых = f (I р, U р). Проходная характеристика ИО имеет релейный характер (рис. 1.2, г). Выходной сигнал имеет два дискретных значения, соответствующих действию и недействию ИО.
В качестве ИО применяются реле тока, напряжения, сопротивления и др. Измерительные реле, действующие при возрастании величины, на которую они реагируют (например, тока), называются максимальными, а при снижении этой величины - минимальными.
По способу включения на ток и напряжение сети измерительные реле делятся на вторичные – включаемые на ток I и напряжение U защищаемого участка через измерительные трансформаторы тока ТА и напряжения TV (рис. 1.3, а,б), и первичные - включаемые непосредственно на первичные токи и напряжения (рис.1.3, в,г).
Вторичные реле имеют существенные преимущества по сравнению с первичными – они изолированы с помощью измерительных трансформаторов от высокого напряжения, располагаются в удобном для обслуживания месте на безопасном расстоянии от оборудования высокого напряжения, могут выполняться стандартными на одни и те же номинальные токи 5 или 1 А и номинальное напряжение 100 В вторичных обмоток измерительных трансформаторов, независимо от напряжения и тока первичной цепи защищаемого объекта.
Элементы ЛЧ. Логическая часть состоит из типовых элементов (реле) различного назначения: органов логики (ОЛ), выполняющих типовые логические операции; элементов времени (ЭВ) или органов времени (ОВ), создающих выдержки времени; органов памяти (ОП), продлевающих действие кратковременного сигнала; сигнальных органов (СО), подающих сигналы о действии РЗ или ее отдельных органов. По характеру выполняемых функций эти реле называются логическими или вспомогательными (в отличие от ИО, которые считаются основными).
Элементы исполнительной части. В контактных схемах функции усиления выходных сигналов и размножения сигналов выполняются промежуточными электромеханическими реле с контактами, способными замыкать цепь тока до 5-10 А электромагнитов отключения (ЭО) выключателей или других устройств. В бесконтактных схемах эти функции выполняются с помощью промежуточных реле или посредством тиристорных схем управления.
