Существующие типы релейных защит с применением электромеханической аппаратуры обладают определенными недостатками, присущими этим аппаратам:
1) квадратичная зависимость рабочего момента от тока или напряжения на подвижной части реле. Это создает ограниченный диапазон допустимых значений управляющих величин;
2) низкий коэффициент использования ампер-витков при значительных воздушных зазорах;
3) вибрация контактов;
4) сравнительно большая потребляемая мощность электромеханических реле. Например, поляризованные реле имеют мощность срабатывания 10-8—10-5 Вт, а электромагнитные реле 10—10- 3 Вт.
Использование реле постоянного тока с применением выпрямителей позволило бы значительно повысить чувствительность устройств защиты. Но необходимо иметь в виду, что переход на выпрямленные токи создает дополнительные трудности вследствие нелинейных вольт-амперных характеристик вентилей и необходимости сглаживания пульсаций.
Наиболее перспективным направлением в разработке новых типов релейной защиты является широкое применение бесконтактных магнитных и полупроводниковых приборов.
Рис. 72-1. Принципиальная схема максимальной токовой защиты на полупроводниках
Рис. 72-2. Принципиальная схема защиты, реагирующей на направление мощности на полупроводниках
Пример максимальной токовой защиты на полупроводниках изображен на рис. 72-1. Для исключения влияния нелинейности вентилей применен промежуточный трансформатор Тр, повышающий напряжение на вторичной обмотке, в качестве индикатора — контур R1—С—R2. Возрастание тока в первичной цепи трансформаторов тока ТТ повышает напряжение на вторичной обмотке трансформатора и на конденсаторе С. При определенном уровне первичного тока и заданного времени напряжение на конденсаторе поднимается до величины, при которой открывается динистор Дн. Через управляющий электрод тиристора Т проходит ток разряда конденсатора С, тиристор открывается и включает отключающую катушку ОК. Таких элементов с различным током срабатывания и различной выдержкой времени может быть несколько. Сопротивление Rп служит для создания постоянной нагрузки в цепи вторичных обмоток трансформатора тока.
Пример реле направления мощности на полупроводниках изображен на рис. 72-2. В качестве органа направления мощности применена схема сравнения с согласным включением выпрямительных групп (схема с циркулирующими токами — блок I).
Для сглаживания выпрямленных токов применен фильтр (блок II).
В качестве исполнительного органа применен нуль-индикатор (блок III). Основными элементами этой схемы являются: 1) усилитель постоянного тока на триодах П1 и П2 (тип П13А); 2) поляризованные реле РП (тип РП-7); 3) стабилизирующая цепь из диода Д4 и стабилитрона Д5.
Схема нуль-индикатора работает следующим образом. Между зажимами 3 и 4 устанавливается стабилизированное напряжение (около 12 в). Триод П1 при отсутствии входного сигнала со стороны зажимов 1—2, открыт током, протекающим по цепи сопротивления R12 — эмиттер — база триода П1 — сопротивление R8. Усиленный ток базы протекает по цепи сопротивления R12 — эмиттер — коллектор триода П1 — сопротивление R9. Если принять за нуль потенциал точки 4, то потенциал точки 3 будет около 0,2 в и база триода П2 будет положительной по отношению к его эмиттеру.
Если на вход нуль-индикатора подается сигнал с положительным потенциалом на зажиме 2, то триод П остается открытым и ничего не изменится. Если же будет подан сигнал обратной полярности и база триода П1 окажется под положительным потенциалом, то ток в базе триода Π1 уменьшится и триод будет закрываться. При определенной величине сигнала потенциал точки 5 окажется отрицательным по отношению к потенциалу точки 6 и входной триод П2 начнет открываться. При этом потенциал точки 7 становится более положительным. Это усиливает закрытие триода П1 и открытие триода П2. 1аким образом, триоды П1 и П2 работают в ключевом режиме, что обеспечивает четкую работу выходного поляризованного реле РП.
Разумеется, возможности применения бесконтактных элементов в релейных защитах не ограничиваются рассмотренными примерами.
В настоящее время релейная защита на бесконтактных элементах еще не получила широкого применения. Как во всяком новом деле, возникают определенные трудности при ее внедрении, но эта защита перспективна и в дальнейшем можно ожидать ее широкое применение.
Дело в том, что защита на полупроводниках может быть выполнена с малыми токами питания, а это позволяет защиту питать не от трансформаторов тока, а от индуктивных датчиков.
Индуктивные датчики представляют катушки без ферромагнитного сердечника, располагаемые на некотором расстоянии от токоведущих шин высокого напряжения. На индуктивные датчики действует магнитное поле, пропорциональное проходимому по шине току, и электрическое поле. Последнее устраняется при помощи заземленных экранов.