Ступенчатыми характеристиками

Блок задержки 53 служит для задержки импульсов, поступающих на его вход от задающего генератора, на время, регулируемое в широких пределах. Блок формирования БФ вырабатывает прямоугольные импульсы регулируемой длительности. Усилитель мощности УМ предназначен для увеличения амплитуды импульсов до необходимого значения и для согласования блока формирования импульсов с нагрузкой. Ступенчатый аттенюатор СА позволяет уменьшить амплитуду выходных импульсов в 100—1000 раз. Импульсы с выхода аттенюатора поступают на отдельное гнездо. Измеритель амплитуды импульсов ИА служит для измерения установленного значения амплитуды выходных импульсов и представляет собой импульсный электронный вольтметр.

Низкочастотный генератор шума (Г2-47) строится по схеме прямого усиления шумовых сигналов, получаемых от полупроводникового диода в диапазоне 0—20 кГц. Усиление сигнала осуществляется транзисторными усилителями, между которыми включены полосовые фильтры, формирующие поддиапазоны частот 250—3500 Гц и 40—12 000 Гц. Выходной усилитель мощности с переключаемой обратной связью обеспечивает выход сигнала на нагрузки 6, 60 и 600 Ом. Предусмотрен ступенчатый аттенюатор до 100 дБ и вольтметр, шкала которого про-градуирована в среднеквадратических значениях напряжения. Неравномерность спектра «белого» шума не более 2 дБ.

2Г401Б — вырабатывает шум в диапазоне частот до 80 МГц. Полосовой усилитель с полосой 63—77 МГц соединен со смесителем, на второй вход которого подано напряжение гетеродина, работающего на частоте 70 МГц. В результате на выходе смесителя получаются два сигнала разностных частот, лежащих выше и ниже частоты гетеродина. Частотный диапазон каждого из них 0—7 МГц. Оба сигнала суммируются и поступают на фильтры нижних частот, формирующие рабочие полосы поддиапазонов 0—20 кГц, 0—600 кГц или 0—6,5 МГц. Низкочастотные составляющие 0—15 Гц подавляются в последующем видеоусилителе, с выхода которого сигнал поступает на ступенчатый аттенюатор и вольтметр. Выходное сопротивление 50 и 600 Ом. Выходное напряжение регулируется в пределах 3 мкВ — 1 В плавно и ступенями через 10 дБ при внешней нагрузке не менее 10 кОм.

щего элемента. Изменение величины опорного напряжения позволяет плавно измерять уровень выходного напряжения в сравнительно небольших пределах. Для установки требуемого уровня выходного напряжения или мощности в широком диапазоне его изменения служит обычно выходной плавный или ступенчатый аттенюатор с электрическим управлением. В диапазоне радиочастот в качестве управляемых элементов плавного аттенюатора применяются управляемые полупроводниковые резисторы, в том числе терморезисторы и фоторезисторные оптроны, а также полупроводниковые диоды и транзисторы. В СВЧ-диапазоне широко применяются плавные аттенюаторы на pin-диодах. Ступенчатые аттенюаторы выполняются в виде Т-, П- или Г-образных звеньев из прецизионных резисторов, они являются наиболее точными, но имеют малое быстродействие, так как для их переключения используются электромеханические реле.

Ступенчатый аттенюатор

Усилитель мощности предназначен для увеличения амплитуды основных импульсов до необходимого значения, изменения их полярности, а также для согласования схемы формирования основных импульсов с нагрузкой. Усилитель позволяет плавно изменять амплитуду импульсов в несколько раз. Для получения импульсов малой амплитуды служит ступенчатый аттенюатор, ослабляющий сигнал на 40 ... ...100 дБ.

Ступенчатый аттенюатор Выход

Измеряемый сигнал подается на вход преобразователя полных сопротивлений через входной делитель, где переход с одного плеча на другое осуществляется на пределе 1 В. Далее сигнал поступает на ступенчатый аттенюатор и подается на вход широкополосного усилителя, в котором проводят частотную коррекцию по всем поддиапазонам измерения. Детектором милливольтметра служит пентод в диодном включении. Чувствительность детектора 190 мВ при допускаемом коэффициенте амплитуды 4. Калибратор прибора собран как отдельный узел, частота повторения импульсов 1 кГц, выходное напряжение 100 мВ.

Приемник измерительный (ИП) представляет собой супергетеродинный измерительный приемник, усиление которого калибруется по внутреннему шумовому генератору. Исследуемый сигнал для измерения мощности подается на вход приемника и через коаксиально-спи-ральную линию калибровочного генератора поступает на первый преобразователь, включающий в себя преселектор, смеситель и клистрон-ный гетеродин. Затем преобразованный в напряжение первой промежуточной частоты (100 МГц) сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты, где усиливается и повторно преобразуется в частоту 30 МГц. Сигнал второй промежуточной частоты 30 МГц через ступенчатый аттенюатор подается на вход главного усилителя промежуточной частоты. Усиленное напряжение подается на квадратичный, линейный и модуляционный детекторы. Квадратичный детектор позволяет измерять мощность синусоидального сигнала. Линейный детектор позволяет производить индикацию пикового значения напряжения AM и ИМ сигналов. Модуляционный детектор с модуляционной схемой позволяет измерять сигналы малой мощности.

Исследуемый сигнал для измерения мощности подается на вход ИП и через коаксиально-спиральную линию калибровочного генератора поступает на первый преобразователь, включающий в себя пресе-лектор, смеситель и клистронный гетеродин. Затем преобразованный в напряжение первой промежуточной частоты (100 МГц) сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты, где усиливается и повторно преобразуется в частоту 30 МГц. Сигнал второй промежуточной частоты (30 МГц) через ступенчатый аттенюатор подается на вход главного усилителя промежуточной частоты. Усиленное напряжение подается на квадратичный, линейный и модуляционный детекторы.

Для измерения мощности исследуемый сигнал подается через волновод калибровочного генератора на первый преобразователь, который состоит из преселектора, смесителя и клистронного гетеродина. Затем преобразованный в напряжение первой промежуточной частоты (200 МГц) сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты (УПЧ-1), где усиливается и повторно преобразуется в частоту 30 МГц. Сигнал второй промежуточной частоты через ступенчатый аттенюатор подается на вход главного усилителя промежуточной частоты. Усиленное напряжение второй промежуточной частоты подается на квадратичный, линейный и модуляционный детекторы. Квадратичный детектор позволяет измерять мощность синусоидального сигнала. Линейный декектор позволяет производить индикацию пикового значения напряжения ИГ, AM, ИМ сигналов. Модуляционный детектор с модуляционным устройством позволяет измерять сигналы малой мощности.

Ступенчатый аттенюатор собран на П-образных ячейках.

Выдержки времени рассматриваемых защит в функции расстояния от места их включения до точки КЗ могут иметь ступенчатый ( 1.3, а), плавный или зависимый ( 1.3,6) и ступенчато-плавный или комбинированный ( 1.3, в) вид. Под выдержкой времени на практике обычно понимается не уставка на органе выдержки времени, а полное время срабатывания защиты до момента подачи отключающего сигнала на выключатель. В нашей стране для сетей напряжением 35 кВ и выше обычно используются защиты со ступенчатыми характеристиками с числом ступеней три, иногда четыре. В распределительных сетях более низких напряжений применяются и другие исполнения, например при необходимости сочетать их с за-

щитами, выполняемыми плавкими предохранителями, имеющими плавные характеристики выдержек времени. Преимуществом защит со ступенчатыми характеристиками по сравнению с другими является более простое выполнение измерительных органов. Поэтому ниже основное внимание уделяется именно таким защитам.

Типичными являются защиты со ступенчатыми характеристиками t—f(l). Током срабатывания защиты, или ее отдельных ступеней /с,3 обычно называется минимальный ток в фазах линии, при котором защита (ее ступень) может срабатывать. Уточнение этого определения дано в § 5.2. Логическое уравнение, характеризующее работу трехступенчатых токовых ненаправленных защит (см. гл. 1), имеет вид у=/с,зАП+/ЗД11+/"зАШ1, для токо-i вых направленных защит y=Sll,3D\l +S/"-Atn +S/l"DJu или при общем OHM y=S(ll.J)?+I?,9p?l+I™aD*tlu )'. Действие токовой защиты рассматривается в первую очередь на примере ее применения для радиальной сети с односторонним питанием ( 5.1, а). Устройства защиты включаются только со стороны питания всех элементов и могут действовать на отключение своих выключателей. Примерные характеристики выдержек времени защит /', 2' и У

Оценка и области применения защиты. Основным преимуществом защиты является ее простота, особенно при использовании реле тока с ограниченно-зависимыми характеристиками, работающими на оперативном переменном токе. Она широко применяется в распределительных сетях с f/HOM^10 кВ и для защиты токоприемников (например, двигателей). Для последних она выполняется без выдержки времени. В сетях она дополняется токовой отсечкой (см. § 5.5), часто встраиваемой в реле тока с выдержкой времени для ускорения отключения наиболее тяжелых для системы КЗ, возникающих вблизи места включения защиты. Максимальные токовые защиты являются также, как указывалось выше, последними (III) ступенями защит со ступенчатыми характеристиками выдержки времени. С таким назначением они иногда используются совместно с то-ковыми направленными защитами и в сетях более сложной конфигурации, иногда даже с несколькими источниками питания. Однако часто полной селективности при внешних КЗ они обеспечивать уже не могут.

В Советском Союзе методам расчета токовых направленных защит нулевой последовательности, учитывающим все перечисленные их особенности, было уделено особенно большое внимание, начиная примерно с 1940 г., когда было принято решение ориентироваться на их применение в сетях с Е/ном^ПО кВ для действия при КЗ на землю вместо дистанционных защит, которые в те годы не имели удачных исполнений для работы при этом виде КЗ. Рассматриваемые защиты, как уже отмечалось, и в настоящее время широко применяются в указанных сетях как резервные, а иногда и как основные со ступенчатыми характеристиками выдержки времени.

Практически работа дистанционных защит при КЗ определяется не.только расстоянием / до места повреждения, но и рядом других искажающих факторов — переходными сопротивлениями Rn, наличием между местами их включения и КЗ источников питания и нагрузок, сдвигами по фазе между ЭДС источников питания, неоптимальным сочетанием воздействующих величин органов сопротивления и т. д. Учет этих факторов производится ниже, причем он во многом облегчается благодаря проведенному в гл. 5 подробному рассмотрению поведения токовых направленных защит, также выполняемых со ступенчатыми характеристиками выдержки времени.

Принципы выбора параметров защит со ступенчатыми характеристиками 1=1(1) были уже рассмотрены в гл. 5. Применительно к трехступенчатым дистанционным защитам выбору подлежат времена tl, t11, tlu и сопротивления Zc,3, Zc'a и Zj". Времена устанавливаются полностью так же, как для токовых направленных защит: у первой ступени — Р (без выдержки времени), у второй — tn, для вторых ступеней всех защит они одинаковы и часто равны ~0,5 с, у третьей ступени — tlu, они выбираются по встречно ступенчатому принципу. Выбор Zc>3 имеет некоторые особенности, рассматриваемые ниже на примере защиты 1 сети на 6.2, в, предназначенной для действия при многофазных КЗ, с включением ИО сопротивления на междуфазные напряжения и разности фазных токов.

С учетом изложенного на практике объединенные защиты иногда применяют для менее ответственных сетей, где, однако, необходимо отключение КЗ в любых местах участков без выдержки времени. Это объединение относится только к дистанционным защитам от многофазных КЗ. Направленные ВЧ защиты от КЗ на землю выполняются при этом отдельными комплектами нулевой или обратной последовательности с ВЧ блокировкой и могут объединяться с токовыми направленными защитами нулевой последовательности со ступенчатыми характеристиками выдержек времени (см. гл. 5).

Защита широко применяется в отечественной практике в виде защиты нулевой последовательности от /С(1> и /С(1>1) параллельных цепей линий с L/ном^НО кВ в сетях, имеющих заземленные нейтрали трансформаторов (автотрансформаторов), с использованием ОТ и OHM токовых направленных защит со ступенчатыми характеристиками выдержки времени (см. гл. 5). При наличии заземления только с одной стороны линий защита может использоваться лишь с противоположной стороны линий, примыкающих к трансформаторам с изолированными нейтралями. Применение рассматриваемой защиты облегчает также согласование II ступеней токовых и токовых направленных защит нулевой последовательности (см., например, [36]).

Системы с рассматриваемыми линиями работают обычно с малыми запасами по устойчивости. Поэтому в качестве основных на линиях всегда предусматриваются наиболее быстродействующие продольные защиты —направленные с ВЧ блокировкой (см. гл. 6), собственное время срабатывания которых не превосходит 0,02 с. К резервным защитам со ступенчатыми характеристиками выдержки времени, обеспечивающим ближнее и дальнее резервирование, также предъявляется требование отключения КЗ на защищаемом участке без выдержки времени. Для этого они снабжаются устройствами, осуществляющими передачу отключающих и разрешающих ВЧ сигналов. Большие работы по созданию систем телеотключения были проведены во ВНИИЭ (В. С. Скитальцевым и др.). Они привели к выпуску промышленностью аппаратуры телеотключения вначале типа ВЧТО, а в дальнейшем — более совершенных систем (АНКА — АВПА), используемых на практике. На линиях сверхвысоких напряжений всегда предусматриваются устройства ОАПВ, обеспечивающие при /С(1) отключение на участке только одной поврежденной фазы, ее автоматическое повторное включение и отключение всех трех фаз при неуспешности последнего. Поэтому к защите линий предъявляется требование обеспечения действия в случае возникновения КЗ в цикле ОАПВ на оставшихся в работе двух фазах. Существующие направленные защиты с ВЧ блокировкой для этой цели оказываются непригодными (см. гл. 7). Значительно более четко функционирует продольная дифференциально-фазная защита с ВЧ блокировкой (см. гл. 8). Поэтому предусматривается в цикле ОАПВ временный перевод направленной защиты в упрощенную дифференциально-фазную с постоянной циркуляцией блокирующего сигнала. Для тех же целей используются и избирательные органы устройств ОАПВ.

Использование отключающих сигналов для защит линий. Ниже оно рассматривается применительно к направленным защитам со ступенчатыми характеристиками вы-