Требования к современному проверочному оборудованию. Источник тока: диапазон, мощность, напряжение.

Для измерения величин срабатывания и возврата различных устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА) проверочное оборудование должно обладать возможностью регулирования в широких пределах тока, напряжения, частоты и фазы.

Все устройства РЗиА выполнены на номинальный вторичный ток (I_( н)), равный 1 А или 5 А. Рабочий диапазон токов таких устройств лежит в пределах от 0,02I_( н) до 40I_( н). Следовательно, диагностическая система должна регулировать выходной ток от 10 мА до 210 А, а с учетом запаса на поиск срабатывания – до 250 А.

Таким образом, одним из основных требований к проверочному оборудованию является обеспечение тока с кратностью регулировки до 25 000.

С точки зрения реализации это сложная задача. В отличие от калибратора диагностическое устройство должно производить изменение тока мгновенно с целью имитации аварийных режимов. При создании испытательного комплекса РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» данная задача была решена следующим образом: в прибор были встроены шесть источников тока, каждый из которых имеет максимальное значение выходного тока – 36 А. Различные комбинации соединения каналов позволяют получить ток до 72 А в трехфазном и до 216 А в однофазном режимах работы. Данные диапазоны дают возможность проверить весь перечень устройств РЗА одно- и пятиамперных, в том числе и сложных современных дифференциальных микропроцессорных (МП) защит трансформаторов.

Выходное напряжение источников тока напрямую зависит от величины нагрузки, т.е. сопротивления проверяемых устройств. Для тестирования различных типов устройств РЗиА требуются разные уровни напряжения. В таблице 1 приведены значения выходного напряжения в зависимости от типа проверяемых устройств и номинального тока. Панели защит со встроенными микропроцессорными терминалами (МП) имеют сопротивление в среднем 0,1-0,15 Ом в каждой токовой цепи, в то время как сами терминалы – не более 50 мОм. Сопротивление полупроводниковых панелей (ПП) составляет 0,25-0,6 Ом в зависимости от номинального тока. Наибольшее сопротивление имеют электромеханические защиты (ЭМ). Например, широко распространенная панель ЭПЗ-1636 в пятиамперном исполнении в цепи фазы тока имеет сопротивление до 0,8 Ом, а в нулевой цепи – до 2,5 Ом (панель нового типа с РМ12). В одноамперном исполнении сопротивление полной цепи фаза-ноль варьируется в диапазоне от 20 до 100 Ом (панель старого типа с РБМ). Получается, что для тестирования устройств РЗиА всех поколений необходимо, чтобы проверочное оборудование обеспечивало выходное напряжение до 800 В при мощности в 20 кВА.

Таблица 1 – Значения выходного напряжения в зависимости от типа устройств РЗиА и номинального тока.

Однако, учитывая тот факт, что проверочное оборудование имитирует работу измерительного трансформатора тока, на практике столь большая мощность не требуется. В связи с этим максимальное выходное напряжение источника тока прибора РЕТОМ-61 составляет 34 В, что вполне достаточно для проверки выше перечисленных устройств РЗА. При необходимости можно увеличить значение выходного напряжения в два раза, подключив два источника тока последовательно, а применяя дополнительный блок однофазного преобразователя тока РЕТ-10, входящий в состав испытательного комплекса РЕТОМ-61, можно развить на нагрузке напряжение до 500 В или ток до 360 А (при этом выходная мощность определяется возможностями каналов тока прибора РЕТОМ-61).

Какая же выходная мощность источников тока требуется для проведения проверок различных типов устройств РЗиА? В качестве примера рассмотрим основные выходные параметры токового канала прибора РЕТОМ-61. На рисунке 1 представлены зависимости максимальных выходных значений тока, напряжения и мощности канала от сопротивления нагрузки. Для наглядности на оси сопротивлений условно показаны диапазоны нагрузок различных типов устройств РЗА: микропроцессорных, полупроводниковых, электромеханических панелей.

Рисунок 1. Зависимость основных параметров канала тока РЕТОМ-61 от сопротивления нагрузки.

На рисунке видно, что в диапазоне 0,3-2,0 Ом мощность достигает наибольших значений, т.е. в случае, когда это действительно необходимо – при тестировании пятиамперных электромеханических защит. Проверка одноамперных электромеханических панелей, имеющих сопротивление более 2 Ом, требует от проверочного оборудования высокого выходного напряжения, при этом величина тока ограничена выходным напряжением источника. Проверка МП защит обычно проводится током до 36 А при мощности до 200 ВА.

Таким образом, в идеале токовый канал проверочного оборудования должен обладать выходной мощностью до 1000 ВА. Комплекс РЕТОМ-61 имеет выходную мощность одного канала до 800 ВА, тогда как другие подобные устройства обеспечивают мощность канала на уровне 400 ВА.

Для обеспечения одновременной выдачи максимальной мощности шестью каналами тока (около 4,8 кВА) в прибор должен быть встроен очень мощный блок питания. Однако опыт эксплуатации прибора РЕТОМ-61 показал, что на практике чаще используются три канала тока в трехфазном режиме, имитирующие однофазные, двухфазные и трехфазные виды аварий. В данном режиме прибор выдает мощность до 2400 ВА, что обеспечивает проверку всех типов устройств РЗА. Использование пяти или шести каналов тока необходимо только при тестировании микропроцессорных терминалов, и в этом случае большая мощность не требуется. Таким образом, при создании прибора РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» найден разумный компромисс между весогабаритными параметрами и работоспособностью системы, позволяющей проводить полноценные проверки всех видов устройств РЗиА.

Далее рассмотрим зависимость выходного тока от нагрузки и то, как она влияет на точность работы канала. В отличие от идеальных источников тока реальные источники всегда имеют конечное внутреннее сопротивление. В нашем случае это различные схемы защиты от входных воздействий и контроля над параметрами выходного сигнала, фильтры и т.д. На рисунке 2 показана схема подключения нагрузки и перераспределение выходного тока между паразитным внутренним сопротивлением источника тока (R_в) и нагрузкой (R_н).

Рисунок 2. Перераспределение Iвых между внутренним сопротивлением источника тока (Rв) и нагрузкой (Rн).

Выходной ток вычисляется по формуле:

Следовательно, чем больше значение R_в, тем меньше изменение тока в нагрузке.

На рисунке 3 показан график зависимости тока в нагрузке от сопротивления для источника калибраторного типа, который обычно применяется в поверочных устройствах, подобных РЕТОМ-61.

Рисунок 3. Зависимости тока в нагрузке от сопротивления(R_пред = 100 Ом, R_к – сопротивление калибровки)

Суть работы источника калибраторного типа заключается в том, что заданное значение тока не должно зависеть от изменения нагрузки R_н. Например, значение сопротивления реле РТ-40 при срабатывании может измениться почти на 20%, при этом ток, протекающий через обмотку, меняться не должен, в противном случае параметры срабатывания реле будут определены неточно.

Для того, чтобы обеспечить корректную работу испытательного прибора, необходимо, чтобы ток менялся в пределах границ гарантированной точности (соответствующей на графике абсолютной точности ±δ% от заданной величины тока I_з) во всем диапазоне нагрузок. Если изменение тока выходит за рамки допускаемой погрешности при сопротивлении меньшем 100 Ом, то следует говорить о рабочем диапазоне нагрузки или приводить дополнительную погрешность от сопротивления. На рисунке граница R_пред рабочего диапазона нагрузок соответствует 100 Ом, поскольку типовое сопротивление различных устройств РЗиА не превышает данное значение. Следует заметить, что уменьшение рабочего диапазона нагрузок позволит заявить более высокую точность, но это повлечет за собой ограничение области применения прибора с точки зрения нагрузки. Прибор РЕТОМ-61 имеет рабочий диапазон нагрузки практически до 150 Ом, что позволяет отстроиться от влияния сопротивления проверяемого объекта. Однако следует учитывать, что если сопротивление достаточно большое, то величина выходного тока будет ограничена, в этом случае при достижении максимального значения напряжения прибор выдаст предупреждающее сообщение о несоответствии выходного тока заданной величине.

В заключение, следует отметить, что в статье рассматривалась диагностика вторичных устройств РЗиА. Ток первичной цепи может достигать 25 кА и более, но это отдельный вопрос, требующий дальнейшего рассмотрения.