Additionally

Тема.1

«Види релейного захисту та автоматики (структура, база, алгоритми та характеристики)»

1.1 СТРУКТУРА І БАЗА

Пристрої релейного захисту, як правило, містять три основних частини вимірювальну, логічну і вихідну. У вимірювальну частину входять вимірювальні і пускові органи захисту, які впливають на логічну частину при досягненні контрольованих електричних параметрів (струму, напруги, потужності, опору) значень (уставок), використовуються стандартні для такого об'єкта. Логічна частина складається з окремих перемикаючих елементів і органів витримки часу, які при певній дії (спрацювання) вимірювальних і пускових органів, відповідно до закладеної в логічну частину програмою, запускають вихідну частину. Вихідна частина пов'язує релейний захист з ланцюгами управління комутаційними апаратами (вимикачами) і пристроями передачі команд по каналах зв'язку і телемеханіки. Вихідні органи захисту мають на виході перемикають елементи достатньої потужності, що забезпечують роботу ланцюгів керування. До останнього часу всі органи релейного захисту виконалися тільки на базі електромеханічних реле. Необхідні витримки часу створювалися в логічній частині захистів такого виконання за допомогою годинникових механізмів, керованих електромагнітними пристроями. Поряд з вартовими механізмами для тієї ж мети застосовуються електромагнітні реле з магнітною затримкою відпадання і спрацьовування якоря.

Для отримання реле з залежною характеристикою витримки часу так само використовувалися механічні системи з приводом, що діють на індукційному принципі. Швидкість руху таких механізмів залежить від значення струму, в обмоткам реле Однак електромеханічна апаратура морально і фізично застаріла, не дозволяє отримати високої точності, швидкодії, виконати складні характеристики, і тому, потребує заміни. Для підтримки робочого стану захисту можуть знадобитися значні трудовитрати на технічне обслуговування. Електромеханічна апаратура займає багато місця і вимагає великої кількості електротехнічних матеріалів. Значне споживання енергії вимагає потужних джерел живлення оперативним струмом, а також великої потужності вимірювальних трансформаторів струму і напруги. Нерідко нові вимоги до релейного захисту не можуть бути задоволені через недосконалість апаратури, що містить електромеханічні пристрої. Стало очевидним, що використання електромеханічних пристроїв затримують подальший розвиток техніки релейного захисту, як в якісному, так і в кількісному відношенні. Один з можливих виходів із ситуації відкрився завдяки успіхам сучасної напівпровідникової схемотехніки, а в першу чергу - створення інтегральних мікросхем, які і стали основою для створення нового покоління релейного захисту.

Інтегральні мікросхеми належать до категорії електронних пристроїв середнього ступеня інтеграції, що реалізують одну або кілька однорідних функцій. В останні роки електронна промисловість почала випускати багатоцільові, так звані великі інтегральні схеми універсального призначення. В даний час розроблено і випускається значна кількість приладів середнього ступеня інтеграції, на яких побудовано сучасні мікроелектронні пристрої захисту. Ці пристрої орієнтовані на виконання відразу декількох функцій, що спрощує і здешевлює монтаж, економить місце на панелях і в шафах РЗА. Другий напрямок розвитку РЗА - мікропроцесорні пристрої, що володіють ще більш високою ефективністю, проте вартість їх значно перевищує вартість мікроелектронних. Тому останні знаходять попит у випадках, коли до пристроїв не пред'являються високі вимоги в точності і багатофункціональності.

Необхідні функції мікроелектронних пристроїв РЗА реалізуються за допомогою так званих логічних елементів. Уявімо собі такий ідеальний логічний елемент у вигляді деякого перемикаючого пристрою, що володіє декількома входами Х1, Х2, Х3.,. . , Хn і одним виходом Y.

За початковий стан елемента приймемо такий, коли на його вхід подані нульові сигнали і коли його перемикання відбувається після надходження на його входи деякого поєднання одиничних сигналів. Такі елементи звуться елементами бінарної логіки. Якщо в початковому стані до елементів підводяться поодинокі сигнали, то їх називають елементами "нульової", або "негативної" логіки. У наших прикладах розглядаються елементи "позитивної" логіки.

Операції АБО

У ідеального елементу, що забезпечує виконання операції АБО при нульових сигналах на всіх його виходах, вихідний сигнал має теж нульове значення. Якщо хоча б на один з вхідних затискачів подається одиничний сигнал, елемент негайно діє, і на його виході встановиться одиничний сигнал. Одиничний сигнал на виході зберігається при будь-якому числі сигналів 1, поданих на його входи. Коли з усіх вхідних входів сигнали 1 знімаються, вихідний сигнал АБО знову стає нульовим. На структурних схемах елемент АБО прийнято зображати так:

Операції І. Елемент, який здійснює операцію І, при нульових сигналах на всіх його вхідних затискачах має на вихідному затиску сигнал 0. Але на відміну від елемента АБО цей елемент переключиться тільки тоді, коли поодинокі сигнали надійдуть на всі його входи. Тільки за цієї умови на його вихідному затиску утворюється сигнал 1. У випадках, коли поодинокі сигнали надійдуть тільки на частину вхідних затискачів, на виході елемента І буде залишатися нульовий сигнал на виході. Після спрацьовування елемента І сигнал 1 на його виході буде зберігатися до тих пір, поки не знімається одиничний сигнал хоча б з одного з його вхідних затискачів.

ІНВЕРСІЯ

На структурних схемах елемент І зображується так:

Операція НІ або інверсія. У вихідному положенні елемента НІ прийнято, що на його вхід X є нульовий сигнал, при цьому на його виході Y тримається одиничний сигнал. У разі появи на вхідному затискачі одиничного сигналу сигнал на виході елемента НІ приймає нульове значення. Дія елемента НІ називають в математичній логіці інвертуванням сигналу або інверсією, а сам елемент - інвертором. Для його зображення застосовується прямокутник з невеликим кружечком, нанесеним посередині правої або лівої його сторони.

Для промислової автоматики виготовляють серійні логічні мікросхеми, які є набором з складних елементів і призначені для одночасного виконання операцій І та НІ. Такий елемент скорочено записується так: елемент І-НІ. Зображення елемента І-НІ приведено:

В якості органу мікроелектронних пристроїв використовуються операційні підсилювачі.

Відзначимо основні властивості ОУ:

- дуже великий коефіцієнт посилення по напрузі, що перевищує 10^4 і доходить до 10^5;

- мале споживання по входу, що вимірюється долями мікроампер і менше;

- не значних вихідний опір, що вимірюється десятками або сотнями Ом, що дозволяє не враховувати його при виборі навантаження, яке обмежується допустимим струмом виходу ОП, що становить приблизно 5 мА.

Живлення операційних підсилювачів, що застосовуються при виготовленні реле захисту, здійснюється від двох різнополярних джерел напруги постійного струму із загальною нульовою точкою. Значення напруги живлення вибираються в діапазоні від ± 5 до ± 15 В, в залежності від конструкції ОП. Операційний підсилювач має два незалежні входи і один загальний вихід. Він є підсилювачем диференціального типу і реагує на знак напрямку, що визначається різницею двох напруг, поданих на його входи. Той з входів, при переважанні напруги на якому знак вихідної напруги збігається з поданим на цей вхід, називається неінвертуючим, або скорочено Н-входом. До останнього цей вхід позначався на схемах підсилювачів умовним знаком плюс. Інший вхід, напруги на якому призводить до зміни знака вихідної напруги на протилежний порівняно зі знаком напруги на цьому ж вході, називається інвертуючим, або скорочено І-входом. Йому присвоювався умовний знак мінус. Значення які подаються на ОП вхідних напруг не повинні перевищувати напруги живлення.

Якщо на обидва входи ОП подати однакові за значенням і знаком напруги, синфазні, то вихідна напруга буде практично залишатися близьким до нуля. Значення синфазних напруг, що подаються на входи ОП, не повинні бути вище напруги живлення. Операційні підсилювачі мають загальний недолік, що полягає в тому, що навіть при повній відсутності зовнішніх вхідних сигналів, через входи підсилювача протікають невеликі так звані нульові струми, і може виникати деяка напруженість між входами, яку називають напругою зсуву нуля. Їх поява обумовлюється незбалансованістю вхідного каскаду, яка залежить як від технологічних відхилень параметрів вихідних транзисторів, так і від зовнішніх умов, в першу чергу від температури навколишнього середовища і зміни напруги живлення. Напруга зсуву нуля створює на виході ОП вихідну напругу відповідного значення. Цей недолік має суттєвий вплив на вибір параметрів резисторів в схемах застосування ОП. За технічними умовами на ОП з'являється вихідна напруга зсуву має зводитись до нуля, якщо докласти між входами ОП так звану напругу зсуву відповідного знаку, значення якого не повинно перевищувати 7,5 мВ. Тому у схемах де застосовують ОП початковий рівень сигналу, що керує береться близько 10 мВ. Це в свою чергу визначає нижній розрахунковий рівень вихідної напруги ОП. Верхній розрахунковий рівень вихідної напруги ОП визначається його напругою насичення, яке зазвичай менше напруги живлення на 1-2 В. Завдяки своїм властивостям, операційний підсилювач може бути з достатнім ступенем точності представлений у вигляді ідеального підсилювача. Такий ідеальний підсилювач має коефіцієнт підсилення диференціального сигналу, близький до нескінченності (АD → ∞), і коефіцієнт посилення синфазних сигналів, що дорівнює нулю (Аcф → 0). Вхідні струми ідеального підсилювача близькі до нуля (IВХ → 0), а вихідний внутрішній опір наближається до нульового значенням (ZBbIX → 0). Для полегшення аналізу схем, в яких використовуються реальні операційні підсилювачі, розглянемо основні схеми їх застосування на прикладі ідеальних підсилювачів диференціального типу. Ідеальний підсилювач забезпечує максимальне значення вихідної напруги, обмежений лише рівнями напруг живлення, при дуже малій різниці напруг між його входами. Ця різниця не співмірна з значеннями напруг у зовнішній частині схеми. Струми, що надходять на входи ідеального підсилювача, також дуже малі і при розгляді схем не враховуються.

Основні схеми застосування ОП будуються на використанні різних варіантів зворотних зв'язків між виходом ОП і його входами. Зворотній зв'язок в таких схемах здійснюється через відповідно підібрані лінійні і нелінійні опори в залежності від характеру операцій, що виконуються за допомогою даної схеми. Зв'язок між виходом ОП і Н-входом називається позитивним зворотним зв'язком (ПЗЗ), зв'язок між виходом ОУ і інверторним входом - негативним зворотним зв'язком (НЗЗ).

1.2 ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ МІКРОЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ

Реле РС40М

Реле призначені для використання в схемах релейного захисту та протиаварійної автоматики і є статичними реле без додаткового джерела живлення. Живлення елементів схеми здійснюється від вимірюваного сигналу.

Реле - РС40М - однофазне реле, а РС40М2 - двофазне реле максимального струму без додаткової витримки часу; РС40М1 - однофазне реле з додатковою витримкою часу. Уставки реле регулюються дискретно.

Реле мають один перемикаючий вихідний контакт.

Коефіцієнт повернення реле не менше - 0,85:

Розкид струму спрацьовування не більше плюс-мінус 1,5%

Відносна похибка струму спрацювання при зміні температури навколишнього повітря від мінус 40 ° С до плюс 50 ° С не більше ніж:

- плюс-мінус 5,0% - для РС40М, РС40М1, РС40М21.

- плюс-мінус 10% - для РС40М2.

Відносна похибка витримки часу при зміні температури навколишнього повітря від мінус 40 ° С до плюс 50 ° С не більше плюс-мінус 10% (тільки для РС40М1).

Час замикання замикаючого контакту для РС40М, РС40М2 не більше ніж:

- 0,1 с - при відношенні вхідного струму до струму спрацьовування,

 рівному 1,2;

- 0,03с - при відношенні вхідного струму до струму спрацьовування,

 рівному 3.

Час розмикання замикаючого контакту при зменшенні струму з 1,2-20 струму спрацьовування до нуля - не більше 0,020 с.

Діапазони уставок в залежності від модифікації реле, наведені в таблиці 2.1

Реле РС40М, РС40М1, РС40М2 мають один перемикаючий вихідний контакт, реле РС40М21 (i) - один замикає вихідний контакт.

Опис конструкції і роботи реле

Реле виготовлено в прямокутному пластмасовому корпусі 70 Х 140 Х 136 мм, який складається з основи і кришки. На верхній поверхні основи закріплені за допомогою косинців плата реле А1 і плата уставок А2. Плати з'єднані між собою перемичками. На платі уставок реле РС40М, РС40М2 розміщені гнізда для задання уставок струму спрацювання. На платі уставок реле РС40М1, крім цього, знаходяться гніздо для завдання уставок часу і для незадіяних в завданні уставок перемичок. Над платою уставок розміщена панель з маркуванням і отворами для установки перемичок в гнізда при заданні уставок. Трансформатор Т (Т1, Т2 - для РС40М2) закріплений на косинці за допомогою пластини. Знизу, на підставі корпусу, розміщена скоба, дозволяє кріпити реле на місце реле РТ40.

Зовнішній вигляд реле РС 40М1

Зовнішній вигляд реле: 1 захисна кришка затискачів; 2 - панель з маркуванням і отворами для установки перемичок; 3 - гніздо для установки перемичок; 4 - місце для пломбування; 5 - гвинт кріплення кришки і підставки.

1.3 МІКРОПРОЦЕСОРНІ ПРИСТРОЇ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ, АВТОМАТИКИ, ДИСТАНЦІЙНОГО КЕРУВАННЯ

Більшість фірм виробників обладнання РЗА припиняють випуск електромеханічних реле і пристроїв і переходять на цифрову елементну базу. Перехід на нову елементну базу не призводить до зміни принципів релейного захисту та електроавтоматики, а тільки розширює її функціональні можливості, спрощує експлуатацію і знижує її вартість. Саме з цих причин мікропроцесорні пристрої дуже швидко займають місце застарілих електромеханічних і мікроелектронних пристоїв.

Основні характеристики мікропроцесорних захистів значно вище, ніж у мікроелектронних, а тим більше електромеханічних. Так, потужність, споживана від вимірювальних трансформаторів струму і напруги, знаходиться на рівні 0,1-0,5 ВА, апаратна похибка в межах 2-5%, коефіцієнт повернення вимірювальних органів становить 0,96-0,97.

Світовими лідерами у виробництві пристроїв РЗА є концерни GE, AREVA (ALSTOM), ABB, SIEMENS. Загальною для них є тенденція все більшого переходу на цифрову техніку. Цифрові системи захисту, що випускаються цими фірмами, мають високу вартість, яка, втім, окупається їх високими технічними характеристиками і багатофункціональністю. Використання цифрових методів обробки інформації в пристроях РЗА істотно розширило їх можливості і поліпшило експлуатаційні якості. Останнім часом випуск мікропроцесорних пристроїв РЗА освоїли і ряд фірм Росії, України та інших країн ближнього зарубіжжя. Сучасні цифрові пристрої РЗА інтегрували в рамках єдиного інформаційного комплексу функції релейного захисту, автоматики, вимірювання, регулювання та управління електроустановкою. Такі пристрої в структурі автоматизованої системи управління технологічним процесом (АСУ ТП) енергетичного об'єкта є кінцевими пристроями збору інформації.

В інтегрованих цифрових комплексах РЗА з'являється можливість переходу до нових нетрадиційних вимірювальних перетворювачів струму і напруги - на основі оптоелектронних датчиків, трансформаторів без феромагнітних сердечників і т. д. Вони більш технологічні при виробництві, мають дуже високі метрологічні характеристики, але мають малу вихідну потужність і непридатні для роботи з традиційною апаратурою.

СТРУКТУРНА СХЕМА

Цифрові пристрої РЗ різного призначення мають багато спільного, а їх структурні схеми дуже схожі і подібні. Центральним вузлом цифрового пристрою є мікроЕОМ, яка через свої пристрої введення-виведення обмінюється інформацією з периферійними вузлами. За допомогою цих додаткових вузлів здійснює сполучення мікроЕОМ (центрального процесора) з зовнішнім середовищем: датчиками вихідної інформації, об'єктом управління, оператором і т. д.

Неодмінними вузлами цифрового пристрою РЗА є:

-        вхідні U1-U4 і вихідні KL1-KLj перетворювачі сигналів, тракт аналого-цифрового перетворення U6, U7, кнопки управління і введення інформації від оператора SB1, SB2, дисплей H для відображення інформації і блок живлення U5. Сучасні цифрові пристрою, як правило, оснащуються і комунікаційним портом X1 для зв'язку з іншими пристроями.

Основні функції вищеперелічених вузлів наступні:

Вхідні перетворювачі забезпечують гальванічну розв'язку зовнішніх ланцюгів від внутрішніх ланцюгів пристрою. Одночасно, вхідні перетворювачі здійснюють приведення контрольованих сигналів до єдиного вигляду (як правило, до напруги) і нормованого рівня. Тут же здійснюється попередня частотна фільтрація вхідних сигналів перед їх аналого-цифровим перетворенням. Одночасно вживаються заходи щодо захисту внутрішніх елементів пристрою від впливу перешкод і перенапруг. Розрізняють перетворювачі вхідних сигналів аналогові (UЗ, U4) і логічні (U1, U2). Перші прагнуть виконати так, щоб забезпечити лінійну (або нелінійну, але з відомим законом) передачу контрольованого сигналу у всьому діапазоні його зміни.

Перетворювачі логічних сигналів, навпаки, прагнуть зробити чутливими тільки до вузької області діапазону можливого знаходження контрольованого сигналу.

Вихідні перетворювачі. Впливу пристрою на об'єкт, що захищається традиційно здійснюється у вигляді дискретних сигналів управління. При цьому вихідні ланцюги пристрою захисту виконуються так, щоб забезпечити гальванічну розв'язку комутованих ланцюгів як між собою, так і щодо внутрішніх ланцюгів пристрою РЗ. Вихідні перетворювачі повинні мати відповідну комутаційної здатністю і, в загальному випадку, забезпечувати видимий розрив комутованої ланцюга.

Тракт аналого-цифрового перетворення включає мультиплексор U6 і власне аналого-цифровий перетворювач (АЦП) - U7. Мультиплексор - це електронний комутатор, по черзі подає контрольовані сигнали на вхід АЦП. Застосування мультиплексору дозволяє використовувати один АЦП (як правило, дорогий) для декількох каналів. У АЦП здійснюється перетворення миттєвого значення вхідного сигналу в пропорційний йому цифровий. Перетворення виконуються із заданою періодичністю. В подальшому в мікроЕОМ за цими вибірками з вхідних сигналів розраховуються інтегральні параметри контрольованих сигналів - їх амплітудні або діючі значення.

Блок живлення (БЖ) U5 забезпечує стабілізованою напругою всі вузли пристрою, незалежно від можливих змін напруги в мережі живлення. Зазвичай це імпульсний БЖ з живленням від мережі постійного струму. Є також блоки живлення від ланцюгів змінного напруги і струму (змінний оперативний струм).

Дисплеї і клавіатура є неодмінними атрибутами будь-якого цифрового пристрою, дозволяючи оператору отримати інформацію від пристрою, змінювати режим його роботи, вводити нову інформацію. Треба відзначити, що дисплей і клавіатура цифрових пристроїв, як правило, реалізуються в максимально спрощеному вигляді: дисплей, одно- (або декілька-) рядкова; клавіатура.

Порт зв'язку з зовнішніми цифровими пристроями. Перевагою цифрових пристроїв є можливість передачі наявної інформації в інші цифрові системи: АСУ ТП, персональний комп'ютер і т. д., Що дозволяє інтегрувати різні системи, економлячи на каналах зв'язку, витрати на попередню обробку сигналів і т. п. Комунікаційний порт - необхідний елемент для дистанційної роботи з даними пристроями. Поряд з перерахованими вище, цифрові пристрої, в загальному випадку, можуть містити й інші вузли, наприклад, цифро-аналогові перетворювачі - при формуванні аналогових сигналів управління і регулювання. Практично вся обробка інформації в будь-якому цифровому пристрої здійснюється всередині мікроЕОМ за певним алгоритмом, реалізованим у вигляді програми роботи. Для полегшення розуміння принципів роботи цифрових пристроїв РЗА необхідно мати хоча б загальне уявлення про пристрій і функціонування ЕОМ. Центральний керуючий і вирішальний блок мікроЕОМ називається центральним процесорним пристроєм (Central Processing Unit-CPU) або просто процесором. Цей вузол може бути виготовлений у вигляді однієї інтегральної мікросхеми (ІМС), що дало привід називати таку ІМС мікропроцесором. Як видно з структурної схеми мікроЕОМ, МП в якості самостійного вузла не застосовується.

Для його роботи потрібно зовнішній пристрій, де зберігається програма команд, яку необхідно виконати. У пристроях, що працюють за жорсткою програмою, якими і є пристрої захисту, програма записується в по-постійно запам'ятовуючий пристрій (ПЗП).

Для зберігання змінних і проміжних результатів обчислень (даних) застосовується оперативно запам’ятовуючий пристрій (ОЗП).

Обмін інформацією з зовнішнім обладнанням здійснюється за допомогою пристроїв вводу-виводу.

Будь-яка інформація в ЕОМ представляється у вигляді чисел (числових кодів). Обмін інформацією між вузлами мікроЕОМ здійснюється за допомогою шин, тобто, системи електричних ліній. Шини розрізняються за функціями: шина пересилання даних ЩД, шина адреси ША, шина передачі команд управління ШУ. Наприклад, при читанні даних з пристрою вводу-виводу (ПВВ) в процесор останній виставляє на ША адресу ПВВ, а на сигнали, призначені для ПВВ видати дані на ЩД. В результаті цього на шині даних з'являється число, яке було в ПВВ в момент звернення. При передачі інформації використовується двійкова система числення, що вимагає для відображення чисел використання тільки двох символів 0 і 1, що робить найбільш простий реалізацію вузлів ЕОМ на основі електричних схем. Швидкість роботи мікроЕОМ істотно залежить від розрядності чисел, що передаються по шинам від вузла до вузла. Це визначається розрядністю шини даних. Сучасні мікроЕОМ працюють з 16- і 32-розрядних машинними словами. Час виконання команди визначається тактовою частотою генератора, що задає і залежить від швидкодії ІМС, що в свою чергу визначається технологією їх виготовлення. Сьогодні електронною промисловістю пропонуються десятки різновидів МП. З цієї причини відбувається періодичне оновлення апаратної бази і в цифрових РЗА.

Сигнали, контрольовані пристроями РЗА, мають в загальному випадку різну фізичну природу - струми, напруги, температура і т. д. Найчастіше пристрої РЗ працюють з сигналами від джерел змінного струму і напруги, з традиційними номінальними рівнями: 1 А, 5 А , 100 В. Такі рівні сигналів забезпечують необхідну перешкодозахищеність, але абсолютно неприйнятні для обробки в електронних схемах. При підключенні мікропроцесорних пристроїв до традиційних датчиків струму і напруги потрібно приведення їх сигналів до єдиного вигляду і діапазону зміни, прийнятного для оброблення електронними вузлами.

1.4 ВХІДНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Найбільш часто погоджують перетворювачі цифрових пристроїв на базі звичайних електромагнітних трансформаторів з феромагнітним осердям. Чи незважаючи на те, що такі трансформатори мають нелінійні передавальні характеристики, певний розкид параметрів, деяку нестабільність в часі і при зміні температури, вони все ж прийнятні для побудови пристроїв РЗ, що допускають роботу з похибкою 2-5%.

У трансформаторних перетворювачах основна увага приділяється зниженню міжобмотоковій ємності, по якій можливе потрапляння імпульсних перешкод всередину пристрою. З цією метою секціонуючи вторинну обмотку, або поміщають між первинною і вторинною обмотками електростатичний екран. З огляду на не значне споживання потужності наступними електронними вузлами, перетворення струмових сигналів в напругу є найпростішим способом - з використанням шунтів R. Для захисту електронних вузлів від можливих перенапруг широко застосовують варистори RV (або стабілітрони) і фільтри нижніх частот, наприклад, на основі R / C-ланцюгів. Ефективність фільтра нижніх частот пояснюється тим, що енергія імпульсної перешкоди зосереджена в високочастотної частини спектру. Обмеження смуги пропускання тракту в області високих частот необхідно і для правильної роботи аналого-цифрового перетворювача, незалежно від того, чи буде в подальшому застосовуватися цифрова фільтрація сигналів чи ні.

Вхідні перетворювачі на основі проміжних трансформаторів

АНАЛОГОВО-ЦИФРОВІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Дискретний (цифровий) сигнал, на відміну від аналогового, може приймати лише кінцеве значення і визначений лише для конкретних моментів часу.

Процес переходу від аналогового сигналу до дискретного називається дискретизацією або квантуванням сигналу, а пристрої, що виконують цю операцію, називаються аналого-цифровими перетворювачами (АЦП). Перехід від безперервного сигналу до дискретного завжди відбувається з втратою певної кількості інформації. Кінцеве число градацій дискретного сигналу обумовлює похибка квантування за рівнем, а однією з причин, необхідного квантування за часом є те, що і сам процес аналого-цифрового перетворення, і наступний цикл обчислень в мікроЕОМ вимагає певного часу, після закінчення якого можна робити нову вибірку з вхідного сигналу. Більш того, при аналого-цифровому перетворенні з вхідного сигналу повинні бути виключені всі гармоніки з частотою, більш високої, ніж частота квантування. В іншому випадку, при відновленні сигналу з'являється різниця складової низької частоти, тому на вході АЦП завжди установлюють аналоговий фільтр нижніх частот з пропускною здатністю.

У пристроях РЗА застосовують АЦП з частотою вибірок від 600 до 2000 Гц. Більш висока частота вибороки використовується в тому випадку, коли пристрої захисту забезпечують ще й осцилографування аварійного процесу. Цифровий пристрій з частотою вибірок 2000 Гц еквівалентно осцилографа з пропускною здатністю 0-1000 Гц. Для порівняння зазначимо, що запис звуку на компакт-дисках здійснюється з частотою дискретизації близько 44 кГц, що забезпечує якісне програвання ведення фонограм, включаючи частоти понад 20 кГц. Другою важливою характеристикою АЦП є розрядність.

Існує однозначна зв'язок між розрядністю АЦП і точністю вимірювання аналогової величини. Наприклад, у двухразрядного АЦП на його двох виходах можливе формування тільки чотирьох незалежних числових комбінацій: 00, 01, 10 і 11. Ці числа можна інтерпретувати як знаходження вхідного аналогового сигналу в одному з чотирьох під діапазонів. У разі р-розрядного АЦП можливо ототожнення нахожд-ня вхідного сигналу в будь-якому з т = 2р піддіапазонів. При цьому сходинка квантування при визначенні рівня сигналу складе Хmax / 2р. В енергетиці з усіх величин в найбільш широкому діапазоні змінюється. Струм при нормальному режимі роботи електроустановки знаходиться в межах 0 - Iном, а в аварійних - досягає (10 + 30) Iном. Для перетворення з похибкою не більше 2-5% необхідне число ступенів квантування т має бути 2000 ÷ 4000, т. Е. Потрібно АЦП з р = 11 + 12.

Розрядність АЦП

ВВЕДЕННЯ ДИСКРЕТНИХ СИГНАЛІВ

Практично у всій сучасній електронній апаратурі введення дискретних сигналів виконується через перетворювачі на основі оптронов. Власний час перемикання оптронів становить частки мікросекунди. Для оптопари (світлодіод-фотоприймач) характерна мала прохідна ємність, що перешкоджає проникнення перешкод цим шляхом. Допустима напруга між ланцюгом управління і елементами керованого ланцюга досягає декількох кіловольт, а робочий струм світлодіода VD 3-5 мА.

ВИХІДНІ РЕЛЕ

Незважаючи на очевидні досягнення в області високих потенціалів і сильних струмів, в цифрових пристроях, в більшості випадків, як вихідних елементів і раніше використуються проміжні електромагнітні реле. Контактна пара поки що залишається поза конкуренцією як єдиний пристрій, що забезпечує видимий розрив в електричних колах. До того ж, це і найдешевше рішення. Як правило, в цифрових пристроях РЗ застосовуються кілька типів малогабаритних реле: з більшою комутаційної здатністю - для роботи безпосередньо в ланцюгах управління вимикачів, з меншою - для роботи в ланцюгах сигналізації. Потужні реле здатні включати ланцюга зі струмом приблизно 5-30 А, але їх відключаюча здатність зазвичай не перевищує 0,2 А при постійній напрузі 220 В. Таким чином, схема управління повинна передбачати переривання струму в ланцюзі електромагніту вимикача його допоміжним контактом.