2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ ФИП. ЛИФП, ФПТ, ФПН. ФИС и МФИ
Фиксирующие приборы рижского опытного завода «Энергоавтоматика» ФИП, ЛИФП, ФПТ, ФПН и ФИС относятся к группе приборов с запоминающим конденсатором.
Приборы серии ФИП.
В основе приборов ФИП, ФИП-1 и ФПП-2 лежит функциональная схема, представленная на рис. 1. Основными элементами схемы являются: блок кратковременной памяти БКП, состоящий из входного трансформатора Т, выпрямителя IAS, пускового органа 1К и запоминающего конденсатора С/ емкостью Ci; блок считывания БС, состоящий из измерительного реле 2К и считывающего конденсатора С2 емкостью С2, и блок отсчета БО, содержащий счетчик электрических импульсов СИ.
Рис. I. Функциональная схема приборов ФИП
Фиксирующие амперметр и вольтметр различаются только блоками кратковременной памяти: у вольтметра БКГ1 содержит трансформатор напряжения, для амперметра используется трансформатор тока с резистором, включенным параллельно вторичной обмотке.
В момент возникновения повреждения на электропередаче на входе БКП появляется сигнал А, вызывающий срабатывание пускового реле У/С. При срабатывании пусковой орган через 0,04 с замыкает контакт /Д7 и подключает конденсатор С1 к цепи заряда. При этом конденсатор С/ заряжается до напряжения
где К — коэффициент пропорциональности.
Через 0,08 с после появления сигнала А пусковой орган размыкает контакт 1К1, а через 2—3 с замыкает контакт 1К2, после чего заряженный конденсатор С/ подключается к конденсатору С2 через контакты IK2, 2К1 и обмотку реле 21\. При этом происходит заряд конденсатора С2 и снижение напряжения на конденсаторе С/ до значения
Под действием тока заряда конденсатора С2 происходит срабатывание реле 2К- С выдержкой времени, достаточной для окончания процесса заряда конденсатора С2, реле размыкает контакт 2К1 и затем замыкает контакты 2К2 и 2КЗ. При этом С2 отключается от С/ и закорачивается, а на вход счетчика импульсов БО поступает первый импульс постоянного тока. Затем с выдержкой времени, достаточной для окончания процесса разряда конденсатора С2 и для надежного срабатывания БО, происходит возврат 2К и разряженный конденсатор С2 вновь подключается к конденсатору С/. Весь цикл повторяется, и БС генерирует следующий импульс, который фиксируется БО.
После того как блоком БО будет зафиксировано N импульсов, напряжение на конденсаторе С/ снижается до (Д, при котором импульс зарядного тока уже недостаточен для приведения в действие реле 2К в БС.
Функциональная связь между числом зафиксированных импульсов и контролируемой величиной А описывается выражением
где Кс, U? и К — постоянные коэффициенты, причем
Приведенные выражения позволяют оценить особенности функциональной схемы фиксирующего прибора.
Число импульсов N, зафиксированное счетчиком, является логарифмической функцией значения сигнала А. В полулогарифмических осях характеристика зависимости А от N, т. е. градуировочная характеристика прибора, представляет прямую линию. При этом коэффициент Кс характеризует наклон градуировочной характеристики к оси Л/, а отношение Ьъ/К характеризует смещение градуировочной характеристики по вертикали.
Поскольку градуировочная характеристика в полулогарифмических осях прямолинейна, то цена одного импульса, выраженная в процентах от А, постоянна и составляет
. При этом
ошибки счетчика постоянны и могут быть сделаны сколь угодно малыми: для этого достаточно выбрать соответственно большее значение Кс.
Пропорциональное изменение емкостей обоих конденсаторов не отражается на показании прибора — в этом одно из достоинств схемы. Если оба конденсатора однотипны, то старение этих конденсаторов или изменение температурного режима мало сказывается на значении Кс и не вызывает дополнительной погрешности прибора.
При большом значении крутизны характеристики нижний предел измерения прибора практически равен Иъ. Верхний же предел в принципе ограничен только емкостью счетчика импульсов. При этом кратность шкалы прибора В может быть определена из равенства
При Кс = 20 и Л/с=100 кратность шкалы превосходит 50, что в ряде случаев является достаточным.
Отстройка от влияния апериодической составляющей в фиксирующем амперметре производится введением задержки на включение конденсатора С/ и оптимальным выбором постоянной времени цепи заряда этого конденсатора.
Фиксирующие приборы ФИП, ФИП-1 и ФИП-2 имеют две модификации: А — для измерения тока и В — для измерения напряжения. Выпуск приборов ФИГ1-1 освоен рижским заводом «Энергоавтоматика» в 1971 г. взамен приборов ФИП. По сравнению с приборами ФИП приборы модификации ФИП-1 имеют лучшую конструкцию и более надежны в работе. В приборе ФИП-1 поляризованные реле заменены более надежными реле типа РЭС-22 и РЭС-10, элементы регулировки и настройки выведены на лицевую панель, обеспечена возможность питания прибора не только напряжением постоянного тока 220 В, но и 110 В, а также напряжением переменного тока 100, 127 и 220 В. Прибор имеет меньшую погрешность измерения при изменении температуры окружающей среды и более стабильные временные интервалы в цикле измерения. Для периодической проверки исправности прибор дополнен специальным блоком опробования.
Структурная схема приборов ФИП (ФИП-1, ФИП-2) приведена на рис. 2. Блок кратковременной памяти БКП содержит входное устройство ВУ, пусковой орган ПО, орган управления ОУ и элемент памяти ЭП. Блок считывания БС состоит из аналого-цифрового преобразователя АЦП, порогового элемента ПЭ, формирователя импульсов ФИ и считывающего устройства СУ. Блок отсчета и управления БО содержит счетчик импульсов СИ и устройство возврата У В.
Контролируемый сигнал А подается через входное устройство на пусковой орган, запускающий орган управления. Последний подключает к входному устройству элемент памяти и после отключения линии, что сопровождается работой аварийной сигнализации АС, переключает элемент памяти на аналого-цифровой преобразователь АЦП. Преобразователь производит разряд запоминающего конденсатора элемента памяти дискретными ступенями до заданного значения с помощью вспомогательного конденсатора. Импульсы тока разряда запоминающего конденсатора подаются на вход порогового элемента, который при каждом импульсе срабатывает и запускает формирователь импульсов.
Рис. 2. Структурная схема приборов ФИП
Формирователь вырабатывает прямоугольный импульс, достаточный для срабатывания считывающего устройства. Сигналы от СУ подаются на счетчик импульсов СИ.
Устройство возврата УВ предназначено для возврата счетчика импульсов и электрической схемы прибора в исходное состояние дежурным персоналом.
Питание прибора переменным оперативным током производится через блок питания, обеспечивающий работу прибора при снижении и полном исчезновении напряжения на шинах подстанции.
Приборы градуируются на заводе при синусоидальной форме кривой тока или напряжения. В реальных условиях КЗ форма кривой тока может быть искажена апериодической составляющей, а форма кривой напряжения — составляющими высших гармонических.
Отстройка от апериодической составляющей в приборе модификации А производится введением задержки на включение запоминающего конденсатора на заряд (около 0,04 с) и выбором постоянной времени цепи заряда такой, чтобы процесс заряда заканчивался непосредственно перед моментом отключения конденсатора от цепи заряда.
Таким же образом выбирается постоянная времени цепи заряда запоминающего конденсатора у приборов модификации В. При этом дополнительная погрешность фиксирующего вольтметра, вызванная гармоническими составляющими, оказывается относительно небольшой. Так, например, дополнительная погрешность, вызванная третьей гармонической составляющей 20% первой гармоники, не превышает 5%.
Приборы модификации ФИП-2 отличаются от приборов модификации ФИП-1 только блоком отсчета и управления, выполненным с использованием цифровых индикаторных ламп и обеспечивающим более удобный отсчет показаний прибора.
Основные технические характеристики приборов ФИП, ФИП-1 и ФИП-2.
Приборы имеют модификации А и В.
Прибор модификации А фиксирует действующее значение синусоидального переменного тока промышленной частоты в диапазоне 0,2—100 А с пределами измерения: 0,2—10 А; 0,4 —20 А; 1,0—50 А и 2,0 -100 А.
Прибор модификации В фиксирует действующее значение синусоидального переменного напряжения промышленной частоты в пределах 5—250 В.
Фиксация тока или напряжения происходит в течение (0,08± ±0,01) с. Это время может регулироваться в пределах (0,06 — 0,12) с. Запоминающий конденсатор включается в цепь заряда через (0,04 ±0,05) с. Это время может регулироваться в пределах (0,02—0,06) с.
Основная относительная погрешность дискретного преобразования не превышает ±3% по отношению к измеряемой величине на всем диапазоне измерения. Рабочий диапазон температур от — 10 до +40° С.
Входное сопротивление прибора модификации А при работе на указанных пределах измерения не превышает соответственно 3; 0,8; 0,12 и 0,06 Ом.
Потребляемая прибором модификации В мощность по измерительной цепи не превышает 3,0 В-А при напряжении 100 В. При использовании контактов аварийной сигнализации прибор работает селективно, т. е. фиксирует контролируемую величину только при аварийных отключениях линий.
Питание прибора ФИП-1 осуществляется напряжением 110 или 220 В постоянного тока, а с блоком питания — напряжением 100, 127 или 220 В переменного тока. Мощность, потребляемая от источника постоянного тока напряжением 110 -220 В, не превышает 25 Вт, а напряжением 220 В — 35 Вт. Мощность, потребляемая прибором от источника переменного тока, не превышает 40 В-А.
Питание прибора ФИП-2 осуществляется напряжением 110 или 220 В постоянного тока. Мощность, потребляемая прибором от источника постоянного тока напряжением 110—220 В, не превышает соответственно 25—35 Вт в ждущем режиме и 60— 105 Вт в режиме измерения.
