Токовое реле принцип работы: принцип работы, устройство, типы, схемы, применение

Содержание

схемы, расчеты, принцип работы, достоинства и недостатки

До середины 70-х годов в России единственными серийно выпускаемыми реле специально для дифференциальных защит были реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами. Сущность работы этих реле заключается в том, что апериодическая составляющая, присущая броску тока намагничивания и току небаланса, вызывает насыщение магнитопровода промежуточного трансформатора реле и резкое уменьшение сопротивления его ветви намагничивания и, тем самым, ухудшение трансформации в исполнительный орган реле.

Принцип действия дифференциальных реле с промежуточными трансформаторами поясняется на рис. 2.1 [5], где Bср – индукция в сердечнике трансформатора, соответствующая срабатыванию исполнительного органа; Внас и Вост – индукция насыщения и остаточная индукция.

Предположим, что вторичный ток – ток в исполнительном реле − незначителен и весь первичный ток является током намагничивания. Этому случаю соответствует ток, показанный на рисунке сплошной линией.

Пунктирной линией показан первичный ток с учетом размагничивающего действия вторичного тока, считая последний чисто индуктивным.


Рис. 2.1. Изменение индукции насыщающегося трансформатора при синусоидальном периодическом токе (а) и при броске тока намагничивания (б)

Из рис. 2.1 видно, что при подаче на вход реле синусоидального периодического тока − ЭДС на вторичной обмотке, соответствующая срабатыванию реле, будет пропорциональна изменению индукции за один период:

(2 – 1)

Подача на вход реле большего тока вызовет большее изменение индукции за период и обеспечит надежное срабатывание исполнительного реле.
При подаче на вход реле апериодического броска тока намагничивания (рис. 2.1, б), когда остаточная индукция неблагоприятна (−Bост), ЭДС на вторичной обмотке будет пропорциональна удвоенному значению индукции насыщения:

(2 – 2)

При благоприятной остаточной индукции (+Bост) и в последующие периоды ЭДС на вторичной обмотке насыщающегося трансформатора:

(2 – 3)

Для того, чтобы отстроиться от первого броска тока намагничивания при неблагоприятной остаточной индукции, необходимо:

(2 – 4)

Можно принять Bнас = 2Тл, тогда Bсраб > 1Тл
Выпускаются две разновидности реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами: усиленной отстройки серии РНТ-560 и реле с торможением серии ДЗТ. Для этих реле принята величина индукции срабатывания Bср = 1,2 Тл.

Принцип действия дифференциальных реле серии РНТ

Трансформаторы тока могут преобразовывать без заметной погрешности однополярные броски тока в течение нескольких периодов. В дальнейшем трансформаторы тока насыщаются, апериодическая составляющая полностью поглощается их ветвью намагничивания и во вторичном токе появляются отрицательные полуволны. Изменение потока в магнитопроводе насыщающегося трансформатора становится весьма значительным, что может привести к срабатыванию реле.

Для предотвращения ложной работы защиты необходимо усилить действие апериодической составляющей или ослабить действие периодической составляющей при наличии апериодической.

Последнее можно получить путем намотки на сердечник промежуточного насыщающегося трансформатора дополнительной размагничивающей обмотки. Эта обмотка будет частично ослаблять действие периодической составляющей, в результате чего результирующая кривая тока как бы смещается относительно оси времени [6]. При этом обратные полуволны уменьшаются, а изменение потока будет малым, и реле ложно не сработает (рис. 2.2). При периодическом синусоидальном токе желательно компенсировать это размагничивающее действие.

Для выполнения этих функций в реле РНТ предусмотрена короткозамкнутая обмотка, намотанная на специальном промежуточном насыщающемся трансформаторе (рис. 2.3).

Магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен трехстержневым, сечение его среднего стержня в два раза больше сечений крайних стержней. На среднем стержне намотана первичная обмотка W1, состоящая из уравнительных и рабочих обмоток. Обмотки имеют дополнительные отводы для выравнивания коэффициентов трансформации токов плеч защиты и для ступенчатого регулирования тока срабатывания. На среднем и правом стержнях магнитопровода расположены обмотки W’КЗ и W’’КЗ, образующие с последовательно включенным регулируемым резистором R короткозамкнутый контур. Число витков короткозамкнутой обмотки на правом стержне в два раза больше числа витков на среднем стержне.
С помощью резистора R = 0 −10 Ом меняется степень отстройки от переходного режима. Наибольшая степень отстройки будет при R = 0.

Рис. 2.2. Влияние дополнительного размагничивания

На левом стержне магнитопровода расположена вторичная обмотка, в цепи которой включен и исполнительный орган – реле РТ- 40 с регулировочном резистором R1.
Значения индукции, при которой срабатывает исполнительный орган, приняты равными 1,2 Тл для левого стержня и 0,4 Тл для среднего и правого стержней.


Рис. 2.3. Упрощенная схема реле РНТ

Принцип работы реле РНТ с усиленной отстройкой от апериодических токов может быть рассмотрен в двух режимах работы: при подаче на вход реле синусоидального тока и при подаче тока с апериодической составляющей.

При подаче синусоидального тока в первичную обмотку последний трансформируется во вторичную обмотку на левом стержне и в короткозамкнутую обмотку на среднем стержне, откуда он поступает в короткозамкнутую обмотку на правом стержне.

Магнитный поток, образованный в короткозамкнутой обмотке правого стержня, не только полностью размагничивает поток среднего стержня, но и изменяет направление потока правого стержня.

Поток правого стержня, суммируясь с магнитным потоком среднего стержня, направляется в левый стержень. Таким образом, часть первичного тока попадает во вторичную обмотку и в исполнительный орган путем двойной трансформации через короткозамкнутую обмотку.

Основные соотношения между токами и магнитными потоками могут быть получены при рассмотрении потоков в стержнях для режима, когда активное сопротивление в короткозамкнутой цепи равно нулю.

В этом случае магнитный поток от тока короткозамкнутой обмотки среднего стержня направлен примерно на 1800 к потоку в среднем стержне.
Составим уравнение МДС по замкнутому контуру среднего и правого стержней с учетом того, что в условиях срабатывания индукция в этих стержнях мала и можно пренебречь МДС намагничивания стержней:

(2 – 5)

где I1, Iкз − ток в первичной и короткозамкнутой обмотках;
W1 − число витков первичной обмотки;
W’кз,W”кз − число витков в короткозамкнутых обмотках среднего и правого стержней.
Размагничивающее действие короткозамкнутой обмотки можно оценить условным первичным током, который создал бы тот же результирующий поток среднего стержня при отсутствии короткозамкнутой обмотки:

(2 – 6)

Тогда из (2 – 5, 2– 6) при W”кз = 2W’кз получим:

(2 – 7)

Таким образом, короткозамкнутая обмотка на среднем стержне уменьшает магнитный поток на 33%.
Так как в короткозамкнутой цепи активное сопротивление принято равным нулю, то индуктируемая ЭДС в катушке с W’кз на среднем стержне будет равна ЭДС в катушке с W’’кз:

или

где Фср, Фпр − магнитные потоки в среднем и правом стержнях;
ω − угловая частота.
При W’’кз = 2W’кз получаем:

(2 – 8 )

Потоки в магнитопроводе реле связаны уравнением:

  (2 – 9)

Из (2 – 8 ) и (2 – 9) следует:

  (2 – 10)

Следовательно, короткозамкнутая обмотка на правом стержне добавляет во вторичную обмотку одну третью часть магнитного потока, т.е. третья часть магнитного потока, необходимого для срабатывания реле, создается путем двойной трансформации.

При подаче в первичную обмотку тока с апериодической составляющей последняя практически не трансформируется в короткозамкнутую цепь.

Апериодический ток (рис. 2.3) создает в среднем стержне магнитный поток, который разветвляется в левый и правый стержни, насыщает их и ухудшает трансформацию из первичной обмотки непосредственно во вторичную обмотку, как в обычном промежуточном насыщающемся трансформаторе, и, кроме того, ухудшает трансформацию из первичной обмотки в короткозамкнутую цепь и из нее во вторичную обмотку, таким образом, усиленная отстройка от апериодической составляющей достигается за счет особенно сильного ослабления доли двойной трансформации.

Влияние величины активного сопротивления в короткозамкнутой цепи сказывается в основном на доле двойной трансформации.

Если принять, что ток в короткозамкнутой цепи чисто активный, то магнитный поток короткозамкнутой обмотки будет перпендикулярен результирующему потоку среднего стержня, а если чисто индуктивный, то они будут совпадать. При срабатывании реле индукция в среднем и правом стержнях мала и вне зависимости от сопротивления короткозамкнутой цепи добавочный поток из левого стержня составит по величине одну треть от потока левого стержня (2.10).

Для чисто активного тока в короткозамкнутой цепи из прямоугольного треугольника, составленного из магнитных потоков правого и среднего стержней, можно получить, что доля потока правого стержня составит всего 12% от суммарного потока в левом стержне, т.е. двойная трансформация тока будет составлять 12% общего тока и мало влиять на отстройку от апериодической составляющей.

Опытное определение доли магнитного потока правого стержня действительно составило 33% при R = 0 и 15% при R = 100 Ом.
Таким образом, уменьшение величины активного сопротивления в короткозамкнутой цепи усиливает отстройку от переходных токов с большой апериодической составляющей.

Принцип действия дифференциальных реле серии ДЗТ

Реле серии РНТ не всегда может быть выполнено достаточно чувствительным из-за необходимости отстройки от периодического тока небаланса. Этот недостаток устранен в реле серий ДЗТ, в которых использован принцип магнитного торможения в сочетании с промежуточным насыщающимся трансформатором, аналогичным реле РНТ, но без короткозамкнутой обмотки.

Исключение короткозамкнутой цепи несколько ухудшает отстройку реле от апериодической составляющей переходного режима, что учитывается в расчетах большим коэффициентом отстройки от бросков тока намагничивания и переходных токов небаланса.

Дифференциальные реле с промежуточным насыщающимся трансформатором и с торможением кроме рабочих (уравнительных) обмоток, к которым подводится ток дифференциальной цепи, имеет одну (реле серии ДЗТ-11), три (реле серии ДЗТ-13, ДЗТ-23), четыре (реле серии ДЗТ-14, ДЗТ- 24) тормозных обмотки к которым подводится фазный ток одного (ДЗТ-11) или нескольких (ДЗТ-13,14,23,24) плеч дифференциальной защиты.


Рис. 2.4. Упрощенная схема реле ДЗТ-11

Магнитопровод насыщающегося трансформатора реле серии ДЗТ-11 (рис. 2.4) – трехстержневой с сечением среднего стержня в два раза больше крайних, т.е. такой же, как и у реле РНТ.

На среднем стержне расположены рабочие и уравнительные обмотки с отпайками для выравнивания коэффициентов трансформации плеч дифференциальной защиты и для ступенчатого регулирования тока срабатывания. На крайних стержнях расположены вторичные и тормозные обмотки. Вторичные обмотки на каждом стержне имеют одинаковое число витков и намотаны таким образом, чтобы ЭДС, наводимые в них от магнитного потока среднего стержня, складывались.

При протекании тока в тормозной обмотке создается тормозной магнитный поток, который замыкается только по крайним стержням, не попадая в средний стержень.

Тормозной поток наводит во вторичных обмотках ЭДС равные по величине и противоположные по фазе.

Поэтому результирующая ЭДС во вторичной обмотке от действия тормозного тока равна нулю. Тормозные обмотки имеют отпайки для регулировки величины тормозного воздействия, переключения выполнены таким образом, чтобы числа витков тормозной обмотки на левом и правом стержнях оставались одинаковыми. Маркировка и расчет числа витков тормозной обмотки производятся по числу включенных витков одного стержня насыщающегося трансформатора.

Эффект торможения заключается в том, что при протекании тормозного тока происходит подмагничивание крайних стержней, увеличивается магнитное сопротивление потоку рабочей обмотки и для создания рабочего потока, соответствующего срабатыванию реле, требуется больший рабочий ток. Таким образом, тормозной ток ухудшает трансформацию между рабочей (уравнительной) и вторичной обмотками, автоматически увеличивая ток срабатывания.

Реле серии ДЗТ-13 [7] с тремя тормозными обмотками выполнено с тремя трехстержневыми магнитопроводами, средние стержни которых схвачены общей катушкой, содержащей рабочие обмотки. Каждый из магнитопроводов имеет на крайних стержнях отдельные катушки со вторичными и тормозными обмотками. Так же, как и в ДЗТ-11, при изменении числа тормозных витков каждый стержень охватывается одинаковым числом витков, и обмотки соединяются так, что создаваемый ими магнитный поток замыкается только по крайним стержням, подмагничивая их.

Вторичные обмотки намотаны так, что ЭДС, наводимая тормозным потоком равна нулю, а наводимая рабочим потоком складывается.

Схема расположения обмоток на магнитопроводах насыщающихся трансформаторов реле серии ДЗТ-13 показана на рис. 2.5.


Рис. 2.5. Схема расположения обмоток на магнитопроводах реле серии ДЗТ-13

Каждая вторичная обмотка шунтируется регулируемыми резисторами R.

От части вторичных обмоток, соединенных параллельно, подключен исполнительный орган – реле РТ- 40. Принципиальные схемы реле серии ДЗТ приведены в [5, 7].
Для того чтобы выяснить принцип торможения для реле с несколькими тормозными обмотками, предположим, что тормозной ток протекает только по одной обмотке. Дифференциальный ток, протекая по рабочей обмотке, охватывающей средние стержни всех магнитопроводов, наводит на всех вторичных обмотках ЭДС. Однако эти ЭДС будут различны.

На вторичной обмотке магнитопровода, по тормозной обмотке которого протекает ток, ЭДС будет меньше из-за подмагничивания (насыщения) стержней магнитопровода (увеличения их магнитного сопротивления и уменьшения соответственно магнитного потока).

Под воздействием разности ЭДС часть тока от вторичной обмотки с большей ЭДС будет ответвляться в обмотку с меньшей ЭДС, не попадая в обмотку исполнительного органа. Это ответвление вторичного тока в обмотку с меньшей ЭДС приводит к увеличению тока срабатывания реле.

Если тормозной ток, протекающий по одной обмотке, распределить по нескольким тормозным обмоткам, то суммарный тормозной эффект будет меньше.

Это объясняется тем, что степень подмагничивания (насыщения) каждого магнитопровода будет меньше, чем степень подмагничивания одного суммарным тормозным током.

Поведение реле ДЗТ оценивается по так называемым тормозным характеристикам – зависимости МДС срабатывания от МДС тормозной обмотки. Тормозная характеристика определяется не только абсолютной величиной МДС торможения, но и углом между рабочей и тормозной МДС Влияние величины и угла между рабочей и тормозной МДС для реле ДЗТ-11 можно проследить на рис. 2.6 −2.9 [7], где принято, что намагничивание стали происходит не по петле гистерезиса, а по основной кривой намагничивания, формы кривых МДС магнитных потоков и ЭДС вторичных обмоток синусоидальны, магнитный поток в крайних стержнях совпадает по фазе с МДС, а вектора ЭДС вторичных обмоток отстают от них на 900.

На рисунках введены следующие обозначения:
Fр и Fт − рабочие и тормозные ЭДС;
FΣлев = Fр + Fт − суммарная ЭДС в левом стержне для рассматриваемого момента времени;
FΣпр = Fр — Fт − суммарная МДС в правом стержне для того же момента времени;
Елев, Епр − ЭДС вторичной обмотки левого, правого стержней;
EΣ = Eлев + Eпр − суммарная ЭДС вторичной обмотки.

Рис. 2.6. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ при отсутствии тормозной МДС:
а – зависимость магнитной индукции от МДС;
б – векторная диаграмма МДС в стержнях НТТ

На рис. 2.6 при отсутствии тока в тормозной обмотке суммарная ЭДС в условиях срабатывания будет равна Е’Σ = Е’лев + Е’пр = Еср. При протекании тока по тормозной обмотке, совпадающего по фазе с рабочим током (рис. 2.7), из-за насыщения стали левого стержня Е”Σ = Е”лев + Е”пр< Е’Σ = Еср реле не срабатывает. При том же числе рабочих витков для срабатывания реле понадобится больший рабочий ток. При увеличении тормозного тока (рис. 2.8),

Рис. 2.7. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ в зависимости от величин совпадающих по фазе МДС рабочей и тормозной обмоток:
а − в левом стержне;
б − в правом стержне;
в − суммарная ЭДС вторичной обмотки

Рис. 2.8. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ в зависимости от совпадающих по фазе, но значительно различающихся по величине МДС рабочей и тормозных обмоток:
а – в левом стержне;
б – в правом стержне;
в – суммарная ЭДС вторичной обмотки

Например вдвое, индукция в левом стержне из-за насыщения возрастет незначительно и незначительно возрастет и ЭДС на вторичной обмотке левого стержня. В правом стержне изменится не только величина, но и знак суммарной МДС Е”Σпр и соответственно изменится знак и ЭДС, наводимой во вторичной обмотке правого стержня.

Результирующая ЭДС будет теперь определяться разностью ЭДС левого и правого стержней и заведомо будет меньше ЭДС срабатывания Еср.

Следовательно, для срабатывания реле потребуется еще больший рабочий ток. Если токи рабочей и тормозной обмоток сдвинуты по фазе на 900 (рис. 2.9), торможение оказывается меньше, чем при совпадении фаз рабочих и тормозных токов.


Рис. 2.9. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ в зависимости от МДС рабочей и тормозной обмоток, сдвинутых по фазе на 90°:
а – в левом стержне;
б – в правом стержне;
в – МДС в левом стержне;
г – МДС в правом стержне;
д – суммарная ЭДС вторичной обмотки

Из рис. 2.6 − 2.9 можно сделать вывод, что при одинаковых значениях рабочих и тормозных МДС Е”Σ < Е”’Σ < Е’ср = Еср, т.е. максимальный эффект торможения получается при углах между рабочим и тормозным токами в пределах 0 ± 30°, а минимальный эффект – в пределах 90° ± 30°.

Таким образом, поведение реле ДЗТ определяется не одной тормозной характеристикой, а целым семейством характеристик, верхняя граница которого будет тормозная характеристика при одинаковом угле между рабочим и тормозным токами, а нижняя граница – при угле между ними в 90° (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Тормозные характеристики реле ДЗТ:

1 – зона срабатывания реле;
2 – зона срабатывания или торможения в зависимости от угла
между векторами тормозного и рабочего токов;
3 – зона торможения (не срабатывания реле)

Верхняя граничная характеристика используется для определения чувствительности реле (т.е. при условии максимального торможения), а нижняя характеристика – для выбора тормозных витков (т.е. в условиях наименьшего тормозного эффекта).

У реле с несколькими тормозными обмотками разброс тормозных характеристик зависит еще и от схемы питания тормозных обмоток.

Верхняя граничная тормозная характеристика определяется при соединении тормозных обмоток по такой схеме:


Нижняя граничная тормозная характеристика определяется при соединении обмоток по схеме:

Оценку поведения дифференциальных защит с торможением принято определять по величине коэффициента торможения kторм, представляющего собой отношение тока срабатывания к тормозному току:

(2 – 11)

При выбранном числе тормозных и рабочих витков коэффициент торможения определяется по тормозным характеристикам по следующим выражениям:
– для реле серий ДЗТ-11

(2 –12)

– для реле с несколькими тормозными обмотками

(2 – 13)

где Fср – МДС срабатывания, определяемая по тормозной характеристике;
Fторм – МДС торможения;
Wраб, Wторм – число витков рабочей, тормозной обмоток.
Для реле с несколькими тормозными обмотками в числителе введен коэффициент 2,0 в связи с тем, что при определении тормозной характеристики две тормозные обмотки с одинаковым числом витков включены последовательно.

Основные технические данные дифференциальных реле серий РНТ и ДЗТ

Реле серий РНТ и ДЗТ (при отсутствии торможения) выпускаются с МДС срабатывания, равной (100 ± 5) А (реле прежних выпусков типа РНТ-562 и ДЗТ-1, ДЗТ-3 имели МДС срабатывания 60 А). Реле имеет ступенчатое регулирование тока срабатывания. Диапазон регулирования тока срабатывания каждого реле определяется количеством витков рабочих (уравнительных) обмоток, которые можно выставить на реле.

Ток срабатывания исполнительного реле – реле РТ-40 – при синусоидальном входном токе составляет 0,16 – 0,17А, напряжение срабатывания – 3,5 – 3, 6 В.

Индукция срабатывания реле выбрана такой величины, чтобы обеспечить при двукратном токе срабатывания реле ток в исполнительном реле РТ-40 не менее 1,2 от тока срабатывания реле РТ-40 и при пятикратном токе срабатывания реле – не менее 1,35 от тока срабатывания реле РТ-40. Для реле Д3Т эти коэффициенты обеспечиваются при Кт = 0,35.

Время действия реле при токе, равном трехкратному току срабатывания, не превышает 0,04 с, а при двукратном токе – 0,05 с (для реле Д3Т при Кт = 0,35).

Разрывная мощность контакта реле в цепи постоянного тока с индуктивной нагрузкой (постоянная времени не более 5 мс) равна 60 Вт при напряжении до 250 В или токе до 2 А. Минимальное напряжение на контактах должно быть не менее 24 В.

Термическая стойкость обмоток с числом витков менее 100 находится в пределах 5 – 10 А, а с числом витков более 100 от 0,7 – 2,5 А (следует уточнять по паспортным данным).

Потребление обмоток реле определяется числом используемых витков и величиной тока, при котором необходимо определить потребление (зависимость мощности, потребляемой обмотками реле от тока в обмотке, даны в информациях завода-изготовителя).

Принцип действия дифференциальных реле серий РНТМ и ДЗТМ

Основными недостатками реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами являются замедление срабатывания при наличии апериодической составляющей в переходном токе короткого замыкания в зоне действия и невозможность по условию отстройки от периодического броска тока намагничивания выполнить ток срабатывания дифференциальной защиты меньше номинального тока силового трансформатора.

В [6] были предложены схемные решения повышения чувствительности реле РНТ. Однако эти предложения не нашли применения на практике.

Проведенные исследования [8] показали, что общей отличительной особенностью бросков тока намагничивания и токов небаланса при насыщении трансформаторов тока в переходных и установившихся режимах внешнего короткого замыкания является несинусоидальность их формы тока, что выявило возможность дополнения реле с промежуточным насыщающимся трансформатором полупроводниковым устройством детектирования искажения формы дифференциального тока.

Полупроводниковое устройство автоматически увеличивает ток срабатывания реле РНТ или ДЗТ при искажении формы кривой дифференциального тока, что позволяет значительно повысить чувствительность реле при внутреннем синусоидальном токе короткого замыкания.

Модернизированные реле РНТМ и ДЗТМ состоят из собственно реле РТН и ДЗТ и полупроводникового устройства, не требующего постороннего источника питания.

Входным элементом устройства детектирования искажения формы дифференциального тока (в дальнейшем − устройство детектирования) является трансреактор TAV, первичная обмотка которого включается в цепь дифференциального тока реле. Для реле серий РНТ и ДЗТ нет электрической дифференциальной цепи, т. к. в реле осуществляется магнитное суммирование. Однако в реле РНТ имеется цепь, по которой протекает ток, пропорциональный дифференциальному току – это цепь короткозамкнутых обмоток. Поэтому первичную обмотку трансреактора следует подключить в цепь короткозамкнутых обмоток.

В реле серий ДЗТ отсутствует цепь с дифференциальным током, поэтому формирование тока, пропорционального дифференциальному току, должно осуществляться на самом трансреакторе.

Для этого первичная обмотка трансреактора имеет ответвления для выравнивания вторичных токов, и необходимые для выравнивания числа витков трансреактора подключаются последовательно с соответствующими рабочими обмотками насыщающегося трансформатора реле ДЗТ. Для упрощения предусматривается лишь грубое выравнивание, учитывая, что отстройка от токов небаланса осуществляется магнитным торможением самого реле ДЗТ.

Единственное требование, которое предъявляется к выбору числа витков трансреактора, – это обеспечение отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение с любой стороны.

Устройство детектирования должно иметь ток срабатывания меньше тока срабатывания самого ДЗТ со всех сторон защиты.

Наиболее простым способом увеличения тока срабатывания реле РНТ, ДЗТ является шунтирование исполнительного органа реле РТ-40 резистором.

Подключение шунтирующего резистора осуществляется симистором управляемым устройством детектирования.

Падение напряжения на открытом симисторе в несколько раз меньше напряжения срабатывания реле РТ-40, что позволяет включить последовательно с симистором переменный резистор для регулирования степени загрубления реле.

Принцип действия устройства детектирования основан на сравнении двух напряжений: первого – безынерционного пропорционального дифференциальному току, и второго – тоже пропорционального дифференциальному току, но с небольшой задержкой (инерционный элемент). При синусоидальном входном токе первое напряжение всегда больше второго, а при искажении формы входного тока в момент появления пауз или в полупериод с резким снижением тока второе напряжение за счет задержки окажется больше первого, что приведет к срабатыванию устройства детектирования и к увеличению тока срабатывания реле.

Принципиальная схема модернизированного реле РНТМ-565 приведена на рис. 2.11, а диаграмма токов и напряжений устройства детектирования – на рис. 2.12.


Рис. 2.11. Принципиальная схема реле РНТМ-565


Рис. 2.12. Диаграмма токов и напряжений устройства детектирования реле РНТМ ДЗТМ:

а – внутреннее КЗ с синусоидальным током;
б – бросок тока намагничивания;
в – внешнее КЗ при насыщении трансформаторов тока

Устройство детектирования состоит из следующих узлов: входного устройства – трансреактора ТАV, схемы расщепления (конденсаторы С1, С2 и резисторы R1, R2), выпрямительного моста VS1, корректирующего элемента (конденсатор С3 и резистор R3), инерционного элемента (конденсатор С4, диод VD3 и резистор R4), схемы сравнения (транзисторVT1, диод VD4 и резисторы R5, R6), расширителя импульсов (транзисторVT2, диод VD5, конденсатор C5 и резисторы R7, R8, R9), полупроводникового ключа (транзистор VT3, диод VD6, конденсатор C6, резистор R10, выпрямительный мост VS2).

Схема работает следующим образом. При внутреннем КЗ и синусоидальном токе (рис. 2.12, а) напряжения U1 и U2 имеют сглаженную форму и напряжение U1 больше напряжения U2 на величину падения напряжения на диодах VD3 и VD4 (U1 ≈ 1,2U2). Напряжение на переходе «эмиттер – база» транзистора VT1 имеет обратную полярность, транзистор VT1 постоянно закрыт и устройство детектирования не работает.

При броске тока намагничивания в дифференциальном токе возникают паузы или при одновременном насыщении трансформаторов тока во второй полупериод появляются отрицательные полуволны, но значительно меньшей величины и несинусоидальной формы («трансформированный» бросок тока намагничивания). При возникновении пауз в дифференциальном токе или в полупериоды «трансформированного» броска тока намагничивания (рис. 2.12, б) появляются интервалы времени, когда напряжение U2 на емкости инерционного элемента C4 превышает напряжение U1 на выходе корректирующего элемента. Напряжение на базе транзистора VT1 становится более отрицательным по отношению к эмиттеру, и транзистор VT1 открывается, с конденсатора C4 на резистор R6 подается напряжение, длительность импульсов которого зависит от длительности пауз.

Расширитель импульсов преобразует импульсы напряжения на резисторе R6 в постоянное напряжение U4 на вход полупроводникового ключа.

Если напряжение U4 превышает порог срабатывания, транзистор VT3 открывается и через выпрямитель VS2 напряжение подается на управляющий электрод симистора VD7. Симистор открывается и подключает резистор R′ш параллельно обмотке реле РТ-40. Степень загрубления определяется величиной резистора R′ш и может изменяться в пределах от двух до пяти.

При значительном увеличении напряжения на входе расширителя импульсов увеличивается падение напряжения на резисторе R8, транзистор VT2 открывается, подключая параллельно конденсатору C5 резистор R7, тем самым уменьшается постоянная времени разряда конденсатора C5.

Это необходимо для исключения задержки на возврат устройства детектирования после исчезновения искажения формы дифференциального тока при большом входном сигнале на входе расширителя импульсов.
Аналогично будет работать устройство детектирования в режиме внешнего короткого замыкания и насыщении трансформаторов (рис. 2. 12, в), когда дифференциальный ток будет иметь форму импульсов и пауз.

Конденсатор C3 корректирующего элемента предназначен для исключения излишнего срабатывания устройства детектирования в режиме внутреннего короткого замыкания и полной погрешности трансформаторов тока до 20%, при большей погрешности устройство детектирования может сработать, но задержки срабатывания не произойдет, так как ток в реле будет превышать увеличенный за счет подключения резистора R′ш ток срабатывания.

В дифференциальных защитах понижающих трансформаторов из-за регулирования напряжения под нагрузкой, неточности установки расчетного числа витков возможно протекание периодических токов небаланса, что может привести к отказу срабатывания устройства детектирования. Для предотвращения этого в реле РНТМ введен канал загрубления по току плеча, состоящий из промежуточного трансреактора TA2, переменного резистора R11, выпрямительного моста VS3, конденсатора C7, стабилитрона VD11, резисторов R12, R13, диода VD12. Первичная обмотка трансреактора TA2, уравнительная обмотка W1ур и рабочая обмотка Wр насыщающегося трансформатора включается в плечо защиты со стороны низшего напряжения силового трансформатора (со стороны тупикового питания нагрузки).

При превышении током плеча предельного значения тока нагрузки силового трансформатора с учетом возможной его перегрузки выходное напряжение канала загрубления поступает на вход полупроводникового ключа, который срабатывает и загрубляет реле РНТМ.

При внутреннем коротком замыкании ток по первичной обмотке трансреактора на протекает, канал загрубления не работает.

Порог срабатывания канала загрубления по току плеча определяется стабилитроном VD11, а ток срабатывания регулируется переменным резистором R11. Стабилитроны VD1, VD2, VD8-10 предназначены для защиты полупроводникового устройства от перенапряжений.

Модернизированное реле ДЗТМ состоит из реле ДЗТ-10 и полупроводникового устройства, аналогичного устройству реле РНТМ, но без канала загрубления.

Таким образом, реле серий РНТМ и ДЗТМ имеют два тока срабатывания: низший ток срабатывания Iс.р.1, когда устройство детектирования не работает, для дифференциальных защит трансформаторов может быть принят (0,3 – 0,5)Iном трансформатора; высший ток срабатывания Iс.р.2 при токах небаланса в режиме внешнего короткого замыкания и бросков тока намагничивания, когда срабатывает устройство детектирования для дифференциальных защит трансформаторов (1,2 – 2,0)Iном трансформатора.

Реле РНТМ и ДЗТМ имеют меньшую задержку на срабатывание при внутреннем коротком замыкании с апериодической составляющей благодаря меньшему току срабатывания.

Реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами реагирует на значение отрицательной полуволны, увеличивающейся в течение переходного короткого замыкания, поэтому условия срабатывания наступают тем раньше, чем меньше ток срабатывания.

Для контроля исправности устройства детектирования и установки токов срабатывания служит накладка, имеющая три положения: «нейтральное», «работа» и «проверка». При установке накладки в положение «проверка» (5’ – 4’) происходит срабатывание устройства детектирования при синусоидальном входном токе, реле РНТМ, ДЗТМ загрубляется и при помощи переменного резистора R′ш выставляется требуемый высший ток срабатывания. При переводе накладки в положение «работа» устройство детектирования не срабатывает при синусоидальном токе. В этом режиме выставляется низший ток срабатывания установкой штепсельных винтов на промежуточном насыщающемся трансформаторе. В нейтральное положение накладка устанавливается во время регулировки канала загрубления.

Для защит с реле РНТ и ДЗТ, уже находящихся в эксплуатации, разработано автономное бесконтактное устройство (УБ) для детектирования искажения формы дифференциального тока, принцип действия которого аналогичен принципу действия устройства в реле РНТМ. Несмотря на положительный опыт эксплуатации, в широкое серийное производство приставка не была внедрена.

Регулировку и проверку реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами следует выполнять в соответствии с рекомендациями [5] и [7]. Особо следует обратить внимание на необходимость обеспечения синусоидальной формы кривой тока, подаваемого в первичную обмотку насыщающегося трансформатора. При использовании источника с синусоидальным напряжением необходимо последовательно с обмоткой реле включить добавочный резистор с минимальным сопротивлением в семь – десять раз больше полного сопротивления обмотки при токе срабатывания.

принцип работы, управление и устройство

Реле электромагнитное – самый распространенный тип реле, используемое во всех сферах электрики. Функционирование этого типа основано на электромагнитном поле, которое возникает в сердечнике при прохождении тока по обмоткам катушки. При подаче электричества на катушку, якорь реле из ферромагнита соприкасается с сердечником. Он преодолевает силу пружины, тем самым замыкаются его контакты.

При отключении тока, якорь переходит в свое исходное состояние. Таким образом происходит управление подачи электричества в цепь, или ее отдельных элементов. Восприимчивым элементом в устройстве является его обмотка.  Это самый распространенный тип реле, применяемый в современной электромеханике. Статья содержит полезный видеоматериал об устройстве, а в конце читатель найдет дополнительный материал, посвященный особенностям устройства, области его применения и правилам эксплуатации.

Особенности электромагнитного реле

Согласование тяговых и противодействующих характеристик

Электромагнитные реле благодаря простоте конструкции и надежности широко распространены в схемах электропривода и в схемах защиты энергосистем. Электромагнитные реле приводятся в действие с помощью электромагнитов   постоянного  или переменного тока. Рассмотрим работу максимального реле постоянного тока с простейшей магнитной системой клапанного типа. Противодействующие усилия создаются возвратной Pi и контактными Р2 пружинами. Усилие контактных пружин создает предварительное нажатие в момент соприкосновения контактов.

В результате уменьшается вибрация контактов при срабатывании и обеспечивается необходимое контактное нажатие. С учетом линейной зависимости силы пружины от ее деформации и относительно небольшого перемещения якоря противодействующее усилие пружин, приведенное к якорю, меняется линейно с изменением зазора. Для срабатывания реле необходимо, чтобы тяговая характеристика Рэ\ во всех точках хода якоря шла выше суммарной противодействующей характеристики Ра = Р\-\-Р2. Для токового реле при данном начальном зазоре бн положение Pai зависит от тока.   При ненасыщенной   магнитной системе тяговая сила пропорциональна квадрату тока.

Схема электромагнитного реле.

Наименьшее значение тока, при котором кривая P3i начинает проходить выше зависимости Рш определяет ток трогания /Тр реле. Срабатывание реле определяется точкой в (зазор б = бн), при которой Рэ] идет выше Рп. Для надежного включения в обмотку реле обычно подается ток /раб>/тр. Коэффициент запаса при этом £3 = /раб//ср и обычно составляет k3 — l,4. С ростом ki тяговая характеристика поднимается, увеличивается тяговое электромагнитное усилие, действующее на якорь, увеличивается ускорение якоря, сокращается полное время включения. Однако при этом возрастают удары в механизме и вибрация контактов. Для того чтобы устранить залипание якоря, в магнитной системе всегда создается конечный зазор бк. При этом . зазоре тяговое усилие значительно превышает противодействующее.

Материал по теме: Что такое реле времени

Для отключения реле тяговая характеристика Рт во . всех точках должна быть ниже характеристики Рп. При этом усилие, развиваемое противодействующими пружинами, больше электромагнитного усилия и якорь возвратится в начальное положение. Ток при таком положении характеристики называется током отпускания или током возврата. При отпускании реле определяющей точкой является точка б, в которой характеристика Ра идет ниже характеристики Рп. Для реле защиты энергосистем и электропривода, контролирующих значение тока в узких пределах, коэффициент возврата йв = /0тп//Ср должен быть возможно ближе к единице.

Электромагнитное реле.

Допустим, требуется реле, которое срабатывает при токе 100 А и отпускает при токе 99 А, т. е. £в = 0,99. В электромагнитных реле такой k5 получить трудно, и в этих случаях применяются электронные реле. Если реле применяется для защиты установки от чрезмерного понижения напряжения сети, то оно также должно иметь высокий kB. Например, если установка должна отключаться от сети при напряжении, равном 70 % Uhqm, то необходимо применить реле с kB = Q,7. Такой kB можно легко получить в электромагнитном реле переменного тока. Рассмотренное реле срабатывает при любом направлении тока в обмотке. Такие реле называются нейтральными.

Строение электромагнитного реле.

Поскольку всегда РПЗб>0, коэффициент возврата максимального реле kB<\. Для увеличения kB необходимо максимально сблизить тяговую и противодействующую характеристики с целью уменьшения РИЗб- В реле, как правило, основное противодействующее усилие создается возвратной пружиной. Усилие контактной пружины невелико, и при рассмотрении коэффициента возврата им можно пренебречь. Для получения высокого kB противодействующая характеристика должна быть такой же нелинейной, как и тяговая.

Для  максимального сближения тяговой и противодействующей характеристик последней можно придать нелинейный характер. Добиться этого удается ценой сложных конструктивных решений, снижающих надежность реле .(противодействующее усилие создается несколькими пружинами). Такие решения применяются редко. В простейшем случае и при одной пружине рекомендуется выбирать ее с наибольшей возможной жесткостью, чтобы   противодействующая   характеристика   совпадала с касательной, проведенной к тяговой характеристике при б = бн. В этом случае значение РИзб будет минимальным, а kB максимальным.

Условия получения высокого коэффициента возврата

Если выбрать достаточно большое значение бк и малый рабочий ход якоря, то характеристика противодействующей пружины достаточно близко подойдет к тяговой и коэффициент возврата может быть получен примерно 0,7—0,8. Большими возможностями согласования характеристик обладает электромагнитная система с поворотным движением якоря (рис. 9.5). Якорь 3 Г-образной формы выполнен из тонкой электротехнической стали. При малом рабочем зазоре он насыщается, благодаря чему значение Ризб уменьшается и kB возрастает. Изменяя форму якоря и полюсов, можно получить практически любую тяговую   характеристику. Помимо указанных факторов на коэффициент возврата реле оказывают влияние трение перемещающихся деталей электромагнита и гистерезис материала магнитопровода.

Трение является дополнительным усилием сопротивления и вызывает увеличение тока трогания. Трение препятствует и отпусканию. Усилие возвратной пружины уменьшается, что вызывает уменьшение тока отпускания. В результате коэффициент возврата уменьшается. Для того чтобы трение меньше сказывалось на коэффициенте возврата, усилие противодействующей пружины должно значительно превышать силу трения. В ряде случаев необходимо контролировать уменьшение входного параметра. Эта задача решается с помощью минимальных реле. Так, например, контакты минимального реле напряжения отключают установку при снижении напряжения сети ниже допустимого.

Электромагнитное реле.

Электромагнитные реле в системах автоматики

Электромагнитные реле работают, делают цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на него подается напряжение. Этот момент является определяющим в управлении электроснабжением потребителей. Именно поэтому электромагнитное реле не может работать с кнопками, так как кнопка — это не выключатель с фиксацией, который «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Кнопка подает только кратковременный сигнал для включения, выключения. А вот если нажать клавишу выключателя в положение «включено», электрическая цепь будет замкнута до тех пор (и напряжение на реле будет подаваться, соответственно), пока кто-либо не изменит положение выключателя.

Поэтому с фиксируемым выключателем электромагнитное реле работает, а с кнопкой — нет. Это раз, так как среди предлагаемой производителями электротехнической продукции и фурнитуры — огромное множество различных коммутирующих устройств, но не все они будут работать с этими реле. Во всех примерах здесь мы не рассматриваем простейшие ручные схемы управления освещением, когда нажал на фиксируемый выключатель, реле им удерживается, и свет включается, пока не нажать на клавишу фиксируемого выключателя в положение «выключено».

В системах управления освещения с автоматикой всегда применяются кнопки, а не фиксированные выключатели, поэтому на работу всех реле будем смотреть, принимая во внимание их взаимодействие с кнопками (или выключателями без фиксации). Однако если подключить кнопки к контроллеру, а от контроллера — к реле, то все будет работать нормально. Контроллер будет подавать управляющее, удерживающее напряжение на реле, и цепь будет замкнута до тех пор, пока с кнопки на вход контроллера не поступит следующий, отключающий напряжение сигнал.

Если говорить о реле в общем, в контексте систем управления и автоматизации, то все реле, к примеру, для автоматизации систем освещения в проходных зонах, применяются только с контроллерами. Именно контроллер в данном случае является этим «запоминателем» состояния включения света. Причем в проходной зоне с 3–4-мя входами-выходами, в которой включением света управляют, к примеру, 3–4 выключателя (и более), расположенные у каждой двери (а еще и датчики), только контроллер может знать, что делать с включением, выключением света, если от одного из выключателей поступил управляющий сигнал. Шум от работы этих реле присутствует, но его величина не особенно критична, поэтому монтаж электромагнитных реле может производиться на этажах, то есть в данном случае возможна поэтажная разводка электропроводки.

Схема устройства электромагнитного реле.

Импульсное (поляризованное) реле

Здесь уже поинтереснее. Потребности людей в комфорте, безопасности, скорости срабатывания росли, и на замену электромеханическому реле пришло импульсное или поляризованное реле. Данный тип реле используется в большом количестве отраслей, благодаря своей надежности, относительно высокой скорости срабатывания и возможности управления им малыми токами. Устройство импульсного реле схоже с устройством электромагнитного. Однако, катушка электромагнитного реле, находящегося в рабочем состоянии, должна быть всегда под напряжением, а катушка импульсного реле для устойчивого переключения получает только кратковременные импульсы. Благодаря чему потребляет энергию только в момент импульса и «запоминает», включено оно или нет, даже если напряжение исчезает (обычное реле так «не умеет», работает только при постоянной подаче тока).

Материал в тему: Что такое кондесатор

Наибольшее распространение данный тип реле получил в области управления освещением. Импульсные реле можно разделить на несколько типов:

  • электромагнитные;
  • индукционные;
  • магнитоэлектрические;
  • электродинамические;
  • электронные (будут выделены отдельно).

Принцип работы у всех этих вариаций схож с работой обычного электромагнитного реле. Разница лишь в способе замыкания. Импульсные электромагнитные реле.
Эти реле применяются чаще остальных. У них простой метод работы, основанный на электромагнетизме в ферромагнитном сердечнике. Так же как и у электромагнитного реле, в катушке есть ток, сердечник превращается в магнит и замыкает, размыкает контакт, механизм контакта позволяет ему оставаться в этом положении до следующего импульса. Таким образом, импульсное реле не требует постоянной подачи напряжения и работает благодаря управляющим импульсам.

Старое реле.

Индукционные реле

Индукционные основаны на взаимодействии переменного тока и индуцированного в проводнике тока. Такое взаимодействие создает вращающий момент, который, в свою очередь, приводит в движение или диск, или замыкатель в рамке, или механизм реле со «стаканом». Чем выше ток, тем быстрее срабатывает механизм. Применяется данное реле только в цепях переменного тока, как реле защиты.

Минимальное токовое реле

Магнитоэлектрическое реле

Катушка вращается в поле постоянного магнита. С катушкой связан контакт. При поступлении тока контакт замыкается, при его отсутствии пружины возвращают систему в исходное положение. Практически не используются, ибо время срабатывания долгое — порядка 0,1-0,2 с.

Электродинамические реле

Две катушки. Одна жестко закреплена, другая подвижна. Индукция в рабочем зазоре создается не постоянным магнитом, а закрепленной катушкой на сердечнике. И тяговое усилие воздействует не на якорь, как мы привыкли, а на подвижную катушку.

Достоинства электромеханических импульсных реле

  • Потребляют ток только в момент переключения.
  • Управляются из разных мест, в т. ч. контроллерами.
  • Малое теплообразование.
  • Устойчивы к перенапряжениям цепи.
  • Повышенная помехоустойчивость.

Недостатки

  • Громкий щелчок в момент срабатывания, шумность работы.
  • Низкая функциональность.
  • Много подвижных частей.
  • Возникновение помех при коммутации.
  • Длительное время срабатывания.

Электронные реле

Вынесены отдельно, ибо они являются переходным звеном от механических видов реле к твердотельным. Конструкция у них с одной стороны сложна, а с другой стороны — самая простая из всех выше перечисленных. Данное реле также имеет подвижные механизмы, отличает данный тип только способ управления внутри самого реле. Это блок, в состав которого входит микроконтроллер с полупроводником на печатной плате. И это маленькое новшество дает огромное количество вариантов использования данного реле. Можно программировать реле на включение, выключение при определенных параметрах времени, температуры, освещенности и т. д.

Электронный тип реле.

Плюсы электронных импульсных реле

  • Безопасность (на входе используются малые токи).
  • Низкое тепловыделение.
  • Возможность управления разного рода устройствами (датчики движения и т. п.).
  • Индикация состояния.

Недостатки

  • Высокая чувствительность к перепадам напряжения.
  • Восприимчивость к помехам.
  • Ложные срабатывания.
  • Высокая стоимость (за такую цену проще купить твердотельное реле).

Импульсные электромеханические реле гораздо более надежные и простые, чем электронные. Электронные реле зависимы от стабильности напряжения, постоянного питания, а также они «не любят» помехи в сети. Тем не менее, они более безопасны, чем механические.

Различные типы реле.

О применении импульсных поляризованных реле в автоматике

Импульсное поляризованное реле работает, как триггер. Оно длительно находится в одном из двух устойчивых состояний (включено, выключено) и чередует их под воздействием внешних сигналов. То есть свет включается и выключается этими реле следующим образом:

  • Подал на это реле сигнал управляющей кнопкой всего один раз, реле замкнуло цепь, и свет включился.
  • Нужно выключить свет, еще раз нажимаем на кнопку, на реле идет управляющий сигнал, реле переключается, цепь размыкается, свет гаснет.
  • Подавать управляющее напряжение на это реле постоянно, чтобы оно удерживало включенную электрическую цепь, не требуется.

Этот момент обеспечивает применение импульсных поляризованных реле в системах освещения, подсоединяя кнопку (нефиксируемый переключатель) включения, выключения света напрямую к источнику света через это реле. Принцип работы реле подробно разобран в видеоролике ниже.

Дополнительных контроллеров, которые обеспечивают простейшее управление светом, подающие напряжение, как в случае с обычными электромагнитными реле, чтобы электрическая цепь удерживалась, здесь не требуется. То есть в данном случае с импульсными поляризованными реле можно применять кнопки, которые не имеют функций фиксируемого выключателя. О кнопках и выключателях уже было написано выше, но повторим еще раз:

  • Выключатель с фиксацией «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Если нажать клавишу выключателя в положение «включено», цепь будет замкнута до тех пор, пока кто-либо не изменит положение выключателя.
  • Кнопка таким свойством не обладает. Механическая кнопка самостоятельно возвращается в исходное положение, как только на нее перестают нажимать, или же, как в случае с электронной кнопкой — подает только кратковременный управляющий сигнал в момент нажатия.

Устройство автомобильного реле.

Этот момент запоминания состояния переключения в данном типе реле делает их более универсальными в применении, но портит свойство превосходности их шумность.

Заключение

Более подробно об этом устройстве можно узнать, прочитав статью Электромеханическое реле, типы, особенности конструктивного выполнения. В нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессиональных электронщиков. Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vk.com/electroinfonet.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.forca.com.ua

www.tria-komm.ru

www.dabarov.narod.ru

www.lokomo.ru

Предыдущая

РелеЧто такое твердотельное реле?

Следующая

РелеТоковое реле: что это и для чего используется?

Реле тока. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Применение

Реле тока — в электрических промышленных сетях часто возникают чрезмерные нагрузки и короткие замыкания. Все компоненты цепи, начиная от обычного проводника, и заканчивая потребителями нагрузки со сложной конструкцией, рассчитаны на допустимый максимальный нагрузочный ток. Превышение этой величины приводит к пробою изоляции, либо нарушению целостности проводов из-за расплавления жил, а также межвитковому замыканию обмотки двигателя, перегрузке трансформатора. Все эти факторы являются аварийными режимами эксплуатации, ведущими к неисправностям и выходу из строя сети питания.

Для обеспечения надежной защиты агрегатов, трансформаторов, приводов электромоторов применяется релейная защита, включающая в себя один из основных элементов в виде реле тока, которое предотвращает эксплуатацию электрооборудования в аварийном режиме.

Виды
Реле тока классифицируются по двум основным признакам:
  • Первичные чаще всего встроены в конструкцию выключателя, и являются его частью. Они применяются в основном в электрических сетях напряжением до 1000 В.
  • Вторичные включаются в цепь посредством трансформатора тока, который подключается к питающей шине или кабелю. Трансформатор снижает ток до значения, которое подходит для функционирования реле. В качестве примера можно рассмотреть трансформатор тока, имеющий кратность 100 : 5. Он способен контролировать значение тока до 100 ампер, применяя для этого реле с допускаемой величиной наибольшего тока всего в 5 ампер.
Вторичные реле тока в свою очередь разделяются на виды:
  • Индукционные реле.
  • Электромагнитного действия.
  • Дифференциальные модели.
  • Реле на интегральных микросхемах.
Устройство и работа

Конструктивные особенности основных видов реле и их принцип действия.

Индукционные

Такой вид реле работает на основе взаимодействия между током, индуцированным в некотором проводнике, и переменным магнитным потоком. Вследствие этого они используются на переменном токе в качестве защитного реле косвенного действия.

Имеющиеся виды индукционных реле делятся на 3 группы:
  • С рамкой.
  • С диском.
  • Со стаканом.

В варианте с рамкой (рисунок «а») поток Ф2 создает ток в замкнутой обмотке, выполненной в виде рамки в магнитном поле второго потока Ф1, который сдвинут по фазе. Такие реле обладают повышенной чувствительностью и максимальной реакцией в отличие от других реле. В качестве недостатка можно отметить слабый момент вращения.

Образцы с диском имеют широкую популярность. Схема такого реле изображена на рисунке «б». Такие реле обладают большим моментом вращения диска, имеют простое устройство.

Реле со стаканом (рисунок «в») оснащены подвижным стаканом, который может вращаться в магнитном поле потоков магнитной системы, состоящей из четырех полюсов. Потоки расположены под прямым углом между собой в пространстве.

В стакане 5 находится стальной цилиндр 1, который предназначен для снижения магнитного сопротивления. Эта конструкция более сложная, в отличие от реле с диском. Это дает возможность получения короткого времени реакции на срабатывание (0,02 с), что является значительным преимуществом, и обеспечивает широкую популярность в использовании реле тока со стаканом.

4-полюсная магнитная система дает возможность получать без значительных доработок разные по назначению реле, и унифицировать их изготовление.

Электромагнитные

Нейтральные реле реагируют одинаково на постоянный ток, проходящий в обмотке, в любом направлении. По типу движения якоря реле делятся на два вида: с угловым перемещением якоря, и с втягивающим якорем.

  1. Сердечник.
  2. Ярмо.
  3. Якорь.
  4. Штифт.
  5. Контакты.

Если нет сигнала управления, то якорь удерживается на наибольшем расстоянии от сердечника с помощью воздействия пружины. При поступлении сигнала на обмотку образуется магнитная сила, прижимающая якорь к сердечнику. Тем самым одни контакты замыкаются, а другие размыкаются.

Поляризованные реле включают в себя аналогичные элементы, однако отличаются наличием двух обмоток, двух сердечников, постоянным магнитом и контактной тягой. Поляризованные реле срабатывают в зависимости от того, какой полярности пришел сигнал управления.

Сердечник изготавливается из листовой электротехнической стали. Это позволяет повысить скорость срабатывания устройства. При отсутствии тока на катушках, реле находится в исходном состоянии. При этом в реле уже есть магнитный поток, который образован постоянным магнитом. Силовые линии замыкаются на два контура.

Первый контур включает в себя магнит, левый сердечник, ярмо, якорь и другой магнит. А второй контур проходит по магниту и ярму к правому сердечнику и якорю. Далее он снова приходит в первоначальное положение.

Между левым сердечником и якорем нет воздушной прослойки. В этом случае правый сердечник и якорь разделены большим воздушным зазором. Воздух имеет большое сопротивление, поэтому величина магнитного потока в правом контуре будет намного меньше левого. Якорь притянется к левому сердечнику под действием более мощного магнитного потока.

Так функционирует поляризованное реле. Его работа происходит на основе магнитных свойств. Это дает возможность менять направление тока на обмотке, при разных полярностях.

Реле переменного тока имеет отличие от модели постоянного тока в том, что работает от переменного тока непосредственно от сети. При равных размерах конструкции, величина силы у реле переменного тока в два раза ниже, чем у реле, работающего на постоянном токе.

Достоинства
  • Низкая стоимость электромагнитных реле в отличие от полупроводниковых образцов.
  • Незначительное падение напряжения на контактах, низкое выделение теплоты, не требует охлаждения.
  • Качественная электрическая изоляция цепи управления катушки и группы контактов.
  • Невосприимчивость к импульсным нагрузкам и помехам, возникающим при ударах молнии, и при переключениях высоковольтных цепей.
  • Возможность подключения нагрузки до 4 киловатт при объемном размере реле ниже 10 куб. см.
Недостатки
  • Возникающие проблемы при подключении индуктивных потребителей и нагрузок постоянного тока высокого напряжения.
  • Возникновение радиопомех при работе силовых контактов.
  • Ограниченный механический и электрический ресурс.
  • Низкая скорость функционирования.
Дифференциальные

Такие реле действуют по принципу сравнивания значения тока до потребителя и после него. Таким потребителем обычно бывает силовой трансформатор. В обычном режиме эксплуатации ток до трансформатора и после него практически одинаков. Однако при появлении короткого замыкания на трансформаторе такой баланс нарушается. В этом случае реле замыкает контакты и подает команду на обесточивание неисправного участка цепи.

Дифференциальные реле широко используются в бытовых условиях, а также на производстве. Такие реле в виде защитных устройств предотвращают утечки тока в приборах и проводах.

Защищаемыми приборами обычно бывают:
  • Оргтехника.
  • Бойлеры.
  • Светильники.
  • Бытовые устройства.

Тем самым осуществляется защита человека от удара электрическим током при касании корпуса устройства.

Реле на микросхемах (интегральные электронные)

Такие типы изготавливают на основе полупроводниковых элементов. Основным их преимуществом является постоянная стабильная работа при повышенной вибрации.

Применение и подключение

В нормальном эксплуатационном режиме любое реле тока должно обладать достаточной чувствительностью к превышению номинального значения тока в цепи входа. При повышении тока больше допустимых значений, осуществляется переключение контактов выхода, которые обесточивают силовые устройства от сети питания.

Если ток дальше продолжает снижаться и подходит к номинальной величине, то при этом цепь снова замыкается под действием сигнала на выходе, и подается ток.

Реле для защиты применяют в жилых домах, а также на производственных объектах. Многие современные квартиры оснащены мощными бытовыми электрическими устройствами. Если включить сразу все такие устройства, то это вызовет значительные нагрузки в электрической сети питания.

Для предотвращения аналогичных случаев все устройства разделяют:
  • Приоритетные.
  • Второстепенные.

Приоритетными устройствами считаются те, отключение которых от сети создаст аварийную критическую обстановку. Такие внезапные отключения приводят к неисправностям и выходу из строя.

Второстепенными устройствами считаются те, которые можно отключить без всякого ущерба, не создавая аварийной ситуации или каких-либо неисправностей. Поэтому реле подключаются так, чтобы не допустить всевозможные перегрузки в сети питания.

Для примера реле максимального тока РМТ-101.

Это устройство дает возможность настроить определенное время отключения нагрузки при перегрузке сети, а потом снова подает питание.

Такой образец реле способен контролировать и измерять нагрузку по току. Также при необходимости реле может применяться вместо цифрового амперметра. При измерении тока нет необходимости разрывать цепь. В приборе установлен специальный датчик, расположенный в корпусе.

Защитное реле РМТ-101 можно присоединять к трансформаторам тока выносного типа. На передней панели реле находятся цифровые и светодиодные индикаторы, которые показывают величину тока в цепи. Реле оснащено двумя переключателями, которыми можно настраивать необходимый интервал измерений, режим индикации, точность показаний, наибольший и текущий ток.

Другой важной функцией реле является его использование вместо реле ограничения потребления тока. Также можно выбрать необходимую нагрузку. Реле может функционировать в двух режимах: наименьшего и наибольшего тока. Чтобы переключиться между режимами, необходимо воспользоваться специальным переключателем.

Реле тока РМТ-101 приобрело широкую популярность на производстве. Оно создает защиту мощных электродвигателей переменного и постоянного тока, а также другого оборудования от возникающих перегрузок.

Также широко используемым устройством в различных областях является реле РЭО-401.

 

Устройство этого реле тока защиты состоит из двух главных узлов:

  • Электромагнитная система.
  • Блок контакт.

Электромагнитная система включает в себя скобу сердечника с трубкой. На трубке размещена катушка, имеющая в качестве защиты изоляционный каркас. В трубке находится якорь, который может легко перемещаться вдоль трубки. Значение тока срабатывания зависит от расположения якоря.

Значение тока срабатывания регулируется с помощью изменения расположения скобы, которая после регулировки может фиксироваться специальным винтом. Когда реле сработает, то блок-контакты останутся разомкнутыми, пока не снизится ток до нормальной величины. Далее якорь переместится в нижнюю позицию, а контакты от воздействия пружины замкнутся. Проводники подключаются к реле на передней части корпуса.

Советы по выбору реле
Чтобы сделать правильный выбор реле наибольшего тока необходимо руководствоваться:
  • Поставленной задачей.
  • Значением тока.
  • Напряжением питания.
  • Условиями эксплуатации.
  • Наличием механизма задержки срабатывания.
  • Наибольшим допустимым током.
  • Характеристиками и параметрами регулировки.

После приобретения реле, его необходимо настроить. Это делается легко, при помощи встроенных уставок, плавно изменяя их. Все аналогичные реле имеют компактные размеры. Это дает возможность без особых проблем установить их в шкафы релейной защиты или распределительные щиты.

Такие реле имеют надежную и простую конструкцию, унифицированы между собой, что позволяет производить их легкую замену. Для контроля параметров применяются встроенные светодиодные дисплеи.

Похожие темы:

Электромагнитные реле. Виды и работа. Устройство и применение

Основной составляющей частью кибернетики и систем автоматики являются процессы коммутации. Первыми устройствами, выполняющими коммутацию в автоматических электрических цепях, были электромагнитные реле.

Благодаря техническому прогрессу появились полупроводниковые коммутаторы. Однако электромагнитные реле не теряют своей популярности по применению в различном электрооборудовании и устройствах. Широкое использование реле обуславливается их неоспоримыми достоинствами, к которым относятся свойства металлических контактов.

Сопротивление контактов реле наименьшее, в отличие от коммутаторов на основе полупроводниковых элементов. Контакты реле выдерживают намного выше токовые перегрузки, чем полупроводниковые коммутаторы. Реле нормально функционируют при наличии статического электричества, радиационного излучения. Основным положительным качеством реле является гальваническая изоляция цепи управления и коммутации без дополнительных элементов.

Основные виды электромагнитных реле.

По конструктивным особенностям исполнительных элементов электромагнитные реле делятся на:

  • Контактные реле, которые оказывают воздействие на силовую цепь группой электрических контактов. Их разомкнутое или замкнутое состояние способно обеспечить коммутацию (разрыв или соединение) выходной силовой цепи.
  • Бесконтактные реле оказывают действие на силовую цепь методом резкого изменения ее параметров (емкости, индуктивности, сопротивления), либо силы тока и напряжения.
По области применения реле:
  • Сигнализации.
  • Защиты.
  • Цепей управления.
По мощности сигнала управления:
  • Высокой мощности более 10 ватт.
  • Средней мощности 1-9 ватт.
  • Малой мощности менее 1 ватта.
По быстродействию управления:
  • Безинерционные менее 0,001 с.
  • Быстродействующие 0,001-0,05 с.
  • Замедленные 0,05-1 с.
  • Регулируемые.
По виду напряжения управления:
  • Переменного тока.
  • Постоянного тока (поляризованные и нейтральные).

Рассмотрим подробнее реле постоянного тока, которые делятся на два подвида – нейтральные и поляризованные. Они имеют отличие в том, что поляризованные устройства имеют чувствительность к полярности подключаемого напряжения. Якорь изменяет направление движения в зависимости от подключенных полюсов питания.

Реле постоянного тока разделяют:
  • 2-х позиционные.
  • 2-х позиционные с преобладанием.
  • 3-позиционные с нечувствительной зоной.

Функционирование нейтральных электромагнитных реле не зависит от порядка подключения полюсов напряжения. Недостатками реле постоянного тока является потребность в блоке питания, а также высокая стоимость.

Реле переменного тока не имеют таких недостатков, у них есть свои отрицательные моменты:
  • Вибрация при эксплуатации, необходимость ее устранения.
  • Параметры работы намного хуже, чем у реле постоянного тока. К ним относятся: магнитное поле, чувствительность.

К достоинствам устройств реле постоянного тока можно отнести отсутствие необходимости в блоке питания, и возможности непосредственного подключения в сеть переменного напряжения.

По защищенности от внешних факторов реле разделяют:
  • Герметичные.
  • Зачехленные.
  • Открытые.
Реле тока

Структура реле напряжения и тока очень похожа. Их отличие заключается только в конструкции катушки. Токовое реле имеет катушку с небольшим числом витков и малым сопротивлением. Намотка провода на катушку осуществляется толстым проводником.

Обмотка реле напряжения выполняется с большим числом витков. Каждое из этих реле выполняет контроль определенных параметров с помощью системы автоматического отключения и включения электрического устройства.

Реле тока осуществляет контроль силы тока в цепи потребителя, к которой оно подключено. Данные поступают в другую цепь с помощью подключения сопротивления контактом реле. Подключение может осуществляться как непосредственно к силовой цепи, так и через измерительные трансформаторы.

Реле времени

В цепях автоматики часто требуется образование задержки при включении устройств, либо подачи сигнала для выполнения определенного технологического процесса по некоторому алгоритму. Для таких целей предназначены специальные устройства, способные коммутировать цепи с некоторой задержкой времени.

 

К таким реле времени предъявляются специальные требования:
  • Необходимая и достаточная мощность контактов.
  • Малые габаритные размеры, вес и небольшой расход электроэнергии.
  • Стабильные рабочие параметры задержки времени, не зависящие от внешних воздействий.

Для реле времени, управляющим электрическими приводами, повышенные требования не предъявляются. Их задержка равна от 0,25 до 10 с. Эксплуатационная надежность таких реле должна быть очень высока, так как условия работы предполагают наличие вибрации.

Устройство и принцип действия
Структуру электромагнитного реле можно разделить на его отдельные составные элементы следующим образом:
  • Первичный (чувствительный) элемент преобразует электрический сигнал управления в магнитную силу. Обычно этим элементом является катушка.
  • Промежуточный элемент может состоять из нескольких частей. Он приводит в работу исполнительный механизм. Таким элементом является якорь с подвижными контактами и пружиной.
  • Исполнительный элемент выполняет передачу воздействия на силовую цепь. Таким элементом чаще всего выступает группа силовых контактов реле.

Электромагнитные реле имеют довольно простой принцип работы, вследствие чего имеют повышенную надежность. Они являются незаменимыми элементами в схемах защиты и автоматики. Действие реле заключается в применении электромагнитных сил, появляющихся в металлическом сердечнике при протекании электрического тока по катушке.

Элементы реле устанавливаются на закрывающемся крышкой основании. Подвижная пластина (якорь) с контактом установлена над сердечником электромагнита. Подвижных контактов может быть несколько. Напротив них расположены соответствующие пары неподвижных контактов.

1 — Катушка реле
2 — Сердечник
3 — Стержень
4 — Подвижный якорь
5 — Группа контактов
6 — Пружина
7 — Питание катушки

В первоначальном положении пружина удерживает подвижную пластину. При подключении питания срабатывает электромагнит и притягивает к себе эту пластину, являющуюся якорем, преодолевая усилие пружины. В зависимости от устройства реле контакты при этом размыкаются или замыкаются. После выключения питания якорь под действием пружины возвращается в исходное положение.

Существуют электромагнитные реле с встроенными электронными компонентами в виде конденсатора, подключенного параллельно контактам для уменьшения помех и образования искр, а также сопротивления, подключенного к катушке, для четкой работы реле.

По силовой цепи, которая подключается контактами, может протекать электрический ток намного больше тока управления. Эта цепь гальванически развязана с цепью управления электромагнитом. Другими словами реле играет роль усилителя мощности, напряжения и тока в электрической цепи.

Электромагнитные реле переменного тока приводятся в действие при подключении к ним переменного тока частотой 50 герц. Устройство такого реле практически не отличается от реле постоянного тока, кроме сердечника электромагнита, который в данном случае выполняется из листовой электротехнической стали. Это делается для снижения потерь энергии от вихревых токов.

Параметры электромагнитных реле

Основными характеристиками таких реле являются зависимости между входным и выходным параметром.

Основные параметры реле:
  • Время срабатывания реле – характеризует промежуток времени от момента подачи сигнала на вход реле до момента начала действия на силовую цепь.
  • Управляемая мощность – это мощность, которой способны управлять контакты реле при коммутации цепи.
  • Мощность срабатывания – это наименьшая мощность, требуемая для чувствительного элемента реле, для перехода в рабочее состояние.
  • Величина тока срабатывания. Такое регулируемое значение называется уставкой.
  • Сопротивление обмотки катушки.
  • Ток отпускания – максимальная величина тока на клеммах обмотки реле, при котором якорь отпадает в исходное положение.
  • Время отпускания якоря.
  • Частота коммутаций с нагрузкой – частота, с которой может осуществляться подключение и отключение силовой цепи.
Преимущества
  • Возможность коммутации силовых цепей с мощностью потребителя до 4 киловатт при объеме реле меньше 10 куб. см.
  • Невосприимчивость к пульсациям и чрезмерным напряжениям, а также устойчивость к помехам от молнии и работы устройств высокого напряжения.
  • Гальваническая развязка между цепью управления и силовыми контактами.
  • Незначительное снижение напряжения на замкнутых контактных группах, вследствие чего низкое тепловыделение.
  • Невысокая стоимость электромагнитного реле в отличие от полупроводниковых устройств.
Недостатки
  • Низкое быстродействие.
  • Небольшой срок службы.
  • Образование радиопомех при коммутации цепей.
  • Проблемы при подключении и отключении высоковольтных нагрузок постоянного тока и индуктивных потребителей.
Сфера использования

Широкую популярность получили реле в области производства и распределения электрической энергии. Безаварийный режим эксплуатации обеспечивает релейная защита линий высокого напряжения на подстанциях и в других местах. Элементы управления, применяемые в релейной защите, способны на подключение высоковольтных цепей. Э

Электромагнитные реле, функционирующие в качестве релейной защиты, получили популярность из-за следующих достоинств:
  • Возможность работы с невосприимчивостью к возникающим паразитным потенциалам.
  • Высокая скорость реагирования на изменение параметров подключенных цепей.
  • Повышенная долговечность.

С помощью релейной защиты выполняется резервирование линий питания и оперативное отключение неисправных участков цепи. Электромагнитные реле являются наиболее надежной защитой, в отличие от релейных устройств.

Электромагнитные реле применяется в управлении производственными линиями, конвейерами, на участках с повышенными паразитными потенциалами, там, где нельзя использовать полупроводниковые элементы.

Принцип действия, по которому работают такие устройства реле, применяется в оборудовании для удаленного управления потребителями, а именно в контакторах, пускателях. По сути дела, это такие же электромагнитный вид реле, только рассчитанные для очень больших токов, достигающих несколько тысяч ампер.

Релейные блоки применяются для управления емкостных установок, служащих для плавного запуска электродвигателей повышенной мощности.

Электромагнитные реле применялись даже в первых вычислительных комплексах. В них реле использовались как логические элементы, выполняющие простые логические операции. Скорость работы таких электронно-вычислительных машин была низкая. Однако такие своеобразные компьютеры были более надежными, в отличие от последующего поколения ламповых моделей вычислительных машин.

Сегодня можно привести множество примеров применения электромагнитных реле в бытовых устройствах: стиральных машинах, холодильниках и т.д.

Рекомендации по выбору
  • Прежде всего, необходимо выяснить параметры рабочего напряжения и тока реле. Рабочая величина тока и напряжения обмотки реле должна соответствовать сети питания места подключения. Если рабочий ток будет меньше допустимого, то это приведет к ненадежному контакту при работе реле. Если ток будет больше допустимого, то обмотка реле будет перегреваться, что приведет к падению надежности работы реле при наибольшей допустимой температуре.
  • Режим действия контактов реле зависит от вида управляемого тока, частоты коммутации, вида нагрузки. Поэтому при выборе необходимо учитывать эти условия работы.
Похожие темы:
  • Модульные контакторы
  • Виды реле и применение
  • Релейная защита. Виды и устройство. Принцип работы.Особенности
  • Реле тока. Виды и устройство, Принцип действия. Как выбрать
  • Промежуточные реле. Разновидности и особенности. Принцип действия

Релейная защита. Виды и устройство. Работа и особенности

Согласно правилам эксплуатации электроустановок силовые устройства электрических сетей и электростанций должны быть обеспечены защитой от сбоев в эксплуатации и токов короткого замыкания. Средствами защиты являются специальные устройства, выполненные на основе реле, что оправдывает их название релейная защита и автоматика (РЗА). В настоящее время существует много различных устройств, способных в короткие сроки блокировать возникшую аварию в электрической сети, либо подать предупредительный сигнал о возникновении аварийного режима.

Релейная защита работает чаще всего совместно с автоматикой, и их устройство взаимосвязано со специфическими видами аварийных режимов сети:

  • Уменьшение частоты тока, возникающей при внезапной перегрузке генераторов вследствие короткого замыкания, либо отключения части других источников из сети.
  • Повышенное напряжение. Увеличение этого параметра на 10% уменьшает срок службы ламп освещения в два раза. Такой режим возникает при внезапной разгрузке сети.
  • Токовая перегрузка способствует излишнему нагреванию изоляции проводников и кабелей, создает искрообразование в контактных соединениях.
Виды релейной защиты
Реле классифицируются по определенным признакам:
  • Методу подключения: первичные, которые подключаются непосредственно в цепь устройства, и вторичные, которые подключаются посредством трансформатора.
  • Типу исполнения: электромеханические, состоящие из подвижных контактов, отключающих цепь, и электронные, обесточивающие цепь с использованием полупроводниковых элементов.
  • Назначению: измерительные, которые выполняют измерение параметров, и логические, которые подают сигналы и команды другим устройствам, выполняют задержку по времени.
  • Методу работы: прямого действия, которые связаны с устройством отключения механическим путем, и косвенного действия, которые управляют электрической цепью электромагнита, обесточивающего сеть питания.
Релейная защита и автоматика бывают различных видов:
  • Максимальная токовая защита, включается при достижении определенной величины тока, заданной при настройке.
  • Направленная наибольшая токовая защита, кроме настройки тока учитывает направление мощности.
  • Дифференциальная, применяется для защиты сборки генераторов, трансформаторов, шин путем сравнения величин токов на выходе и входе. При разнице, превышающей заданное значение, срабатывает релейная защита.
  • Газовая и струйная, применяется для обесточивания трансформатора и других устройств, работающих в емкостях с маслом. При возникновении неисправностей образуется повышенная температура, и из масла выделяются газы, снижается диэлектрическое свойство масла и разлагается его химический состав. На такие аварийные режимы срабатывают механические реле, которые действуют с учетом возникновения газа в емкости, а также веществ, образующихся при разложении масла. При срабатывании защиты подается команда на действие логической схемы.
  • Логическая, защищает шины, применяется для определения места короткого замыкания на питающих линиях, которые отходят от шин электростанции, и на шинах.
  • Дистанционная, имеющая блокировку по оптическому каналу, является более надежным способом защиты, в отличие от дистанционной защиты с ВЧ блокировкой, так как электрические помехи не оказывают большого влияния на оптический канал.
  • Дистанционная с ВЧ блокировкой, применяется для обесточивания воздушных линий при возникновении коротких замыканий.

  • Удаленная защита используется в сложных схемах сетей, где из-за чувствительности и быстродействия не могут применяться простые виды защит. Защита выявляет расстояние до места аварии или короткого замыкания, и в зависимости от расстояния срабатывает с большей или меньшей задержкой по времени. Современные новые системы защит обладают ступенчатыми свойствами времени. Они каждый раз не измеряют величину сопротивления для определения расстояния до аварийного участка, а только осуществляют контроль участка, на котором выявлена неисправность.
  • Дифференциально-фазная, используется для контроля фаз по концам линии питания. При превышении настроенного значения тока, реле обесточивает линию.
  • Защита минимального напряжения. В аварийных режимах, особенно при коротком замыкании, возможна просадка напряжения. Для обеспечения отключения электрооборудования при снижении напряжения ниже критического значения предназначена защита минимального напряжения. Такая защита в свою очередь делится на групповую и индивидуальную.
    — Групповая защита отключает группу потребителей с помощью реле минимального напряжения. Которое работает совместно с промежуточным реле, отключающим своими силовыми контактами целую группу потребителей нагрузки. Такая релейная защита используется чаще всего на электростанциях для создания надежности функционирования наиболее ответственного оборудования при кратковременном резком снижении напряжения. Она отключает на время падения напряжения менее ответственное оборудование, для создания более благоприятных условий ответственных электрических устройств.
    — Индивидуальная защита работает аналогичным образом, но отключает только один потребитель.
  • Защита максимального напряжения. Имеется два вида реле, защищающих потребители от повышенного напряжения. Первый вид – это защита, действующая по принципу отвода удара молнии по молниеотводу на контур заземления. Второй вид – это устройства, компенсирующие энергию рассеянным теплом во внешнюю среду. Они не применяют релейную основу, а действуют сразу в силовой схеме. Защита максимального напряжения проектируется по принципу минимальных, с такими же измерительными элементами. Реле настраивается на срабатывание по уставке повышения напряжения, превосходящей некоторый допустимый предел напряжения эксплуатации цепи.
Некоторые виды автоматики предназначены для подачи электроэнергии, в отличие от релейной защиты:
  • Автоматическая частотная разгрузка, выключает электрические устройства при снижении частоты тока в сети.
  • Автоматическое повторное включение, используется на линиях электропередач выше 1000 вольт, а также в сборках трансформаторов, электродвигателей и шин подстанций.
  • Автоматический ввод резерва, применяется при коммутации генератора в сеть в качестве резервного источника питания электроэнергией.
Релейная защита. Устройство

Электромеханические конструкции релейной защиты постоянно модернизируются и совершенствуются. Внедряются инновационные технологические разработки и проекты. В новейших энергетических системах объединены статические, индукционные, электромагнитные устройства с микропроцессорными и полупроводниковыми элементами.

Однако основной смысл и порядок работы релейной защиты для всех новых устройств остается неизменным. Схема структуры релейной защиты показана на рисунке.

1 — Электрический сигнал
2 — Блок наблюдения электрических процессов
3 — Блок логики и анализа
4 — Исполнительный блок
5 — Сигнальный блок

Блок наблюдения

Главной функцией этого блока является мониторинг электрических процессов, происходящих в электрической системе, путем измерений такими устройствами, как трансформаторы напряжения и тока.

Сигналы выхода на блоке могут передаваться непосредственно логическому блоку для сравнения параметров с настроенными пользователем значениями отклонений от нормальных значений, которые называются уставками. Также сигналы блока наблюдения могут сначала преобразовываться в цифровой вид, а затем передаваться дальше.

Блок логики

В этом блоке выполняется сравнение поступивших сигналов с предельными значениями уставок. Даже незначительное совпадение этих параметров между собой приводит к возникновению команды на срабатывание защиты.

Исполнительный блок

Этот блок все время находится в состоянии, готовом к срабатыванию, при поступлении команды от блока логики. При срабатывании осуществляются переключения цепи электроустановки по запланированному алгоритму, который составлен по принципу недопущения неисправностей электрооборудования и удара электрическим током работников.

Сигнальный блок

В электрической системе все процессы происходят очень быстро, поэтому человек не в состоянии воспринимать их. Чтобы сохранить происходящие в системе события, применяют специальные сигнальные устройства. Которые работают путем звукового и визуального оповещения, а также сохраняют все происходящие события в памяти устройства.

Все виды устройств после их срабатывания переводятся в исходное состояние оператором вручную. Это позволяет гарантированно сохранить информацию о действии автоматики и релейной защиты.

Принципы работы
Релейная защита может иметь нарушения в своей работоспособности, которые выражаются следующими факторами:
  • Ложные срабатывания при исправной электрической системе и отсутствии каких-либо повреждений.
  • Излишние сработки, когда не требуется работа исполнительного блока.
  • Повреждения внутри устройства защит.
Чтобы исключить отказы при функционировании релейной защиты, вырабатываются специальные требования к ней при проектировании, установке, настройки с запуском в работу, и техническом обслуживании:
  • Надежность функционирования.
  • Чувствительность к моменту запуска оборудования.
  • Быстродействие (время сработки).
  • Селективность.
Принцип надежности
Этот принцип определяется:
  • Безотказностью в эксплуатации.
  • Пригодностью к ремонту.
  • Долгим сроком службы.
  • Сохраняемостью.

Каждый из этих факторов имеет свою оценку.

Обслуживание и эксплуатация релейной защиты имеет три варианта надежности по срабатыванию при:
  1. Внутренних КЗ в рабочей зоне.
  2. Возникновении внешних КЗ за границей рабочей зоны.
  3. Работе без неисправностей.
Надежность устройств защиты бывает:
  • Эксплуатационная.
  • Аппаратная.
Принцип чувствительности

Этот принцип дает возможность определить виды предполагаемых расчетных повреждений и ненормальных режимов энергетической системы в рабочей зоне защиты.

Кч = Iкз min/Iсз

Чтобы определить его числовое значение, используется коэффициент Кч. Коэффициент рассчитывается отношением наименьшего тока короткого замыкания рабочей зоны к величине тока срабатывания. Релейная защита работает в нормальном режиме при:

Iсз < Iкз min

Наиболее приемлемая величина коэффициента чувствительности находится в диапазоне 1,5-2.

Принцип быстродействия
Время обесточивания поврежденного участка состоит из двух составляющих:
  1. Сработки защиты.
  2. Действия привода выключателя.

Первую составляющую можно отрегулировать, начиная от наименьшего значения, которое зависит от устройства защиты и числа применяемых элементов. Задержка по времени на сработку формируется, путем внедрения в схему специальных реле, имеющих возможность регулировки. Она применяется для наиболее удаленных защит.

Устройства, находящиеся рядом с местом неисправности, должны настраиваться на действие с наименьшими возможными диапазонами времени на срабатывание.

Принцип селективности

Этот принцип по-другому называется избирательностью. С помощью нее можно найти и локализовать место возникшего повреждения в структуре сети любой сложности.

Например, генератор вырабатывает и подает электроэнергию различным потребителям, находящимся на участках 1, 2, 3, которые оснащены каждый своей защитой. При коротком замыкании внутри устройства потребителя на 3-м участке, ток будет протекать по всем устройствам защиты, начиная от источника питания.

Но в таком случае целесообразно будет отключить цепь участка, имеющего неисправность электродвигателя, при этом оставляя в работе остальные исправные потребители. Для этого существуют уставки релейной защиты, отдельно для каждой цепи, еще на стадии проектирования схемы защиты.

Устройства защиты 5, 3-го участка должны обнаружить ток неисправности раньше, и оперативнее сработать, отключив поврежденный участок от цепи генератора. Поэтому значения токовых и временных установок на каждом участке снижаются от генератора к потребителю, по принципу: чем дальше от неисправного места, тем ниже чувствительность.

В результате исполняется принцип резервирования. Который учитывает возможность поломки любых устройств, включая системы защиты более низкого уровня. Это означает, что при повреждении защиты 5 участка №3, при возникновении аварии должны сработать устройства защиты 3 или 4 участка 2. А эти участки в свою очередь подстрахованы устройствами защиты участка 1.

Особенности управления релейной защитой

Релейная защита как отдельный блок является самостоятельной схемой. Он входит в общие комплексы, которые составляют систему противоаварийного управления энергетической системы. В такой системе все элементы взаимосвязаны между собой и выполняют поставленные задачи в комплексе.

Коротко перечень защитных функций и работа автоматики изображены на схеме.

Изучив особенности эксплуатации автоматики и релейной защиты, можно сказать, что необходимо постоянно совершенствовать знания и практические навыки, которые требуются при поступлении в работу нового оборудования для защиты.

Похожие темы:

принцип действия, виды, примеры схем

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток. Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы. Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

  • отсечка;
  • дифференциально-фазная;
  • высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

МТЗ используют:

  • с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
  • для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
  • для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
  • в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

Iс.з. > Iн. макс.,

где Iс.з

. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. макс. – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

Iвз = kн.×kз.×Iраб. макс.

Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности,  kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс. величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

kвIвз Iс.з с учётом которого Iс.з. = kн.×kз.×Iраб. макс / kв

В идеальном случае kв = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать kв в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

В таких устройствах выдержка времени не меняется. Для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. Каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. То есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В данной защите процесс задания уставок МТЗ требует более сложных расчётов. Зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту МЭК: tсз = A / (k— 1), где A, n – коэффициенты чувствительности, k = Iраб  / Iср — кратность тока.

Из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. Однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). Такие МТЗ используют для защиты от опасных перегрузок.

Рисунок 3. Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

В устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая. Примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой. При малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

В данном виде дифференциальной защиты применена комбинация МТЗ с использованием влияния минимального напряжения. В электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов. Если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. Поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

Примеры и описание схем МТЗ

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

  • сравнительно низкая чувствительность;
  • недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

  • KA — реле тока;
  • KT — реле времени;
  • KL — промежуточное реле;
  • KH — указательное реле;
  • YAT — катушка отключения;
  • SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
  • TA — трансформатор тока.

Видео в дополнение темы

Что такое реле? Определение, принцип работы и конструкция

Определение: Реле – это устройство, которое размыкает или замыкает контакты, чтобы вызвать срабатывание другого электрического управления. Он обнаруживает недопустимое или нежелательное состояние в назначенной зоне и дает команды автоматическому выключателю для отключения затронутой зоны. Таким образом защищает систему от повреждений.

Принцип работы реле

Работает по принципу электромагнитного притяжения.Когда цепь реле определяет ток короткого замыкания, она возбуждает электромагнитное поле, которое создает временное магнитное поле.

Это магнитное поле перемещает якорь реле для размыкания или замыкания соединений. Реле малой мощности имеет только один контакт, а реле высокой мощности имеет два контакта для размыкания переключателя.

Внутренняя часть реле показана на рисунке ниже. Он имеет железный сердечник, на который намотана катушка управления. Питание на катушку подается через контакты нагрузки и управляющего переключателя.Ток, протекающий через катушку, создает вокруг нее магнитное поле.

Из-за этого магнитного поля верхнее плечо магнита притягивает нижнее плечо. Следовательно, замкните цепь, что заставит ток течь через нагрузку. Если контакт уже замкнут, то он движется в противоположном направлении и, следовательно, размыкает контакты.

Шест и бросок

Полюс и ход – это конфигурации реле, где полюс – это выключатель, а ход – это количество подключений.Однополюсный, однополюсный – это простейший тип реле, имеющий только один переключатель и только одно возможное соединение. Точно так же однополюсное реле двойного хода имеет один переключатель и два возможных соединения.

Конструкция реле

Реле работает как электрически, так и механически. Он состоит из электромагнитных и набора контактов, выполняющих операцию переключения. Конструкция реле в основном делится на четыре группы. Это контакты, подшипники, электромеханическая конструкция, выводы и корпус.

Контакты – Контакты являются наиболее важной частью реле, влияющей на надежность. Хороший контакт обеспечивает ограниченное контактное сопротивление и снижает износ контактов. Выбор материала контактов зависит от нескольких факторов, таких как природа прерываемого тока, величина прерываемого тока, частота и рабочее напряжение.

Подшипник – Подшипник может быть одношариковым, многоступенчатым, поворотно-шариковым и ювелирным.Одиночный шарикоподшипник используется для обеспечения высокой чувствительности и низкого трения. Многоступенчатый шарикоподшипник обеспечивает низкое трение и большую устойчивость к ударам.

Электромеханическое исполнение – Электромеханическое исполнение включает конструкцию магнитной цепи и механическое крепление сердечника, ярма и якоря. Сопротивление магнитного пути остается минимальным, чтобы схема была более эффективной. Электромагнит изготовлен из мягкого железа, ток в катушке обычно ограничен до 5 А, а напряжение в катушке – до 220 В.

Концевые заделки и корпус – Сборка якоря с магнитом и основанием производится с помощью пружины. Пружина изолирована от якоря формованными блоками, которые обеспечивают стабильность размеров. Неподвижные контакты обычно привариваются к клеммной перемычке.

Что такое защитные реле? – Описание и принцип работы защитных реле

Защитное реле работает как чувствительное устройство, оно обнаруживает неисправность, затем определяет ее положение и, наконец, подает команду на отключение выключателю.Автоматический выключатель после получения команды от защитного реле отключит неисправный элемент.

Благодаря быстрому устранению неисправности с помощью быстродействующего защитного реле и соответствующего автоматического выключателя, уменьшается повреждение устройства и уменьшаются связанные с этим опасности, такие как пожар, риск для жизни за счет удаления особенно неисправной секции.

Но непрерывность электропитания сохраняется, хотя секция остается исправной, благодаря быстрой очистке неисправности время возникновения неисправности сокращается, и, следовательно, система может быть восстановлена ​​в нормальное состояние раньше.Следовательно, предел стабильности переходного состояния системы значительно улучшен, предотвращается необратимое повреждение оборудования и возможность развития самого простого короткого замыкания, такого как однофазное замыкание на землю, в наиболее серьезное замыкание, такое как двойное замыкание фазы на землю. уменьшен.

Неисправность может быть уменьшена только в том случае, если защитное реле является надежным, обслуживаемым и достаточно чувствительным, чтобы различать нормальное и ненормальное состояние. Реле должно срабатывать при возникновении неисправности и не должно срабатывать, если неисправности нет.Некоторые реле используются для защиты энергосистемы. Некоторые из них являются первичной эстафетой, что означает, что они являются первой линией защиты. Такие реле определяют неисправность и посылают сигнал соответствующему автоматическому выключателю для отключения и устранения неисправности.

Неисправность не может быть устранена, если автоматический выключатель не срабатывает или реле неправильно работает. Неисправность реле происходит по трем причинам, таким как неправильная настройка, плохие контакты и разрыв цепи в катушке реле. В таких случаях вторая линия защиты обеспечивается резервными реле.Резервное реле имеет более длительное время работы, даже если они обнаруживают неисправность вместе с первичными реле.

Для достижения желаемой надежности сеть энергосистемы разделена на две разные зоны защиты. Общая защита системы разделена на разные зоны защиты. Это защита генератора, защита трансформатора, защита шины, защита линии передачи и защита фидера. Реле, используемое для защиты аппаратуры и линий передачи:

.
  • Реле максимального тока
  • Реле понижения частоты
  • Реле направления
  • Тепловые реле
  • Реле последовательности фаз
    • Реле обратной последовательности фаз
    • Реле прямой последовательности
  • Дистанционные или импедансные реле
    • Реле фазового сопротивления
    • Реле углового сопротивления
    • Ом (или реактивное сопротивление) Реле
    • Реле углового сопротивления
    • Смещение реле Mho или реле с ограничениями
  • Контрольные реле
    • Реле пилот-сигнала несущего канала или СВЧ-пилот-сигнала

Реле защиты не исключают возможность возникновения неисправности в энергосистеме, а их схемные действия начинаются только после того, как неисправность произошла в системе.Основными характеристиками хорошей релейной защиты являются ее надежность, чувствительность, простота, скорость и экономичность. Для ознакомления с защитным реле мы должны понимать некоторые важные термины.

Активизирующая величина – Это электрическая величина, которая представляет собой слияние напряжения или тока или только напряжения или тока, необходимое для работы реле.

Цепь отключения – Это цепь, которая управляет выключателем для размыкания и состоит из катушки отключения, контактов реле, питания вспомогательной батареи выключателя и т. Д.

Характеристика Количество – Предназначена для определения срабатывания реле. Некоторые реле имеют дифференцированный отклик на одну или несколько величин, называемых характеристической величиной.

Рабочее усилие или крутящий момент – Это сила, которая стремится замкнуть контакты реле.

Сдерживающая сила или крутящий момент – Это сила или крутящий момент, которые противодействуют крутящему моменту и стремятся прервать замыкание контактов реле.

Настройка – это фактическое значение возбуждающей величины, при которой реле работает при заданных условиях.

Энергопотребление реле – это значение мощности, потребляемой цепью реле при номинальном токе или напряжении, выраженное в ВА для переменного тока и в ваттах для постоянного тока.

Подъем – Считается, что реле срабатывает, когда оно перемещается из выключенного положения в положение включения, или работа реле называется срабатыванием реле.

Рабочее реле или реле срабатывания – Это значение срабатывающей величины (тока или напряжения), которая находится на пороге, выше которого реле срабатывает и замыкает свои контакты.Если ток в реле меньше значения срабатывания, реле не срабатывает, и выключатель срабатывает от него, остается в замкнутом положении.

Уровень отключения или сброса – Это значение тока или напряжения и т. Д., Ниже которого реле размыкает свои контакты и возвращается в исходное положение. Отношение отпускаемого напряжения или значения возврата к значению срабатывания или рабочего значения называется коэффициентом падения или возврата.

Быстрое значение – задается временем, которое проходит между моментом, когда ток или напряжение превышает значения срабатывания срабатывания, до момента, когда контакты реле замкнуты.

Время возврата – Это время, которое проходит между моментом, когда ток или напряжение (управляющая величина) становятся меньше значения сброса в момент, когда контакты реле замкнуты.

Seal-in-coil – Эта катушка не позволяет контактам реле размыкаться, когда через них протекает ток.

Overshoot Time – Это время, в течение которого сохраненная рабочая энергия рассеивается после того, как характеристическая величина была внезапно восстановлена ​​с заданного значения до значения, которое оно имело в исходном положении реле.

Время устранения неисправности – Это время между наличием неисправности и моментом окончательного гашения дуги в автоматическом выключателе называется временем устранения неисправности.

Время выключателя – Это время между устранением неисправности и окончательным гашением дуги в автоматическом выключателе, называется временем выключателя.

Время реле – Интервал между наличием неисправности и замыканием контактов реле называется временем реле.

Зона действия – определяется как предельное расстояние, покрываемое защитой, неисправности, выходящие за пределы которого не достигаются защитой и должны перекрываться другим реле.

Принцип действия реле защиты

Работа реле зависит либо от электромагнитного притяжения, либо от электромагнитной индукции. Реле электромагнитного притяжения имеет соленоид, который притягивается к полюсам электромагнита. Это реле работает как от источника переменного, так и от постоянного тока.

В реле типа электромагнитной индукции используется асинхронный двигатель, внутри которого крутящий момент создается за счет процесса электромагнитной индукции.Такой тип реле работает только от переменного тока.

Принцип работы реле

и его типы | Теория реле

Реле – это переключатель с электрическим управлением. Во многих реле для механического управления переключателем используется электромагнит, но используются и другие принципы работы, например, твердотельные реле.

Реле

используются, когда необходимо управлять цепью отдельным сигналом малой мощности или когда несколько цепей должны управляться одним сигналом.

Реле Анимация

Простое электромагнитное реле состоит из катушки с проволокой, намотанной вокруг сердечника из мягкого железа, стального ярма, которое обеспечивает путь с низким сопротивлением для магнитного потока, подвижного железного якоря и одного или нескольких наборов контактов (в корпусе есть два контакта. реле на фото).

Якорь шарнирно прикреплен к ярму и механически связан с одним или несколькими наборами подвижных контактов. Он удерживается на месте пружиной, поэтому при отключении реле в магнитной цепи образуется воздушный зазор.В этом состоянии один из двух наборов контактов в изображенном реле замкнут, а другой – разомкнут. Другие реле могут иметь больше или меньше наборов контактов в зависимости от их функции.

Реле на картинке также имеет провод, соединяющий якорь с ярмом. Это обеспечивает непрерывность цепи между подвижными контактами на якоре и дорожкой на печатной плате (PCB) через ярмо, припаянное к PCB.

Детали реле

Когда электрический ток проходит через катушку, он создает магнитное поле, которое активирует якорь, и последующее движение подвижного контакта (ов) либо замыкает, либо разрывает (в зависимости от конструкции) соединение с неподвижным контактом.Если набор контактов был замкнут, когда реле было обесточено, то движение размыкает контакты и разрывает соединение, и наоборот, если контакты были разомкнуты.

Когда ток в катушке отключается, якорь возвращается силой, примерно вдвое меньшей, чем сила магнитного поля, в расслабленное положение. Обычно это усилие обеспечивается пружиной, но сила тяжести также обычно используется в промышленных пускателях двигателей. Большинство реле производятся для быстрой работы.В низковольтном приложении это снижает шум; в приложениях с высоким напряжением или током уменьшает искрение.

Когда на катушку подается постоянный ток, поперек катушки часто помещается диод для рассеивания энергии коллапсирующего магнитного поля при деактивации, что в противном случае могло бы вызвать скачок напряжения, опасный для компонентов полупроводниковой схемы.

Такие диоды не использовались широко до применения транзисторов в качестве драйверов реле, но вскоре стали повсеместными, поскольку ранние германиевые транзисторы легко разрушались этим выбросом.Некоторые автомобильные реле содержат диод внутри корпуса реле.

Если реле управляет большой или особенно реактивной нагрузкой, может возникнуть аналогичная проблема с импульсными токами вокруг выходных контактов реле. В этом случае демпфирующая цепь (конденсатор и резистор, включенные последовательно) на контактах может поглощать скачок напряжения. Конденсаторы подходящего номинала и соответствующий резистор продаются как единый компонент для этого обычного использования.

Электромеханическое реле – это электрический переключатель, приводимый в действие катушкой электромагнита.В качестве переключающих устройств они демонстрируют простое поведение «включено» и «выключено» без промежуточных состояний. Электронный схематический символ простого однополюсного одноходового реле (SPST) показан здесь:

Катушка с проволокой, намотанная вокруг многослойного железного сердечника, создает магнитное поле, необходимое для приведения в действие механизма переключения. Управляющее воздействие этой катушки электромагнита на контакт (-ы) реле показано пунктирной линией.

Это конкретное реле оборудовано нормально разомкнутыми (NO) контактами переключателя, что означает, что переключатель будет в разомкнутом (выключенном) состоянии, когда катушка реле обесточена.«Нормальный» статус переключателя – это состояние покоя при отсутствии стимуляции. Контакт переключателя реле будет в «нормальном» состоянии, когда его катушка не находится под напряжением.

Однополюсное реле на одно переключение с нормально замкнутым (НЗ) переключающим контактом будет представлено на электронной схеме следующим образом:

В мире электрического управления метки «Форма-A» и «Форма-B» являются синонимами «нормально разомкнутых» и «нормально замкнутых» контактов соответственно. Таким образом, мы могли бы обозначить контакты реле SPST как «Форма-A» и «Форма-B» соответственно:

Продолжением этой темы является релейный однополюсный двухпозиционный контакт (SPDT), также известный как контакт «Form-C».

Данная конструкция переключателя предусматривает набор как нормально разомкнутых, так и нормально замкнутых контактов в одном блоке, приводимых в действие катушкой электромагнита:

Еще одним расширением этой темы является двухполюсный двухпозиционный контакт реле (DPDT).

Данная конструкция переключателя предусматривает два набора контактов Form-C в одном блоке, одновременно приводимые в действие катушкой электромагнита:

Реле

DPDT являются одними из самых распространенных в промышленности благодаря своей универсальности.Каждый набор контактов Form-C предлагает выбор между нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми контактами, и два набора (два «полюса») электрически изолированы друг от друга, поэтому их можно использовать в разных цепях.

Распространенным комплектом промышленных реле является так называемое реле в форме кубика льда, названное так из-за прозрачного пластикового корпуса, позволяющего проверять рабочие элементы.

Эти реле подключаются к многоконтактным базовым розеткам для легкого снятия и замены в случае неисправности. Реле DPDT «кубик льда» показано на следующих фотографиях, готовое к установке в его основание (слева) и со снятой пластиковой крышкой, чтобы открыть оба набора контактов Form-C (справа):

Эти реле подключаются к розетке с помощью восьми контактов: по три для каждого из двух наборов контактов Form-C, плюс еще два контакта для соединений катушек.Из-за количества выводов (8) этот тип релейной базы часто называют восьмеричной базой.

При более близком рассмотрении одного контакта формы-C видно, как движущаяся металлическая «пластина» контактирует с одной из двух неподвижных точек, причем фактическая точка соприкосновения осуществляется с помощью покрытой серебром «кнопки» на конце пластины. На следующих фотографиях показан один контакт Form-C в обоих положениях:

Промышленные управляющие реле обычно имеют схемы соединений, нарисованные где-нибудь на внешней оболочке, чтобы указать, какие контакты подключаются к каким элементам внутри реле.

Стиль этих диаграмм может несколько отличаться, даже для реле идентичного назначения. Возьмем, к примеру, схемы, показанные здесь, сфотографированные на трех разных марках реле DPDT:

Имейте в виду, что эти три реле идентичны по своей основной функции (переключение DPDT), несмотря на различия в физических размерах и номинальных характеристиках контактов (допустимое напряжение и ток).

Только две из трех показанных схем используют одни и те же символы для обозначения контактов, и все три используют уникальные символы для обозначения катушки.

Работа, преимущества и их применение

Разработка реле была начата в период 1809 года. Как часть изобретения электрохимического телеграфа, электролитическое реле было обнаружено Самуэлем в 1809 году. ученый Генри в 1835 году, чтобы сделать импровизированную версию телеграфа, а затем разработал его в 1831 году. Тогда как в 1835 году Дэви полностью открыл реле, но первоначальные патентные права были предоставлены Сэмюэлем в 1840 году на первоначальное изобретение электрического реле.Подход этого устройства выглядел так же, как цифровой усилитель, таким образом воспроизводя телеграфный сигнал и позволяя распространяться на большие расстояния. В этой статье дается четкое объяснение того, что такое реле, различные типы реле, работа и многие другие связанные концепции.

Что такое реле?

Реле

обычно используются там, где требуется регулировать цепь с помощью отдельного сигнала минимальной мощности, или там, где необходимо регулировать несколько цепей с помощью одного сигнала.Первоначально реле использовались в телеграфных цепях увеличенной длины, таких как ретрансляторы сигналов, поскольку они усиливают волну, которая принимается и передается в другие цепи. Основное применение реле было в телефонных станциях и первых версиях компьютеров.

Реле являются первичной защитой, а также переключающими устройствами в большинстве процессов управления или оборудования. Все реле реагируют на одну или несколько электрических величин, таких как напряжение или ток, так что они размыкают или замыкают контакты или цепи.Реле – это переключающее устройство, поскольку оно работает, чтобы изолировать или изменить состояние электрической цепи из одного состояния в другое.

Поскольку реле обеспечивает защиту цепи от повреждений. Каждое реле состоит из трех важнейших компонентов, которые рассчитываются, сравниваются и управляются. Вычисляемому компоненту известно изменение фактического измерения, а компонент сравнения оценивает фактическое значение с таким же значением заранее выбранного реле.А управляющий компонент обрабатывает быстрое изменение измеренной мощности, например, замыкание текущей функциональной цепи.

Реле повторного включения используются для подключения различных компонентов и устройств в системной сети, таких как процесс синхронизации, и для восстановления различных устройств вскоре после исчезновения любой электрической неисправности, а затем для подключения трансформаторов и фидеров к линейной сети. Регулирующие реле – это переключатели, которые контактируют так, что напряжение повышается, как в случае трансформаторов с переключением ответвлений.Вспомогательные контакты используются в автоматических выключателях и другом защитном оборудовании для увеличения числа контактов. Реле контроля контролируют состояние системы, например направление мощности, и соответственно генерируют аварийный сигнал. Их также называют реле направления.

В реле общего типа используется электромагнит для размыкания и замыкания контактов, тогда как в других типах подходов, таких как твердотельные реле, они используют свойства полупроводника для управления, независимо от подвижного элемента. составные части.Реле с калиброванными свойствами и, в некоторых случаях, различные функциональные катушки используются для защиты систем электрических цепей от токов перегрузки. В современных энергосистемах эти операции выполняются цифровыми устройствами, которые называются реле защитного типа.


Твердотельные реле

Различные типы реле

В зависимости от принципа работы и конструктивных особенностей реле бывают разных типов, например, электромагнитные реле, тепловые реле, реле переменной мощности, многомерные реле и т. Д., С различными номинальными характеристиками, размеры и приложения.Классификация или типы реле зависят от функции, для которой они используются.

Некоторые категории включают реле защиты, повторного включения, регулирования, вспомогательные и контрольные реле. Защитные реле постоянно контролируют следующие параметры: напряжение, ток и мощность; и если эти параметры нарушают установленные пределы, они генерируют сигнал тревоги или изолируют эту конкретную цепь. Эти типы реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

Различные типы реле

В целом классификация реле зависит от электрической мощности, которая активируется током, мощностью, напряжением и многими другими величинами.Классификация основана на механической мощности, активируемой скоростью истечения газа или жидкости, давлением. Тогда как на основе теплоемкости, активируемой мощностью нагрева, а другие величины – акустические, оптические и другие.

Электромагнитные реле различных типов

Эти реле состоят из электрических, механических и магнитных компонентов и имеют рабочую катушку и механические контакты. Поэтому, когда катушка активируется системой питания, эти механические контакты размыкаются или замыкаются.Тип питания может быть AC или DC. Эти электромагнитные реле далее классифицируются как

  • Реле постоянного и переменного тока
  • Тип привлечения
  • Индукционный тип
Реле постоянного и переменного тока

Реле переменного и постоянного тока работают по тому же принципу, что и электромагнитная индукция, но конструкция несколько отличается дифференцированы и также зависят от области применения, для которой выбраны эти реле. Реле постоянного тока используются с диодом свободного хода для обесточивания катушки, а реле переменного тока используют многослойные сердечники для предотвращения потерь на вихревые токи.

Очень интересный аспект переменного тока состоит в том, что на каждом полупериоде направление подачи тока меняется; следовательно, для каждого цикла катушка теряет свой магнетизм, поскольку нулевой ток в каждом полупериоде заставляет реле непрерывно замыкать и размыкать цепь. Итак, чтобы предотвратить это – дополнительно, одна заштрихованная катушка или другая электронная схема помещается в реле переменного тока, чтобы обеспечить магнетизм в положении нулевого тока.

Электромагнитные реле притягивающего типа

Эти реле могут работать как с переменным, так и с постоянным током и притягивать металлический стержень или кусок металла, когда на катушку подается питание.Это может быть плунжер, притягиваемый к соленоиду, или якорь, притягиваемый к полюсам электромагнита, как показано на рисунке. Эти реле не имеют временных задержек, поэтому они используются для мгновенного срабатывания. Существует больше разновидностей притяжения электромагнитного реле , а именно:

  • Сбалансированная стопка – Здесь две измеряемые величины связаны из-за того, что генерируемое электромагнитное давление изменяется вдвое по отношению к количеству ампер-витков.Доля функционального тока для этого типа реле очень минимальна. Реле имеет тенденцию выходить за пределы допустимого диапазона, когда устройство настроено на работу в быстром режиме.
  • Шарнирный якорь – Здесь можно повысить чувствительность реле для работы с постоянным током, вставив постоянный магнит. Это также называется реле поляризованного движения.

Это различных типов электромагнитных реле .

Реле индукционного типа

Они используются как реле защиты только в системах переменного тока и могут использоваться с системами постоянного тока.Приводное усилие для перемещения контакта создается движущимся проводником, который может быть диском или чашей, за счет взаимодействия электромагнитных потоков из-за токов замыкания.

Индукционное реле

Они бывают нескольких типов, например, с экранированным полюсом, ватт-часами и индукционными чашками, и в основном используются в качестве направленных реле в защите энергосистемы, а также для высокоскоростных коммутационных операций. В зависимости от конструкции индукционные реле классифицируются как:

  • Затененный полюс – Структурированный полюс обычно активируется протеканием тока в одной катушке, которая намотана на магнитную структуру с воздушным зазором.Нестабильности воздушного зазора, создаваемые регулирующим током, разделяются на два потока, перемещаемых заштрихованным полюсом и во времени-пространстве. Это затемненное кольцо изготовлено из медного материала, окружающего каждую часть мачты.
  • Двойная обмотка, также называемая ваттметром. – Реле этого типа поставляется с E- и U-образным электромагнитом, имеющим бездисковый вращающийся между электромагнитами. Фазовый сдвиг, который находится между потоками, генерируемыми электромагнитом, достигается за счет развиваемого потока двух электромагнитов, которые имеют различные значения индуктивности сопротивления для обеих систем цепи.
  • Индукционная чашка – Это основано на теории электромагнитной индукции и так называемое реле индукционной чашки. Устройство состоит из двух или более электромагнитов, которые активируются катушкой реле. Катушка, которая окружает электромагнит, создает вращающееся магнитное поле. Из-за этого вращающегося магнитного поля в чашке возникает индукция тока, и поэтому чашка может вращаться. Текущее направление вращения аналогично направлению вращения чашки.
Магнитные фиксирующие реле

В этих реле используется постоянный магнит или детали с высоким коэффициентом передачи, чтобы якорь оставался в той же точке, что и катушка наэлектризована, когда источник питания катушки отключен. Реле с защелкой состоит из минимальной металлической полосы, которая входит между двумя краями.

Блокировочные реле

Переключатель либо прикреплен, либо намагничен на одном конце небольшого магнита. Другая сторона присоединена к проводу небольшого размера, который называется соленоидами.Переключатель снабжен одним входом и двумя выходными секциями по краям. Это можно использовать для переключения цепи в положения ВКЛ и ВЫКЛ. Обозначение реле с защелкой показано следующим образом:

Обозначение реле с защелкой

Твердотельные реле

Твердотельное реле использует твердотельные компоненты для выполнения операции переключения без перемещения каких-либо частей. Поскольку требуемая энергия управления намного ниже по сравнению с выходной мощностью, которая должна регулироваться этим реле, это приводит к большему увеличению мощности по сравнению с электромагнитными реле.Они бывают разных типов: ТТР с трансформаторной связью, ТТР с фотосвязью и т. Д.

Твердотельные реле

На приведенном выше рисунке показан SSR с фотосвязью, в котором управляющий сигнал подается светодиодом и обнаруживается светочувствительным полупроводниковым устройством. Выходной сигнал этого фотодетектора используется для запуска затвора TRIAC или SCR, который переключает нагрузку.

В твердотельном реле с трансформаторной связью минимальное количество постоянного тока подается на первичную обмотку трансформатора с использованием преобразователя постоянного тока в переменный.Затем подаваемый ток преобразуется в переменный ток и повышается, чтобы SSR работал вместе со схемой запуска. Степень изоляции между выходной и входной секциями зависит от конструкции трансформатора.

В то время как в сценарии твердотельного устройства с фотосвязью используется светочувствительное SC-устройство для выполнения функции переключения. На светодиод подается регулируемый сигнал, который заставляет светочувствительный компонент перейти в режим проводимости за счет обнаружения света, излучаемого светодиодом.Изоляция, создаваемая SSR, является сравнительно большей по сравнению с изоляцией трансформаторного типа из-за теории фотодетектирования.

Как правило, реле SSR имеют более высокую скорость переключения, чем реле электромеханического типа. Кроме того, отсутствуют подвижные компоненты, срок их службы больше, а уровень шума минимален.

Гибридное реле

Эти реле состоят из электромагнитных реле и электронных компонентов. Обычно входная часть содержит электронную схему, которая выполняет выпрямление и другие функции управления, а выходная часть включает электромагнитное реле.

Было известно, что в реле твердотельного типа больше энергии тратится в виде теплового потока, электромагнитное реле имеет проблему изгиба контактов. Чтобы избавиться от этих недостатков в твердотельных и электромагнитных реле, используется гибридное реле. В гибридном реле одновременно работают реле EMR и SST.

Твердотельное устройство принимает ток нагрузки, что устраняет проблему архивирования. Затем система управления включает катушку в ЭМИ и контакт замыкается.Когда контакт в электромагнитном реле установлен, то регулирующий вход твердотельного реле вынимается. Это реле также снижает проблему перегрева.

Тепловое реле

Эти реле основаны на тепловом воздействии, что означает – повышение температуры окружающей среды от предельного значения заставляет контакты переключаться из одного положения в другое. Они в основном используются для защиты двигателей и состоят из биметаллических элементов, таких как датчики температуры, а также элементов управления.Реле тепловой перегрузки – лучшие примеры таких реле.

Герконовое реле

Герконское реле состоит из пары магнитных полос (также называемых язычковыми), помещенных в стеклянную трубку. Этот язычок действует как якорь и как контактный нож. Магнитное поле, приложенное к катушке, наматывается на эту трубку, заставляя эти язычки двигаться так, что выполняется операция переключения.

Герконовые реле

По размерам реле подразделяются на микроминиатюрные, сверхминиатюрные и миниатюрные.Также по конструкции эти реле классифицируются как герметичные, герметичные и реле открытого типа. Кроме того, в зависимости от рабочего диапазона нагрузки, реле бывают микро-, малой, средней и высокой мощности.

Реле также доступны с различными конфигурациями контактов, такими как реле с 3, 4 и 5 контактами. Способы работы этих реле показаны на рисунке ниже. Переключающие контакты могут быть типа SPST, SPDT, DPST и DPDT. Некоторые из реле являются нормально разомкнутыми (NO), а другие – нормально замкнутыми (NC).

Конфигурация выводов реле

Дифференциальное реле

Эти реле работают, когда изменение вектора между двумя или более электрическими величинами одного типа превышает указанный диапазон. В случае токового дифференциального реле оно функционирует, когда существует выходное соотношение между величиной и изменением фазы токов, принимаемых и выходящих из системы, которое необходимо защитить.

В общих функциональных условиях токи, принимаемые и выходящие из системы, будут иметь одинаковую фазу и величину, так что реле не срабатывает.Принимая во внимание, что когда в системе возникает проблема, эти токи не будут иметь одинаковых величин и фаз.

Дифференциальное реле

Это реле будет иметь такое соединение, при котором колебания между входящими и выходящими токами проходят через функциональную катушку реле. Следовательно, катушка в реле активируется в состоянии проблемы из-за изменения величины тока. Таким образом, срабатывает реле и автоматический выключатель, и происходит срабатывание.

В дифференциальном реле один ТТ соединен с первичной обмоткой трансформатора, а другой ТТ – с вторичной обмоткой трансформатора. Реле связывает текущие значения с обеих сторон, и когда есть какая-либо дестабилизация в значении, реле будет работать.

Существуют дифференциальные реле тока, напряжения и смещения.

Различные типы реле в автомобильной промышленности

Это общий вид электрохимических реле, используемых в различных автомобилях, таких как легковые автомобили, фургоны, прицепы и грузовики.Они обеспечивают минимальный ток для регулирования и функционируют в большей части токовой цепи в транспортных средствах. Они доступны во многих типах и размерах, некоторые из них:

Реле переключения

Это наиболее внедренное автомобильное реле, имеющее пять контактов, которые имеют следующие электрические соединения:

  • Нормально разомкнутые до 30 и 87 штырьки
  • Нормально замкнуты через контакты 30 и 87a
  • Переключение, подключенное через 30 и (87 и 87a)

Когда реле работает в режиме переключения, оно переключается с одной цепи на другую и возвращается к исходному состоянию состояние в зависимости от состояния катушки (ВЫКЛ или ВКЛ).

Нормально разомкнутые реле

В качестве переключающего реле может быть соединение проводки как нормально разомкнутое, тогда как в этом типе у него есть только четыре контакта, которые позволяют соединять проводку только одним способом, т.е. нормально разомкнутым.

Реле мигалок

Реле любого общего типа имеет 4 или 5 контактов, но в этом реле мигания будет 2 или 3 контакта.

В двухконтактном реле мигалки один контакт соединяется со световой цепью, а другой – с питанием.В трехконтактном реле мигалки два контакта подключены к питанию и свету, а третий – к светодиодному индикатору, который указывает, что мигалка находится в состоянии ВКЛ. Несмотря на то, что название указывает, что это тип реле, некоторые из них ведут себя как выключатели.

Электромеханический проблесковый маячок

Этот тип автомобильного реле содержит печатную плату с конденсатором, парой диодов и одной катушкой для создания формы вспышки, такой же, как и у стандартного проблескового маячка.Эти реле обладают способностью управлять увеличенными нагрузками, обеспечивая более высокую производительность, чем у тепловых мигалок. Несмотря на то, что в этом типе подключено больше источников света, он оказывает минимальное влияние на результат.

Терморегуляторы

Большинство реле мигающих сигналов имеют терморегуляцию, например, автоматические выключатели. Протекание тока через катушку мигалки генерирует тепло, когда есть необходимое количество тепла, это вызывает отклонение контактов, вызывая размыкание контактов и прерывая ток.Когда имеется необходимое количество теплоотвода, то отклонение контактов меняется на исходное, и снова будет протекать ток.

Этот процесс непрерывного размыкания и замыкания контактов генерирует мигающую последовательность сигналов. Общее количество огней, которые связаны с термопробегом, показывает влияние на выход.

Светодиодные мигалки

Они полностью электронные по регулировке и функциональности. Они управляются минимальными твердотельными платами IC.Общее количество огней, подключенных к светодиодной мигалке, не влияет на выход. Эти реле в основном предназначены для работы от минимального тока с использованием светодиодов, не вызывая каких-либо проблем.

В дополнение к этому существует еще различных типов автомобильных реле. :

  • Герметичные
  • Wig-Wag
  • Skirted
  • Time delay
  • Dual open contact

Mercury Wetted Relay

Это подпадает под классификацию герконовых реле, в которых используется ртутный переключатель, а контакты в этом реле увлажняются ртутью.Этот металл снижает значение контактного сопротивления и снижает соответствующее падение напряжения. Повреждение оболочки может снизить характеристики проводимости для сигналов с минимальным значением тока.

Принимая во внимание, что для увеличения скорости нанесения, ртуть устраняет функцию отскока контактов и обеспечивает почти быстрое замыкание цепи. Эти реле полностью зависят от положения и должны быть установлены в соответствии с требованиями разработчика. Но с учетом вредных свойств жидкой ртути и ее стоимости, реле, контактирующие с ртутью, используются в приложениях минимально.

Повышенная скорость переключения в этих реле является дополнительным преимуществом. Капли ртути, присутствующие на каждом краю, объединяются, и приращение текущего значения по краям обычно учитывается как пикосекунды. Но в практических схемах это может регулироваться индуктивностью проводки и контактов.

Реле защиты от перегрузки

Электродвигатели

широко используются в различных приложениях, например, в двигателях с вращающимися инструментами.Поскольку двигатели немного дороги, более важно следить за тем, чтобы двигатели не подвергались повреждениям.

Для предотвращения повреждений необходимо использовать реле защиты от перегрузки. Реле защиты от перегрузки предотвращают выход из строя двигателя, наблюдая за величиной тока в двигателе и, таким образом, разрывают цепь, когда происходит электрическая перегрузка или обнаруживается какое-либо повреждение фазы. Поскольку реле не дороже двигателей, они предлагают недорогой подход к защите двигателей.

Существуют различные типы реле защиты от перегрузки, и лишь немногие из них включают электромеханические реле, электронные реле, предохранители и тепловые реле.Предохранители широко применяются для защиты устройств с минимальным током, например, в домашних условиях. В то время как электронные, тепловые и электромеханические реле используются для защиты повышенных значений тока в устройствах, таких как инженерные двигатели. Важнейшими преимуществами использования реле защиты от перегрузки являются:

  • Простое управление
  • Соответствующие горные комплекты будут доступны для различных типов реле защиты от перегрузки
  • Точная синхронизация с подрядчиками
  • Надежная защита

Статические реле

Реле которые не имеют подвижных компонентов, называются статическими реле.В этих статических реле результат достигается за счет статических частей, таких как электронные и магнитные цепи и другие статические устройства. Реле, которое входит в состав электромагнитного и статического реле, даже называется статическим реле по той причине, что статические секции получают обратную связь, тогда как электромагнитное реле используется для целей переключения. Немногочисленные преимущества статических реле:

  • Минимальное время сброса
  • Использует минимальную мощность там, где это снижает нагрузку на измерительные устройства и, следовательно, повышается точность
  • Обеспечивает быстрый выход, увеличенный срок службы, повышенную надежность и высокую точность
  • Ненужное срабатывание минимально, и благодаря этому эффективность будет увеличена.
  • Эти реле не будут сталкиваться с какими-либо проблемами накопления тепла.
  • Усиление входного сигнала выполняется в самом реле, и это увеличивает чувствительность.
  • Эти устройства могут работать при землетрясениях. также в местах, подверженных наклону, что показывает, что они также устойчивы к ударам.

Существует различных типов статических реле . Вот некоторые из них:

Электронное статическое реле

Эти электронные статические реле были первыми, которые были известны в классификации статических реле. Ученый по имени Фитцджеральд в 1928 году продемонстрировал испытание на несущем токе, которое демонстрирует защиту линий электропередачи. Вследствие этого была обнаружена последовательность электронных систем для большинства основных типов реле предохранительных механизмов.Устройства, которые используются для измерения, представляют собой электронные клапаны.

Статические реле преобразователя

Это устройство в основном состоит из магнитопровода, который состоит из двух частей обмоток, обычно называемых функциональной и регулирующей обмотками. Каждая секция может состоять из одной обмотки или, если имеется более одной обмотки, будет магнитная связь всех подобных типов обмоток. Когда существуют обмотки различных групп, они не будут связаны магнитным способом.

В то время как обмотки регулирования активируются постоянным током, а функциональные обмотки – переменным током. Это реле работает, чтобы отображать изменяющиеся значения импеданса для токов, протекающих по функциональным обмоткам.

Статические реле выпрямительного моста

Реле пользуются повышенной популярностью благодаря усовершенствованию полупроводниковых диодов. Он включает в себя два выпрямительных моста и подвижную катушку или реле типа подвижного железа с поляризацией. Тогда общий тип – это релейные компараторы, которые зависят от выпрямительных мостов, где они могут быть скомпонованы в форме фазовых или амплитудных компараторов.

Транзисторные реле

Это обычно используемые типы статических реле. Транзистор, который работает по принципу триода, может преодолеть большинство недостатков, создаваемых электронными лампами, поэтому это наиболее развитый тип электронных реле, так называемых статических реле.

Реальность, что транзистор можно использовать как усилительный инструмент, так и как переключающий инструмент, что позволяет ему подходить для выполнения любых рабочих функций.Транзисторные схемы не только выполняют важные функции реле (например, сравнение входов, вычисление и их усвоение), но и обладают существенной эластичностью, позволяющей удовлетворить потребности нескольких реле.

В дополнение к этим другим типам статических реле относятся:

  • Реле на эффекте Холла
  • МТЗ с обратнозависимой выдержкой времени
  • Направленное статическое реле максимального тока
  • Статическое дифференциальное реле
  • Статическое дистанционное реле

Применения различных типов Реле

Поскольку существует множество видов реле, эти устройства найдут применение в различных отраслях промышленности, включая электротехнику, авиацию, медицину, космос и другие.Области применения:

  • Используется для регулирования различных цепей
  • Защищает устройства от перегрузки по напряжению и току и снижает влияние электрических повреждений на цепи
  • Реализован как автоматическое изменение
  • Используется для изоляции минимального уровня цепь напряжения
  • Автоматические стабилизаторы – одна из его реализаций, в которых реализовано реле. Когда уровень питающего напряжения отличается от номинального напряжения, тогда набор реле анализирует изменения напряжения и регулирует цепь нагрузки, интегрируя автоматические выключатели.
  • Используется для управления переключателями электродвигателя. Чтобы включить электродвигатель, нам обычно требуется источник питания 230 В переменного тока, но в некоторых ситуациях / приложениях может потребоваться включить двигатель с использованием напряжения питания постоянного тока. В таких случаях можно использовать реле.

Это некоторые из различных типов реле, которые используются в большинстве электронных, а также электрических цепей. Информация о различных типах реле служит целям читателей, и мы надеемся, что они сочтут эту основную информацию очень полезной.Учитывая огромное значение реле с zvs в схемах, эта конкретная статья о них заслуживает отзывов, запросов, предложений и комментариев читателей. Еще более важно знать о других темах, связанных с реле, таких как реле против контактора , реле и переключатель , и многие другие.

Руководство по тестированию и техническому обслуживанию защитных реле

В этом руководстве содержится всесторонний обзор процедур проверки и тестирования защитных реле в электроэнергетических системах.Фото: TestGuy.

Защитные реле широко используются в энергосистеме для вывода из эксплуатации любого элемента, который подвергается короткому замыканию, начинает работать ненормально или представляет риск для работы системы. Релейному оборудованию в этой задаче помогают измерительных трансформаторов , которые определяют состояние питания, и автоматические выключатели , которые способны отключать неисправный элемент при вызове релейного оборудования.

Из-за их критической роли в энергосистеме защитные реле должны проходить приемочные испытания перед вводом в эксплуатацию и периодически после этого для обеспечения надежной работы.При нормальном промышленном применении периодические испытания следует проводить не реже одного раза в 2 года в соответствии с NFPA 70B 2016.

Испытания защитного реле можно разделить на три категории: приемочные испытания , ввод в эксплуатацию и эксплуатационные испытания . Какие из описанных ниже процедур будут добавлены в ваш план тестирования, будет зависеть от конкретного проекта или отраслевых спецификаций, которые будут определены владельцем оборудования или системным инженером.

1. Визуальный и механический осмотр

Проверка и обслуживание реле защиты всегда начинается с тщательного визуального и механического осмотра. Если проверяемая цепь находится в рабочем состоянии, следует снимать по одному реле (если применимо), чтобы полностью не отключить защиту.

Что проверять, зависит от типа реле , будь то электромеханическое, твердотельное или микропроцессорное. Ниже приводится краткое описание процедур для каждого типа реле:

Инспекции и проверки электромеханических и твердотельных реле

Электромеханические реле состоят из физических движущихся частей для подключения контакта в выходном компоненте реле.Движение контакта генерируется с помощью электромагнитных сил от входного сигнала малой мощности.

В полупроводниковых реле

используются силовые полупроводниковые устройства , такие как тиристоры и транзисторы , для коммутации токов до примерно сотни ампер. Твердотельные реле имеют быстрых коммутационных скоростей по сравнению с электромеханическими реле и не имеют физических контактов , которые могут изнашиваться.

Электромеханическое и твердотельное реле

  • Запишите и сравните данные паспортной таблички реле с применимыми проектными чертежами и спецификациями, чтобы убедиться, что установлено правильное оборудование с соответствующими дополнительными устройствами.
  • Осмотрите реле и корпус на предмет физических повреждений и убедитесь, что весь блок чистый . При новой установке убедитесь, что весь транспортировочный ограничительный материал удален.
  • Затяните соединения корпуса реле и осмотрите крышку на предмет правильности прокладки . Осмотрите закорачивающее оборудование, соединительные лопасти и / или рубильники.
  • Проверить блок реле на предмет посторонних предметов , особенно в пазах дисков демпфирования и электромагнитов.Удалите все посторонние предметы из корпуса и убедитесь, что покровное стекло чистое.
  • Проверить функциональность сброса мишени , зазор диска, зазор контактов и смещение пружины.
  • Проверить спиральную пружину витков. Спиральная пружина реле должна быть концентрической и не иметь признаков перегрева. Диск и контакты следует проверить на предмет свободы движения и правильности хода.
  • Подшипники и шарниры должны быть чистыми и демонстрировать движение жидкости .Проверьте затяжку всего монтажного оборудования и соединений реле. Аккуратно очистите контакты из чистого серебра с помощью гибкого полировального инструмента , который напоминает сверхтонкий напильник.

Электромеханическое реле снято с корпуса с обозначенными компонентами. Реле минимального напряжения GE типа IAV54E. Фотография: General Electric.

Инспекции и проверки микропроцессорных реле

Микропроцессорные реле

– это компьютерные системы, в которых используются программные алгоритмы защиты для обнаружения электрических неисправностей.Цифровые реле являются функциональной заменой электромеханических реле защиты и могут включать в себя множество функций защиты в одном устройстве, а также обеспечивать функции измерения, связи и самотестирования.

Микропроцессорные (цифровые) реле

  • Передняя панель реле должна быть чистой и без посторонних предметов на корпусе. Проверьте надежность крепления монтажного оборудования и электрических соединений. Убедитесь, что корпус реле заземлен, как указано в инструкциях производителя по установке.
  • Запишите важную информацию на паспортной табличке , такую ​​как номер модели реле, номер стиля, серийный номер, версия микропрограммного обеспечения, версия программного обеспечения и номинальное управляющее напряжение.
  • Все события из регистратора событий должны быть загружены в отфильтрованном и нефильтрованном режиме перед выполнением любых тестов на реле. Загрузите последовательность событий, данные технического обслуживания и статистические данные. Запишите пароли для всех уровней доступа для использования в будущем.
  • Файлы настроек и логики должны быть загружены из реле, а настройки сравнивать с теми, которые указаны в исследовании координации или в листе настроек , предоставленном владельцем . Настройте реле в соответствии с разработанным файлом настроек и координационным исследованием.
  • Убедитесь, что реле показывает правильную дату и время . Сравните время отображения реле с фактическим временем и запишите разницу. Установите часы реле, если они не контролируются извне.Подключите резервную батарею.
  • Обратитесь к инженеру по настройке или владельцу, чтобы узнать о применимых обновлениях микропрограмм . и отзывают продукт . Осмотрите, очистите и проверьте работу закорачивающих устройств. Проверьте работу всех светодиодов, дисплеев и мишеней.

2. Проверьте настройки защиты

Настройки реле слева должны соответствовать последним файлам координации и исследования дугового разряда или файлам инженерных настроек. Убедитесь, что все настройки соответствуют последнему исследованию координации защитных устройств или листу настроек, предоставленному владельцем оборудования.Эта информация часто предоставляется на кривой зависимости тока от времени в исследовании координации, отображающей характеристики реле.

Пример кривых характеристик настройки согласования защитных реле. Фото: Индийский журнал науки и технологий


3. Испытания сопротивления изоляции

Выполните испытания сопротивления изоляции каждой цепи электромеханического реле между корпусом и землей. Порядок проведения испытаний сопротивления изоляции твердотельных и микропроцессорных реле следует определять в руководстве по эксплуатации реле. Некоторые производители реле могут не рекомендовать испытания изоляции под высоким напряжением.


4. Дополнительные электрические испытания

Подайте напряжение или ток на все аналоговые входы микропроцессорного реле и проверьте правильность регистрации функций релейного счетчика и проверьте измеренные значения SCADA на удаленных клеммах.


5. Цели и индикаторы

Для электромеханических и твердотельных реле, определение срабатывания и отключения электромеханических целей .Проверить работу всех светодиодных индикаторов и установить контрастность показаний жидкокристаллического дисплея.


6. Испытания элементов защиты

Комплекты для проверки реле

оснащены несколькими источниками для проверки твердотельной и многофункциональной цифровой защиты. Фото: TestGuy

Проверьте функциональную работу каждого элемента, используемого в схеме защиты, как описано в справочном руководстве , ссылка на который приведена ниже . Если не указано иное, используйте допуски, рекомендованные производителем.

Прилагаемая ссылка: Испытания элементов релейной защиты

Работа элементов защиты для устройств, перечисленных в прилагаемом справочнике, должна быть откалибрована с использованием рекомендованных производителем допусков , если критические контрольные точки не указаны инженером по настройке . Когда указаны критические контрольные точки, реле следует откалибровать по этим точкам, даже если другие контрольные точки могут выходить за пределы допуска.

В нормальных условиях эксплуатации рабочие характеристики микропроцессорного реле не меняются со временем.На время работы влияют только настройки реле и подаваемые сигналы. Это , не обязательно по стандартам NETA для проверки рабочих характеристик в рамках технического обслуживания.


7. Функциональные тесты системы

Функциональные тесты системы

подтверждают правильное взаимодействие всех устройств считывания, обработки и воздействия как единого целого. Фото: Twins Chip Electrical Industry.

В дополнение к проверке и тестированию защитных реле, может быть желательно доказать правильное взаимодействие всех устройств считывания, обработки и действия как единое устройство посредством функциональных тестов системы.

При выполнении функциональных тестов системы все устройства блокировки должны быть проверены на отказоустойчивость в дополнение к их индивидуальной проектной функции. Также должна быть проверена правильная работа всех чувствительных устройств, сигнализаторов и показывающих устройств.

Реле блокировки и блокируют замыкающие цепи должны быть протестированы вместе с самотестированием реле, отказом источника питания и сигналами контроля катушки отключения обратно в SCADA. Восстановление шины и / или переключатели должны быть проверены как работоспособные.

Измерение на защитных реле и счетчиках следует проверить по откалиброванному источнику, убедиться, что линий связи работают для локальных и удаленных устройств, и что системы оповещения остаются без сигналов тревоги. Любые имеющиеся сигналы тревоги должны быть исследованы.

По завершении испытаний цепей управления и цепей передачи тока следует вернуть в нормальный режим работы . Убедитесь, что все системы оставлены в нормальном рабочем режиме или положении, схемы переключения и восстановления включены, а устройства контроля и защиты находятся в рабочем состоянии.

Функциональные испытания электромеханических и твердотельных реле

Убедитесь, что каждый из контактов реле выполняет свою функцию в схеме управления, включая:

  • Отключение выключателя
  • Блокировка закрытия
  • 86 блокировка
  • Функции сигнализации

Функциональные тесты микропроцессорного реле

  • Проверьте работу всех активных реле цифровых входов и всех выходных контактов или тиристоров, предпочтительно с помощью , управляющего управляемым устройством (автоматический выключатель, вспомогательное реле или сигнализация).Проверьте все внутренние логические функции , используемые в схеме защиты.
  • Для схем пилотного реле выполните тест с обратной связью для проверки цепей передачи и приема. Все остальные ретрансляционные каналы связи должны быть проверены как работоспособные.
  • Проверить схемы защиты с помощью связи с помощью сквозного тестирования . Измерьте задержку линий связи для контрольных проводов, дифференциальных схем и схем защиты переключения.
  • Сбросьте все минимальные / максимальные записи и счетчики отказов по завершении тестирования, чтобы удалить неактуальные данные. Удалите записи последовательности событий и все записи событий.
  • Проверить функции контроля отключения и включения катушки. Проверьте реле , связь SCADA и такие индикации, как изменение уставки, срабатывание защиты, отказ защиты, сбой связи, срабатывание регистратора неисправностей.

Список литературы

Реле

– гарантированное время выполнения

1.Что такое реле?

Реле – это устройство, которое размыкает или замыкает контакты, чтобы вызвать срабатывание другого электрического управления. Реле управляют одной электрической цепью, размыкая и замыкая контакты в другой цепи. Реле обычно используются для переключения меньших токов в цепи управления и обычно не управляют устройствами, потребляющими энергию, за исключением небольших двигателей и соленоидов, потребляющих малый ток. Тем не менее, реле могут «управлять» большими значениями напряжения и силы тока за счет усиления эффекта, поскольку небольшое напряжение, приложенное к катушке реле, может привести к коммутации большого напряжения контактами.Кроме того, реле также широко используются для включения пусковых катушек, нагревательных элементов, контрольных ламп и звуковой сигнализации.

2. Почему мы используем реле?

Очень распространенная причина, особенно в промышленном применении, – это требования к напряжению и току. Многие машины и электрическое оборудование используют для работы более высокое напряжение. Чтобы сделать это безопаснее для операторов, мы используем низкое напряжение и ток для наших элементов управления. Например, вы не хотите, чтобы кто-то нажимал на кнопку, к которой подключено высокое напряжение.Когда мы используем реле, замыкающиеся контакты могут быть рассчитаны на гораздо более высокий ток.

3. Как работают реле?

Реле работает по принципу электромагнитного притяжения. Когда цепь реле определяет ток короткого замыкания, она возбуждает электромагнитное поле, которое создает временное магнитное поле. Это магнитное поле перемещает контакты реле для размыкания или замыкания соединений. Реле малой мощности имеет только один контакт, а реле высокой мощности имеет два, три и четыре контакта для размыкания переключателя.

Внутренняя часть реле имеет железный сердечник, намотанный катушкой управления. Питание на катушку подается через контакты нагрузки и управляющего переключателя. Ток, протекающий через катушку, создает вокруг нее магнитное поле. Из-за этого магнитного поля верхнее плечо магнита притягивает нижнее плечо. Следовательно, замкните цепь, что заставит ток течь через нагрузку. Если контакт уже замкнут, то он движется в противоположном направлении и, следовательно, размыкает контакты. Расширенное обучение: ( Каков принцип и функция реле? )

4. Что такое контактор?

Согласно принципу работы реле, электромагнитное реле, твердое реле, статическое реле, реле максимального тока, тепловое реле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх