Промежуточное реле: назначение, классификация, характеристики

Промежуточное реле – автоматический прерыватель цепи, функционирующий в дискретных схемах, выполняя роль вспомогательного устройства. Более точное определение будет дано ниже по тексту, поскольку содержит сложные термины, неподготовленному читателю незнакомые.

Зачем человеку промежуточное реле

Промежуточные реле используют, когда возникает необходимость усиления сигнала, требуется гальваническая развязка цепей. Термостат выдает напряжение единицы вольт, отопление питается стандартной промышленной сетью 230 (400) вольт. Идеальным решением бывает для установленного оборудования усилить сигнал, используя реле. Актуально для больших площадей, мощность стандартного термостата сильно ограничена, производительный стоит денег.

Схожая ситуация при обилии приборов. Десятках, сотнях конвекторов, развешенных вдоль стен. Дорогой термостат физически неспособен управлять уймой техники. Ставится промежуточное реле. Вослед включают иные типы силовых реле, связка управляет обогревателями по единому сигналу термостата на всей площади объекта.

Тривиальный пример, объясняющий назначение промежуточных реле. Используются, где возможны наводки, огрубляя требования к входному сигналу. Импульсное реле с порогом срабатывания 1 мВ легко обманывается возникающими в сети 230 вольт наводками. Актуально для линий значительной протяженности.

Китайский прерыватель цепи

Определения, классификация

Промежуточные реле послужат для разгрузки главных контакторов. Иначе требования к гашению дуги станут строгими, обусловив невыгодность производства. Мощные источники электроэнергии, ТЭС строятся близ месторождений природных ресурсов, имеют блоки мощностью сотни-тысячи МВт. Эксплуатация подобных сооружений немыслима без цепей релейной защиты. В состав последних входит объект рассмотрения обзора.

Под реле в электротехнике понимается устройство, скачкообразно изменяющее проводимость от бесконечности до нуля и обратно под действием определенного фактора. Фактор принято называть воздействующей величиной, как правило, ток, напряжение, мощность (включая реактивную), сдвиг фаз, сопротивление цепи, частота, последовательности гармоник. Параметр образуется сложенный несколькими другими, называемыми входными. Классификацию реле принято вести следующим образом:

• По месту подключения:

1. Первичные – непосредственно составляют защищаемую цепь.
2. Вторичные – подключаются через индуктивную, емкостную связь.

• По способу действия:

1. Прямые – непосредственно размыкают защищаемую цепь.
2. Косвенные – действуют опосредованно.

• По назначению:

1. Измерительные – с регулировкой в некоторых пределах уровня срабатывания.
2. Логические – срабатывают по одному уровню, в дискретных цепях.
3. Комбинированные – несколько измерительных, объединенных логической связью.

• По характеру переключения:

1. Максимальные – работают на подъем параметра до некоторого лимита.
2. Минимальные – работают на падение параметра до некоторого лимита.

Согласно этой классификации даем следующее определение:

Важно. Промежуточные реле – логические реле, предназначенные для дискретных цепей, расширяющие функции других реле, имеющихся на участке электрической сети.

Помимо промежуточных в семейство логических также входят: указательные (сигнализируют о срабатывании прочих реле, присутствующих на участке цепи), реле времени (для отсчета задаваемых обслуживающим персоналом интервалов), замедленные (срабатывают с задержкой). Принято классифицировать реле защиты по принципу действия:

• Электромагнитные работают по закону действия проводника с током на стрелку компаса, открытому Эрстедом в первой половине XIX века. Движется ферромагнитный сердечник.
• Поляризационные отличаются от электромагнитных зависимостью состояния контактов от направления протекания тока.
• Магнитоэлектрические эксплуатируют аналогичный принцип, магнит из специального сплава неподвижен, рамка с обмоткой вращается, приводя в действие контакт.
• Индукционные принципом действия напоминают асинхронные двигатели, в замкнутой обмотке ток наводится обмоткой, питающейся током.
• Полупроводниковые реле являются наиболее распространенными, построены на элементной базе с p-n-переходами, переходами металл-полупроводник.

Промежуточные реле могут быть любого принципа действия. Ранее в основном были электромагнитными. Часто применяются для размножения, усиления сигнала других реле. Например, исполнительных устройств много, соответственно, сверх меры управляющих линий. Очевидно, одно реле с задачей коммутации не справится. Тогда ставится промежуточное, каждый выход управляет одним исполнительным. Число конечных реле значительно возрастает, вместе справляются с задачей.

Аналогичным образом при большом токе через линию можно разбить на несколько веток, каждая заведена на исполнительное реле. Управляет охапкой промежуточное. Служит для одновременного срабатывания, уберегая отдельные контакторы от непомерно большой дуги, непременно возникающей, если на один каскад ляжет тяжесть нагрузки. Неконтролируемый процесс ионизации легко может сжечь переключающую, защитную аппаратуру. Потребуется ремонт. Промежуточное реле, обеспечивая согласованную работу прочих, защищает систему от аварии.

Автоматическое реле

Электромагнитные промежуточные реле

Реле серии РП изготавливаются по модификациям для переменного, постоянного тока. Конструкционные отличия весьма специфичны, понятны не каждому, не представляют великого интереса. Реле переменного тока РП-25 аналогично структурой РП-23. Якорь расположен сбоку, не сверху. Переменный ток создает поле, придающее магниту большее ускорение. Следовательно, нет нужды, чтобы срабатыванию реле помогал собственный вес якоря.

Сообразно конструктивным особенностям отличается процесс настройки изделия. Для каждого типа реле идет по своей схеме, описываемой инструкцией. Сведения отыщем в справочниках. Одно реле способно функционировать при различных напряжениях. Обеспечивается намоткой соответствующего числа витков на рабочую катушку и варьированием диаметра жилы. Напряжение выше – больше берется витков, тем они тоньше. Необходимо для снижения протекающего тока, уменьшения напряженности магнитного поля. Позволит не затрагивать модернизацией якорь.

Для мастеров в справочниках небезынтересными станут сведения о марке провода намотки. Для РП-25 одножильный ПЭВ-2 с двухслойной винифлексовой изоляцией.

В одном электромагнитном реле часть контактов замыкающая, часть размыкающая. Позволительно использовать опосредованно, для управления запуском асинхронных двигателей. Совместная работа большого объема технологического оборудования невозможна без промежуточных реле. Простые действенные средства обеспечат синхронность системы.

Характеристики электромагнитных реле

Главными характеристиками являются род тока (постоянный/переменный), долговечность, условия срабатывания. Для РП-25 переменное напряжение частотой 50 Гц, средним действующим значением 100, 127, 220 В. Реле служит для отключения цепи при падении вольтажа до 85% номинала. Толщина петли гистерезиса составляет 3%. Долговечность характеризуется числом циклов срабатывания и возвращения в первоначальное состояние. У реле РП-25 слабым местом назовем металл контактов. Механизм прослужит на порядок дольше.

Промежуточный прерыватель

Важным параметром является время перехода из одного положения контактов в другое. Руководствуясь критерием, оценим защищенность аппаратуры от воздействия нежелательных факторов. Для РП-25 параметр не превышает 0,06 с. Что касается современных дискретных цепей, электронные ключи способны действовать намного быстрее. Меньшим является время восстановления в прежнее состояние.

Иногда даже специально стоят требования максимального быстродействия. Нецелесообразно использовать реле РП-23, уместнее поставить РП-220. Конструкция для снижения инерции, обусловленной действием индукционных вихревых токов, содержит шихтованный сердечник. Сталь нарезается тонкими пластинами, склеиваемыми изолирующим лаком. Разрезы идут поперек магнитного поля, в результате блокируется образование вихревых токов. Вес якоря максимально снижен для исключения инерции движения, меж полюсами расположена немагнитная пластинка, ускоряющая разъединение контактов в момент переключения. Время срабатывания уменьшено до 0,011 с.

Реле способно функционировать в неких пределах. Температурные границы, внутри которых механическая часть изделия способна выполнять функции. К задействованным факторам отнесем: стойкость сплавов к капризам погоды, предусмотрительность конструкторов, защиту корпуса по IP. В каждом отдельном случае оговаривается: при изменении значащего фактора в тех или иных пределах. Например, изменение частоты сети на 3% приводит к уходу рабочей точки примерно на 10%. Такие нюансы нужно учитывать, избегая уходить за допустимые для защищаемой аппаратуры пределы.

Ценой ускорения является снижение долговечности. Количество переключений до отказа снижается, составляет у РП-220 порядка 1000 (для механизма – 5000). На удержание якоря тратится энергия поля. В характеристиках реле можно прочитать о задействованной мощности. У РП-25 – 8 Вт. Понятно, современные силовые транзисторы затратят на работу меньше усилий. Полупроводниковая техника планомерно вытесняет другие элементные базы.

Для электромагнитных реле важны габариты. Справедливости ради, нужно сказать, для высоких напряжений механические конструкции по-прежнему актуальны. До открытия явления сверхпроводимости при комнатных температурах высоковольтные цепи не смогут обойтись без мощных контакторов. p-n-переход сильно разогревается проходящим током. И не всегда будет возможно подобрать радиатор столь больших габаритов, чтобы обеспечить температурные режимы. Перегрев полупроводников недопустим, приводит к необратимым изменениям.

В военном деле, на самолетах, космических кораблях, железных дорогах, автотранспорте важен фактор механических нагрузок. Многие реле разрабатываются под линейные ускорения, вибрации, удары, прочие разрушающие атрибуты длительной и жесткой эксплуатации. Одновременно оговаривается допустимое положение изделия в пространстве. Понятно, влияет на быстродействие, значение управляющего параметра, при котором произойдет срабатывание.

Каждый контактор характеризуется отключающей способностью. Максимальное значение тока, при котором система способна совершить цикл. Лимит является разрушающим фактором, превосходит на порядок-на два рабочие значения системы. Иногда отключающая способность может выражаться в ваттах, что при заданном напряжении опять приводит к значению тока в амперах.

назначение устройства, особенности конструкции и принцип работы

Реле представляет собой прибор, способный работать в автоматическом режиме. Сегодня в продаже можно найти классическое промежуточное реле 220 В электромагнитного типа, а также современные электронные устройства. Эти приборы нашли широкое распространение в промышленности и быту. Они активно применяются для коммутации электроцепей, управления электромоторами и так далее.

Область применения и назначение

Трудно найти отрасль промышленности, где не использовались бы промежуточные реле. Эти устройства сегодня устанавливаются в различное электротехническое оборудование и бытовые приборы. Можно выделить три случая применения этих приборов в сложных электротехнических системах:

• Переключение участков в независимых друг от друга электросетях.
• Увеличение времени задержки срабатывания защитных элементов в цепях с большими токами нагрузки.
• Контроль различных параметров, а также режимов функционирования отдельных элементов во вторичных электроцепях с высоким напряжением.

Следует заметить, что одно устройство способно выполнять последовательно либо одновременно несколько переключений в цепях. В качестве примера можно рассмотреть работу реле в системе водоснабжения и отопления. Во время включения насосной станции на обмотку прибора подается питающее напряжение. В результате замыкается контактная группа, активирующая систему контроля работы насоса.

На дисплее показываются наиболее важные параметры работы установки. Их количество зависит от сложности управляемой системы. Одновременно замыкается другая контактная группа, подавая тем самым напряжение на обмотку магнитного пускателя.

Во время срабатывания этого пускового прибора питающее напряжение подается на электронасос. Так как в отопительных системах слабый импульс не позволяет активировать катушки магнитных пускателей, рассчитанных на высокий ток, то с помощью реле промежуточного типа можно усилить управляющий сигнал.

Особенности конструкции и принцип работы

Прибор по конструкции напоминает магнитный пускатель небольших размеров. Следует заметить, что реле не может использоваться во всех схемах для переключения электроцепей, так как его главное назначение заключается в передачи управляющих импульсов. Это обусловлено тем, что контактные пластины изготовлены из тонкого материала. В продаже нечасто встречаются модели, которые могут на протяжении длительного временного отрезка пропускать токи более 10 А.

Конструкция классического реле промежуточного типа содержит:

• Основание, на котором смонтированы все остальные детали.
• Электромагнитную катушку и сердечник.
• Подвижную пластину, оснащенную рычагом для управления контактной группой.
• Пружину для возвращения рычага в начальное состояние, когда напряжение снимается.
• Контактную группу.
• Клеммы для подсоединения проводников к контактам и обмотке катушки.

Технические параметры и расшифровка маркировки

Опытный электрик сможет извлечь из маркировки изделия практически всю нужную информацию. В качестве примера расшифровки можно взять модель РЭП26−004А526042−40УХЛ4. Это реле электромагнитное промежуточное, 26-й серии. Прибор оснащен 4 переключаемыми контактами, имеющими класс износостойкости «А».

Реле предназначено для работы в цепях постоянного тока. Проводники крепятся с помощью пайки, а в конструкции также предусмотрен ручной переключатель. Класс защиты изделия от попадания внутрь влаги и пыли — 40. Реле предназначено для работы в условиях средних и северных широт.

Что касается наиболее важных технических характеристик прибора, то стоит отметить следующие:

• Минимальная сила тока переключения.
• Диапазон напряжений на обмотке электромагнита.
• Время размыкания контактных групп.
• Показатель коммутируемого напряжения.
• Максимально допустимая мощность подключаемой к изделию нагрузки.
• Показатель допустимого кратковременного тока, проходящего через контакты.

Способы классификации

Реле промежуточного типа принято делить на группы в соответствии с различными параметрами. Однако рассматривать стоит только основные виды приборов. В соответствии с типом переключения устройства могут быть минимальными и максимальными. Они предназначены для снижения или повышения определенного параметра до нужного значения соответственно.

В зависимости от функционального назначения

принято выделять три типа реле:

• Комбинированные — для решения конкретной логической задачи объединяется группа приборов.
• Логические — функционируют с аналогичными параметрами в дискретных электроцепях.
• Измерительные — предназначены для изменения определенных показателей в заданном диапазоне значений.

Следующий вид классификации приборов определяется способом управления нагрузкой. Прямое воздействие предполагает подсоединение контактов реле непосредственно к нагрузке. Также возможно косвенное воздействие, когда нагрузка подключается через электроцепи вторичных элементов.

В соответствии с конструктивными особенностями выделяют следующие виды реле:

• Полупроводниковые — коммутация производится не с помощью механических контактов, а благодаря подаче управляющего импульса на p — n — p и n — p — n переходы полупроводниковых элементов, например, тиристоров.
• Индукционные — управляющий сигнал представляет собой напряжение, наведенное в соседней обмотке, которая не связана прямым электрическим соединением.
• Магнитоэлектрические — магнит в конструкции прибора является неподвижным элементом, а обмотка с контактной группой вращается, замыкая либо размыкая при этом цепь.
• Поляризационные — переключение нужных контактов определяется полярностью подключения на обмотке.

Благодаря применению реле в быту можно автоматизировать работу различных систем. Например, эти устройства можно использовать для управления освещением или отоплением. Выполнить подключение прибора будет несложно даже начинающему домашнему мастеру.

Назначение промежуточного реле

Среди множества комплектующих изделий, особое место занимает промежуточное реле, назначение которого состоит в обеспечении вспомогательных функций. Его использование предполагается в тех случаях, когда основные релейные приборы не справляются с установленными мощностями. Кроме того, количество выходных цепей, которыми укомплектовано основное реле, намного меньше, чем в управляемых цепях. Основной функцией промежуточного реле является коммутация нагрузок в электрических цепях. Эти приборы могут использоваться при постоянном и переменном токе. Их широко применяют в различных видах релейной защиты, на объектах энергетики, в противоаварийных системах и во многих моделях промышленной аппаратуры. Использование промежуточных реле Чаще всего, промежуточные реле применяются, как специальные вспомогательные устройства, в следующих ситуациях: При необходимости замыкания или размыкания, определенного количества цепей, работающих автономно. Таким образом, удается увеличить количество контактов и одновременно выполнить сразу несколько совершенно разных операций. Когда возникает необходимость управления реле с большей мощностью, которое задействовано в коммутации цепей, где протекает ток большой величины. Для этого, необходимо выполнить сразу несколько операций, в которых задействованы не только основные, но и промежуточные реле. Такие схемы позволяют осуществлять коммутацию при наличии токов, практически любой величины. Способы подключения реле Для того, чтобы подключить промежуточное реле, существует два основных способа. В первом случае применяется шунтовый вариант, когда максимальное напряжение электрической цепи поступает на обмотку реле. При таком подключении она носит название обмотки напряжения. Во втором случае, производится последовательное соединение обмотки реле и катушки выключателя. Здесь уже обмотка именуется токовой. В зависимости от особенностей конструкции, все виды промежуточных реле могут изготавливаться с одной или двумя обмотками. В некоторых случаях допускается наличие трех обмоток. Таким образом, обеспечивается надежное срабатывание устройства при наличии стабильного напряжения в источниках питания. Кроме того, они эффективно срабатывают в случаях аварийного снижения напряжения электрической сети, вплоть до 40%.

Устройство и назначение вспомогательных реле

К вспомогательным реле относят указательные (сигнальные), промежуточные и реле времени.

Реле времени

Реле времени (ЭВ) применяют для создания независимых от тока требуемых выдержек времени, обеспечивая, таким образом, селективную работу отдельных защит. Реле времени конструктивно имеют много разновидностей. Разберем работу реле времени на примере электромагнитных реле с часовым механизмом серий ЭВ – 100 и ЭВ – 200.

Реле серии ЭВ – 100 применяют в цепях оперативного постоянного тока на напряжения в 24, 48, 110 и 220 В, а ЭВ – 200 для работы в оперативных цепях переменного тока на напряжения 127, 220 и 380 В.

На рисунке ниже показано устройство реле времени ЭВ – 100:

Работа реле осуществляется следующим образом. Когда обмотка электромагнита 1 обесточена, рычаг часового механизма 17 отведен вверх до упора и удерживается на месте якорем 23 действием пружины якоря 22, при этом ведущая пружина 8 растянута (заведена). При замыкании контакта основного (пускового) реле по обмотке электромагнита ЭВ, включенной в оперативную цепь последовательно, потечет ток. Под действием электромагнитных сил якорь 23 втянется, и рычаг часового механизма опустится вместе с якорем, при этом зубчатый сегмент 13 под действием пружины 8 начнет вращаться по часовой стрелке, а ведущая шестерня 12 вместе с подвижным контактом 11 – против часовой стрелки. С помощью фрикционного сцепления на одном валу посажен часовой механизм (детали 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14, 15, 16), который обеспечивает постоянную частоту вращения подвижного контакта 11. Когда подвижной контакт доходит до неподвижных контактов 10 и замыкает их, оперативная цепь тоже замкнется и реле даст импульс на отключение выключателя.

Изменение уставок реле (выдержки времени) осуществляют путем изменения расстояния между подвижными и неподвижными контактами (увеличением или уменьшением расстояния). Время срабатывания реле устанавливается на шкале 9, отградуированной в секундах. Контакты 18, 20, 21и поводок 19 используются тогда, когда требуется мгновенное срабатывание реле (без выдержки времени).

При исчезновении тока в катушке (линия отключена) якорь под действием пружины 22 поднимается вверх, а с ним и рычаг часового механизма и реле будут готовы для работы.

Промежуточные реле

Промежуточные реле (РП) благодаря наличию в них большого количества нормально замкнутых и разомкнутых контактов применяются в релейной защите, когда необходимо одновременно замыкать и размыкать несколько независимых цепей (цепи управления сигнализации, выключателей и другие), подключаемые к разным контактам реле. Кроме того, наличие у них мощных контактов дает возможность использовать их для разгрузки маломощных контактов основных реле от больших токов (для замыкания цепей электромагнитных приводов выключателей).

Промышленностью выпускается большое количество промежуточных реле, работающих на электромагнитном принципе. Основным элементом промежуточных реле является электромагнит с подвижным якорем и подвижная система комбинированных контактов (нормально закрытых и открытых), связанных с якорем. Промежуточные реле изготавливаются для работы в оперативных цепях переменного и постоянного тока. Реле РП – 23 и РП – 24 работают в оперативных цепях постоянного напряжением 12, 24, 48, 110 и 220 В, а реле РП – 25, РП – 26 – в цепях переменного тока напряжением 100 и 220 В.

На рисунке ниже показаны устройство и принцип действия реле РП – 23:

Реле состоит из катушки 12, размещенной на сердечнике 11, якоря 9 неподвижных контактов 4, подвижной контактной системы 5, разделенной изоляционными втулками 6, возвратной пружины 3, скобы 2, на которой закреплен сердечник упора 7, ограничителя хода якоря 10 и основания реле 1.

При подаче напряжения на катушку реле якорь, втягиваясь, хвостовиком 8 перемещает подвижную контактную систему вниз. При этом замыкаются нормально открытые контакты и размыкаются нормально закрытые контакты. Реле имеет четыре нормально открытых контакта и один нормально закрытый. При исчезновении тока в катушке реле под действием пружины 3 контактная система возвращается в исходное положение.

Указательные (сигнальные) реле

Сигнальные (указательные) реле служат для подачи сигналов (световых, звуковых, указательных и других)  о возникновении не нормальных режимов работы на каком-то участке электрической цепи. Реле типа РУ – 21, работающие на электромагнитном принципе, является одним из наиболее распространенных. Принцип его действия заключается в том, что при прохождении тока по его обмотке якорь притягивается к сердечнику, флажок, ранее удерживаемый якорем, теряет упор, под действием собственного веса поворачивается по оси и устанавливается  своей окрашенной поверхностью напротив застекленного окна в крышке реле. Это служит сигналом о срабатывании защиты. При повороте флажка одновременно замыкаются контакты цепи сигнализации. Флажок возвращается в первоначальное положение при повороте рукоятки.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЛЕ

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 75Следующая ⇒

а) Назначение реле и требования к ним

Промежуточные реле являются вспомогательными и приме­няются, когда необходимо одновременно замыкать или размыкать несколько независимых цепей или когда требуется реле с мощ­ными контактами для замыкания и размыкания цепи с большим током.

Простейший пример использования промежуточного реле всхемах защиты приведен на рис. 2-13, а — в.

Промежуточные реле по способу включения подразделяются на реле параллельного (рис. 2-13, а) и последова­тельного (рис. 2-13, б) включения.

Обмотки первых включаются на полное напряжение источника питания, а вторых — последовательно с катушкой отключения выключателя или какого-либо другого аппарата или реле на ток цепи.

Кроме того, выпускаются реле с дополнительными удержива­ющими катушками, например реле параллельного включения с удерживающей обмоткой, включаемой последовательно в управля­емую контактами реле цепь (рис. 2-13, в). Такое реле, подействовав от кратковременного импульса, поданного в параллельно вклю­ченную обмотку, остается в сработанном состоянии под действием тока удержания, пока не завершится операция.

Для одновременного замыкания нескольких не связанных друг с другом цепей промежуточные реле имеют несколько контактов. Мощность контактов должна быть достаточной для замы­кания и размыкания цепей защиты (обычно потребляющих 50— 200 Вт) или цепей управления выключателей (1500—2000 Вт).

Потребление обмоток реле параллельного включения стремятся ограничить до 3—6 Вт, с тем чтобы их цепь могли замыкать реле с маломощными контактами.

Потребление обмоток реле последовательного включения выбирается из условия минимального падения напряжения в сопротивлении обмотки этого реле, которое допускается не более 5—10% нормального напряжения источника оперативного тока.

Промежуточные реле должны надежно действовать не только при нор­мальном напряжении, но и при возможном в условиях эксплуатации его понижении, достигающем 15—20%.

С учетом запаса напряжение срабатывания реле параллельного вклю­чения принимается 60—70% номинального значения.

К коэффициенту возврата промежуточных реле не предъявляется ка­ких-либо требований, так как их возврат происходит при отсутствии тока в обмотке реле.

В схемах защиты промежуточные реле вносят нежелательное замедление, поэтому, за исключением особых случаев, их время должно быть очень малым, особенно когда они применяются в быстродействующих защитах.

Быстродействующие промежуточные реле должны работать со временем не более 0,01—0,02 с. Время срабатывания обычных промежуточных реле колеблется в зависимости от конструкции от 0,02 до 0,1 с.

б) Конструкции промежуточных реле постоянного тока [Л. 10]

Большинство промежуточных реле выполняется при помощи системы с поворотным якорем, позволяющей создавать большую электромагнитную силу при относительно малом потреблении и Удобной для изготовления многоконтактных реле. Применяются также системы с втягивающимся якорем. На рис. 2-14 показаны образцы промежуточных реле. Реле типа РП-210 (рис. 2-14, а) имеют четыре контакта. Время их срабатывания равно 0,01 с, потребление 5—8 Вт, разрывная мощность контактов 50 Вт. Широкое распространение получили кодовые реле (КДР) (рис. 2-14,б). Время срабатывания этих реле равно 0,01-0,02 с, потребление обмотки не более 3 Вт.

Реле последовательного включения отличаются от реле парал­лельного включения лишь обмоточными данными.

 

 

в) Время действия промежуточных реле

 

Таким образом, полное время действия реле t_р складывается из времени нарастания тока в обмотке якоря t_Н до значения I_с.ри времени движения якоря t_Д:

t_р = t_Н + t_Д (2-14)

Из диаграммы на рис. 2-15 следует, что t_Н зависит от скорости нарастания тока I_р, которая определяется постоянной времени Т; величины тока I_с.р, определяемой силой противодействующей пружины реле; величины установившегося тока I_ру.

Составляющая t_Дзависит от величины хода якоря и скорости его перемещения.

Абсолютное значение t_Дневелико (составляет тысячные доли секунды), поэтому у реле постоянного тока время действия прак­тически определяется t_Н.

Для получения быстродействующих промежуточных реле нужно уменьшать Т, ослаблять противодействующую пружину реле и увеличивать кратность тока к = I_р.у/ I_с.р.

При включении реле в его сердечнике появляются вихревые токи, замедляющие нарастание магнитного потока и увеличиваю­щие, таким образом, время t_Н. Поэтому у быстродействующих реле магнитная система выполняется из шихтованной стали.

Уменьшение t_Дв быстродействующих реле достигается в ос­новном путем облегчения подвижной системы и уменьшения трения.

К числу быстродействующих реле, применяемых в отечествен­ных защитах, относятся реле типа РП-210—РП-215, кодовые роле КДР-1 и реле МКУ [Л. 101]; их время действия t_р = 0,01 с.

г) Промежуточные реле постоянного тока замедленного дей­ствия

В ряде случаев в схемах защиты и автоматики требуются про­межуточные реле, замыкающие или размыкающие свои контакты с некоторым замедлением. Замедление в таких реле получается за счет повышения составляющей t_Н в (2-14) путем увеличения постоянной времени Т обмотки.

Замедленное действие реле при втягивании якоря достигается размещением на магнитопроводе 3 короткозамкнутой обмотки 2, выполняемой в виде медной цилиндрической гильзы, или медных шайб, поверх которых наматывается основная обмотка 1 (рис.2-16).

При включении обмотки 1 на напряжение U_р магнитный по­ток Ф₁в магнитопроводе реле устанавливается не сразу. .

В момент включения в обмотке 2 возникает ток I₂, создающий магнитный поток Ф₂, который противодействует нарастанию тока в обмотке 1. В результате этого скорость нарастания тока в об­мотке реле уменьшается (рис. 2-17), а время нарастания тока t_Н увеличивается.

Для увеличения времени действия реле необходимо располагать об­мотки 1 и 2 концентрически так, чтобы весь магнитный поток Ф₂ обмотки 2 пронизывал обмотку 1, и увеличивать магнитный поток обмотки 2. Для этого следует увеличивать сечение медной гильзы (отчего возрастает ток I₂) и уменьшать сопротивление магнитопровода реле.

Практически выдержка времени на втягивание якоря в про­межуточных реле с короткозамкнутой обмоткой относительно невелика и не превосходит 0,5 с.

 

Замедленное действие при отпадании якоря также может быть получено при помощи короткозамкнутой обмотки 2 (рис. 2-16).

В момент отключения тока в обмотке 1 магнитный поток Ф₁ начинает затухать (рис. 2-18).

При этом в обмотке 2 возникает ток I₂, создающий магнитный по­ток Ф₂, который противодействует исчезновению потока Ф₁и поэтому совпадает с ним по направлению ¹. Таким образом, несмотря на пре­кращение тока I₁ в магнитопроводе реле продолжает существовать сум­марный поток _р = ₁ + ₂ поддерживаемый в основном током I₂. Ток I₂, а вместе с ним поток Ф₂ и, следовательно, поток Ф_р посте­пенно затухают (рис. 2-18).

При отсутствии обмотки 2 (рис. 2-16) затухание потока Ф_р в маг­нитопроводе происходило бы значи­ тельно быстрее, так как в этом слу­чае он поддерживался бы только вихревыми токами, возникаю­щими в стали магнитопровода, влияние которых незначительно.

¹ В этом случае ток I₂ и поток Ф₂ направлены противоположно показан­ному на рис. 2-16.

 

Чем больше постоянная времени короткозамкнутой обмотки Т₂ = L₂/r₂, тем медленнее будет спадать магнитный поток Ф₂. Через время t’_Нмагнитный поток Ф_р снизится до величины Ф_воз; при этом сила пружины превзойдет электромагнитную силу и якорь реле начнет отходить. Спустя время t’_Дон переместится в конечное положение. Таким образом, полное время отпадания реле равно t’_Н+ t’_Д, при этом t’_Д « t’_Н.

Увеличение t’_Ндостигается уменьшением Ф_воз, увеличением на­чального значения Ф₁ = Ф_р._у (рис. 2-18) и снижением скорости затухания Ф₂; для последнего необходимо повышать постоянную времени короткозамкнутой обмотки Т₂.

Практически для увеличения времени замедления на отпада­ние якоря реле следует уменьшать зазор (при втянутом якоре), увеличивать размеры гильз, намагничивающую силу обмотки 1 и ослаблять противодействующую пружину 4 (рис. 2-16).

Отечественные заводы изготовляют реле типов РП-250, КДР-3 РЭВ-81, РЭВ-810, РЭВ-880, имеющие замедленный возврат [Л. 101].

Замедление с помощью контура С и r. Замедление при раз­мыкании цепи промежуточных реле может достигаться при помощи схем, состоящих из резистора r (активного сопротивления) и кон­денсатора С, как показано на рис. 2-19, а, б. В схеме.на рис. 2-19, а конденсатор С разряжается на обмотку П при размыкании контактов К₁, благодаря чему время отхода якоря увеличивается. Резистор r ограничивает ток через конденсатор в момент вклю­чения реле П. При замыкании контактов К₁на обмотку реле П подается полное напряжение, и поэтому нарастание тока в ней определяется только ее параметрами.

В схеме на рис. 2-19, б действие реле замедляется как при замыкании, так и при размыкании цепи обмотки реле П. В момент замыкания контактов К₁ происходит заряд конденсатора С. В нем появляется ток I_С, создающий повышенное падение напряжения на сопротивлении r. Вследствие этого напряжение на зажимах обмотки реле II уменьшается: U_П= U — (I_С + I_П) r, где U — напряжение источника питания; U_П— напряжение на обмотке реле П; I_Си I_п — токи в конденсаторе и обмотке реле. Пропор­ционально этому уменьшается и ток в обмотке П.

По окончании заряда конденсатора прохождение тока Iс пре­кратится и на обмотке реле II установится нормальное напряже­ние U_П= U — I_Пr. При размыкании контактов К₁конденса­тор С разряжается на обмотку реле П, удерживая реле в сра­ботанном состоянии до тех пор, пока ток в обмотке не снизится до значения I_воз. Чем больше емкость С, тем больше замедлится действие реле.

Недостатком замедленных реле является значительный разброс их времени действия, в частности за счет колебания уровня на­пряжения источника оперативного тока.

 

УКАЗАТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ

Указательные реле служат для фиксация, действия защиты в целом или каких-либо ее элементов. На рис. 2-20 показано указательное реле 1, сигнализирующее действие защиты на от­ключение выключателя. При срабатывании защиты по обмотке реле 1 проходит ток, приводящий реле 1 в действие.

Ввиду кратковременности прохождения тока в обмотке ука­зательных реле они выполняются так, что сигнальный флажок и контакты реле остаются в сработанном состоянии до тех пор, пока их не возвратит на место обслуживающий персонал.

Указанные реле изготовляются для последовательного (рис. 2-20, а) и параллельного (рис. 2-20, б) включения. Реле последовательного включения более удобны и поэтому имеют весьма широкое применение. Общий вид указательного реле типа РУ-21 приведен на рис. 2-21.

При появлении тока в обмотке 3 якорь реле 5 притягивается , и освобождает флажок 9. Последний падает под действием соб­ственного веса, принимая вертикальное положение. В этом положении флажок виден через прозрачный кожух 2. Возврат флажка в начальное положение производится кнопкой 10.

 

РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

а) Назначение и основные требования

Реле времени служит для искусственного замедления действия устройств релейной защиты и электроавтоматики.

На схеме рис. 2-22 показано применение реле времени в за­щите. При замыкании контактов токового реле 1 плюс оператив­ного тока подводится к обмотке реле времени 2, которое спустя определенный интервал времени замы­кает контакты и производит отключение выключателя. Время, проходящее с мо­мента подачи напряжения на обмотку реле времени до замыкания его кон­тактов, называется выдержкой времени реле.

Основным требованием, предъявляе­мым к реле времени, применяемым в схемах релейной защиты, является точность. Погрешность во времени действия реле не должна превосходить ±0,25 с, а в ряде случаев ±0,06 с. В схемах сигнализации и некоторых устройствах автоматики допускается меньшая точность работы реле времени.

 

Реле времени должно надежно срабатывать начиная с 80% номинального напряжения, и его выдержка времени не должна зависеть от возможных в эксплуатации колебаний оперативного напряжения. Потребление обмотки современных реле времени колеблется от 20 до 30 Вт.

Для быстрой готовности к повторному действию реле времени должно иметь мгновенный возврат после отключения его катушки от источника оперативного тока.

б) Конструкции реле времени

Реле времени имеют много конструктивных разновидностей, но принципы их устройства однородны и могут быть рассмотрены на примере конструкции, изображенной на рис. 2-23.

При появлении тока в обмотке 1 якорь 2 мгновенно втяги­вается, освобождая рычаг 4 с зубчатым сегментом 5. Под дейст­вием ведущей пружины 6 рычаг 4 приходит в движение, которое однако, не является свободным, так как оно замедляется спе­циальным устройством выдержки времени 7. Через некоторое время t_р, зависящее от расстояния l (или угла a; и скорости движения w_р рычага 4, последний переместится на угол a и замкнет контакты реле 8. Таким образом реле сработает с выдержкой времени t_р = a/w_р.

Устройство выдержки времени может выполняться различ­ными способами; в современных отечественных конструкциях оно осуществляется с помощью часового

механизма, основным элементом которо­го является анкерное уст­ройство.

При исчезновении тока в реле якорь и рычаг 4 должны мгновенно возвратиться в на­чальное положение под дей­ствием возвратной пружи­ны 3. Это обеспечивается с помощью храпового механизма или фрикционного устройства, обладающих свободным расцеплением при обратном ходе сегмента 5.

Регулирование выдержки времени осуществляется изменением угла a путем перемещения контактов реле 8. В некоторых конст­рукциях предусматривается мгновенный контакт 9, позволяющий замыкать цепь с малой, обычно нерегулируемой выдержкой вре­мени (около 0,15—0,2 с).

Для уменьшения размеров реле катушка реле времени не рас­считывается на длительное прохождение тока. Поэтому реле, предназначаемые для длительного включения под напряжение, выпол­няются с добавочным сопротивлени­ем r_д, включаемым последовательно с обмоткой реле, как показано на рис. 2-24. Нормально сопротивле­ние r_д зашунтировано размыкающим­ся мгновенным контактом реле. После срабатывания реле этот контакт раз­мыкается и сопротивление r_д вводится в цепь реле, ограничивая проходящий в ней ток до ве­личины, допустимой по условиям нагрева и достаточной для удержания реле в сработанном состоянии.

Отечественные заводы выпускают реле постоянного тока типов ЭВ-110, ЭВ-120, ЭВ-130,

ЭВ-140 и переменного тока ЭВ-210, ЭВ-220, ЭВ-230, ЭВ-240 [Л. 10, ЮН. Устройство этих реле пока­зано на рис. 2-25, а.

В этой конструкции роль рычага 4 (рис. 2-23) выполняет сек­тор 10, приводимый в движение ведущей пружиной 11. Сектор М через ведущее зубчатое колесо 13 приводит в движение подвижный контакт реле 22 и фрикционное сцепление 14, показанное отдельно на рис. 2-25, б и в. Фрикционное сцепление связывает подвиж­ную систему реле с часовым механизмом. Через зубчатые колеса 15, 16, 17 и 18 движение передается на анкерное колесо 19. Ско­рость вращения последнего ограничивается колебательным дви­жением анкерной скобы 20, которое зависит от ее момента инер­ции, определяемого грузиками 21. Выдержка времени изменяется положением неподвижного контакта 23.

Реле времени ЭВ-133 выполняются термически стойкими по схеме на рис. 2-24.

Кроме рассмотренных электромагнитных реле времени при­меняются реле времени, выполняемые с помощью синхронных микродвигателей, и реле с контуром из емкости и активного со­противления (см. § 4-8 и 11-17, в).

 

 

 

ПОЛЯРИЗОВАННЫЕ РЕЛЕ

Поляризованные реле являются разновидностью электромаг­нитных конструкций. В отличие от рассмотренных выше электро­магнитных реле якорь поляризованного реле находится под воз­действием двух магнитных потоков, из которых один создается током, питающим обмотку реле, а второй — постоянным магни­том. Магнитный поток обмотки называется рабочим, а по­стоянного магнита — поляризующим. Поляризованные реле выполняются в двух вариантах: с дифференциальной маг­нитной системой и мостовой.

Обе конструкции состоят из сердечника 1, обмотки 2, постоян­ного магнита 3, якоря 4 и контактной системы 5 (рис. 2-26).

Рассмотрим принцип действия реле на примере более простой дифференциальной системы (рис. 2-26). Поляризующий магнит­ный поток Ф_п постоянного магнита выходит из северного полюса N и разветвляется на две части Ф_Па и Ф_Пб, замыкающиеся через воздушные зазоры d_а и d_б и соответствующие половины сердеч­ника 1. Обмотка 2, обтекаемая током I_р, создает рабочий магнит­ный поток Ф_р, который замыкается по сердечнику 1 и по воздуш­ным зазорам d_а и d_б.

Для простоты рассмотрения часть магнитного потока, ответв­ляющаяся через якорь, не учитывается. В воздушном зазоре d_а магнитные потоки Ф_п и Ф_р суммируются, а в d_б вычитаются, образуя результирующие магнитные потоки:

Под воздействием магнитного потока Ф_а якорь притягивается к левому полюсу a с силой F_a=kФ²_а. Силе F_а противодействует сила стремящаяся притянуть якорь к правому полюсу d.

При определенном токе I_р ≥ I_с.рмагнитный поток Ф_астано­вится больше магнитного потока Ф_б, сила Ф_а>Ф_ди якорь откло­няется влево, к полюсу a, замыкая контакты 5.

При изменении направления тока I_р поток Ф_р также меняет свое направление, вследствие чего в зазоре d_а возникает разность в магнитных потоков, а в зазоре d_бих сумма. Тогда при I_р ≥I_с.рпоток Ф_б > Ф_а, сила F_б~> F_аиякорь отклоняется вправо. Таким образом, благодаря наличию поляризующего потока реле стано­вится направленным и реагирует не только на значение тока, но и на его направление (полярность).

Аналогичным образом работает реле и с мостовой магнитной системой, приведенное на рис. 2-26, б.

При питании реле переменным током якорь реле вибрирует, следуя за изменением направления тока. По этой причине поляризованные реле не пригодны для работы на перемен­ном токе.

Поляризованные реле могут выполняться с односторонним и двусто­ронним действием, с фиксацией и без фиксации начального положения якоря. Реле одностороннего действия с фиксацией начального положения якоря показано на рис. 2-26, а, б. У этого реле упоры 6, ограничивающие ход якоря, устанавливаются так, чтобы при любом положении якоря преобла­дало влияние одного из полюсов, например правого б. Для этой цели зазор d_а взят больше d_б, Тогда при отсутствии тока I_р поляризующий магнитный поток Ф_Пб > Ф_па, соответственно сила F_б> F_аиякорь реле прижимается к правому упору под действием преобладающей силы F_б. При появлении I_р >I_с._р якорь отклоняется влево, замыкая контакты реле. После исчезновения тока I_р якорь возвращается под действием поляризую­щего поля в начальное положение.

Такая регулировка называется настройкой с «преобладанием». Реле подобного типа наиболее часто применяется в схемах защиты.

Если упоры 6 расположить симметрично по отношению к среднему по­ложению якоря в зазоре (рис. 2-26, в), то такая регулировка называется нейтральной. В зависимости от направления I_р якорь отклоняется вправо или влево, замыкая соответствующие контакты реле. При исчезно­вении I_р якорь остается в том положении, в каком он находился при дей­ствии I_р. Следовательно, такое реле работает как реле двустороннего дей­ствия, но не имеет фиксированного начального положения якоря.

Поляризованные реле обладают важными преимуществами, к которым следует отнести: 1) высокую чувствительность и малое потребление, достигающее при минимальном токе срабатывания и зазоре между контактами около 0,5 мм, примерно 0,005 Вт; 2) высокую кратность тока термической стойкости, равную (20 ÷ 50) I_с.рмин, у обычных электромагнитных реле термическая кратность не превышает 1,5 I_с.рмин; 3) быстроту действия, которая достигает 0,005 с.

Недостатками поляризованных реле являются: малая мощ­ность контактов; небольшой зазор между ними, от 0,1 до 0,5 мм, и относительно невысокий коэффициент возврата.

Поляризованные реле применяются в схемах релейной защиты как вспомогательные реле постоянного тока при необходимости быстродействия и высокой чувствительности, а также в качестве реагирующих (исполнительных) органов в схемах реле на вы­прямленном токе.

ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ

а) Принцип действия

На рис. 2-27 показан принцип выполнения индукционных реле. Реле состоит из подвижной системы 3, расположенной в поле двух магнитных потоков Ф₁ и Ф_II. Магнитные потоки создаются токами, проходящими по обмоткам неподвижных электромагни­тов 1 и 2. Подвижная система выполняется в виде медного илиалюминиевог о диска или цилинд­ра

(барабанчика), закрепленного на оси, которая может вращаться. При вращении против часовой стрелки подвижная система пре­одолевает момент пружины 5 и замыкает контакты 4.

Обмотки реле 1 и 2 питаются переменными (синусоидальными) токами I₁ и I₂, которые создают переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф_II, показанные на рис. 2-27. Пренебрегая потерями на намаг­ничивание, считают, что потоки Ф₁ и Ф_II совпадают по фазе с создающим их током, как изо­бражено на векторной диаграмме (рис. 2-28).

Пронизывая подвижную си­стему 3, магнитный поток Ф₁ наводит в ней э. д. с. Е_Д1= , аналогично поток Ф_II создает э.д.с. Е_Д2= . Согласно закону индукции наведенные э. д. с. отстают по фазе на 90° от вызвавших их магнитных пото­ков (рис. 2-28). Под действием э. д. с. Е_Д1и Е_Д2в подвижной системе возникают вихревые токи I_Д1и I_Д2, замыкающиеся вокруг оси индуктирующего их магнитного потока. Положитель­ные направления I_Д1и I_Д2, определенные с помощью правила «буравчика» по п о л о ж и т е л ь н о м у направлению пото­ков Ф₁ и Ф_II, показаны на рис. 2-27. Вследствие малой величины индуктивного сопротивления контура вихревых токов они при­нимаются совпадающими по фазе с соответствующей э. д. с. (рис. 2-28).

Из теории электротехники известно, что между магнитным потоком и током, находящимся в его поле, возникают электро­магнитные силы взаимодействия. В рассматриваемой конструкции возникают две силы: F_э1, обусловленная взаимодействием магнитного потока Ф₁ и тока I_Д2, и F_э2, вызванная взаимодействием Ф_II с I_Д1 (рис. 2-27).

Как известно, сила взаимодействия между магнитным потоком и контуром тока, индук­тированного этим потоком, равна нулю, при условии, что магнитный поток создает равно­мерное магнитное поле. В индукционных реле это условие выполняется, и поэтому силы вза­имодействия между Ф₁ и I_Д1 и Ф_II и I_Д2 отсутствуют. Направление сил F_Э1и F_Э2 для положительного значения потоков и токов оп­ределяется по правилу «левой руки» и пока­зано на рис. 2-27. Можно доказать, что мгно­венное значение сил F_Э1и F_Э2меняет свой знак в течение периода Т = 1/f 4 раза, поэтому по­ведение реле (вращение подвижной системы) зависит от знака среднего значения сил F_Э1, и F_Э2. Знак и направление каждой силы определяется углом сдвига фаз между магнитным потоком и взаимодействующим с ним то­ком I_д. Силы F_Э1и F_Э2образуют результирующую электромаг­нитную силу F_э, равную их алгебраической сумме F_э = F_Э1 + F_Э2 — Результирующая сила F_эсоздает вращающий момент М_э = F_эd, где d — плечо силы F_э. Электромагнитная сила и момент (F_эи М_э) приводят в движение подвижную систему 3, которая в зависимости от знака М_эзамыкает или размыкает контакты реле 4.

Из сказанного следует, что принцип работы индукционных реле основан на взаимодействии двух магнитных потоков с вихре­выми токами, индуктируемыми в подвижной системе реле.

б) Электромагнитная сила и ее момент

Соответственно электромагнитный момент

Вывод уравнений (2-16) и (2-17) приводится ниже.

Значение и знак электромагнитной силы F_эвыражаются через магнитные потоки Ф₁ и Ф_II, угол сдвига фаз между ними ψ и частоту переменного тока f уравнением

 

 

 

Среднее значение силы взаимодействия между магнитным цотоком Ф и током I, находящимся в поле этого потока:

 

 

Анализируя выражение электромагнитного момента (2-17), можно установить следующее:

1. Для получения электромагнитного момента конструкция реле должна обеспечивать создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁ и Ф_II), пронизывающих подвижную си­стему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол ψ ≠ 0.

2. Величина момента М₃пропорциональна амплитудам маг­нитных потоков Ф₁ и Ф_II и их частоте f и зависит от сдвига фаз ψ между потоками.

Реле имеет наибольший момент при сдвиге фаз магнитных потоков на 90°. При ψ = 0 реле не может работать, так как М₃=0.

3. Знак момента зависит от sin ψ. Иначе говоря, он зависит от сдвига фаз ψ между магнитными потоками Ф₁ и Ф_II или создающими их токами I₁и I₂. При значениях ψ в пределах от 0 до 180° момент М_эположителен, при этом магнитный поток Ф_II опережает поток Ф₁ а сила F_э направлена от оси опережающего магнитного потока Ф_II к оси отстающего Ф₁. При — ψ в пределах от 180 до 360° момент М_эотрицателен. В этом случае поток Ф_II отстает от Ф₁, а сила F_энаправлена в обратную сторону — от оси Ф₁ к оси Ф_II. Таким образом, результирующая сила F_э всегда направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока.

4. На индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока. Это объясняется тем, что токи в диске или цилиндре индуктируются при условии, что электромагниты питаются переменным током. Индукционный принцип получил весьма широкое распространение. На этом принципе выпол­няются реле тока, направления мощности и многие другие виды реле.

Рекомендуемые страницы: