Индукционное реле

Структурные части и основные элементы релейной защиты.

Основные органы релейной защиты.

Релейная защита состоит из пусковых органов, измерительных органов и логической части.

Пусковые органы - непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение короткого замыкания, и нарушения нормального режима работы.

Пусковые органы выполняются с помощью: реле тока, реле напряжения, реле мощности и т.д.

Измерительные органы – на них возлагается задача определения места и характера повреждения, а так же принятия решения о необходимости действия защиты.

Измерительные органы так же выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и других.

Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.

Логическая часть – представляет собой схему которая запускается пусковыми органами и сопоставляя последовательность и продолжительность действия измерительных органов, производит отключение выключателей мгновенно или с выдержкой времени, запускает другие устройства, подает сигналы и производит другие предусмотренные действия.

Логическая часть состоит в основном из логических элементов, элементов времени (таймеров), а так же промежуточных и указательных реле. В аналоговых и микропроцессорных устройствах к ним добавляются дискретные входы и индикаторные светодиоды.

(курс лекций "Электрические аппараты")

Индукционное реле.

Индукционные реле основаны на взаимодействии между индуцированным в каком-то проводнике током и переменным магнитным потоком. Поэтому они применяются только на переменном токе как реле защиты энергосистем.

Существующие типы индукционных реле можно разделить на три группы: реле с рамкой, реле с диском, реле со стаканом.

В индукционных реле с рамкой (рис. 1, а) один из потоков (Ф2) индуцирует ток в короткозамкнутой обмотке, помещенной в виде рамки в поле второго потока (Ф1), сдвинутого по фазе. Реле имеют высокую чувствительность и наибольшее быстродействие по сравнению с другими индукционными реле. Недостатком их является малый вращающий момент.

Индукционные реле с диском широко распространены. Схема простейшего реле такого типа (с короткозамкнутым витком К и диском) приведена на рис. 1, б. Реле имеют сравнительно простую конструкцию и достаточно большой вращающий подвижной части.

Индукционные реле со стаканом (рис. 1, в) имеют подвижную часть в виде

стакана, вращающегося в

магнитном поле двух потоков

четырехполюсной магнитной

системы. Потоки Ф1 и Ф2

расположены в пространстве

под углом 90°, а по времени

сдвинуты на угол у.

Внутри стакана 5 проходит

стальной цилиндр 1 для

уменьшения магнитного

сопротивления. Реле со

стаканом сложнее реле с

диском, но позволяет

получить время срабатывания до 0,02 с. Это существенное достоинство

обеспечило им широкое применение.

Рис. 1. Схема устройства индукционных реле: а - с рамкой, б - с диском, в - со стаканом: 1 - стальной цилиндр, 2 - спиральная противодействующая пружина, 3 - подшипники, 4 - вспомогательные контакты, 5 - алюминиевый стакан, 6 - ось, 7, 9 - группы катушек, 8 - ярмо, 10 - 13 - полюсы

Четырехполюсная магнитная система позволяет без существенных изменений получать разнообразные по назначению реле и унифицировать их производство. Например, если на полюсах 11 и 13 разместить токовые катушки 9, а на ярме - катушки напряжения 7, то они создадут соответственно потоки Ф1 и Ф2, пропорциональные току и напряжению.

Взаимодействие этих потоков с индуцированными в стакане 5 токами создаст в последнем вращающий момент М = k1Ф1Ф2 sin γ = k2IUcos φ, т. е. получим реле мощности.

При этой же конструкции можно получить реле частоты, если на полюсах 11 и 13 расположить катушки напряжения 9 и соединить их последовательно с резистором, а катушки 7 соединить последовательно с конденсатором. Если оба контура (индуктивно-активный и индуктивно-емкостный) подключить на одно напряжение, то создаваемый в стакане 5 момент будет равен М = k3fФ1Ф2 sin γ, где f - частота тока.

Индуктивности катушек, емкость и сопротивление подбираются так, что при заданной уставке по частоте потоки совпадают по фазе, т. е. угол равен нулю. При изменении частоты потоки не совпадут по фазе, а знак угла их сдвига будет зависеть от характера изменения частоты. При повышении или понижении частоты происходит поворот стакана в ту или иную сторону и замыкание (размыкание) тех или иных контактов.

Аналогично различными комбинациями катушек на сердечниках можно получить и другие по назначению реле.

ИНДУКЦИОННЫЕ РЕЛЕ

Принципы действия и выполнения индукционных систем.

Работа индукционных реле основана на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной системе реле. Основными элементами реле являются два электромагнита 1 и 2 и подвижная система 3, расположенная в магнитном поле электромагнитов (рис. 2.26). Подвижная система выполняется из немагнитного электропро­водящего материала в виде медного или алюминиевого дис­ка, либо полого цилиндра (барабанчика), закрепленного на вращающейся оси 4. С осью 4 жестко связан подвижный кон­такт реле 5, замыкающий при повороте неподвижные контак­ты 6. Движению диска в сторону замыкания контактов проти­водействует спиральная пружина 7.

Обмотки электромагнитов 1 и 2 питаются переменными (си­нусоидальными) токами I₁ и I₂, которые создают переменные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Положительное направление то­ков и соответствующее им положительное направление пото­ков, определяемое по правилу буравчика, показаны на рис. 2.26.

2.26. Принцип устройства индук­ционного реле

Пренебрегая потерями на намагничивание, потоки Ф1 и Ф₂ показаны на диаграмме совпадающими с токами I_t и 1₂. Магнитный поток Ф_1, пронизывая подвижную систему 3, наводит в диске ЭДС

Е_д1 =dФ1/dt, поток Ф₂ - ЭДС E_Д2 = -dФ2/dt Наведенные ЭДС

отстают по фазе на 90° от вызывающих их магнитных потоков. Под действием ЭДС Е_Д1 и Е_Д2 в подвижной системе возникают вихревые токи I_Д1 и I _Д2, замыкающиеся вокруг оси индукти­рующего их магнитного потока. Положительные направления I_Д1 и I_д2, определенные по правилу буравчика по положитель­ному направлению потоков Ф₁ и Ф₂, показаны на рис. 2.27. Вследствие малой индуктивности контура вихревых токов их векторы I _Д1 и I _Д2 принимаются совпадающими по фазе с выз­вавшими их ЭДС (Е_Д1 и Е_Д2).

В рассматриваемой конструкции возникают две силы: F_Эl = = к₁Ф₁I_Д2 - обусловленная взаимодействием магнитного по­тока Ф₁ и тока I_д2, наведенного другим потоком Ф₂, и F _э2 = = к₂Ф₂I_Д1, вызванная воздействием потока Ф₂ на ток I_д1) наведенный потоком Ф_1.

Силы взаимодействия потока Ф1 со "своим" током I_д1 и Ф₂ с вихревым током I_д2 равны нулю.

Направление сил F_Эl и F_Э2 и создаваемые ими моменты вра­щения М_э1 и М_э2 определяются их средними значениями за период, которые зависят от угла сдвига фаз между взаимодей­ствующими потоками и токами в диске. Силы F_Эl и F_Э2 опреде­ляются по правилу "левой руки" и показаны на рис. 2.26.

Ре­зультирующая электромагнитная сила F_Э = F_Эl + F_Э2. Резуль­тирующий электромагнитный момент М_э = F_Эd, где d - плечо силы F₃ относительно оси вращения. Момент М_э приводит в движение подвижную систему 3, которая в зависимости от зна­ка (направления) М_э действует в сторону замыкания или раз­мыкания контактов реле 5.

Электромагнитная сила F₃ и ее момент М_э. Значение резуль­тирующей электромагнитной силы F_g выражается через магнит­ные потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые токами, питающими обмотки электромагнитов реле, угол сдвига фаз между ними φ и частоту входных токов f:

F_Э = k'f/Ф₁Ф₂ sinφ. (2.12)

Соответственно электромагнитный момент

M_Э=F_Эd = k"f Ф₁Ф₂ sinφ = k Ф₁Ф₂ sinφ, (2.13)

где Ф₁ и Ф₂ - действующие значения магнитных потоков; к,k',k'' - постоянные величины.

Анализируя выражение (2.13), можно сделать следующие выводы:

1) результирующий момент пропорционален действующим (или амплитудным) значениям магнитных потоков и зависит
от сдвига фаз φ между токами, подведенными к реле. Это означает, что индукционные реле могут служить для сравнения фаз входных токов. Реле имеет максимальный моментпри φ = 90° и не действует при φ = 0;

2) знак момента зависит от sinφ. Результирующая сила F_Э направлена от оси опережающего к оси отстающего магнитного потока;

3) конструкция реле должна обеспечить создание не менее двух переменных магнитных потоков (Ф₁ и Ф₂), пронизывающих
подвижную систему в разных точках и сдвинутых по фазе на угол φ ≠0;

4) поскольку действующие значения магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ являются постоянными величинами, то мгновенное
значение моментов индукционных реле в отличие от электромагнитных не изменяется во времени. Поэтому у индукционных реле отсутствует вибрация контактов, если токи и напря­жения, создающие соответствующие потоки, синусоидальны;

на индукционном принципе могут выполняться только реле переменного тока: реле тока, направления мощности,
сопротивления и др.

Дата добавления: 2015-04-24