Електромеханічні реле

Будова і принцип дії реле

В установках електропостачання сільськогосподарських споживачів широко використовують електромагнітні, індукційні, теплові і газові реле. Наша промисловість випускає електромагнітні реле трьох основних різновидів: клапанні, соленоїдні і з поворотним якорем (рисунок 14.2).

а б в

а – клапанного типу; б – соленоїдного типу; в – з поворотним якорем.

Рисунок 14.2 – Схеми електромагнітних реле

Принцип дії цих реле заснований на електромагнітній дії електричного струму. Реле складається із електромагніту 1, рухомого якоря 2 і протидіючої пружини 4. При проходженні по обмотці реле струму І _ср створюється магнітний потік Ф _ср, який замикається через магнітопровід, якір і повітряний зазор. Під дією електромагнітної сили Р _ем якір притягується до ярма і металевою пластиною замикає нерухомі контакти оперативного кола 3. Якір може мати форму клапана (рисунок 14.2, а), стержня (рисунок 14.2, б) або бути поворотним (рисунок 14.2, в). Сила притягування якоря Р _ем пропорційна квадрату струму, що проходить по робочій обмотці.

Силі Р _емпротидіє практично стала сила натягу пружини Р _пр. Реле спрацьовує, якщо Р _ем > Р _пр. Регулювати струм спрацювання реле можна перемиканням кількості витків робочої обмотки (Р _ем) або зміною натягу пружини (P _пp).

Соленоїдні електромагнітні реле виконують здебільшого броньового типу (рисунок 13.2, 6). Це підвищує їх чутливість, оскільки така конструкція дозволяє збільшити індукцію у повітряному зазорі за рахунок підтримання постійного мінімального зазору при роботі реле. При втягуванні стержня, з яким з'єднані рухомі контакти, повітряний зазор практично не змінюється.

У реле із поворотним якорем вибором раціональних профілів полюсів електромагніту і самого якоря можна одержати різну залежність моменту повороту якоря від кута повороту. У таких реле можна використати значно більші кути повороту якоря, ніж у реле іншої системи.

Оскільки сила притягування якоря реле пропорційна квадрату струму (потоку), вона не залежить від знака. Тому електромагнітну систему можна використати як для постійного, так і для змінного струму. Для змінного струму сила притягування якоря буде пульсуючою і якір може вібрувати.

Щоб усунути вібрацію, потік обмотки реле розділяють на два потоки; зсунуті в просторі і за фазою. Для цього використовують корот-козамкнутий виток (кільце) на частині якоря або полюса електромагніту. Для зменшення вібрації використовують також контакти, що пружинять або спеціальні барабанчики, які закріплюють на рухомій частині реле.

При збільшенні струму в обмотці реле максимального струму до заданого значення, що називається уставкою (І _уст), реле спрацьовує і замикає свої контакти, внаслідок чого в оперативному колі виникає струм.

Найменше значення струму, при якому реле спрацьовує, називають струмом спрацювання реле (І _ср). Відхилення цього значення від уставки реле (І _уст) характеризує точність роботи реле. Для релейного захисту точність спрацювання повинна становити ±5 %.

Якщо струм в обмотці зменшуватиметься, то реле повернеться у вихідне положення при струмі, меншому від І _ср. Поверненню реле перешкоджають сили тертя, магнітна інерція та деякі інші фактори. Найбільше значення струму, при якому реле повертається у вихідне положення, називається струмом повернення (І _пр).

Відношення струму повернення до струму спрацювання називається коефіцієнтом повернення реле (k _пр):

(14.1)

Для максимальних реле k_{пов. р} < 1, а для мінімальних реле k_{пов. р} > 1.

Будова і робота реле. В релейному захисті здебільшого використовують електромагнітні та індукційні реле. Найбільшого поширення набули струмові реле.

Вторинні струмові реле прямої дії РТМ і РТВ вмонтовують у приводи вимикача типу ППМ-10, ПП-61, ПП-67. За принципом дії реле РТМ та РТВ належать до соленоїдних реле. Струм спрацювання у реле струму типу РТМ регулюється зміною кількості витків обмотки, а також зміною повітряного зазору між ударником і важелем.

Реле РТВ в нижній частині корпусу додатково має годинниковий механізм витримки часу, який тягою зв'язаний з ударником. Осердя реле порожнє, всередині його розміщена пружина, яка нижнім кінцем закріплена за осердя, а верхнім натискує на стопорне кільце, закріплене на ударнику. Уставка регулюється перемикачем поворотного типу, а регулювання витримки часу в межах 0...4 с здійснюється установочним гвинтом, який розміщений нижче годинникового механізму.

Потужність власного споживання реле, вмонтованих у привод ПП-67 і вимикач ВМП-10П, порівняно мала і становить на змінному струмі 50...20ВА.

Котушки реле РТМ і РТВ застосовують лише для релейного захисту. В пружинних приводах для дистанційного керування вимикачем або для вимикання його від релейного захисту з реле посередньої дії використовують вмонтовані в привод електромагніти вимикання.

Вторинні реле посередньої дії (реле струму РТ-40 і реле напруги РН-50) належать до електромагнітних реле з поворотним якорем. На розімкнутому П-подібному магнітопроводі 1 (рисунок 14.3) з двома полюсами розміщено робочі обмотки, які можуть з’єднуватися послідовно або паралельно. При зміні з’єднання міняється струм спрацювання у реле РТ-40. При послідовному з'єднанні обмоток струм спрацювання в два рази менший.

Рисунок 14.3 – Електромагнітне реле струму РТ-40

У повітряному зазорі між полюсами розміщується поворотний якір 2, виготовлений з електротехнічної сталі. Під впливом магнітного поля полюсів він намагається повернутися. Руху якоря протидіє пружина 8, натяг якої змінюють, переміщуючи поводок 7. Цим забезпечується плавне регулювання уставки реле. Положення пружини, а отже, і уставка реле, фіксується положенням поводка 7 на покажчику 6.

Для усунення вібрації при роботі реле використовують антивібраційний барабанчик (демпфер) 3, який закріплюють на якорі.

При вмиканні обмотки реле на струм мережі через трансформатор струму електромагнітний момент пропорціональний струму мережі.

Коефіцієнт повернення реле серії РТ-40 становить не менше 0,8. Наша промисловість випускає реле РТ-40 на струми 0,2; 0,6; 2; 6; 10; 20; 50; 100 та 200 А. В позначенні типу реле знаменник вказує на верхню межу уставки струму при паралельному з’єднанні котушок (наприклад, РТ-40/2).

Реле серії РН-50 за напругою мають два діапазони. Для переходу з першого діапазону на другий, у якому напруга в два рази більша, використовують два додаткових резистори. У реле РН-50 відсутній гасник вібрації, для зменшення вібрації використовуються випрямлюючий міст.

Промисловість випускає реле максимальної напруги РН-53 і реле мінімальної напруги РН-54. В позначенні реле знаменник показує максимальну уставку напруги реле. Наприклад, позначення РН-53/60 показує, що реле розраховане на верхню уставку напруги в другому діапазоні 60 В. Промисловість випускає реле максимальної напруги типів РН-53/60, РН-53/200, РН-53/400, РН-53/60Д і реле мінімальної напруги типів РН-54/48, РН-54/160, РН-54/320. Відповідно у реле максимальної напруги уставки: 15...60, 50…220, 100...400, 15...60 В. У реле мінімальної напруги: 12...48, 40...160, 80...320 В. Нижня межа відповідає мінімальній уставці в першому діапазоні, а верхня – максимальній уставці в другому діапазоні.

Потужність споживання всіх реле становить близько 1 ВА при напрузі мінімальної уставки і не більше 5ВА – при номінальній напрузі в першому діапазоні. Коефіцієнт повернення реле РН-53 – не нижче 0,8, реле РН-54 – не більше 1,25.

Індукційне струмове реле типу РТ-80 складається з двох елементів – індукційного і електромагнітного (рисунок 14.4) і теж відноситься до вторинних реле посередньої дії.

Магнітна система для обох елементів спільна. Індукційний елемент забезпечує максимальний струмовий захист із витримкою часу, а електромагнітний – струмову відсічку (без витримки часу). Робота індукційного елемента забезпечується взаємодією магнітного потоку і струму, що індукується в диску, розміщеному між полюсами електромагніту.

Рисунок 14.4 – Індукційне реле РТ-80

На полюсах електромагніту 1 розміщені коротко замкнуті витки 2. Вони розчіплюють магнітний потік на дві частини (Ф ₁, Ф ₂) (рисунок 14.5), які зсунуті між собою в просторі і за фазою, чим забезпечується створення моменту обертання на рухомому елементі – дискові 8.

(14.2)

Диск починає обертатися при струмі, що становить 20...30 % струму уставок реле. На осі алюмінієвого диска розміщений черв’як 11. До початку спрацювання реле він не знаходиться в зачепленні з сегментом 10, оскільки диск пружиною б відводиться вбік. Диск при цьому може обертатися, реле не діє. Під час обертання на диск діє сила гальмування, яка створюється постійним магнітом 9. Сила, що створюється електромагнітом, у взаємодії з силою гальмування, спричиненою постійним магнітом 9, намагається повернути рамку 12 на осі 0 - 0, долаючи зусилля пружини 6.

а б

а – конструктивна схема; б – векторна діаграма.

Рисунок 14.5 – Принцип дії індукційного реле:

Якщо по обмотці реле проходить струм, який дорівнює струму спрацювання індукційного елемента реле або більший від нього, то зусилля пружини 6 долається, рамка 12 повертається і сектор 10 входить у зачеплення з черв’яком 11. Натяг пружини 6 регулюють гвинтом 7. Після зачеплення з черв’яком 11 в результаті обертання диска сектор 10 піднімається вгору. Закріплений на кінці сектора поводок піднімає важіль 14, якір-коромисло 19 перекидається, притягується до виступу на магнітопроводі і важіль 14 надійно замикає контакти 16. Проміжок часу від моменту зачеплення сектора з черв'яком до замикання контактів і становить витримку часу.

Витримка часу залежить від швидкості обертання диска і довжини шляху, який проходить сектор. Швидкість обертання диска тим більша, чим більший струм проходить по обмотці реле. Із збільшенням швидкості обертання диска витримка часу зменшується. Положення сектора 10 до моменту зачеплення з черв'яком регулюється гвинтом 17, при прокручуванні якого рухається повзунок 13, що утримує сектор 10 в певному положенні. При переміщенні повзунка 13 вниз збільшується шлях проходження сектора 10 після зачеплення з черв'яком, при цьому витримка часу збільшується (незалежна частина витримки часу).

При повертанні рамки 12 стальна дужка 5 притягується до магніто-провода, що забезпечує надійне зачеплення сектора з черв'яком. Обмежувачем 4 і гайкою 3 регулюється кут повороту рамки 12, залежно від якого змінюється, глибина зачеплення.

Для регулювання струму спрацювання обмотка реле 22 має відгалуження. На контактній колодці 20 розміщені два переставні контактні гвинти 21, за допомогою яких регулюють уставку струму спрацювання реле.

При проходженні по обмотці реле струму у 2...8 разів більшого від струму індукційного елемента, створюється електромагнітне поле, достатнє для притягування якоря коромисла до виступу електромагніту, незалежно від дії індукційного елемента. При дії електромагніту реле спрацьовує без витримки часу (струмова відсічка). Струм спрацювання електромагнітного елемента залежить від кількості витків обмотки реле, приєднаних до трансформатора струму. Крім цього, він може регулюватися гвинтом 18, яким змінюють повітряний зазор між якорем-коромислом 19 і виступом електромагніту до початку роботи реле.

Реле РТ-80 і РТ-90 випускають у двох виконаннях. Реле першого виконання (РТ-80/1, РТ-90/1) мають номінальний струм 10 А, уставка їх індукційного елемента може змінюватись в межах 4...10 А. Реле другого виконання (РТ-80/2, РТ-90/2) мають номінальний струм 5 А (уставка 2...5А).

Реле РТ-81 і РТ-82 мають один замикаючий або розмикаючий контакт, у реле РТ-83 та РТ-84 електромагнітний і індукційний елементи мають окремі замикаючі або розмикаючі контакти.

Реле РТ-85 має підсилений перехідний контакт, спільний для обох елементів; у реле РТ-86 цей контакт належить лише електромагнітному елементу, а індукційний елемент має свій замикаючий контакт. Премикаючий (перехідний) контакт може шунтувати і дешунтувати коло з опором 4,5 0м при струмах до 150 А.

У незалежній частині реле РТ-81, РТ-85, РТ-91 і РТ-95 мають витримку часу в межах 0,5...4 с; реле РТ-82 – 2...16 с; реле РТ-83 – 1...4 с; реле РТ-84 – 1...16 с і реле РТ-86 – 4...16 с.

Реле серії РТ-80, у яких витримка часу залежить від струму, широко використовують у сільській електрифікації, особливо реле типу РТ-85. У тих випадках, коли використовувати реле з залежною характеристикою видержки часу недоцільно, застосовують реле нової серії РТ-90, що випускається на базі серії РТ-80. Реле РТ-90 має характеристику витримки часу, яка мало залежить від струму. Потужність споживання для реле серії РТ-80 при струмі, що дорівнює струму уставки, становить 10 ВА, а для реле серії РТ-90 – не більше 30 ВА. Коефіцієнт повернення – не більше 0,8.

Якщо оперативне коло вмикається до трансформатора струму, то контакти реле можуть шунтувати і дешунтувати це коло при струмі до 50 А. Перемикаючі контакти реле РТ-85 і РТ-86 здатні дешунтувати оперативне коло, приєднане до трансформатора струму, при струмах до 150 А.

Реле часу типу РВМ-12 і РВМ-13 використовують для створення витримки часу в релейному захисті на змінному оперативному струмі. Основним елементом реле (рисунок 14.6) є синхронний мікродвигун.

а – будова; б – схема з’єднань

Рисунок 14.6 – Реле часу

Реле часу РВМ-12 і РВМ-13 вмикають у коло трансформатора струму. Оскільки струм при коротких замиканнях може змінюватися в дуже широких межах і досягати великого значення, для обмеження його використовують два проміжні трансформатори насичення 17, 18 (рисунок 13.6). Первинні обмотки цих трансформаторів мають по дві секції. При послідовному з’єднанні секцій трансформаторів реле надійно працює при струмі 2,5 А, а при паралельному з’єднанні – при струмах понад 5 А. Синхронний мікродвигун (20 – його осердя) приєднують до вторинної обмотки проміжного трансформатора. Для правильної роботи реле часу потрібно, щоб мікродвигун вмикався в коло вторинної обмотки лише одного трансформатора насичення. Щоб не допустити одночасного вмикання мікродвигуна до двох проміжних трансформаторів, передбачається, що в усіх випадках замикається лише одна пара затискачів (9-11 або 11-13).

При запуску реле часу ротор 21 мікродвигуна втягується у міжпо-люсний простір і переміщується вертикально, входячи своєю шестернею у зачеплення з редуктором 31 (сповільнювачем). Обертання ротора через зубчату передачу зумовлює прокручування рамки 27. Контакти, розміщені на рамці, при цьому замикаються з нерухомими ламелями 28...30. Два контакти 28 і 29, тимчасово замикаючись, подають імпульс, а третій 30 є кінцевим. Кожний контакт має свою окрему шкалу 24, тому витримку часу можна регулювати за допомогою поводків-покажчиків 25 окремо для кожного контакту. Кінцевий контакт має покажчик спрацювання. Кратність видержки часу регулюється суміщенням шкали 22 і покажчика 23.

При вимиканні обмотки мікродвигуна ротор переміщується вниз, його шестерня виходить із зачеплення з редуктором, а рамка 27 під дією пружини 26 повертається у вихідне положення.

Для покращення кривої струму і зниження піка напруги в обмотці 19 мікродвигуна використовують конденсатори і резистори.

Реле часу РВМ-12 має максимальну витримку часу 4 с, а реле РВМ-13 – 10 с. Час повернення рухомої системи реле не перевищує 10 % уставки витримки часу. Потужність споживання реле при двократному струмі спрацювання не перевищує 8 ВА.

В схемах релейного захисту і автоматики також набули широкого розповсюдження реле часу типу ЭВ із годинниковим механізмом для отримання витримки часу. Реле постійного струму випускаються на напругу 24, 48, 110, 220 В, а змінного – на напругу 100, 127, 220, 380 В.

Реле ЭВ215, ЭВ225, ЭВ235 і ЭВ245 діють при зникненні напруги, мають один ковзний і один кінцевий замикаючий контакти з регульованою витримкою часу, а також миттєвий перемикаючий контакт.

Реле ЭВ114, ЭВ124. ЭВ134, ЭВ217, ЭВ227, ЭВ237, ЭВ247 мають один кінцевий замикаючий контакт з регульованою витримкою часу і один миттєвий перемикаючий контакт.

На сьогодні реле типу ЗВ-100, ЗВ-200 замінено новим типом РВ-100, РВ-200.

Проміжне реле типу РП-341 вмикають послідовно в коло трансформатора струму. Його контакти використовують для дешунтування котушок вимикання в схемах захисту на змінному оперативному струмі та для розмноження контактів основного реле (рисунок 14.7).

а б

Рисунок 14.7 – Проміжне реле: а –схема; б – будова

Реле РП-341 має проміжний трансформатор насичення 15 з двома первинними і однією вторинною обмотками. Первинні обмотки (8-12, 10-14) вмикають у вторинне коло трансформаторів струму, вони можуть з'єднуватись між собою послідовно або паралельно. При послідовному з’єднанні реле спрацьовує при струмі 2,5 А, а при паралельному – при струмі 5 А. Через германієвий випрямляч 16 до вторинної обмотки проміжного трансформатора приєднують обмотку 17 реле постійного струму клапанного типу.

Для згладжування випрямленої напруги використовують конденсатор 24. Застосування трансформатора насичення захищає германієвий випрямляч 16 від великих струмів і дозволяє використовувати пускове реле з малопотужними контактами (наприклад, контактами реле РТ-40). Струм у вторинній обмотці трансформатора насичення навіть при дуже великих струмах у первинній обмотці не буде перевищувати заданого значення..

Послідовно з обмоткою реле клапанного типу можна ввімкнути одне сигнальне реле типу РУ-21/0,05 або два паралельно з'єднаних сигнальних реле типу РУ-21/0,25.

Реле РП-341 допускає тривале проходження по первинній обмотці трансформатора насичення-струму 10 А і протягом 4 с – 150 А. Власне споживання реле при подвійному струмі спрацювання становить 6 ВА.

Аналогічну будову має реле РП-321. Відрізняється воно лише контактною системою. Реле РП-321 має контакти нормальної потужності, а реле РП-341, крім контакту нормальної потужності, має підсилений перемикаючий контакт для шунтування і дешунтування вимикаючих котушок вимикачів при змінному струмі.

Показуюче реле РУ-21 призначене для фіксації дії релейного захисту, а іноді для одержання додаткового сигналу

Контактна система реле складається з двох замикаючих контактів, які дозволяють при перестановці контактних містків одержати два розмикаючих або один замикаючий і один розмикаючий контакти.

Реле РУ-21 випускають на струм 0,01; 0,015; 0,025; 0,05; 0,075; 0,1; 0,15; 0,25; 0,5; 1; 2; 4 А або напругу 12; 24; 48; 110; 220 В. У позначенні реле цей параметр записують у знаменнику (наприклад, РУ-21/0,05, РУ-21/220). Ці реле можна використовувати в колах змінного струму як паралельні реле, причому на напругу 100, 127 В застосовують реле РУ-21/0,015; на 220 В – РУ-21/0,01, на 380 В – РУ-21/110. При послідовному вмиканні в колах змінного струму слід враховувати, що для спрацювання реле потрібно не менше 200 ампер-витків.

Газове реле використовують ля захисту силових трансформаторів від внутрішніх замикань (рисунок 14.8), його розташовують на маслопроводі між баком і розширювачем трансформатора. Реле реагує на зміну тиску газів в баці трансформатора.

Широко використовується газове реле Бухгольца та інші аналогічні реле. Реле має два поплавки 1, 4, при опусканні яких замикаються герконами 2, 6 відповідні контрольні кола, які вмикаються через контакти 8.

В нормальному режимі реле заповнене маслом або іншою рідиною, його обидва поплавки витісняються і знаходяться у верхньому положенні.

Газовий захист діє на вимикання трансформатора при інтенсивному газоутворенні і на сигнал при малій газогенерації. Захист спрацьовує також при зниженні рівня масла без газоутворення.

Рисунок 14.8 – Газове реле

При пошкодженні ізоляції обмотки трансформатора починається газоутворення. Газ по трубопроводу проходить в газове реле, накопичується в лунці над верхнім поплавком, витісняє рідину. В газовому середовищі верхній поплавок опускається, що призводить до замикання контактів геркона й подачі сигналу.

Газові реле дуже чутливі і реагують на пошкодження ізоляції на самому початку процесу, але вони не захищають трансформатор від зовнішніх коротких замикань. Слід зауважити, що зниження рівня масла при його витіканні (без коротких замикань) може бути виявлене лише газовим реле.

Дата добавления: 2013-12-13