Высоковольтные аппараты

Реле

Электромагнитные и тепловые реле

Под реле понимают такой аппарат, в котором при плавном изменении управляющего, те входного параметра, до заданной величины происходит скачкообразное изменение управляемого, те выходного параметра; хотя бы 1 из этих параметров должен быть электрическим.

По области применения реле делятся на реле для схем автоматики, управления и защиты электропривода, для защиты энергосистем.

По принципу действия реле делятся на электромагнитные, поляризованные, тепловые, индукционные, магнитоэлектрические и др.

В зависимости от входного параметра реле делят на реле тока, напряжения, мощности, частоты и др.

Если реле, имеющее только 1 входной параметр, должно воздействовать на несколько независимых цепей, то устанавливают промежуточное реле, которое имеет необходимое число цепей управления.

По принципу воздействия на управляющую цепь реле делят на контактные и бесконтактные. Выходным параметром бесконтактных реле является резкое изменение сопротивления, включенного в управляющую цепь.
По способу включения реле различают на вторичные и первичные. Первичные реле включены в управляющую цепь непосредственно, вторичные – через измерительные трансформаторы.

Основные характеристики реле

Параметр срабатывания (Хср) – это значение входного параметра, при котором реле включается.

Параметр отпускания (Хот) – это значение выходного параметра, при котором реле отключается.

Коэффициент возврата – отношение Хот /Х ср, всегда меньше 1.

Коэффициент запаса по срабатыванию Кз равен отношению рабочего значения входного параметра Хр к параметру срабатывания.

Различают 3 группы реле по допустимой частоте срабатывания:

-с малой частотой срабатывания

До 1 р в минуту

-со средней частотой срабатывания

До 1-10 р в минуту

-с большой частотой срабатывания

Выше 10 р в секунду

t_отк= t_отп + t_пров + t _дв

Время отключения равно сумме времени отпускания якоря, времени провала контактов, времени движения и горения дуги между контактами реле.

Время спабатывания tср- время трогания якоря электромагнита реле.

Tд- время движения якоря до замыкания контактов.

Включение обмотки реле происходит при t=0, при t=tтр,якорь электромагнита трогается и завершает движение при замыкании контактов в цепи нагрузки. При отключении реле цепь его обмотки разрывается и ток спадает. В момент времени t от, когда усилие противодействующей пружины становится больше электромагнитного усилия, происходит опускание якоря, контакты реле разомкнутся после выбора провала контактов через время t_пров, после размыкания контактов возгорается дуга, которая погаснет через t дуги и ток нагрузки станет = 0.

Требования, предъявляемые к реле:

-селективность – способность реле отключать токоповрежденный участок энергосистемы

-чувствительность – минимальное значение входного параметра, при котором реле срабатывает

-надежность

-быстродействие

Электромагнитные реле тока и напряжения.

Согласование тяговых и противодействующих характеристик.

Противодействующее усилие создается возвратной P1 и контактными P2 пружинами, и меняется линейно с изменением величины зазора.

Для срабатывания реле необходимо, чтобы тепловая характеристика Pэ1 во всех точках хода якоря реле шла выше суммарной противодействующей характеристики. Для токового реле при начальном зазоре , положение тяговой характеристики зависит от величины тока. Срабатывание реле определяется точкой в, для надежного включения в обмотку реле подается ток рабочий > тока трогания.

С ростом Кз тепловая характеристика поднимается, увеличивается ускорение якоря и сокращается полное время включении. Для того, чтобы устранить залипания якоря в магнитной системе создают конечный зазор, при котором тяговое усилие превышает противодействующее.

Для отключения реле тяговая характеристика Pэ2 должна идти ниже суммарной противодействующей характеристики. При этом усилие, развиваемое противодействующими пружинами > электромагнитного.

I=Iотп (точка б на графике).

Зависимость коэффициента возврата от различных факторов

Электромагнитное усилие величины магнитного зазора

, где

- конструктивный фактор,

S – площадь зазора.

Для отпускания реле необходимо так уменьшить ток, чтобы электромагнитное усилие стало равным

Где, - коэффициент возврата

>0, <1,всегда.

Для увеличения коэффициента возврата необходимо максимально сблизить тяговую и противодействующую характеристики с целью уменьшения .

В реле, как правило, основное противодействующее усилие создается возвратной пружиной, для получения высокого коэффициента возврата противодействующая характеристика должна быть такой же нелинейной как и тяговая. Добиться этого можно применяя несколько пружин, но это снижает надежность такого реле. При 1 пружине ее выбирают с наибольшей жесткостью, чтобы противодействующая характеристика совпадала с касательной, проведенной к тяговой характеристике при зазоре номинальном. В этом случае будет минимальным, а -максимальным.

Большими возможностями согласования характеристик обладает электромагнитная система с поворотным движением якоря. Якорь Г-образной формы выполнен из тонкой электротехнической стали, при малом рабочем зазоре он насыщается, благодаря чему уменьшается, а возрастает. На реле оказывает трение перемещающихся деталей электромагнита и гистерезис материала магнитопровода. Трение является дополнительным усилием сопротивления и вызывает увеличение тока трогания, так же уменьшается усилие возвратной пружины, следовательно, ток отпускания и коэффициент возврата уменьшаются. Чтобы трение меньше сказывалось на , усилие противодействующей пружины должно превышать силы трения. Минимальное реле контролирует уменьшение входного параметра. Например, минимальное реле напряжения отключает установку при снижении напряжения ниже допустимого, соответственно, создается и ,при котором якорь притягивается. - напряжение, при котором происходит отпускание якоря.

>1

Поляризованные реле

В поляризованных реле, кроимее основного потока, создаваемого катушкой, действует дополнительный поляризованный поток, который создается установленным реле постоянным магнитом.

Благодаря поляризованному потоку, направление электромагнитного усилия, действующего на якорь, изменяется в зависимости от направления токов катушки.

Потоки постоянного магнита в зазорах:

- МДС постоянного магнита,

- магнитные сопротивления зазора,

- сопротивление паразитного зазора, обусловленное конструкцией магнитопровода.

Магнитодвижущая сила катушки:

Электромагнитная сила тяги, развиваемая электромагнитом

,

S – площадь рабочего зазора.

Результирующие усилия, действующие на якорь, равны разности усилий в зазорах.

<0,

МДС катушки срабатывания:

- МДС постоянного магнита.

Если значения зазоров близки, то МДС срабатывания мала. Благодаря этому мощность срабатывания поляризованного реле снижается Вт.

Преимущества поляризованного реле:

-может управляться кратковременным импульсом тока

-замкнутое состояние контактов сохраняется после окончания управляющего импульса, что позволяет использовать реле как элемент памяти

-после срабатывания не потребляется мощность для удержания якоря в притянутом состоянии

-высокая чувствительность и высокий коэффициент усиления по мощности

Тепловые реле

Времятоковая характеристика теплового реле

При номинальном токе допустимая длительность его протекания стремится к бесконечности. Чем выше перегрузки, тем ниже его длительность. Для защиты электрооборудования от токовых перегрузок применяют тепловые реле с биметаллическим элементом, который состоит из 2-х пластин с различным коэффициентом линейного расширения 2. пластины жестко скреплены сваркой, если такой элемент неподвижно закрепить и нагреть, то произойдет его изгиб с элементом, с коэффициентом <. Максимальный прогиб элемента:

,

>,

- суммарная толщина биметаллического элемента,

- температура, превышающая температуру окружающей среды,

- длина

1- времятоковая характеристика защищаемого объекта,

2- времятоковая характеристика при

3- времятоковая характеристика при , превышающем 20%.

Температура би металлического элемента зависит от темп окружающей среды, с ростом которой ток срабатывания уменьшается.

,

- конструктивный фактор, зависящий от размеров, коэффициент теплоотдачи биметаллического элемента.

При температуре отличной от номинальной, ток срабатывания равен:

,

.

Электромеханическое реле времени

Применяют для создания выдержки времени между срабатыванием 2-х или нескольких аппаратов в схемах защиты.

Требования: 1 - стабильность выдержки времени при колебаниях напряжения сети, температуры, частоты и др.

2 – малая потребляемость мощности, вес, габариты

Возврат реле в исходное положение происходит при его обесточивании. Коэффициент возврата может быть очень низким.

Реле времени с электромеханическим замедлением

Состоит из П-образного магнитопровода и якоря с прокладкой. Магнитопровод укреплен на плите с помощью алюминиевого цоколя, на котором установлена контактная система. На магнитопроводе установлена намагничивающая и короткозамкнутая обмотка в виде гильзы. Усилия возвратной пружины изменяются с номинальным регулированием гайки. Для получения большой выдержки времени при отпускании необходима высокая магнитная проводимость рабочего и паразитного зазоров в замкнутом состоянии магнитной системы. После отключения намагничивающей обмотки магнитный поток спадает до значения , который определяется свойствами материала магнитопровода, геометрическими размерами магнитной цепи и магнитной проводимостью рабочего зазора.

Выдержка времени при отпускании для насыщения:

,

- число витков короткозамкнутой обмотки,

- сопротивление короткозамкнутой обмотки,

- ток в короткозамкнутой обмотке,

- магнитный поток при отпирании якоря,

- установившийся магнитный поток в магнитопроводе.

Время срабатывания реле не плавно регулируется с помощью возвратной пружины, при большом сжатии пружины поток трогания возрастает, и время трогания возрастает. Грубое регулирование выдержки времени осуществляется изменением толщины намагничивающей прокладки. С уменьшением толщины которой выдержка времени увеличивается.

Герконовые реле

Наименее надежным узлом электромагнитных реле является контактная система, электрическая дуга (искра), образующаяся при размыкании или замыкании контактов, приводящая к их разрушению. Чтобы этого избежать используют герконовое реле с герметичными магнитоуправляемыми контактами.

1,2 – контактные сердечники (КС)

3 – стеклянный герметичный баллон

4 – обмотка управления

КС изготавливают из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, и вваривают в стеклянный герметичный баллон, заполненный инертным газом (чистым азотом). Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Баллон устанавливают в обмотке управления (4), при подаче тока в обмотку возникает магнитный поток, который проходит по КС через рабочий зазор между ними, и замыкается по воздуху вокруг обмотки. Поток, при прохождении через рабочий зазор, создает тягу, которая соединяет сердечники между собой.

Для улучшения контактирования поверхности касания контактные сердечники покрывают тонким слоем золота или серебра. При отключении обмотки магнитный поток и электромагнитная сила спадают, под действием сил упругости сердечники размыкаются, то, в герконовом реле нет трущихся поверхностей.

Недостатком является присутствие вибрации. Для устранения вибрации используют жидко металлические контакты.

Дата добавления: 2014-01-07