7.3.4 Современная реализация защитных функций
Реализация защитных и блокирующих функций в настоящее время осуществляется программно в системах управления, автоматического регулирования и контроля. Для этого измеряют посредством датчиков те технические величины, которые характеризуют состояние объекта регулирования и контроля, и включают в программное обеспечение регулирующих устройств соответствующие алгоритмы для реагирования на возникающие аварийные ситуации или неправильные действия оператора.
Таким образом, исчезает необходимость в широком использовании электромагнитных реле. Правда, при отказе автоматических регулирующих устройств некоторыми объектами регулирования и контроля возможно наступление тяжёлых последствий для окружающей среды и людей в результате аварии. В этом случае необходимо резервирование питания и самих электронных устройств, а в некоторых случаях применение дополнительных контактных или бесконтактных электромагнитных устройств автоматики и контроля, которыми можно управлять вручную.
7.3.5 Электромагнитные реле с магнитоуправляемыми контактами
Магнитоуправляемый контакт – устройство, имеющее контакты из упругого ферромагнитного материала, которые управляются внешним магнитным полем. Контакты выполняют несколько функций: они являются управляемым элементом, частью магнитного привода и рабочей пружиной.
В настоящее время выпускаются и широко используются герконы – магнитоуправляемые контакты, которые помещены в стеклянную герметизированную колбу. Контактные пары находятся в инертной среде. Благодаря малой массе подвижных частей герконы обладают большим быстродействием и высокой чувствительностью к управляющему воздействию, они выдерживают до 107 включений. Схемы герконов некоторых видов приведены ниже.
а) – замыкающее; б) – переключающее; в) – многоконтактное
Рисунок 7.9 - Конструктивные схемы герконовых реле
На рисунке 7.9,а пластины 1 замыкающего геркона выполнены из пермаллоя (ферромагнитный материал с высокой магнитной проницаемостью), контактные площадки 2 покрывают золотом, родием или серебром и помещают в стеклянную колбу 3; катушка 4 создаёт управляющее магнитное поле.
На рисунке 7.9, б изменением соотношения между значениями токов в катушках можно замыкать правую или левую пару контактов. На рисунке 7.9, в представлен многоконтактный геркон замыкающего типа. Так как герконы чувствительны к внешним магнитным полям, то их помещают в экранирующий корпус из магнитомягкого материала.
Один из типов магнитоуправляемого контакта – феррид – обладает свойством сохранять своё состояние после уменьшения до нуля управляющего тока. Ниже представлена конструктивная схема такого реле.
Рисунок 7.10 - Схема устройства феррид – герконового реле
с памятью состояния
В стеклянной герметизированного колбе 1 укреплены гибкие ферромагнитные пластины 2. Управляющая магнитная система содержит сердечник 3 из феррита, обладающего остаточной намагниченностью, и катушку 4.
Для замыкания контактов и намагничивания сердечника создают импульс тока в катушке определённой амплитуды и длительности. После отключения тока магнитное поле, создаваемого намагниченным сердечником, удерживает контакты в замкнутом состоянии. Для размыкания контактов создают отрицательный импульс для размагничивания сердечника.
Все рассмотренные герконы являются слаботочными и рассчитаны на коммутацию цепей с токами до 1 А. В цепях с большими токами используют герсиконы (силовые герконы). Устройство герсикона показано на рисунке 7.11.
Рисунок 7.11 - Конструктивная схема герсикона
Управляющая катушка 1 помещена на ферромагнитном сердечнике 2. При токе катушки, превышающем ток срабатывания, якорь 6 – упругая ферромагнитная пластинка – притянется к торцевой поверхности полюса 7 сердечника, подвижный контакт 3 соединится с неподвижном контактом 4. Керамический корпус 8 с не ферромагнитной металлической крышкой 9 создаёт герметичную область с инертными газами, в которой находятся контакты. Электрическое соединение управляемой цепи с подвижным контактом осуществляется гибкой токопроводящей шины 5 и крышки 9.
Проблема повышения допустимого тока размыкания для герконов решается труднее, чем для обычных реле, из-за технических трудностей.
7.3.6 Примеры современных высоковольтных реле
Высоковольтными называют реле, которые коммутируют цепи с напряжением выше 500 В и большими токами.
1 – керамическая оболочка; 2 – вращаемая арматура; 3 – пружина; 4 – катушка (в сборе)
Рисунок 7.12 - Газонаполненное высоковольтное реле с вращаемой арматурой
Для увеличения электрической прочности изоляции высоковольтные реле изготовляют вакуумными или наполняют инертным газом, так как диэлектрическая проницаемость вакуума, гексафторида серы (SF6) или инертного газа больше, чем у воздуха. Кроме того, в вакууме или среде инертного газа не происходит окисление контактов, что позволяет применять медные или родиевые контакты, которые способны выдерживать большие токи.
При размыкании контактов под нагрузкой при малых токах используют молибденовые или вольфрамовые контакты. Заполнение реле гексафторидом серы позволяет реле работать при больших бросках тока и разрядах ёмкостных нагрузок.
Катушка (в сборе) конструктивно является внешним элементом по отношению к вакуумной оболочке и её легко заменить.
Рисунок 7.13 - Вакуумное высоковольтное реле с диафрагмой,
изготовленной из молибдена или вольфрама
В конструкции реле с диафрагмой используется молибденовая диафрагма, позволяющая металлическому стержню поступательно перемещаться. При этом стержень проходит через отверстие в первом контакте реле и электрически с ним соединяется. Как только стержень достигает второго контакта и перестаёт двигаться, контакты замыкаются.