Теоретическая часть 2

1. Реле тока

При включении обмотки электромагнитного реле на ток сети I_с = I_m sint непосредственно или через трансформатор тока (ТТ) ток в обмотке реле I_р = I_с и согласно (4) М_Э = k′′I²_C. Такое реле называется измерительным реле или токовым, так как его поведение определяется током сети I_с, значение которого не зависит от сопротивления обмотки реле.

К параметрам измерительного токового реле предъявляются следующие требования: для уменьшения нагрузки на ТТ потребление мощности реле должно быть минимальным; коэффициент возврата k_B должен приближаться к единице, что необходимо для повышения чувствительности РЗ; время действия реле t_р должно быть возможно меньшим (порядка 0,02–0,04 с) для обеспечения быстродействия; контакты реле должны надежно замыкать управляемую цепь; обмотки реле должны быть термически и динамически устойчивыми.

Р еле тока серии РТ–40 (электромагнитное вторичное реле косвенного действия). Конструкция токового электромагнитного реле РТ–40 показана на рис. 5.

Рис. 5. Токовое электромагнитное реле РТ–40

1 – подвижный контакт, 2 – якорь, 3,5 – обмотки, 4 – электромагнит,

6 – пружина.

Электромагнитные реле тока серии РТ–40 выполнены на электромагнитной системе с поперечным движением якоря. На якоре 2 электромагнита 4 закреплен подвижный контакт 1 в виде мостика, замыкающего неподвижные контакты при срабатывании реле. Для гашения вибрации контактной системы на якоре 2 укреплен барабанчик, заполненный кварцевым песком. Ток срабатывания регулируется плавно противодействующей пружиной 6, а также последовательным и параллельным соединением обмоток 3 и 5 реле.

Потребление реле при минимальной уставке для реле разной чувствительности составляет от 0,2 до 8 ВА; k_В = 0,8 – 0,85; t_р ≈ 0,03 с при I_р > 3I_с.р.

Реле имеет девять исполнений с разными I_с.р от 0,05 до 200 А.

Реле тока серий РТ – 80 и РТ – 90 (индукционные измерительные)

По принципу действия данное реле является комбинированным, состоящим из индукционного и электромагнитного элементов. Реле предназначены для защиты электрических машин, трансформаторов и линий при перегрузке и КЗ.

При перегрузках, когда величина тока в обмотке реле меньше тока срабатывания электромагнитного элемента, отключение происходит с выдержкой времени за счёт индукционного элемента, а при токах в обмотке реле, превышающих ток срабатывания индукционного элемента, срабатывает электромагнитный элемент без выдержки времени.

Устройство реле тока РТ–80 приведено на рис. 6. Имеется электромагнит 1 с короткозамкнутыми витками 2 и подвижный диск 3. При появлении тока в обмотке 19 возникает электромагнитная сила, действующая на диск 3, который вращается на оси в подшипниках, установленных на подвижной рамке 4. Рамка 4 имеет ось вращения 18, укрепленную на корпусе реле. Пружина 5 притягивает рамку к упору 17. На оси диска насажен червяк 7, вращающийся вместе с осью и диском. Червяк 7 и зубчатый сегмент 8, управляющий работой контактов реле 12, нормально расцеплены. Для действия реле необходимо, чтобы червяк сцепился с зубчатым сегментом и поднял его до замыкания контактов реле.

На подвижную систему (рамку и диск) действует электромагнитная сила F_Э, стремящаяся переместить рамку, и противодействующие ей силы: сила пружины 5, прижимающая рамку 4 к упору 17, а при движении диска дополнительные силы, обусловленные взаимодействием магнитного потока постоянного магнита 6 и потоками Ф₁ и Ф₂ электромагнита 1. Действие этих сил показано на рис. 6, б.

Рис. 6. Реле тока РТ–80

а – конструкция реле

б – силы, действующие на диск подвижной рамки

Диск начинает вращаться при I_р = (0,2 – 0,3)I_с.р, когда момент силы F_Э становится больше момента трения и инерции диска. Срабатывание индукционного элемента реле происходит при I_р  I_с.р. При этом рамка 4 перемещается, сцепляя червяк 7 с зубчаткой сегмента 8. После этого движение рамки прекращается, но диск продолжает вращаться и посредством червяка 7 поднимает сегмент 8. Рычаг сегмента 8 поднимает коромысло 9, замыкая при этом контакты реле 12. Вследствие уменьшения зазора якорь 10 притягивается к электромагниту 1, обеспечивая плотное замыкание контактов 12.

При токе в реле, меньшем тока возврата, момент пружины 5 преодолевает М_Э, и рамка возвращается в начальное положение, расцепляя червяк с сегментом. Сегмент падает на упор 20, размыкая контакты реле. Для обеспечения надежного сцепления рамки с сегментом служит стальная скоба 11, которая притягивается к электромагниту 1 под действием силы F', возникающей под влиянием потока рассеяния электромагнита (рис. 6, б).

Ток срабатывания регулируется изменением числа витков обмотки реле 19 при помощи штепселя 14, переставляемого в гнездах планки 15. Время действия реле регулируется изменением начального положения сегмента 8 винтом 13.

Электромагнитный элемент (отсечка) имеет якорь в виде стального коромысла, находящегося в поле потока рассеяния электромагнита 1. При токе I_р > (4 – 8)I_с.р индукционного элемента правая часть коромысла под действием силы F_Э притягивается к электромагниту и мгновенно замыкает контакт реле 12. Ток срабатывания элемента регулируется винтом 16, меняющим воздушные зазоры между коромыслом и электромагнитом. Для устранения вибрации якоря при срабатывании элемента установлен короткозамкнутый виток.

Реле РТ–80 имеет 12 исполнений, различающихся уставками по току и времени. Реле РТ–90 имеет аналогичную конструкцию, но независимая часть характеристики у его реле начинается при меньших кратностях тока I_P, чем у реле РТ–80. Реле РТ–85 и РТ–86 имеют усиленные контакты, рассчитанные на переключение тока до 150 А в цепях переменного тока.

Недостатком реле РТ–80 является большее по сравнению с реле РТ–40 потребление мощности. К достоинствам следует отнести его многофункциональность: реле РТ–80 может использоваться как измерительный орган с двумя ступенями защиты (мгновенной и с выдержкой времени), а также как логический и исполнительный орган РЗ. Реле имеет хороший коэффициент возврата, небольшие погрешности по току и времени срабатывания.

У реле РТ–90 в основном такие же параметры, как у реле РТ–80. Потребляемая реле РТ–90 мощность составляет примерно 30 ВА.

Токовое реле мгновенного действия серии ЭТ–520

На рис. 7 показана конструкция электромагнитного токового реле серии ЭТ-520 мгновенного срабатывания (электромагнитная система с поперечным движением якоря). Ток срабатывания реле регулируется натяжением спиральной пружины 4 с помощью указателя 7. Обмотка 1, расположенная на сердечнике 2, состоит из двух секций, что позволяет последовательным или параллельным включением секций изменять пределы регулирования тока срабатывания четырьмя ступенями. Якорь 3 поворачивается и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 6, чем обеспечивается подача отключающего импульса на выключатель. Уставка реле устанавливается на шкале 8.

Рис. 7. Устройство электромагнитного токового реле ЭТ–520

1 – обмотка, 2 – сердечник, 3 – якорь, 4 – пружина, 5 – подвижный контактный мостик, 6 – неподвижные контакты, 7 – указатель, 8 – шкала.

Уставку тока срабатывания у реле серии ЭТ–520 можно изменять плавно, усиливая или ослабляя затяжку пружины при помощи указателя, передвигаемого по шкале. При перемещении указателя из одного крайнего положения в другое уставка тока срабатывания изменяется в 2 раза. Кроме того, в реле предусмотрена возможность соединения катушек обмотки, расположенных на полюсах, последовательно или параллельно, что изменяет пределы шкалы также в 2 раза. Используя оба способа, можно изменять уставку реле в 4 раза.