ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №R

ДОСЛІДЖЕННЯ ІНДУКЦІЙНО-СТРУМОВОГО РЕЛЕ

ДЛЯ СХЕМ ЗАХИСТУ ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ ЗМІННОГО СТРУМУ

1 МЕТА РОБОТИ

1.1 Ознайомитись з конструкцією, особливостями та принципом роботи індукційно-струмового реле серії РТ-80 та областю застосування.

1.2 Визначити основні технічні параметри реле серії РТ-80 та провести дослідження захистних характеристик реле з використанням лабораторного стенду.

1.2 У результаті виконаної роботи студент повинен:

знати конструкцію реле, засоби регулювання уставки струму і часу спрацьовування на залежній частині захистної характеристики та регулювання струму «відсічення» на незалежній частині захистної характеристики;

вміти зібрати електричну схему для випробування реле серії РТ-80, провести експериментальні дослідження коефіцієнта повер-тання реле та його захистних характеристик, змінити при необхідності уставки струму і часу спрацьовування реле.

2 Пояснення та вказівки до роботи

2.1 Передмова до експериментальних досліджень

2.1.1 Загальні вказівки та конструкція індукційно-струмового реле

Індукційно-струмові реле серії РТ-80 застосовуються в установ-ках змінного струму для захисту електродвигунів, трансформаторів, ліній електропередач від перевантажень та коротких замикань.

До конструкції реле входить два основних механизма: індукційний, який діє з витримкою часу залежного від величини струму перевантажень, та електромагнітного, який діє миттєво в режимі «відсічення» при значних струмах в захищаємих мережах близьких к струмам короткого замикання.

Магнітопровід реле має складну конструкцію (див.рис.1). На центральному осерді розташована секціонірована котушка 13, яка під’єднюєтся до кола захищаємого об’єкту затискачами 11. Виводи секцій котушки виведено на колодку 14, що дає можливість змінити число витків котушки і струм уставки. Магнітний потік із центрального осердя іде по двом паралельним гілкам: магнітопровіду 16 і магнітопровіду 15, повернутих відносно один одного на 90⁰. До складу індукційного механізму входять магнітопровід 16 з повітряним зазором, два короткозамкнених витка 17 (на верхньому і нижньому полюсах повітряного зазору), алюмінієвий диск 18 закреплений на вісі

19, постійний магніт 24. Магнітопровід 15 з полюсним виступом 10 у

Рисунок 1 – Пристрій індукційно-струмового реле РТ-80

комбінації з поворотним якорем 7 , які розділені повітряним зазором, утворюють електромагнітний механізм. Виконавчим органом реле для обох механізмів є контакти 6, що замикаються.

На вісі 19 диска 18 закріплений черв'як 3. Зубчастий сектор 1 і пов’язаний з ним повідець 4 можуть повертатися відносно своєї вісі , закріпленої в підшипниках 26. Повідець 4 опирається на штир 21, який може переміщатися у вертикальному напрямку й установлюва-тися в потрібному положенні на шкалі 22 уставок часу спрацьовування. Вісь 19 диска 18 перебуває на опорних підшипниках, розміщених у тілі рамки 2, яка рухлива щодо вертикальної вісі 19. У свою чергу рамка 2 опирається на підшипники 23 і у вихідному положенні утримується пружиною 25.

Уставки по струму визначаються положенням штепселя 12 на секціонірованій котушці 13. Регулювання струму при «відсіченні» здійснюється регулюванням повітряного зазору між поворотним якорем 7 і полюсним виступом 10 магнітопроводу 15. Зазор регулюється гвинтом 9 з гайкою, яка є контрящей. Якір 7, при спрацьовуванні електромагнітного механізму ( при «відсіченні» значних струмів в захищаємих мережах близьких к струмам короткого замикання ), і повідець 4, при спрацьовуванні індукційного механізму при струмах перевантажень, через штовхач 5 діють на один виконавчий орган реле - контакти 6, що перемикаються (чи зами-каються).

2.1.2 Принцип дії індукційно-струмового реле рт-80

Реле працює в такий спосіб. При проходженні струму по обмотці 13 індукційно-струмового реле в центральному осерді виникає магнітний потік, частина якого відгалужується в магнітопровід 16, а друга частина – в магнітопровід 15. Магнітопровід 16, як було вказано, має повітряний зазор між полюсами, які розщіплені на дві ділянки. Одна з ділянок полюсів магнітопровіду 16 ( відповідно на верхньому і нижньому полюсах ) екранована , тобто охоплена короткозамкненими витками 17, а друга ділянка неекранована. При проходженні частини основного магнітного потоку, наведенного в магнітопровіді 16, через екрановану ділянку полюсів у короткозамкнених витках наводиться електрорушійна сила, при цьому створюється в них струм і магнітний потік від короткозамкнених витків, що має можливість замикатися тільки в межах повітряного зазору між полюсами через неекрановану і екрановану частину розщіпленних полюсів. При цьому, в екранованих ділянках полюсів частина основного потоку і магнітний потік від короткозамкнених витків векторно віднімаються, а в неекранованих ділянках полюсів частина основного потоку і магнітний потік від короткозамкнених витків векторно складаються. Завдяки цьому, у повітряному зазорі між ділянками полюсів створюються два результуючих потоків та , зрушені відносно один одного по фазі й у просторі, які пронизують алюмінієвий диск 18. Таким чином виникає магнітне поле, що біжить по частині алюмінієвого диску між полюсами та індуктує в ньому електрорушійні сили та вихрові струми, в наслідок чого при взаімодії вихрових токів з магнітним полем виникає сила й обертаючий момент , що діє на тій же частині алюмінієвого диску 18 між вказаними полюсами та спрямований убік до короткозамкнених витків 17 .

При струмах в котушці 13 індукційно-струмового реле порядку 20-30 відсотків від струму уставки реле алюмінієвий диск 18 починає вже обертатися. При цьому у той частині алюмінієвого диска 18, що перебуває між полюсами постійного магніту 24 (див.рис.1) індуктується електрорушійна сила і віхровий струм, внаслідок чого виникає протидіюча сила й відповідний момент , які діють назустріч силі і обертаючему моменту . Але сила більше ніж сила , тому сумарна сила із діючих сил й (та відпо-відний сумарний момент) співподає по напрямку з дієчею силою , що привело б до повороту рамки 20 відносно підшипників 23 за годинниковою стрілкою (див.рис.1), але у даному випадку цьому перешкоджає діюча сила зворотньої пружини 25. При струмі в котушці 13, рівному струму спрацьовування реле, сумарна сила долає діючу силу пружини 25 і рамка 20 разом з обертовим диском 18 повертається, черв’як 3 входить у зачеплення із зубчастим сектором 1.

В цей момент при дослідженнях можливостей реле серії

РТ-80 реєструється струм спрацьовування реле при даному струму уставки та отримане значення струму спрацьовування заноситься до таблиці 1 .

При цьому зубчастий сектор 1 піднімається повільно нагору, повідець 4 піднімає штовхач 5, пов’язаний з лівим кінцем якоря 7. Правий кінець якоря 7 наближається до магнітопроводу 10 і притягується до нього, при цьому спрацьовують контакти 6. Чим більше струм в котушці 13 реле, тим швидше обертається алюмінієвий диск 18, швидше піднімається зубчастий сектор 1 по черв’якові 3 й швидше спрацьовує реле.

Обертаючий момент, прикладений до алюмінієвого диска 18, буде рівний:

, ( 1 )

де - параметричний коефіцієнт;

- потік в екранованої ділянці полюса;

- потік в неекранованої ділянці полюса;

- фазовий кут між і .

Оскільки потоки й пропорційні струму в котушці 13, а фазовий кут не змінюється при зміні струму, то можно вважати:

, ( 2 )

де - постійний коефіцієнт.

Таким чином, з підвищенням струму в мережі (чи більш точніше з підвищенням кратності струму в мережі в порівнянні зі струмом уставки , де - коефіцієнт перевантаження) обертаючий момент також підвищується пропорційно квадрату струму в захищаємій мережі. Однак, з початком насичення магнітопроводу 16 ріст обертаючого моменту уповільнюється. Відповідно до цього час спрацьовування індукційного механізму спочатку різко зменшується (це залежна частина час-струмової характеристики), а потім стає майже незмінним (це незалежна частина час-струмової характеристики) – див. рис.2.

Рисунок 2 – Загальна характеристика час-струмової характеристики реле РТ-80

Час спрацьовування індукційно-струмового реле за рахунок індукційного механізму при певному заданому струмі уставки можна змінювати, змінюючи початкове положення сектору 1 щодо черв'яка 3 за допомогою штиря 21 (регулятора витримки часу спра-цьовування). При цьому час-струмова характеристика зміщюється по вісі ординат (вісі часу), див.рис.2, характеристики 1 і 2. На шкалі витримок часу індукційно-струмового реле (див.рис.1, позиція 22) вказано час спрацьовування реле при десятикратному струмі уставки.

При зменшенні струму в котушці 13 індукційно-струмового реле нижче струму повернення індукційного елемента, або при його зникненні відбувається розчіплювання зубчастого сектору 1 із черв'я-ком 3 . Якір 7 і зубчастий сектор 1 під дією зворотньої пружини 25 вертаються у вихідний стан.

В момент зменшення струму в котушці реле нижче струму повертання індукційного механізму при дослідженнях можливо-стей реле серії РТ-80, тобто в момент розчіплювання зубчастого сектору 1 із черв'яком 3, реєструється струм повертання реле при даному струму уставки та получене значення струму заноситься до таблиці 1.

Получені значення струму при спрацьовуванні і повертанні реле

при заданому струмі уставки використовуються при визначенні коефіцієту повертання реле серії РТ-80. Коефіцієнт повертання буде рівний:

, ( 3 )

де - струм повертання реле;

- струм спрацьовування реле.

Якщо по котушці 13 індукційно - струмового реле проходить струм, який дорівнює струму спрацьовування електромагнітного механізму або перевищує його, то якір 7 притягується до полюсного виступу 10 магнітопроводу 15 без допомоги індукційного механізму. При цьому реле спрацьовує майже без витримки часу, якби відтинаючи залежну від струму частину час-струмової характеристики від незалежної. Час спрацьовування реле при досягненні струму «відсічення» за рахунок спрацьовування електромагнітного механізму повинен бути не більш, як 0,1с, див. рис.2. Тому електромагнітний механізм цього реле називають також механізмом «відсічення». Струм спрацьовування механізму «відсічення» (чи більш точніше кратність струму «відсічення», ) установлюють гвинтом 9 за рахунок регулювання повітряного зазору між правим кінцем якоря 7 та полюсним виступом 10 магнітопроводу 15.