2.3. Конструкции реле, выполняемых на электромагнитном принципе

На электромагнитном принципе выполняются пусковые и измерительные реле переменного тока и напряжения и реле логической части (промежуточные, сигнальные, времени) на постоянном и переменном токе.

И змерительные реле тока. При включении обмотки электромагнитного реле на ток сети I_C = I_m sint непосредственно или через ТТ ток в обмотке реле Iр = Iс и согласно (2.4) Мэ = kI²_C. Такое реле называется измерительным реле, или органом тока, так как его поведение будет определяться 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_P 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.

Реле тока типа РТ-40, выпускаемое ЧЭАЗ, показано на рис.2.10. На якоре 2 электромагнита 1 закреплен подвижный контакт 3 в виде мостика, замыкающего неподвижные контакты при срабатывании реле. Для гашения вибрации контактной системы на якоре укреплен барабанчик, заполненный кварцевым песком. Ток срабатывания регулируется плавно противодействующей пружиной 4, а также последовательным и параллельным соединением обмоток (5а, 5б) реле. Потребление реле при минимальной уставке для реле разной чувствительности составляет от 0,2 до 8 В•А; К_В = 0,8 – 0,85; t_P ≈ 0,03 с при Iр > 3Iср. Реле имеет девять исполнений с разными Iср от 0,05 до 200 А. Реле получило широкое применение, и выпуск его продолжается.

Р еле напряжения. Выпускаемые ЧЭАЗ реле напряжения переменного тока типов РН-53 и РН-54 выполнены конструктивно так же, как реле РТ-40. Для уменьшения вибрации обмотка реле включается на напряжение Uр через выпрямитель (рис.2.11). Обмотка реле напряжения имеет большое активное сопротивление.

Реле максимального напряжения типа РН-53 имеет K_B не ниже 0,8, а реле минимального напряжения типа РН-54 - не выше 1,25. Уставки реле напряжения регулируются с помощью поводка, изменяющего натяжение противодействующей пружины, а также с помощью включения одного или двух дополнительных резисторов в цепи обмотки реле, что изменяет предел шкалы уставок в 2 раза.

Требования в части потребляемой мощности, коэффициента возврата и работы контактов аналогичны требованиям, предъявляемым к токовым реле.

2.4. Промежуточные реле (логические элементы)

Назначение реле и требования к ним. Промежуточные реле применяются для выполнения логических операций как реле-повторители для одновременного замыкания или размыкания нескольких цепей, а также для замыкания и размыкания цепей с большими токами.

Примеры использования промежуточных реле в схемах РЗ приведены на рис.2.12. По способу включения промежуточные реле подразделяются на реле параллельного (рис.2.12, а) и последовательного (рис.2.12, б) включения. Обмотки первых включаются на полное напряжение источника питания, а вторых – на ток цепи последовательно с катушкой электромагнита отключения выключателя YAT или какого-либо другого аппарата или реле.

Кроме того, выпускаются реле с дополнительными удерживающими катушками, например реле параллельного включения с удерживающей обмоткой, включаемой последовательно в управляемую контактами реле цепь (рис.2.12, в). Такое реле, подействовав от кратковременного импульса, поданного в параллельно включенную обмотку, остается в сработанном состоянии после его исчезновения под действием тока удержания, пока не сработает управляемый аппарат.

М ощность контактов должна быть достаточной для замыкания и размыкания цепей РЗ, а также для замыкания цепей управления выключателей.

Потребление обмоток реле параллельного включения стремятся ограничить до 6 Вт с тем, чтобы их цепь могли замыкать и размыкать реле с маломощными контактами.

Потребление обмоток реле последовательного включения выбирается из условия минимального падения напряжения в сопротивлении обмотки этого реле, которое допускается не более 5-10% нормального напряжения источника оперативного тока.

Промежуточные реле должны надежно действовать не только при нормальном напряжении, но и при возможном в условиях эксплуатации его понижении до 0,8 U_НОМ – реле постоянного тока и до 0,85 U_НОМ – реле переменного тока.

Промежуточные реле, работающие без замедления, как правило, выполняются в виде конструкций с поворотным якорем (клапанного типа). Устройство промежуточного реле типа РП-23 для схем РЗ на постоянном оперативном токе показано на рис.2.13. Оно состоит из электромагнита 1 с обмоткой 2, якоря 3 с хвостовиком 4, неподвижных контактов 5, подвижной контактной системы 6, возвратной пружины 7, упора 8, регулировочной пластины 9. Все элементы реле крепятся на цоколе 10 и закрываются кожухом 11. При подаче напряжения на обмотку реле якорь 3 втягивается и хвостовиком 4 перемещает вниз подвижную контактную систему, переключающую контакты реле.

Аналогичное устройство имеет промежуточное реле типа РП-25, которое предназначено для работы на переменном оперативном токе. Для предотвращения вибрации подвижной системы это реле имеет короткозамкнутый виток на сердечнике электромагнита.

Реле рассматриваемых типов имеют по пять контактов, которые могут быть использованы в различных комбинациях. Время срабатывания этих реле составляет примерно 0,06 с. Реле постоянного тока изготовляются на напряжения 24, 48, 110 и 220 В, а переменного тока – на 100, 127 и 220 В.

Потребляемая мощность при номинальном напряжении порядка 6 Вт у реле РП-23 и не более 10 В•А у реле РП-25.

В последние годы ЧЭАЗ взамен упомянутых выше реле выпускает реле типов РП16-1 (для постоянного тока) и РП16-7 (для переменного тока), имеющие по четыре замыкающих и по два размыкающих контакта.

Промежуточные двух- и трехобмоточные реле применяются, когда требуется действие реле от тока и удерживание от напряжения (типа РП-232, одна токовая рабочая обмотка) и действие от напряжения и удерживание от тока (типа РП-233, две токовые удерживающие обмотки).

Взамен этих реле ЧЭАЗ выпускает многообмоточные реле типов РП-16-2 – РП16-4 и РП17-1 – РП17-5, отличающиеся наличием или отсутствием и числом удерживающих обмоток, а также числом замыкающих и размыкающих контактов.

Д ля РЗ, работающих на переменном оперативном токе, промышленность выпускает промежуточные реле тока типов РП-321 и РП-341, предназначенные для включения их обмоток во вторичные цепи ТТ, с мощными контактами, рассчитанными на переключение больших переменных токов (100—150 А). Устройство реле типа РП-341 показано на рис.2.14.

К числу быстродействующих реле, время действия которых составляет 0,01 с, относятся реле типов РП-210 – РП-215, кодовые реле КДР-1 и реле МКУ. Еще большее быстродействие обеспечивают реле с герметизированными контактами (герконами).

Промежуточные реле постоянного тока замедленного действия. В схемах РЗ применяются промежуточные реле, замыкающие свои контакты при срабатывании или размыкающие их при возврате с некоторым замедлением. Замедление срабатывания реле при притягивании якоря достигается замедлением нарастания тока Iр в обмотке реле, а следовательно, и создаваемого током Iр магнитного потока Фр. Для этого на магнитопроводе 3 (рис.2.15) устанавливается дополнительный короткозамкнутый контур 2, выполняемый в виде медных шайб или медной цилиндрической гильзы, а в некоторых конструкциях в виде обмотки.

П ри включении обмотки 1 на напряжение Uр магнитный поток Ф₁ в магнитопроводе реле устанавливается не сразу. В момент включения в обмотке 2 возникает ток I₂, создающий магнитный поток Ф₂ , который противодействует нарастанию тока в обмотке 1. В результате этого скорость нарастания тока в обмотке реле уменьшается (рис.2.16).

В эксплуатации распространены реле типа РП-251, замедление которых на срабатывание составляет 0,07-0,11 с.

Замедленное отпадание якоря при возврате реле также получается с помощью гильзы или короткозамкнутой обмотки 2 (рис.2.15).

В момент отключения тока в обмотке 1 магнитный поток Ф₁ начинает затухать (рис.2.17). При этом в обмотке 2 возникает ток, создающий магнитный поток Ф₂, который противодействует исчезновению потока Ф₁ (Фр = Ф₁ + Ф₂). Ток I₂, а вместе с ним потоки Ф₂ и Ф_P постепенно затухают.

Замедление с помощью контура RC. Замедление при размыкании цепи обмотки промежуточного реле может достигаться при помощи схем, состоящих из резистора R и конденсатора С, включенных как показано на рис.2.18, а. Конденсатор С разряжается на обмотку KL при размыкании цепи его обмотки контактами К.1. Под действием тока разряда возврат реле KL замедляется до момента, когда Iразр снизится до I_BЗ KL. Резистор R ограничивает ток через конденсатор в момент включения реле KL.

В схеме на рис.2.18, б действие реле замедляется как при замыкании, так и при размыкании цепи обмотки реле KL. В момент замыкания контактов К.1 происходит заряд конденсатора С. В нем появляется ток I_C, создающий повышенное падение напряжения на сопротивлении R. Вследствие этого напряжение на зажимах обмотки реле KL уменьшается. По окончании заряда конденсатора прохождение тока I_C прекращается, и на обмотке KL устанавливается нормальное напряжение. При размыкании контактов К.1 конденсатор C разряжается на обмотку реле KL, удерживая реле в сработанном состоянии до тех пор, пока ток в обмотке не снизится до значения Iвоз. Чем больше емкость С, тем больше замедляется действие реле.

Выпускаются промежуточные реле, замедленные на срабатывание до 0,25 с (РП18-1) и на возврат до 2 с (РП18-2 – РП18-5), в которых замедление обеспечивается с помощью специальных полупроводниковых схем, к выходу которых подключаются обмотки промежуточных реле.

Реле с магнитоуправляемыми контактами. В промежуточных реле с магнитоуправляемыми (герметизированными) контактами, сокращенно называемых герконами, контактная система реле выполняет функции подвижного якоря, контактов, производящих коммутации в управляемой цепи, и противодействующей пружины. Обмотка 1 реле (рис.2.19) не имеет стального магнитопровода. Магнитный поток Ф, создаваемый обмоткой, замыкается в основном по воздуху. Внутри обмотки – в ее магнитном поле – располагаются магнитоуправляемые контакты 2, выполненные из ферромагнитного материала в виде гибких пластин, обладающих хорошей магнитной проницаемостью, электропроводностью и упругостью.

К онтакты заключены в герметический стеклянный корпус 3 и впаяны одним концом в его торцы. Вторые концы контактных пружин выполняют функции контактов реле, они покрыты серебром или другими материалами, применяемыми в контактных системах. Нормально контакты 2 разомкнуты. Если в обмотку реле подается ток Iр, то под действием МДС (I_Pw₁) возникает магнитный поток Ф. Ферромагнитные контакты намагничиваются и под действием электромагнитных сил F_Э = kФ² = k'I_P² притягиваются друг к другу, замыкая управляемую ими цепь. При исчезновении тока контакты размыкаются под действием механической силы, обусловленной упругостью контактных пластин. Для уменьшения искрообразования при замыкании и размыкании контактов стеклянный корпус вакуумируется или заполняется инертным газом.

Герконы имеют ряд положительных свойств: благодаря малой массе подвижной системы и силы сопротивления упругих контактов пластин потребляемая ими мощность при срабатывании мала (Sp ≈ 0,15 - 0,3 Вт); большое быстродействие (tp = 0,001 с); герметизация, контактов с полной изоляцией их от вредного воздействия окружающей воздушной среды и практическое отсутствие искрообразования существенно уменьшают износ и обеспечивают малое переходное сопротивление контактов, что повышает надежность их работы; малые размеры; отсутствие осей и подпятников, что также повышает надежность действия реле.

В РЗ применяются герконы типов РПГ-2 и РПГ-5: реле РПГ-2 имеет замыкающий контакт для коммутации цепей напряжением до 24 В и током до 0,15 А; реле РПГ-5 – один или два замыкающих контакта, которые могут коммутировать цепи напряжением 220 В и током 0,03 А.