1. Изучить конструкцию максимального токового реле с ограниченно зависимой характеристикой времени срабатывания типа РТ-80.

2. Произвести проверку электрических характеристик и параметров реле типа РТ-80.

3. Составить отчет по лабораторной работе.

Пояснения к работе

Рис. 3.1

Индукционное токовое реле типа РТ-80 состоит из двух элементов: индукционного с ограниченно зависимой характеристикой времени действия и электромагнитной отсечки, действующей мгновенно. Совместная работа обоих элементов дает возможность получить характеристику выдержки времени (рис.3.1) позволяющую одновременно выполнять защиту от коротких замыканий и перегрузки. При токах, больших срабатывания отсечки I_cp.отс., реле действует без выдержки времени, при меньших токах - с ограниченно зависимой выдержкой времени. Конструктивная схема реле показана на рис. 3.2. Индукционный элемент реле состоит из электромагнита

1 С короткозамкнутыми витками 2 и алюминиевого диска 3, ось которого укреплена в подшипниках скобы 4, которая может поворачиваться в подпятниках на некоторый угол.

При протекании тока по обмотке электромагнита создается два потока Φ₁ и Φ₂, замыкающихся соответственно через экранированную и неэкранированную части полюсов. Потоки сдвинуты по фазе на угол φ.

Рис. 3.2

Реагируя с токами, наводимыми в диске, потоки создают вращающий момент , где φ - фазовый угол между потоками. Оба потока пропорциональны току, протекающему по катушке, угол φ постоянен, значит M_вр=kI². При протекании через катушку тока, составляющего (0,2-0,3) тока срабатывания, диск приходит во вращение. Но реле еще не срабатывает, так как скоба 4 оттянута до упора пружиной 5 и червяк 7, насаженный на ось диска, не сцеплен с сегментом 8.

На вращающийся диск действуют две силы: сила, создаваемая электромагнитной системой, приводящая его во вращение, и сила, создаваемая постоянным магнитом 6, тормозящая диск. Однако относительно оси поворота скобы эти силы создают согласно действующие моменты и стремятся повернуть ее по часовой стрелке (если смотреть сверху). Последнему противодействует пружина 5. При некотором токе, минимальное значение которого называется током срабатывания, результирующий момент сил, действующих на диск, преодолевает момент пружины, и скоба поворачивается, вводя в зацепление червяк с зубчатым сегментом. Сегмент начинает подниматься вверх и через определенное время рычагом касается пластинки 9, укрепленной на левой половине якоря 10. При дальнейшем движении сегмента якорь поворачивается вокруг оси, уменьшая воздушный зазор между своим правым концом и сердечником электромагнита. С уменьшением воздушного зазора правый конец якоря притягивается к сердечнику, а упор 11 вместе с левым концом якоря поднимается вверх и замыкает контакты реле 12.

Для предотвращения расцепления червячной передачи во время действия реле из-за уменьшения скорости диска, начавшего поднимать сегмент, служит стальная скоба 16. Она притягивается к электромагниту 1 за счет потоков рассеяния и обеспечивает дополнительное усилие, действующее в сторону сцепления червячком передачи.

При уменьшении тока до величины тока возврата система приходит в первоначальное состояние. Под током возврата понимается максимальное значение тока в обмотке реле, при котором червяк выходит из зацепления с сегментом. Отношение тока возврата току срабатывания называется коэффициентом возврата .

Регулирование тока срабатывания индукционного элемента реле производится за счет изменения числа витков обмотки электромагнита с помощью штепселя 14.

Уставка времени индукционного элемента регулируется по шкале 15 изменением пути, который проходит сегмент 8 до встречи с пластиной 9. Начальное положение сегмента определяется перемещением упора на винте 17.

При небольшой кратности тока, пока магнитная система не насыщена, время срабатывания зависит от тока (начальная часть характеристики на рис. 3.1), так как диск вращается тем быстрее, чем больше ток в обмотке электромагнита. При больших кратностях тока (свыше 5I_ср) магнитопровод насыщается и характеристика срабатывания становится независимой.

Якорь 10 с электромагнитом 1 образуют электромагнитный элемент реле, который при больших кратностях тока обеспечивает срабатывание реле без выдержки времени. При протекании по обмотке реле тока срабатывания отсечки якорь притягивается к сердечнику электромагнита без участия червячной передачи. Величина тока срабатывания отсечки регулируется изменением воздушного зазора между правым концом якоря и сердечником посредством винта 13. Уставка отсечки, выраженная кратностью по отношений к уставке индукционного элемента реле, указана на ободе винта 13.

Указания по выполнению работы в лаборатории

Проверка тока срабатывания I_ср и тока возврата I_в индукционного элемента

Опыт производится по схеме, показанной на рис. 3.3 или 3.4 для всех уставок по шкале тока.

Рис. 3.3

Следует установить максимальное время срабатывания реле. Плавно повышая ток в обмотке реле необходимо добиться того, чтобы скоба 4 повернулась и червяк 7 вошел в зацепление с зубчатым сегментом 8. Это свидетельствует о том, что реле сработало и начало набирать выдержку времени. В этот момент необходимо быстро произвести отсчет тока срабатывания реле и немедленно начинать снижать ток I_р до тех пор, пока червяк 7 и зубчатый сегмент 8 не выйдут из зацепления. В момент их расцепления необходимо зафиксировать ток возврата I_в. При снятии тока срабатывания нельзя допускать замыкания у реле контактов так как при этом срабатывает отсечка, которая имеет очень низкий коэффициент возврата.

Рис.3.4.

По измеренным величинам определяется коэффициент возврата реле k_в и погрешность реле . Полученные результаты опыта и расчеты заносятся в таблицу, по данным которой строят зависимости

Испытание электромагнитной отсечки

В задачу опыта входит проверка уставок токовых отсечек. Опыт производится по схеме рис. 3.3. Для каждой уставки отсечки, установленной винтом 13 (рис. 3.2), находится действительная кратность срабатывания отсечки , где I_ср.отс. – ток, при котором срабатывает отсечка; I_ср.инд. - ток срабатывания индукционного элемента. При определении тока срабатывания отсечки скобу 4 (рис.3.2) придерживать, не давая сработать индукционному элементу. Уставку индукционного элемента принять минимальной. Результаты опыта свести в таблицу и по ним построить зависимость .

Снятие зависимости времени срабатывания индукционного элемента от тока в реле t_ср=f(I_р)

Характеристику снимают при заданных преподавателем уставках времени и тока. Схема опыта показана на рис. 3.3. С помощью клоча S₂ подключается электрический секундомер ЭС. В начале опыта устанавливают нужные уставки тока и времени и, плавно повышая ток до тока трогания, получают первый отсчет времени срабатывания. Затем, отключением ключом S₂ секундомера, повышается ток, возвращается в начальное положение стрелка секундомера и рубильником S₁ отключают реле. После этого с помощью ключа S₂ к схеме подключается электрический секундомер и, включая рубильник S₁, производят новый отсчет. Так, увеличивая постепенно ток до 10I_н .снимают 5-6 точек.

Следует обратить внимание, что электромагнитная отсечка в данном опыте должна быть выведена (винтом 4 на рис. 3.2). По полученным данным построить график .

Снятие зависимости времени работы реле от установки времени независимой части характеристики

,

где - время уставки реле

Испытания производятся по схеме, изображенной на рис. 3.3, при . По результатам опыта строится график.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

а) схему испытаний реле с указанием типа и класса приборов;

б) электрические характеристики исследуемого реле;

в) краткие объяснения полученных результатов и выводы о влиянии параметров настройки на работу реле.

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЩОННОГО РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ТИПА РБМ-170

Цель работы: ознакомиться с конструкцией, параметрами и основными характеристиками реле направления мощности.

Программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией реле, магнитной системой, подвижной частью, контактами, принципом действия.

2. Проверить реле на самоход.

3. Снять угловые характеристики реле и определить углы максимальной чувствительности.

4. Снять вольтамперные характеристики реле U_ср=f(I_р) при φ_р= φ_м.ч.=const и определить минимальную мощность срабатывания, построить график зависимости S_ср=f(I_p).

Пояснения к работе

В сетях с кольцевым и двухсторонним питанием при защите линий необходимым элементом схемы является орган, определяющий направление мощности короткого замыкания. Для этой цели в схему защиты вводится реле направления мощности, представляющее собой индукционное однофазное реле с барабанным (цилиндрическим) ротором. Реле имеет две обмотки: обмотку напряжения и обмотку тока (рис. 4.1). Обмотка напряжения создает магнитный поток Φ_н (рис.4.2), пропорциональный току в ней I_н, а токовая обмотка - магнитный поток Φ_т, пропорциональный току в реле I_р (пока не насыщена магнитная система). Потоки Φ_н и Φ_т сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90° и во времени на угол ψ. Взаимодействие магнитных потоков с индуктированными токами в роторе создает вращающий момент.

Рис. 4.1	Рис. 4.2

Для ненасыщенного магнитопровода справедливы соотношения тогда вращающий момент определяется выражением

,

где φ_p - угол между током I_р и напряжением U_р (рас.4.2); α - дополнительный угол, дополняющий до 90° угол между током и напряжением в цепи обмотки напряжения реле. Угол называется углом максимальной чувствительности реле, при этом момент на реле достигает максимальной величины: . Момент срабатывания реле направления мощности M_ср. должен быть не меньше механического момента противодействующей пружины и трения M_мех., т.е. .

Величину ( ) принято называть мощностью срабатывания и выражать ее в вольт-амперах:

Чувствительность реле характеризуется минимальным значением мощности срабатывания S_{сp. мин.}, соответствующей углу . Изменяя угол внутреннего сдвига (угол между напряжением U_р, подведенным к обмотке напряжения, и током в этой обмотке I_н), можно иметь различные углы максимальной чувствительности.

Естественное значение угла внутреннего сдвига у реле типа РБМ-170 равно ~ 60°, при этом . Можно изменить угол максимальной чувствительности реле, включив в обмотку напряжения резистор R или конденсатор С.

Зависимость мощности срабатывания от угла φ_p принято называть угловой характеристикой . При условии данная характеристика эквивалентна характеристике . Последняя, как правило, и снимается при испытании реле.

Чувствительность реле принято изображать так называемой вольтамперной характеристикой, представляющей зависимость напряжения срабатывания от тока I_p . Характеристика снимается при неизменном угле, равном углу максимальной чувствительности.

У реле мощности вследствие несимметричности системы относительно цилиндрического ротора возможно явление самохода. Самоходом называется действие реле при подаче питания только на одну из его обмоток - токовую или напряжения. Самоход в сторону срабатывания реле недопустим.

Промышленностью выпускаются две модификации реле типа РБМ-171: РБМ-171/1 (I_ном = 5 А) и РБМ-171/2 (I_ном = 1 А).

Технические данные реле типа РБМ-171/1:

номинальный ток I_ном = 5 А;

номинальное напряжение U_ном = 100 В;

мощность срабатывания: при и . ; при и . .

Коэффициент возврата не ниже 0,7. Время срабатывания при 5-кратной мощности не более 0,04 с. Схема внутренних соединений реле показана на рис. 4.1.

Указания по выполнению работы в лаборатории

Проверка реле на самоход

Самоход от напряжения проверяют при отключенной и замкнутой накоротко токовой обмотке реле. На обмотку напряжения (рис. 4.3) подают напряжение до 1,1U_ном. При этом следует рубильник S₂ отключить. Контакты реле при этом должны оставаться разомкнутыми.

Самоход от тока проверяют при отключенной и замкнутой накоротко обмотке напряжения. В обоих случаях ток увеличивается от нуля до 1,5I_ном. При этом следует рубильник S₃ отключить.

Проверка зоны действия реле и снятие угловых характеристик

Опыт проводится по схеме рис . 4.3.

Рис. 4.3

Изменяя угол между током и напряжением с помощью фазорегулятора от 0 до 360°, определяют (по загоранию сигнальной лампы) диапазон углов, при которых реле срабатывает. При этом с помощью реостата R₁ в токовой обмотке реле поддерживается ток, равный номинальному, а к обмотке напряжения прикладывается номинальное напряжение с помощью лабораторного автотрансформатора типа ЛАТР.

Построив на плоскости вектор тока I_р, строят углы, определяющие границы зоны срабатывания реле (линия нулевых моментов).

Угол между вектором тока I_р и перпендикуляром к линии нулевых моментов является углом максимальной чувствительности.

Фазовая характеристика реле снимается по схеме рис. 4.3 при постоянстве тока в токовой обмотке . Для этого при различных углах путем плавного увеличения напряжения определяется минимальное значение напряжения срабатывания реле. Замеры производить примерно через 10-20°.

Угловая характеристика должна быть снята для двух типов включения реле: без добавочного активного сопротивления (α= 30°, зажимы на реле 7-8) и с добавочным активным сопротивлением, которое вмонтировано в корпус реле (α=45°, зажимы на реле 1-8).

По полученным данным построить график.

Вольтамперную характеристику реле следует снять при φ_р= φ_м.ч.=const. Задаваясь значениями тока в реле в пределах от 0,2 до 5 А, определяют напряжение срабатывания. По результатам опыта определяют и строят вольтамперную характеристику при φ_р= φ_м.ч. и на этом же графике строят характеристику S_ср=f(I_p).

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

а) схематический вид реле;

в) векторную диаграмму реле;

в) схему испытаний реле с указанием типов и классов приборов;

г) таблицы с результатами испытаний;

д) электрические характеристики исследуемого реле;

е) краткие объяснения полученных результатов и выводы по результатам испытаний.

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Цель работы: ознакомиться с конструкцией, параметрами и основными характеристиками направленного реле сопротивления, входящих в комплекты КРС-1 и ДЗ-2 панели завиты ЭПЗ-1636.

Программа работы

1. Ознакомиться с конструкцией реле сопротивления. Выписать паспортные данные и начертить схему внутренних соединений.

2. Для заданной преподавателем уставки дистанционной защиты ( ), коэффициентов трансформации трансформаторов тока ( ) и трансформаторов напряжения ( ) подготовить схему для проверки реле сопротивления.

3. Снять угловую характеристику . По результатам построить характеристику реле и найти угол максимальной чувствительности .

4. Снять зависимость при . По результатам построить характеристику и определить значение тока «точной работы».

Пояснения к работе

Реле сопротивления реагирует на отношение напряжения к току и срабатывает если при заданном значении угла между векторами тока и напряжения это отношение меньше сопротивления срабатывания реле

В комплектах КРС-1 реле сопротивления (рис. 5.1) выполнено по схеме сравнения средних значений выпрямленных напряжений: рабочего, подаваемого от трансреактора ТVA1 через выпрямительный мост VS1

и тормозного, подаваемого от трансформатора напряжения TV1 и второй обмотки трансреактора TVA1 через выпрямительный мост VS2

Характеристика срабатывания такого реле в комплексной плоскости имеет вид окружности или эллипса с разной степенью отношения величин малой оси к большой (0,5; 0,65; 0,8), проходящих через начало координат (рис.5.2). Угол наклона диаметра окружности или большой оси эллипса к оси активных сопротивлений называется углом максимальной чувствительности зона действия реле (внутри окружности, эллипса) оказывается наибольшей, а его чувствительность - наивысшей. Регулировка осуществляется с помощью резисторов, подключаемых ко вторичным обмоткам трансреактора TVA1: при подключении резисторов R1 и R3 ; при подключении резисторов R2 и R4 . Регулировка диаметра окружности, т.е. изменение уставки срабатывания, осуществляется изменением суммарного числа витков двух последовательно включенных обмоток трансформатора T1 (через 20% - верхней и 5% - нижней) .Для плавной регулировки предусмотрен потенциометр R14. Минимальное значение сопротивления срабатывания при составляет 1 Ом. Регулировка в цепях напряжения позволяет получить двадцатикратное увеличение сопротивления срабатывания.

Эллиптическая характеристика реле получается за счет торможения реле KL от выпрямленного диодами VD3 и VD4 переменного напряжения контура L1, C1, снимаемого со вторичной обмотки дросселя L1.

Для избежания перегрузки реагирующего органа KL1 параллельно его обмотке включены диоды VD1 и VD2. Резистор R7 предусмотрен для успокоения подвижной системы реле, а контуры L2, С2 и L1, C1 (последний настроен на частоту 100 Гц) для уменьшения переменной составляющей в обмотке реле KL1. Резисторы R9 и R8 являются балластными нагрузками в схеме сравнения.

В связи с тем, что прямое падение напряжения на диодах отлично от нуля, зависимость нелинейна, особенно при малых токах (рис.5.3). Ток , при котором погрешность реле сопротивления , называется током точной работы .Необходимо, чтобы ток короткого замыкания в защищаемом объекте был больше этого тока.