5.Электромагнитные измерительные реле. Классификация.

Электромагнитные измерительные реле

В зависимости от способа включения в защищаемую цепь реле делятся на первичные и вторичные. Первичные реле прямого действия включаются непосредственно в главную электрическую цепь, а вторичные через трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

По способу воздействия на выключатель защищаемого объекта различаются:

1) реле прямого действия;

2) реле косвенного действия.

Реле прямого действия непосредственно воздействуют на устройство отключения выключателя. Реле косвенного действия управляет цепью электромагнита отключения выключателя.

Первичные реле прямого действия.

1. Реле подключается непосредственно к главной электрической цепи.

2. Реле непосредственно воздействует на механическое исполнительное устройство выключателя.

3. Эти реле не требуют TA, TV и источника оперативного тока.

В системах электроснабжения первичные реле прямого действия применяются сравнительно редко. Например, в тяговых сетях постоянного тока электрифицированного транспорта. В системах переменного тока такие реле используются в автоматических выключателях. Они называются расцепителями.

Первичные реле косвенного действия

1. Реле подключается непосредственно к главной электрической цепи.

2. Реле воздействует на электромагнит отключения выключателя.

3. Эти реле не требуют TA, TV и источника оперативного тока.

В системах электроснабжения также реле применяются относительно редко. Они, в частности, используются в защите тяговой сети постоянного тока вместе с неполяризованными быстродействующими выключателями.

Вторичные реле тока и напряжения прямого действия.

1. Реле может воздействовать непосредственно на привод выключателя или через какое-либо устройство.

2. Реле включаются через TA или TV, но действуют непосредственно на механизм выключателя. Включение обмоток через TA или TV позволяет расширить область использования реле.

Реле тока (типов РТМ, РТВ) и реле напряжения (типа РН, РНВ) прямого действия с втягивающимся якорем. Реле устанавливаются непосредственно в пружинные и грузовые приводы выключателей:

1. ППМ-10.

2. ПП-67.

3. ПРБА.

С помощью вторичных реле прямого действия можно выполнять защиты в установках напряжением до 35 кВ.

Вторичные реле тока и напряжения косвенного действия.

Получили большое распространение благодаря следующим достоинствам:

- их параметры не зависят от параметров защищаемого элемента, т.к. реле включают через трансформаторы тока или напряжения;

- имеют достаточно высокую чувствительность с незначительными погрешностями и относительно малым потреблением мощности;

- их настройка производится без отключения элемента системы электроснабжения;

- реле можно устанавливать в любом месте, удобном для эксплуатации;

- они позволяют выполнить схему РЗиА любой сложности.

Недостатки:

- значительные потребляемые мощности,

- большие размеры,

- недостаточная надежность из-за наличия контактной системы,

- требуют источника оперативного тока.

Основные типы вторичных измерительных ЭМР косвенного действия:

1. Токовые реле.

Основной тип реле РТ-40. Токовое реле максимального действия. В реле используется П-образная магнитная система с поперечным движением якоря. На полюсах магнитопровода 7. расположены две обмотки реле 9. Подвижная система состоит из Г-образного стального якоря 6, подвижного контакта 2 и механического гасителя вибрации 1. Положения якоря фиксируется упорами 8. Противодействующий момент создает спиральная пружина 5. С пружиной связан указатель уставки 4. Контактная система имеет нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты.

Катушки могут включаться последовательно и параллельно.

Коэффициент возврата реле Кв=0,8.

Уставки реле регулируются:

1. Изменением соединения обмоток. Уставки на реле соответствуют последовательному соединению обмоток. При параллельном соединении обмоток уставки реле удваиваются.

2. Изменением положение указателя уставки. При этом регулируется натяжение пружины, противодействующий момент и ток срабатывания реле.

Сила, воздействующая на якорь, представляется в виде двух составляющих: постоянной и переменной. Переменная составляющая описывается зависимостью

Fпер.= к2I2рCos2wt

В результате воздействия переменной силы происходит вибрация якоря и, следовательно, – контактов. Поэтому у этих реле используется гаситель вибрации. Имеется много реле этой серии, которые отличаются уставками.

2. Реле напряжения.

Реле напряжения бывает двух серий: РН-53, РН-54.

РН-53 – реле максимального напряжения. Предназначено для использования в схемах РЗиА в качестве органа, реагирующего на увеличение напряжения в цепи переменного тока.

РН-54 – реле минимального напряжения. Реагирует на уменьшение напряжения в цепи переменного тока.

Конструктивно реле напряжения выполняются так же, как и реле РТ-40.

Отличия:

1. Другая схема включения обмоток.

2. Отсутствует виброгаситель.

Нормально реле напряжения всегда находится под напряжением. Поэтому для уменьшения вибрации контактов обмотку реле включают в сеть через двух-полупериодный выпрямитель, чтобы уменьшить вибрацию.

В результате прохождения тока по данной схеме ток будет пульсирующий

1. Шкала прибора проградуирована при включении одного резистора R1 (клеммы 8 и 6) .

2. Чтобы удвоить шкалу уставок вдвое, необходимо включить оба резистора, подключить клеммы 8 и 4.

3. Уставки реле можно регулировать с помощью натяжения пружины.

4. Коэффициент возврата у реле РН-53 не ниже 0,8; а у реле РН-54 не выше 1,25.

Выпускаются реле напряжения постоянного тока типа РН-51 и специальные реле напряжения переменного тока типа РН-58. У реле РН-58 коэффициент возврата 0,95.

Потребляемая мощность для всех реле при срабатывании 5ВА.

Устройство реле РНТ С БНТ

Основными элементами реле РНТ являются насыщающийся трансформатор тока и исполнительный орган-реле РТ-40. НТТ предназначен для:

обеспечения отстройки реле от токов небаланса при переходных процессах.

выравнивания НС, возникших под действием различных по величине вторичных токов в плечах диф.защиты.

НТТ имеет трех стержневой сердечник. На левом стержне - ωвт, на среднем – две или три обмотки ωn, включенные в токовые цепи диф.защиты. На среднем и правом стержне ω’кз и ω''кз короткозамкнутой обмотки, используемой для улучшения отстройки защиты от бросков токов намагничивания силовых трансформаторов и токов небаланса в переходном режиме при внешних К.З. За счет размагничивающей К.З. обмотки происходит усиление действия апериодической слагающей и ослабление действия периодической слагающей тока, что приводит к загрубению реле.

При К.З. в зоне действия диф.защиты, в ωn протекает синусоидальный ток и происходит непосредственная трансформация из ωn во ωвт и в часть ω’кз, откуда он поступает в ω''кз. Магнитные потоки среднего и правого стержней Фсред и ФК.З. суммируются по L, зависящие от параметров ωкз и направлены в левый стержень. Ток из ωn трансформируются двумя путями: при помощи прямой трансформации из ωn во ωвт и двойной трансформации из ωn в ω''кз, а затем ω''кз в ωвт.

При прохождении по первичной обмотке реле тока с апериодической слагающей не трансформируется в К.З. контур. Апериодический поток Фап разветвляется в левый и правый стержни. Они ухудшают трансформацию из ωn в ω''кз и ωвт. Апериодический ток сильно ослабляет двойную трансформацию, чем достигается значительное увеличение тока срабатывания.

На реле старого исполнения (РНТ-562-564) число витков ωкз, чтобы отношение ω''кз/ω'кз остается постоянным. Фсред и Фкз в правом стержне НТТ обеспечивают требуемый по величине результирующий поток в левом стержне Фр. При увеличении числа К.З. витков средний и правый потоки уменьшаются и уменьшается также и угол между векторами этих потоков, результирующий же магнитный поток остается неизменным.

У новых реле (РНТ-565-567) уставки, на которых ωкз регулируется Rкз. Таким образом при наличии в Iн апериодической составляющей происходит автоматическое загрубение реле из-за насыщения сердечника НТТ. Поведение реле РНТ в схемах диф.защиты при внешних К.З. и включаемых силовых трансформаторов под напряжение, т.е. в переходных режимах с апериодической составляющей оценивают качественно по характеристикам зависимости относительного тока срабатывания реле от насыщения:

где Iа – постоянная (апериодическая) составляющая тока в реле;

Iср.n – переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной (апериодической) составляющей.

Смещения характеризуется кривой тока относительно оси времени:

Токи небаланса в реле диф.защиты имеют несинусоидальную форму, поэтому полное смещение кривой тока относительно времени получается при уменьшении коэффициента:

Характеристики загрубения реле достаточно точно характеризуют поведение реле в первые моменты К.З. в зоне диф.защиты.

При внешних К.З. и включения на ХХ можно приближенно рассматривать как реле без кз. обмотки.

Переходные токи небаланса и броски Iнам силовых трансформаторов расположены асимметрично оси времени и содержат апериодическую составляющею, которая не трансформируется, а идет на намагничивание. За счет насыщения сердечника БНТ, подмагничивающим действием апериодического тока, трансформация также ухудшается, что еще больше уменьшает ток в реле. После затухания апериодической составляющей нормальные условия для трансформации периодического тока восстанавливаются. Подмагничивающего действия апериодического тока в первый момент К.З. приводит к замедлению защиты при повреждении в ее зоне. Из-за насыщения трансформация тока в реле уменьшается так, что Iреле≤Iср и реле действует до тех пор пока не затухнет апериодическая составляющая тока (tзат=0,03-0,1сек). Этот недостаток связан с БНТ.

Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от переменной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса. Обмотки ωд и ω2 образуют насыщающийся трансформатор ωур и включаются в цепи защиты и служат для уравновешивания вторичных токов. Ток срабатывания регулируется изменением числа витков ωд. Наличие обмотки ωкз повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков тока намагничивания силового трансформатора особенно когда эти токи не полностью сдвинуты относительно нулевой линии:

Существует несколько типов схем включения реле РНТ

При применении диф.защиты с реле РНТ-566 схема имеет вид.

Логические реле.

1. Реле времени. КТ

2. Промежуточные реле КL.

3. Указательные реле КН.

Реле времени.

Предназначены для создания выдержки времени при передаче сигналов другим реле. Выдержку времени в дальнейшем сокращенно обозначаем через Dt.

Реле времени подразделяются на:

1. Переменного и постоянного тока.

2. С нерегулируемой, плавно и ступенчато регулируемой выдержкой времени.

Реле времени постоянного тока.

Наибольшее распространение получили реле времени на постоянном оперативном токе с часовым механизмом серии ЭВ-122.

Действие часового механизма. Ведущая пружина часового механизма нормально растянута (заведена) и удерживается в таком состоянии тем, что палец упирается в верхнюю часть якоря.

Пружина заводится пусковым устройством

При подаче напряжения на обмотку реле якорь втягивается и сжимает возвратную пружину и освобождает палец.

Ведущая пружина освобождается, воздействует на зубчатый сектор. Последний начинает вращаться, что приводит к вращению валика с укрепленной на ней контактной траверсой. При этом часовой механизм контактную траверсу вращает с определенной скоростью. Выдержка времени обеспечивается положением подвижного контакта и неподвижного.

Реле времени еще отличаются длительной или кратковременной термической устойчивостью контактной системы и наличием или отсутствием проскальзывающих контактов.

Для устранения искрообразования у управляющих контактов, параллельно обмоткам электромагнита, подключен искро-гасительный контур, который состоит из резистора R и конденсатора С.

Реле времени выпускают на напряжения Uном=24, 48, 110, 220 В с минимальной выдержкой времени tс.р. min=0,1с и максимальной выдержкой времени tс.р. max=20с.

ЭВ-122 имеет различные исполнения, которые отличаются диапазоном выдержки времени.

Например, имеются диапазоны выдержки времени

0,1 - 0,3 с;

0,25 – 3,5 с;

0,5 – 9 с;

1- 20 с

Реле четко срабатывает при напряжении не менее Uр=0,7Uном. Мощность, потребляемая обмоткой реле – 60 Вт.

Реле времени переменного тока.

Реле времени переменного тока выпускаются на напряжения 100, 127, 220 ,380 В.

Реле времени переменного тока используются в основном трех разновидностей.

1. Первая разновидность - реле времени с часовым механизмом и электромагнитным заводом рабочей пружины в момент пуска реле.

Устройство таких реле аналогично устройству реле постоянного тока ЭВ 122. Отличается только параметрами обмоток электромагнита.

Недостатки этого реле:

1) значительная потребляемая мощность (Sр=60 ВА и более);

2) возможность отказа в действии, так как при коротком замыкании напряжение оперативного переменного тока может оказаться мень­шим напряжения срабатывания.

2. Вторая разновидность - обмотка реле времени переменного тока в нормальных условиях находится под напряжением, а якорь — в притянутом состоянии. При снижении или исчезновении напряжения якорь реле отпускается, при этом пускается заторможенный часовой механизм и через заданный промежуток времени реле срабатывает.

Недостатком реле - возможность ложного пуска из-за значительного снижения напряжения при КЗ.