6.2 Токовые реле.

В схемах защиты широко применяется эл.магнитные реле тока серий РТ-40, РТ81, РТ-82, РЭВ570, ЭТ, РЭВ-300 и другие, рис.67.

Рисунок 67. Реле тока.

Магнитопровод реле РТ-40 шихтуется. Катушка реле разбита на две секции, которые могут быть соединены параллельно и последовательно. При переключении последовательного соединения секций на параллельное, ток срабатывания увеличивается в 2 раза.

Якорь Г-образной формы выполнен из тонкого листа эл.технической стали. С осью якоря связаны два мостиковых контакта с серебряными накладками.

Ток срабатывания регулируется изменением натяга спиральной противодействующей пружины. Натяг пружины и значение тока срабатывания (уставка) фиксируется указателем по шкале.

Реле выпускаются на токи от 0,1 до 200 А.

Серия реле РТ-81 применяется для защиты при перегрузках и К3 и исполняются для цепей переменного тока.

Реле является комбинированными и состоят из двух элементов: индукционного с диском, создающего выдержку времени, и эл.магнитного мгновенного действия, создающего «отсечку» при токах К3.

Принцип действия индукционных аппаратов рассмотрим на упрощенной схеме устройства однофазного счетчика переменного тока (рис.40).

Рисунок 40. Упрощенная схема однофазного счетчика и векторная диаграмма токов и потоков в счетчике.

Основными элементами являются: эл.магнит трехстержневой 1 с обмоткой напряжения 2 (большое число витков): П-образный эл.магнит 3 с токовой обмоткой 4 (малое число витков); алюминиевый диск 5, который может вращаться вокруг оси; постоянный магнит 7.

Обмотка 2 включается параллельно измеряемой цепи, а обмотка 4 – последовательно с этой цепью. Ток нагрузки I_н в катушке 4 создает поток Ф1, который дважды пересекает алюминиевый диск 5 и индуктирует в нем токи I_д1.

Ток I₂ в обмотке 2 создает Ф2, который пронизывает диск и замыкается через скобку 6.

Построим векторную диаграмму. За основу берем вектор U. Ток I_н и U сдвинуты по фазе на угол φ₁, величина которого определяется характером нагрузки Z_н.

Ток I₂ благодаря большой индуктивности обмотки 2 отстает по фазе от U на угол ≈90 градусов.

Потоки Ф₁ и Ф₂ совпадают по фазе с вызвавшими их токами I_н, I₂.

Переменные потоки Ф1 и Ф2 индуктируют в диске эдс Е1 и Е2, отстающие по фазе от этих потоков на 90˚. Эти эдс вызывают в диске токи I_д1, I_д2, которые совпадают по фазе с вызвавшими их эдс (сопротивление этим токам чисто активное).

Эл.магнитные силы, действующим на диск с током

,

где к – коэффициент пропорциональности;

Ψ – угол сдвига фаз между потоком и током.

Из векторной диаграммы определим углы сдвига Ψ:

Следовательно, в создании момента, действующего на диск участвуют потоки Ф1 и Ф2 и соответствующие токи диска I_д2 и I_д1.

Ток I_д2 создается потоком Ф₂ и ему пропорционален, а ток I_д1 – Ф1.

Поток Ф1 пропорционален току нагрузки I_н, а Ф2 – U.

,

где Р – активная мощность, потребляемая нагрузкой.

Для создания противодействующего момента предусмотрен постоянный магнит 7. При вращении диска поле постоянного магнита индуктирует в нем вихревые токи, которые в соответствии с законом Ленца противодействуют вращению диска.

Величина вихревых токов пропорциональна скорости вращения диска – n: М_пр=С₀n.

Вращающий момент М_вр уравновешивается противодействующим моментам М_пр.

М_пр=М_вр, С₀n=cP,

Число оборотов N, которые диск создает за время t, будет пропорционально энергии W, полученной нагрузкой за это же время

Величина называется постоянной счетчика и представляет собой эл.энергию, соответствующую одному обороту диска.

Счетчик снабжается счетным механизмом, связанным червячной передачей с осью диска.

Контактная система реле РТ-81 состоит из одного замыкающего контакта, срабатывающего от индукционного элемента с зависимой от тока выдержкой времени, а от эл.магнитного элемента мгновенно.

Реле снабжается указателем срабатывания с ручным возвратом.

Основными элементами индукционной системы реле является магнитопровод с катушкой, вращающийся диск, расположенный между полюсами эл.магнита. Часть полюса эл.магнита экранирована К3 витком. Результирующий поток экранированной части полюса сдвинут по фазе относительно потока неэкранированной части полюса.

Эти потоки наводят в металлическом диске вихревые токи. Перекрестное взаимодействие потоков с вихревыми токами приводит к появлению вращающего момента, действующего на диск. Вращающий момент пропорционален произведению потоков экранированной части полюса и sin Ψ, где Ψ – угол сдвига по фазе между потоками.

Так как потоки пропорциональны току, протекающему по катушке реле I_р, а угол Ψ=const, , где к – постоянный коэффициент.

При определенной скорости вращения диска, т.е. при некотором значении тока катушки, происходит зацепление специального зубчатого сегмента с червяком, закрепленным на оси диска, и сегмент начинает поворачиваться вокруг своей оси. В определенном положении подвижный сегмент замыкает контакты реле.

Таким образом, время срабатывания реле зависит как от скорости вращения диск (тока катушки), так и от величины хода подвижного сегмента. Первоначальное положение сегмента устанавливается специальным движком. По шкале устанавливается время действия реле в независимой части характеристики.

Регулировка тока срабатывания реле, т.е. тока при котором происходит зацепление, производится путем изменения числа витков катушки эл. магнита, имеющей отпайки. Для увеличения тока срабатывания необходимо уменьшать число витков.

Изменение тока срабатывания отсечки производится регулировочным винтом, изменяющим, величину зазора между полюсами эл. магнита.

Серия реле РЭВ570 (постоянный ток). Iн=0,6-1200 А. Регулирование усилия пружины осуществляется корончатой гайкой. Ток срабатывания регулируется в пределах (0,7÷3)Iн.

Магнитопровод реле серии ЭТ шихтуется. Обмотка реле разбита на две части. Якорь выполнен из тонкого листа эл. технической стали и имеет Z-образную форму и укреплен на валу. Подвижный контакт мостикового типа шарнирно укреплен на рычаге, связанным с валом.

Для устранения вибрации контактов служит демпфер, связанный с валом реле. Противодействующая сила создается спиральной пружиной, деформация которой меняется рычагом.

Грубое регулирование тока срабатывания производится за счет изменения схемы соединения секций обмотки, а плавное – изменением начального натяжения пружины.

Максимальные реле тока серии РЭТ19 предназначены для защиты от перегрузок и токов К3 АД с фазным ротором и ДПТ.

Номинальные токи катушки от 2,5 до 320 А.