книги из ГПНТБ / Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие

Поворачивающему якорь моменту электромагнитного поля про­ тиводействует момент спиральной пружины 4. Если момент пружи­ ны больше момента электромагнитного поля реле, то якорь и под­ вижные контакты реле 5 сохраняют положение, показанное на рисунке. Если же ток в обмотке реле достигает значения тока трогания, то электромагнитный момент станет больше, чем момент про­ тиводействующей пружины, при этом якорь повернется по часовой стрелке, контакты 6 и 5 замкнутся, и реле сработает.

Рис. 115. Электромагнитное токовое реле ЭТ-520 с пово­

Изменяя положение поводка 7, можно плавно менять ток устав­ ки реле (ток, при котором реле теоретически должно срабатывать). Для скачкообразного изменения тока уставки (его увеличения в два раза) необходимо переключить секции рабочей обмотки 1 с последовательного соединения на параллельное.

Рассмотренное реле максимального тока с поворотным якорем мгновенного действия. Оно характеризуется быстрым срабатывани­

(Коэффициент возврата — отношение максимального тока, при ко­ тором контакты реле после его срабатывания возвращаются в ис­ ходное положение, к току трогания, т. е. Лв = /р.возвр//р.трог, причем под /р.трог понимается то минимальное значение тока, проходящего через реле, при котором оно срабатывает). Большой Кв характери­

182

зует большую чувствительность реле к изменениям тока в его рабо­

тивности. В этих реле, использующих электромагнитный принцип, применен механизм замедления, с по­

валик 5 против часовой стрелки на предусмотренный угол. Вместе с валиком поворачивается закрепленная на нем зубчатая рейка 1 2 , сцепленная с зубчатым колесом 8 . На одном конце оси колеса на­ сажен поводок 9 с закрепленным на нем подвижным контактном реле, а на другом — часовой механизм 7 с анкерным колесом 6 , обеспечивающий равномерную скорость движения подвижного кон­ такта до встречи с неподвижными контактами 10. При встрече кон­ такты замыкаются, реле срабатывает. Выдержка времени реле за­ висит от того, на какой угол должен повернуться поводок с под­ вижным контактом до встречи с неподвижными контактами. Для достижения необходимого времени срабатывания поводок 9 пере­ мещают по шкале уставок, поворачивая его на некоторый угол на оси шестерни 8 и закрепляют на ней гайкой. После отключения то­ ка в обмотке реле под действием пружины 3 быстро возвращается в исходное положение.

183

Промежуточные реле в схемах релейной защиты используют как вспомогательные. Они служат для того, чтобы разгрузить опе­ ративные контакты защитных реле от передачи токовых импульсов, посылаемых на отключающие катушки выключателей, так как эти импульсы могут быть слишком велики для контактов. Контакты за­ щитных реле для повышения качества этих реле выполняют облег­ ченными, контакты же промежуточных реле могут быть достаточно

массивными.

Промежуточные реле могут быть выполнены, если это необхо­ димо, с большим числом контактов, например, когда под действием

На отключающую катуш­ ку Выключателя

На гашение поля

На подачу сигнала

Рис. 117. Одна из возможных схем включения промежу­ точного реле

защиты импульсы поступают не только на отключающие катушки выключателей, но и на другие устройства автоматики и сигнали­ зации.

На рис. 117 приведена одна из возможных схем включения про­ межуточного реле. При срабатывании токового реле защиты им­ пульс через его оперативные контакты поступает не на отключаю­ щую катушку выключателя, а на обмотку промежуточного реле, по­ требляющую небольшой ток, допустимый для контактов токового реле. При срабатывании промежуточного реле через его достаточно мощные контакты передается несколько импульсов: на отключение катушки выключателя, на автоматическое гашение поля синхрон­ ной машины, на подачу сигнала и т. д. Промежуточные реле сраба­ тывают весьма быстро ( ~ 0 , 0 2 с), что мало влияет на общую про­ должительность действия защиты. На рис. 118 показана схема про­ межуточного электромагнитного реле (ЭП) постоянного тока. .

Наряду с электромагнитными широко применяются индукцион­ ные, тепловые, электронные, полупроводниковые, а в последнее время и так называемые комплектные реле. В конструкцию послед­ них, кроме воспринимающей и исполнительной систем входит ряд дополнительных элементов: активные сопротивления, промежуточ­ ные трансформаторы, автотрансформаторы, конденсаторы, а также электрически соединенные реле различных типов и др. Ознакомить­ ся с этими реле можно по специальной литературе, здесь же рас­

184

смотрим наиболее распространенные индукционное токовое реле, полупроводниковое реле времени, токовое реле тепловой системы и газовое реле специального назначения.

На рис. 119 показано индукционное токовое реле ИТ-80 (РТ-80). Его основные элементы: магнитная система 1, полюсы которой рас­ щеплены и частично охвачены короткозамкнутыми витками 2 и

алюминиевый диск 5, вращающийся на оси, укрепленной в подвиж­ ной раме 9. Рама удерживается в крайнем положении пружиной 4.

При прохождении тока по обмотке реле образуются два магнит- 'ных потока cpi и Фг, соответствующие расщепленным частям полю­ сов. Эти потоки кроме пространственного сдвига имеют также сдвиг по фазе на некоторый угол ф, обусловленный действием магнитного потока короткозамкнутых витков. Когда потоки Ф1 и Фг пересека­ ют тело диска, в нем появляется э. д. с. Е\ и Е2 и соответствующие им токи h и /г. Взаимодействие каждого из этих токов с невызвав­ шим его магнитным потоком создает свой момент вращения, дей­ ствующий на диск. Значение этих моментов может быть представ­ лено в виде:

MBpi = KiOJzs'iruf и

Мвр2 == К2Ф2 /1 sin ф.

1 85

Результирующий момент, действующий на диск, будет равен ал­ гебраической сумме MBpj и Мвр2:

•Мцр = МВР1 -f- МВР2 — (К1Ф1 /2 + Л2Ф2Л) sin ф,

так как между токами в диске и э. д. с., а также между э. д. с. и потоками существует соответствующая пропорциональность, то

■Мвр = (К1 Ф1 К3 + Ki$>zKt) sin ф = КФ1 Ф2 sin ф.

Рис. 119. Токовое реле ИТ-80 (а) и действующие на его диск силы (б):

11 — контактная пара, 12, 13 — винт, 14— якорь, 15 — штепсель­

ное устройство

Так как магнитная система реле рассчитана на работу в нена­ сыщенном режиме, то потоки Ф1 и Ф2 пропорциональны вызываю­

186

щему их току /р, проходящему по обмотке реле, вследствие чего МВр= а/р2, где а — коэффициент пропорциональности.

Под влиянием Мвр диск реле начинает вращаться, это происхо­ дит при токе, равном 20—30% от тока уставки, но реле не срабаты­ вает, так как рама 9 оттянута пружиной 4, и червяк 8 в сцепление с зубчатым сектором 7 не входит.

При увеличении тока, проходящего через реле, скорость враще­ ния диска увеличивается. На вращающийся по часовой стрелке диск 5 (рис. 119, б) действуют две силы: Fi — создаваемая магнит­ ной системой 1 и Рц — постоянным магнитом 6 , образующим тор­ мозной момент. При достаточно большой скорости вращения диска (/р^/трог) силы Fx и Fn создают равнодействующую силу, преодо­ левающую натяжение пружины 4 и поворачивающую раму 9 во­ круг ее оси. Это приводит к сцеплению червяка 8 с зубчатым сег­ ментом 7. Теперь при каждом обороте диска сегмент поднимается,

и через определенное время палец, закрепленный*на нем, упирается

врычаг 10 якоря. При дальнейшем вращении диска якорь 14 элект­ ромагнита мгновенного действия поворачивается по часовой стрел­ ке, и воздушный зазор между его правым концом и магнитопрово-

дом 1 сокращается, что приводит к быстрому притягиванию якоря к магнитопроводу. При этом выступ, имеющийся на рычаге 10, при­ жимает подвижный контакт контактной пары 1 1 к ее неподвижно­ му контакту, и реле срабатывает.

Для надежного сцепления червяка с зубчатым сегментом при уменьшении скорости вращения диска (при поднятии сегмента) служит ферромагнитная скоба 3. Под действием потоков рассеяния она притягивается к электромагнитной системе 1 , вызывая допол­ нительное усилие, способствующее сохранению сцепления червяка с сегментом.

Очевидно, что время действия реле при выбранном начальном положении зубчатого сегмента зависит от протекающего через об­ мотку реле тока. Перевод реле на работу с одной характеристики на другую осуществляется с помощью винта 1 2 , при вращении ко­ торого изменяется начальное положение зубчатого сегмента.

Уставку реле по току изменяют путем подбора необходимого числа витков обмотки реле на штепсельном устройстве 15. Чтобы при переключении витков обмотки реле цепь вторичной обмотки трансформатора тока не размыкалась, на штепсельном устройстве предусмотрен резервный штепсель, который включают в нужное гнездо; только после этого вывинчивают штепсель, работавший

ранее.

Из рассмотрения характеристик реле видно, что при определен­ ной кратности тока, протекающего через него, к току уставки ин­ дукционной системы, происходит скачкообразное изменение време­ ни его действия, и оно в дальнейшем не зависит от протекающего через реле тока. Это объясняется тем, что достигнуто такое значе­ ние тока, при котором вступает в действие вторая, имеющаяся в ре­ ле, электромагнитная система, называемая отсечкой.

187

При возникновении повреждения, сопровождаемого появлением в реле больших токов, равных (или больше) тока трогания (сраба­ тывания) отсечки, правый конец якоря 14 без предварительного сокращения воздушного зазора между ним и основным магнитопроводом, притягивается к последнему, что и вызывает срабатыва­ ния контактов реле, общих для индукционной системы и отсечки. Продолжительность действия отсечки — десятые доли секунды, что делает действие защиты мгновенным. Кратность тока уставки от-

сечки, т. е. его отношение к току уставки индукционной системы, регулируют винтом 13, который изменяет величину воздушного за­ зора между якорем и основным магнитопроводом реле.

Полупроводниковые реле обычно представляют собой сочетание полупроводниковых элементов с реле электромагнитной и других систем. Применение полупроводников позволяет сократить вес и размеры реле, повысить их добротность, снизить потребляемую ими мощность, уменьшить вибрацию контактов.

Одно из основных назначений полупроводников, используемых в реле, — выпрямление переменного тока, сравнение абсолютных значений нескольких электрических величин и т. д.

На рис. 120 показана схема внутренних соединений полупровод­ никового реле напряжения РН-50. Оно представляет собой сово­ купность реле напряжения электромагнитной системы с поворот­ ным якорем и полупроводниковых диодов, собранных по мостовой схеме, для двухполупериодного выпрямления. Уставку срабатыва­ ния изменяют путем регулирования противодействующего момента, создаваемого спиральной пружиной электромагнитного реле напря­ жения. Скачкообразное изменение уставок в два раза достигается

188

включением второго (последовательно с первым) дополнительного сопротивления.

Благодаря выпрямлению контролируемого напряжения в два раза увеличивается частота переменной составляющей в кривой выпрямленного тока, что вызывает знакопеременное усилие, дей­ ствующее на контакты реле.

Так как индуктивное сопротивление обмотки реле пропорцио­ нально частоте переменной составляющей, то оно при увеличении частоты также возраста­ ет. Это ведет к уменьшен нию переменной составля1 ющей тока реле, а следо-1 вательно, к уменьшению знакопеременного усилия и его отрицательного влияния — вибрации кон­ тактов.

Т е п л о в ы м и называ­ ются реле, которые ис­ пользуют тепло, выделяе­ мое при протекании через проводник контролируе­ мого (или пропорциональ­ ного ему) тока. При этом изменяются форма илй размеры проводника или

ном для защиты электри­ ческих двигателей от перегрузок. Наибольшее распространение

получили те из них, в которых в качестве нагреваемого проводника или тела используется биметаллическая пластина, составленная из металлов с различными коэффициентами линейного расширения. При нагревании такая пластина (элемент) изгибается, в результате

тельным элементом. Нагревательный элемент выполнен из нихрома, включен в питающую цепь потребителя последовательно. Если ток потребителя не превышает допустимого значения, то количество выделяемого им тепла недостаточно для значительного нагревания пластины, и ее правый конец упирается в рычаг 4, при этом кон­ такт 6 в цепи управления замкнут. При увеличении тока потреби­ теля выше допустимого значения количество выделяемого в нагре-

189

мыкаются, и импульс, который в случае необходимости они долж­ ны подавать на отключение, не возникает.)

При бурном газообразовании, что свидетельствует о серьезном повреждении трансформатора, масло из бака струей вытесняется в. расширитель, при этом нижний поплавок реле опрокидывается, и. его контакты посылают импульс на отключение трансформатора. Сигнальная система в этом случае может сработать после отключе­ ния трансформатора.

На рис. 124 показано положение ртутных контактов реле до и после срабатывания.

§46. ОПЕРАТИВНЫЙ ТОК И ЕГО ИСТОЧНИКИ

-Для автоматического управления выключателями, регулирования ре­ жима работы, сигнализации, действ вия различных автоматических уст-> ройств, аварийного освещения, смаз-i ки подшипников агрегатов и т. д. на электрических насосных станциях и подстанциях применяют так назы-* ваемые источники оперативного то­

ка. Электрические цепи, питающие эти потребители (потребители собст­ венных нужд или собственного рас­ хода), называют оперативными це­ пями, а схемы их питания — схема­ ми оперативного тока.

К надежности источников оперативного тока, питающих основ­ ных потребителей собственных нужд (например, релейную защиту), предъявляются высокие требования. Действительно, при наруше­ нии питания такого потребителя окажется невозможным своевре­ менное отключение поврежденных элементов электрической уста­ новки, что может привести к выходу из строя поврежденного обору­ дования и дальнейшему развитию аварии. Наиболее надежный источник оперативного тока — аккумуляторная батарея, обеспечи­ вающая бесперебойное снабжение потребителей собственных нужд постоянным оперативным током. Ее работа в аварийном режиме электрической насосной станции или подстанции может не зави­ сеть от режима работы их основных источников энергии переменно­ го тока.

Преимущество применения постоянного оперативного тока со­ стоит в том, что многие работающие на нем механизмы собственных нужд удается выполнить более простыми, надежными и с лучшими характеристиками, чем аналогичные конструкции, рассчитанные на переменный оперативный ток. Однако система постоянного тока с аккумуляторной батареей является дорогостоящей и в первую оче­ редь дороги сами аккумуляторы: для их размещения требуется

191