Методичка Р13

1. НАЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

В процессе выполнения работы Р-13 закрепляются и углубляются знания студентов по разделам “Токовые защиты” и “Токовые направленные защиты” курсов “Релейная защита и автоматика электрических систем” (специальности 0301, 0302, 0314) и “Релейная защита, автоматика и телемеханика систем электроснабжения” (специальность 0303).

Работа носит экспериментальный характер и включает в себя изучение принципов действия, конструкции и методов экспериментального определения характеристик и параметров настройки электромеханических реле тока, напряжения, направления мощности, времени, а также промежуточного и указательного реле.

2. ПРОГРАММА РАБОТЫ

2.1. Изучение принципов действия и конструкции электромеханических реле тока, напряжения, мощности, времени, промежуточного и указательного по материалам приложения 1 (при подготовке к занятиям в лаборатории), а также по образцам, установленным на лабораторном стенде.

2.2. Ознакомление с лабораторным стендом (разделом 3 методических указаний).

2.3. Испытания электромагнитного реле тока типа РТ-40/10 ¹⁾

2.4. Испытания электромагнитного реле напряжения типа РН-54/400 ¹⁾

2.5. Испытания индукционно-электромагнитного реле тока типа РТ-81/2.

2.6. Испытания индукционного реле направления мощности типа РБМ-177.

2.7. Испытания реле времени типа ЭВ-132.

2.8. Испытания промежуточного реле типа РП-252.

2.9. Испытания указательного реле типа РУ-21/220.

2.10. Содержание предварительного опроса студентов при допуске к работе составляют вопросы по материалам, указанным в п.2.1.

По результатам работы оформляется отчет, в котором приводятся технические данные реле, схемы испытаний, результаты экспериментальных испытаний реле, схемы испытаний, результаты экспериментальных испытаний реле, оформление в виде таблиц (рекомендуемые формы таблиц приведены в приложении 2) и выводы по результатам испытаний реле.

Примечание. Испытания проводятся только для одного из

электромагнитных реле – реле тока РТ-40 или реле

напряжения РН-54 (по указанию преподавателя).

3.ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД

Внешний вид стенда показан на рис.1. На верхней части лицевой панели стенда приведены упрощенные рисунки схем испытаний реле (рис.2 а,б,в) , собираемые переводом переключателей SAC1, SAC2, SAC3 и SAC4 в соответствующие положения. Правильность сборки схемы испытаний сигнализируется зажиганием сигнальной лампы, установленной рядом с изображением обмоток соответствующего реле (правильность сборки схемы испытаний реле направление мощности KW по цепям тока и по цепям напряжения сигнализируется зажиганием двух сигнальных ламп, установленных рядом с изображением обмотки тока и обмотки напряжения реле).

Токи до 10 А в обмотках реле тока КА1 и КА2 и в токовой обмотке реле направления мощности KW измеряются амперметром РА1 при нажатой кнопке SAC8, токи от 10 А до 30 А измеряются амперметром РА2. Регулирование тока производится рукояткой автотрансформатора Т.

Напряжение переменного тока измеряется вольтметром PV1 с пределом измерений 150 В.. Регулирование напряжения осуществляется рукояткой автотрансформатора Т1 .

Напряжение постоянного тока измеряется вольтметром PV2 . Регулирование напряжения производится рукояткой потенциометра R .

Измерение угла сдвига фаз между напряжением и током, подводимым к обмоткам реле направления мощности RW, осуществляется электронным фазометром Pφ . Регулирование фазы тока производится рукояткой фазорегулятора ФР, установленной на пульте управления стендом.

Измерение времени срабатывания (реле тока КА2, реле времени КТ промежуточного реле KL) или времени возврата (промежуточного реле KL) производится секундомером РТ. Требуемый режим измерения (tср или tв) устанавливается переключателем SAC5. В среднем положении (HL3) указанного переключателя выходные контакты всех реле, установленных на стенде, действуют при срабатывании на зажигание сигнальной лампы HL3.

Включение стенда производится кнопками SА1 и SА2.

4. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ

4.1. К п. 2.3.

4.1.1. Испытания реле тока РТ – 40 включают:

а) проверку диапазонов шкалы токов срабатывания (шкалы уставок);

б) проверку токов срабатывания реле на заданной по шкале уставке;

в) проверку разброса тока срабатывания реле (на заданной уставке);

г) проверку коэффициента возврата реле (на заданной установке);

4.1.2. Кнопками S _А1 и S _А2 включить стенд в работу. Переключателями S _АC1 и S _АС2 собрать схему испытаний реле тока К_А1.

4.1.3. Проверка диапазонов шкалы уставок (шкалы токов срабатывания), т.е. проверка токов срабатывания при положении указателя на крайних уставках шкалы, проводится в лаборатории только для параллельного соединения обмоток реле;

Установить по шкале и измерить, используя амперметр Р_А1, поочередно максимальный и минимальный токи срабатывания. Отношение максимального тока срабатывания к минимальному току срабатывания на крайних уставках шкалы (кратность токов срабатывания шкалы уставок) для правильно отрегулированного реле должно равняться 2. ( Регулировка максимального и минимального токов срабатывания реле на крайних уставках шкалы при необходимости производится соответственно упорными винтами, определяющими начальное и конечное положение якоря, и изменением затяжки спиральной пружины: в лабораторной работе регулировка реле не выполняется).

4.1.4.Установить по шкале заданный преподавателем ток срабатывания. Измерить ток срабатывания и ток возврата реле на проверяемой установке (не менее трех раз). Ток срабатывания реле I _СР и ток возврата I _ВР реле определяются как среднеарифметические значения по результатам измерений. Определить коэффициент возврата реле

К _В = I_ВР/I_СР. Коэффициент возврата реле РТ – 40 должен быть не менее 0,8.

4.1.5. Определить погрешность шкалы токов срабатывания реле на заданной установке – отношение (выраженное в процентах) разности между наибольшим из измеренных значений I _{СР МАКС} и значением тока срабатывания по шкале I _{СР ШК} к значению тока срабатывания по шкале.

(4.1)

При настройке реле в эксплуатации, если ток срабатывания немного не совпадет с установкой по шкале, требуемое соответствие между заданным и действительным токами срабатывания реле, достигается незначительным смещением указателя установки в нужную сторону. Т. о. шкала может служить только для приближенной настройки реле.

4.1.6. Определить разброс тока срабатывания реле - отношение (выраженное в процентах) наибольшей разности между измеренными значениями к полу сумме этих значений:

(4.2)

Погрешность тока срабатывания и разброс тока срабатывания должны быть не более 5%.

4.1.7. Результаты испытаний реле РТ-40 занести в таблицу 1 (приложение 2).

4.2. К п.2.4

4.2.1. Собрать схему испытания реле напряжения РН-54/400.

4.2.2. Испытания реле напряжения производятся в том же объеме, что и испытания реле тока РТ-40.

4.2.3. При проверке необходимо учитывать, что реле РН-54/400 является реле минимального напряжения, т.е. реагирует на уменьшение измеряемой величины – напряжения. Для минимального реле напряжения срабатывания определяется при плавном уменьшении напряжения на обмотке реле как напряжение в момент размыкания контактов реле. Напряжение возврата минимального реле определяется при плавном увеличении напряжения на обмотке реле как напряжение в момент замыкания контактов реле. Для минимального реле напряжения коэффициент возврата должен быть не больше чем 1,12 … 1,2.

4.2.4. Проверка реле напряжения РН-54/400 в лабораторной работе проводится на установках по шкале 100 … 120 В (из-за ограниченного диапазона регулирования напряжения в лабораторном стенде).

4.2.5. Результаты испытаний реле РН-54/400 занести в табл. 2.

4.3. К п.2.5.

4.3.1. Испытания индукционного реле тока включают:

а) проверку тока срабатывания индукционного элемента реле на заданной по шкале уставке;

б) проверку разброса тока срабатывания индукционного элемента (на заданной уставке);

в) проверку коэффициента возврата индукционного элемента реле (на заданной уставке);

г) проверку характеристик выдержки времени реле;

д) настройку реле на заданную характеристику выдержки времени;

е) проверку и настройку тока срабатывания отсечки.

4.3.2. Собрать схему испытаний реле тока КА2.

4.3.3. Установить заданный преподавателем ток срабатывания индукционного элемента реле по шкале уставок I_сршк Измерить действительный ток срабатывания I_ср (ток срабатывания определяется при плавном увеличении тока в обмотке реле как ток, при котором происходит зацепление зубчатого сектора с червяком). Измерение повторить не менее 3 раз. Ток срабатывания определяется как среднеарифметическое значение по результатам измерений. Ток срабатывания рекомендуется измерять при максимальной уставке по времени срабатывания, и позволяет убедится в надежности сцепления червячной передачи по всей дуге сектора.

4.3.4. По результатам измерения тока срабатывания определить по выражениям (4.1) и (4.2) погрешность шкалы на проверяемой уставке δI_ср% и разброс тока срабатывания I_ср%. Ток срабатывания у отрегулированного реле не должен отличаться от уставки более, чем на ±5%. Разброс тока срабатывания должен быть также не более 5%.

Точная регулировка тока срабатывания для получения требуемого соответствия между действительным током срабатывания и его значением по шкале осуществляется изменением затяжки пружин (в лабораторной работе такая подрегулировка не производится).

4.3.5. Ток возврата индукционного элемента реле измеряется в момент подхода хвостовика сектора близко к коромыслу якоря отсечки, когда в сцеплении находится максимальное число зубьев сектора (коэффициент возврата Х_в при этом наименьший) при плавном снижении тока в обмотке реле. Измерение тока возврата повторить не менее 3 раз. Ток возврата определяется как среднеарифметическое значение по результатам измерений.

Определить коэффициент возврата индукционного элемента реле K_в=I_вр/I_ср. Коэффициент возврата у отрегулированного реле должен быть не менее 0,8.

4.3.6. Результаты испытаний индукционного элемента занести в таблицу 3 (приложение 2).

4.3.7. Характеристики выдержки времени (временные характеристики) реле должны соответствовать типовым характеристикам, приведенным на шкале реле и на рис.П.1.5. Контрольной точкой временной характеристики реле является время срабатывания при I_р=4I_ср ^, которое не должно превышать значений, приведенных в таблице 1. Абсолютная величина разброса времени срабатывания (наибольшая разность между измеренными значениями) при десятикратном токе ( I_р=10I_ср) не должна превышать значений, приведенных в таблице 2. Абсолютный разброс точек временной характеристики на любой установке по шкале времени ( t_{ср шк} при 10Iср ) при полуторократном токе срабатывания ( I_р=1,5I_ср) не должен превышать 1с.

Таблица 1.

Время срабатывания по шкале Выдержек времени при Iр=10Iср	Время срабатывания при Iр=4Iср не более, с
0,5 1,0 2,0 3,0 4,0	0,9 1,65 3,1 4,6 6,0

Уставка по шкале выдержек Времени срабатывания при Iр=10Iср , с	Выдержка времени срабатывания при Iр=10Iср , с
0,5 1,0 2,0 3,0 4,0	0,5±0,1 1,0±0,15 2,0±0,2 3,0±0,2 4,0±0,25

Таблица 2.

Проверка временных характеристик реле РТ-81 производится

при I_ср=3А.

4.3.8. Установить ток срабатывания реле, равный 3 А, а по шкале выдержек времени - заданное преподавателем t_СР при I_Р = 10 I_СР. Установить ток в обмотке реле I_Р = 4 I_СР =12 А, затем отключить ток кнопкой SА1. Переключатель секундомера РТ SАС5 из положения HL3 перевести в положение " t_СР" (измерение времени срабатывания реле), установить стрелку секундомера на нуль. Подать кнопкой SA1 ток в обмотку реле (однов­ременно пускается секундомер) и измерить время срабатывания реле в контрольной точке. Измерение времени срабатывания повторить не менее 3 раз. Сравнить полученные значения t_СР с нормиро­ванным значением t_СР из табл.1.

4.3.9. Установить ток в обмотке реле I_Р =10 I_СР =10·3 =30 А. Замерить время срабатывания реле при I_Р = 10 I_СР (не менее 3 раз). Сравнить полученные результаты со значениями, приведенными в табл.2. При проверке следует учесть, что при больших токах реле быстро нагревается, поэтому ток I_Р = 30 А следует подавать кратковременно.

10. Установить ток в обмотке реле I_Р=1.5 I_СР=1,5·3=4,5 А. Замерить время срабатывания реле при I_Р=1,5 I_СР (не менее 3 раз). Определить абсолютный разброс точек временной характеристики реле Δt_СР (как наибольшую разность между замеренными значениями).

11. Результаты проверки временных характеристик реле PT-81 занести в таблицу 4 (приложение 2).

4.3.12. Настройка реле на заданную характеристику t_СР=ƒ(I_Р) осуществляется по одной точке характеристики, определяемой значениями I_{Р РАСЧ} и t_{СР РАСЧ} при к.з. в расчетной точке. Координаты указанной точки {I_{Р РАСЧ} , t_{СР РАСЧ}} при заданном токе срабатывания реле I_СР однозначно определяют всю характеристику t_СР=ƒ(I_Р) (или t_СР=ƒ(I_Р /I_СР) ).

4.3.13. В лабораторной работе настройка реле на заданную характеристику осуществляется при том же токе срабатывания, что и проверка временных характеристик: I_СР =3 А.

Для настройки реле на заданную характеристику t_СР=ƒ(I_Р) указатель шкалы выдержек времени при I_Р =10 I_СР устанавливается предварительно в положение, при котором заданные преподавателем координаты точки t_{СР РАСЧ} и I_{Р РАСЧ} ложатся на типовую характеристику, напечатанную на шкале реле. Для точной настройки установить ток в обмотке реле I_p=I_{p расч} и, замеряя секундомером время срабатывания реле t _ср ,перемещением указателя шкалы времени добиваться совпадения tср =t _{ср расч} .При определении истинного времени срабатывания с учётом разброса реле следует делать не менее 3 отсчётов по электросекундомеру .Результаты на тройки реле на заданную характеристику

t_ср =f(I_р) занести в таблицу 5 .

4.3.14. Установить заданную преподавателем кратность тока срабатывания отсечки по отношению к току срабатывания индукционного элемента реле Iср =3А (в лабораторной работе проверка отсечки производится при кратности в пределах 2-6 тока срабатывания индукционного элемента). Установить максимальную уставку по шкале времени ( t_ср =4 с при I _р=I0 I_ср ). Придерживая рукой рамку в отведённом положении ,чтобы избежать ударов червяка о сектор, быстро установить ток , немного меньший тока срабатывания отсечки. Отключить ток в обмотке реле кнопкой S AI . Подавая толчками ток в обмотку реле через промежутки времени не мене I0…I5 с ,каждый раз незначительно увеличивают ток регулятором тока , добиваясь устойчивого срабатывания отсечки ( безотказно I0 раз из I0 ). Измеренный ток срабатывания отсечки занести в таблицу 6.

При проверке отсечки не допускать перегревания реле .

4.4. К п.2.6.

4.4.1. Испытания индукционного реле направления мощности в лабораторной работе включают только экспериментальное определение зон срабатывания и несрабатывания и угла максимальной чувствительности , а также проверку отсутствия ”самохода” реле от тока и от напряжения.

4.4.2. Переключателями SACI,SAC 2 и SAC3 собрать схему испытаний реле направления мощности KW .

4.4.3. Проверка ”самохода” от тока производится в диапазоне от номинального тока реле I _{р ном} =5A до тока , соответствующего максимальному току к.з. на защищаемом присоединении ( в лабораторной работе – до максимального тока стенда 30А ).

Для проверки ”самохода” от тока перевести переключатель SAC3 из положения I ( цепь обмотки напряжения реле ) в положение 2 : при этом обмотка напряжения реле направления мощности закорачивается . Установить в обмотке ток I_р= I _{р ном}=5A и проверить отсутствие ( или наличие) ”самохода” от тока. Повышая ток в обмотке реле до I = 30 A , проверить отсутствие (или наличие) “самохода” от тока в диапазоне токов I= 5…30 A.

Токи I> I подавать в обмотку реле кратковременно во избежание перегрева и повреждения обмотки реле.

4.4.4 Проверка “самохода” от напряжения производится при напряжениях U=0…110 B. Для проверки “самохода” от напряжения временно перевести переключатель SAC2 из положения 3 в положение 2 или 1 (при этом цепь токовой обмотки реле направления мощности размыкается). Изменяя напряжение на обмотке реле от 0 до 110 В, проверить отсутствие (или наличие) “самохода” от напряжения.

Регулировка магнитной системы реле с целью устранения самохода в лабораторной работе не проводится.

4.4.5. Поверить зоны действия реле и определить угол максимальной чувствительности реле . Для этого установить ток в обмотке реле I= 5 А и напряжение на обмотке U=100 В. Изменяя фазорегулятором угол сдвига между током и напряжением от 0 до 360 и затем в обратную сторону от 360 до 0 измерить величины углов, при которых реле замыкает и размыкает контакты. Определить (подсчётом или графически, как показано на рис.3) угол максимальной чувствительности реле . Для РБМ-177 =705. По результатам измерений зоны действия реле (рис.4).

Результаты испытаний реле направления мощности должны быть отражены в таблице 7 (приложение 2).

4.5. К п.2.7.

4.5.1. Испытания реле времени ЭВ-132 в лабораторной работе включают:

а) проверку напряжения срабатывания реле U;

б) проверку времени срабатывания на заданной по шкале установке;

в) проверку разброса времени срабатывания реле на заданной по шкале установке.

4.5.2. Собрать схему испытаний реле времени КТ.

4.5.3. Напряжения срабатывания реле времени определяется при подаче напряжения на обмотку реле толчком (кнопкой SAI)

За напряжение срабатывания принимается минимальное напряжение, при котором якорь реле м г н о в е н н о втягивается в сердечник. Измерение Uср повторить не менее 3 раза. Для правильно отрегулированного реле при каждом измерении напряжение срабатывания не должно превышать 0,7Uном.

Напряжение возврата реле Uвр для реле времени должно быть не менее 0,05Uном (в лабораторной работе не измеряется). При отклонении Uср и Uвр от допустимых значений требуется замена возвратной пружины на пружину нормальной жесткости.

4.5.4. Установить заданное преподавателем время срабатывания реле по шкале. Установить напряжение на обмотке реле Uр=Uном = 220В. Измерить время срабатывания реле при подаче напряжения толчком. Измерение времени срабатывания реле повторить не менее 3 раз.

Во и з б е ж а н и е п е р е г р е в а о б м о т к и р е л е н а п р я ж е н и е =220 В с л е д у е т п о д а в а т ь т о л ь к о н а в р е м я и з м е р е н и я tср. За время срабатывания реле принимается среднеарифметическое значение по результатам измерений.

4.5.5. По результатам измерений tср определить отклонение от уставки по реле – разность между средним значением времени срабатывания по результатам измерений и временем срабатывания по шкале tср шк. Допустимые значения отклонения времени срабатывания для реле ЭВ-132 приведены в табл.3

Таблица 3

Уставка по шкале Отклонения от уставки

по шкале, с

0,5 ±0,12

1,0 ±0,14

1,5 ±0,16

2,0 ±0,19

2,5 ±0,21

3,0 ±0,23

3,5 ±0,25

4,0 ±0,28

4,5 ±0,30

5,0 ±0,32

5,5 ±0,34

6,0 ±0,36

6,5 ±0,39

7,0 ±0,41

7,5 ±0,43

8,0 ±0,45

8,5 ±0,47

9,0 ±0,50

6. Определить разброс времени срабатывания реле. Разброс времени срабатывания определяется как разность между максимальным и минимальным временем срабатывания при 3 измерениях на одной и той же установке по шкале. Разброс времени срабатывания для реле времени серии ЭВ-I00 не должен превышать 0,25 с.

4.5.7 Результаты испытаний реле времени занести в таблицу (приложение 2).

4.6. К п.2.8.

4.6.I. Испытания промежуточного реле РП-252 включают :

а) проверку напряжения срабатывания реле ;

б) проверку времени возврата реле ;

в) определение времени срабатывания реле.

4.6.2. Собрать схему испытаний промежуточного реле Кl. Плавно увеличивая напряжение на обмотке реле, определить напряжение его срабатывания. Измерение напряжения срабатывания повторить не менее 3 раз. Напряжение срабатывания не должно превышать 70% от V_{p ном}=220 В

4.6.3. Измерить время срабатывания реле при подаче на обмотку реле V_p = V_{p ном} =220 В. Измерение времени срабатывания повторите не менее 3 раз.

4.6.4. Измерить врем возврата реле. При измерении времени возврата реле РII-252 следует учитывать, что оно зависит от времени нахождения реле под напряжением. Для исключения влияния этой зависимости на результат измерения обмотку реле держать под напряжением не менее 2-3 сек. Измерение времени возврата повторить не менее 3 раз. Время возврата реле РП-252 может регулироваться в пределах 0,07 – 1,4 с.

4.6.5. Результаты испытаний реле РП-252 занести в табл.

4.7. Собрать схему испытаний указательного реле РУ-21/220. Измерить напряжение срабатывания напряжение срабатывания. Измерение Uср повторить не менее 3 раз. Напряжение срабатывания реле должно быть не более 0,7 Uном.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чернобровов Н.В. – Релейная защита. Изд-е 5 (4,3)-М.; Энергия,1974 (§§-2.6, 2.7, 2.11, 2.12)

Приложение 1.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ РЕЛЕ

(Краткое описание конструкции и принцип действия)

П.1.1. Максимальное реле тока РТ-40.

Максимальные реле тока РТ-40 применяются в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве измерительного органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи.

Принцип устройства электромагнитной системы реле РТ-40 показан на рис. П 1.1 (конструктивное выполнение реле см. на лабораторном стенде).

Магнитная система реле состоит из П-образного шихтованного сердечника 1 и Г-образного якоря. 2. Положение якоря в начальном и конечном положениях фиксируется упорными винтами. 3. Якорь удерживается в начальном положении с помощью противодействующей спиральной пружины 4, один конец которой связан с якорем, а другой – с указателем тока срабатывания по шкале 5. При повороте указателя тока срабатывания изменяется противодействующий момент пружины М_пр и соответственно ток срабатывания реле I_ср. К якорю прикреплены пластмассовая колодка с двумя подвижными мостиковыми контактами 6 и опорная скоба с барабанчиком, полость которого заполнена песком (на рис. П 1.1 опорная скоба и барабанчик не показаны). При любом ускорении подвижной системы песчинки приходят в движение, и часть сообщенной якорю энергии тратится на преодоление сил трения между песчинками. Это приводит к значительному снижению вибраций подвижной системы и контактов реле от переменной составляющей электромагнитного момента.

На сердечнике расположены две обмотки 7, концы которых выведены на зажимы цоколя реле. Перестановкой перемычек на этих зажимах можно осуществлять параллельное и последовательное соединение обмоток реле и соответственно изменять ток срабатывания реле в 2 раза. Цифры, нанесенные на шкале, соответствуют последовательному соединению обмоток реле.

Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакт.

Реле выпускаются девяти исполнений с различными диапазонами токов срабатывания (от 0,2 А до 200 А).

На рис. П 1.2 приведены зависимости вращающего момента М_эл при срабатывании (I_р = I_ср, кривая 1) и при возрасте (I_р = I_ср, кривая 2) якоря реле и момента пружины М_пр (прямая 3) от угла поворота якоря реле α.