9.5.2 Классификация реле

Релейная защита состоит из ряда самостоятельных элементов (реле), связанных определенным образом. На вход реле может быть подан не­прерывный или дискретный сигнал (ток, напряжение, давление газов, тем­пература и т. п.). На выходе же сигнал появится только в том случае, когда входной сигнал удовлетворяет определенным, наперед заданным условиям (достигает уставки срабатывания).

Воспринимающий орган (вход) электромеханических реле выпол­нен в виде катушки электромагнитного, индукционного, электродина­мического, индукционно-динамического или магнитоэлектрического механизма. Исполнительный орган (выход) выполняется в виде элек­трических контактов. У электронных реле входной сигнал подается на первичные катушки (обмотки) магнитных сердечников с прямоуголь­ной петлей гистерезиса, на полупроводниковые схемы сравнения элек­трических величин или на управляющие электроды активных полупро­водниковых элементов (транзисторов, тиристоров, интегральных мик­росхем). Исполнительный орган может быть выполнен в виде контактов электромагнитных, магнитоэлектрических, поляризованных реле или маг-нитоуправляемых контактов-герконов, либо с помощью бесконтактных элементов —транзисторов и тиристоров. При срабатывании реле с кон­тактами последние замыкаются или размыкаются. В случае срабатыва­ния бесконтактных реле меняется скачком выходной сигнал, например, ток в цепи или напряжение.

По назначению реле подразделяют на измерительные (основные) и логические (вспомогательные). Измерительные реле контролируют ре­жим работы защищаемого объекта. По роду контролируемой величины их подразделяют на реле тока, напряжения, направления мощности, со­противления и т. п. Реле могут контролировать и неэлектрические вели­чины, например, температуру масла трансформаторов (температурные реле), давление газов (газовые реле) и т.п. К измерительным реле предъявляют повышенные требования по чувствительности, точности работы, коэффициенту возврата, собственному потреблению.

Логические реле действуют по команде измерительных и используются в логической части схемы. К ним относятся реле времени (служат пня замедления действия защиты), промежуточные реле (служат для подачи действия основных реле к отключающему механизму выключателя, для размножения сигнала на несколько цепей, для усиления мощности сигнала основных реле) и указательные реле (служат для сигнализации и фиксации действия защиты). В электронных, микроэлек­тронных и микропроцессорных (цифровых) реле (защитах) измеритель­ные и логические органы объединены конструктивно или программно.

По способу включения воспринимающего органа измерительные реле делят на первичные и вторичные. Катушки первичных реле включают непосредственно в защищаемую цепь, катушки вторичных реле вклю­чают во вторичные обмотки измерительных трансформаторов.

По способу воздействия на объект управления различают реле пря­мого и косвенного действия. Реле прямого действия имеют подвиж­ную систему, механически связанную с отключающим механизмом выключателя. Реле косвенного действия имеют контакты (или бескон­тактный ключ), включенные в цепь катушки механизма отключения вык­лючателя. Для питания этой катушки необходим источник оперативного постоянного или переменного тока.

Первичные реле прямого действия не нуждаются в измерительных трансформаторах и источнике оперативного тока. Однако в установках высокого напряжения они требуют усиленной изоляции, оказываются громоздкими и имеют низкую чувствительность. Такие реле находят при­менение, главным образом, в установках с напряжением менее 1000 В. В системах электроснабжения тяги на железных дорогах, метро, на го­родском электрическом транспорте постоянного тока в качестве комму­тационных аппаратов на тяговых подстанциях и постах секционирова­ния используются поляризованные быстродействующие выключатели (АБ 2/4, ВАБ 43 и др.). В их конструкции объединены реле максималь­ного тока прямого действия и коммутационный аппарат. Вторич­ные реле прямого действия более компактны и имеют более высокую чувствительность. Для них не требуется источник оперативного тока.

Катушка 1 такого реле (рис. 9.26) подключена ко вторичной обмотке трансформатора тока ТА. При увеличении тока в реле до уставки сраба­тывания, якорь 2 электромагнита отключения YA преодолевает натяже­ние пружины 5 и бойком 3 ударяет по защелке 4.

Рис. 9.26. Схема подключения вторичных реле прямого действия

Защелка освобождает механизм привода выключате­ля Q и пружина G его отключает. Исполнительный орган реле прямо­го действия, непосредственно свя­занный с механизмом отключения выключателя Q, должен совершать при отключении существенную ме­ханическую работу. Поэтому такие реле потребляют при срабатывании большую мощность и имеют зна­чительные погрешности. Вторич­ные реле прямого действия применяют в защитах мало ответственных линий 6-35 кВ, выключатели кото­рых оборудованы приводами ВМП-10П, ПП-61-К, ПП-67, УПГП, ППМ-10 и др.

Наибольшее распространение в релейной защите получили вторичные реле косвенного действия (рис. 3.2). При достижении током в ка­тушке реле КА значения уставки срабатывания, его контакты замыкают­ся и включают в цепь оперативного тока катушку 1 электромагнита от­ключения YA Т. Сердечник последнего преодолевает натяжение пружи­ны 2 и ударяет по защелке 3. Выключатель Q отключается. Ток во вто­ричной обмотке трансформатора тока ТА исчезает и реле КА возвраща­ется в исходное состояние — его контакты размыкаются. Чтобы эти маломощные контакты не повреждались электрической

Рис. 9.27. Схема подключения вторичных реле косвенного действия

дугой при отключении активно-индуктивной цепи электромагнита YAТ, в цепь катушки 1 включены вспомога­тельные контакты 4 выключателя. Эти контакты механически связа­ны с основными контактами вык­лючателя Q и повторяют его поло­жение, они достаточно мощные и отключаются раньше контактов реле КА.

Параметры вторичных реле кос­венного действия не зависят от па­раметров защищаемого элемента и конструкции привода выключателя. Их исполнительные органы (кон­такты или бесконтактные ключи) не требуют такой большой мощности для срабатывания, как у реле прямого действия. Они более компактны и просты по конструкции, имеют высокую чувствительность, незначитель­ные погрешности и легко регулируются.

По конструкции и принципу действия реле делят на электромехани­ческие, электронные (полупроводниковые) и реле с использованием насыщающихся магнитных элементов. Наибольшее распространение получили электромеханические реле, выполняемые на основе электро­магнитных, индукционных, поляризованных и магнитоэлектрических систем. Однако они обладают рядом недостатков, например, значитель­ным собственным потреблением, недостаточной надежностью контак­тов, невысоким быстродействием и т. д.

В последние годы все большее применение находят полупроводниковые реле с использованием диодов, транзисторов, тиристоров, оптронов, а также интегральных микросхем.

По числу подведенных электрических величин различают реле, реагирующие:

♦ на одну электрическую величину — ток или напряжение (реле тока,

реле напряжения);

♦ на две электрические величины — ток и напряжение, или два напря­жения, сформированных из тока и напряжения сети (реле направле­ния мощности, реле сопротивления);

♦ на три и более электрические величины, сформированные из тока и напряжения сети (трехфазные реле мощности, реле сопротивления со сложными характеристиками и т. п.).

У каждого реле воспринимающий орган характеризуется номиналь­ными током, напряжением, частотой и пределами регулирования устав­ки срабатывания.

Пусть к реле подводится некоторая электрическая величина А (ток, напряжение). Максимальное реле срабатывает, если эта величина станет больше определенного значения А (т.е. А > А ), которое называется уставкой срабатывания. Возврат максимального реле в исходное состоя­ние происходит, если величина А станет ниже определенного значения А (т.е. А < А\ называемого параметром возврата. Минимальное реле сра­батывает, если А < А , и возвращается в исходное состояние при А >А . Коэффициентом возврата называется отношение параметра возврата к параметру срабатывания: К_в = А_вр/А_ср.

Для максимальных реле к_в < 1, для минимальных реле к_в> 1. Нера­венство параметров срабатывания и возврата обусловлено различием воздушных зазоров магнитных систем в притянутом и отпущенном со­стоянии, наличием трения в подвижных частях, наличием положитель­ной обратной связи в электронных системах и т. д. У измерительных реле стремятся иметь коэффициент возврата близким к единице — это повышает чувствительность защиты. Для электромеханических реле тока и напряжения он равен 0,8-0,85, для электронных — 0,9-0,98.

Логические реле управляются измерительными. Напряжение на их воспринимающем органе появляется и исчезает скачком. Поэтому они не обладают высокой чувствительностью, а их коэффициент возврата равен 0,3-0,5.

Время срабатывания электромеханических реле тем меньше, чем боль­ше контролируемая величина Л отличается от А . Для максимальных реле тока, например, время срабатывания при 1,21 равно 0,1 с, а при 3 равно 0,03 с. У электронных реле время срабатывания меньше и слабо зависит от превышения уставки срабатывания.

Воспринимающий орган реле характеризуется нагревостойкостью, т. е. значениями тока или напряжения, которые допускаются длительно или кратковременно. Важно и значение мощности, которую реле по­требляет во входных цепях переменного тока и напряжения и в цепи оперативного (постоянного или переменного) напряжения питания (соб­ственное потребление). Эта мощность определяется как произведение тока на напряжение на соответствующих зажимах реле. Электромеха­нические реле в зависимости от конструкции потребляют в цепях тока 0,5-5 В-А и в цепях напряжения 1-40 В А. Электронные реле в цепях тока и напряжения имеют собственное потребление на порядок ниже. В цепи оперативного питания они потребляют 3-10 ВА.

Контактная система электромеханических реле и выходной орган элек­тронных реле характеризуются числом контактов (выходов), их нормаль­ным положением и коммутационной способностью.

Промежуточные реле имеют до десятка мощных контактов. У изме­рительных реле число контактов, их масса, а следовательно, и коммута­ционная способность невелики. Это обусловлено необходимостью обес­печить высокую чувствительность реле и близкий к единице коэффици­ент возврата. Обычно они имеют 1-2 контакта, рассчитанных на коммутацию токов не более 2 А. Нормальным является положение контактов при обесточенной катушке электромеханического реле или, в общем случае, при отсутствии сигнала на входе реле.

Различают контакты, работающие на замыкание (замыкающие контакты) и на размыкание цепи (размыкающие контакты). При подаче и катушку реле тока большего, чем ток срабатывания, замыкающие контакты замыкаются, а размыкающие—размыкаются. Для бескон­тактных реле выходной сигнал характеризуется уровнями 0 и 1, соот­ветствующими замкнутому и разомкнутому положениям контактов.

Коммутационная способность контактов характеризуйся мощностью, при которой обеспечивается замыкание и размыкание контактов.

Эта мощность определяется как произведение напряжения питания коммутируемой цепи на ток, проходящий по контактам при условии, что напряжение и ток не превышают допустимых значений.