9.5.3 Принципы выполнения и действия электромагнитных реле. Ток срабатывания, ток возврата, коэффициент возврата реле. Способы регулирования параметров реле.

Конструктивные особенности электромагнитных реле тока, напряжения, промежуточных ,времени и индукционных реле тока.

Рис. 9.28. Схема, поясняющая устройство электромагнитного реле

На вход большого числа реле подается только одна электрическая величина—напряжение или ток. Эта величина сравнивается, как правило, с некоторым эталоном, на­пример, механическим моментом пружины или стабилизированным напряжением. Для этого подводи­мая электрическая величина дол­жна быть предварительно преобра­зована в величину, однородную эталону, в данном случае — в ме­ханический момент или напряже­ние постоянного тока. реле, реле времени). Они имеют разомкнутый магнитопровод (рис. 9.28), на котором размещена обмотка 2 с числом витков w и подвижной стальной якорь 3, удерживаемый в крайнем положении противодейству­ющей пружиной 4.

На якоре имеется изоляционная колодка 5. На ней установлены под­вижные контакты 6, которые при перемещении якоря замыкаются с не­подвижными контактами 7. Ток в обмотке реле создает намагничиваю­щую силу w , под действием которой в магнитопроводе возникает магнитный поток Ф. Этот магнитный поток создает в зазоре между яко­рем и магнитопроводом электромагнитную силу F₀, которая стремится притянуть якорь к магнитопроводу.

Электромагнитная сила для равномерного поля в зазоре определяет­ся формулой

, (9.50)

где В — магнитная индукция в зазоре, Тл; S — сечение полюсов, м²; ц₀ — магнитная проницаемость воздушного зазора, Гн/м.

Учитывая, что магнитный поток Ф = BS, получим вместо выражения (9.50):

, (9.51)

где к — постоянная. Магнитный поток и ток / связаны соотношением Ф = w /R_M, где R_Al— магнитное сопротивление цепи, по которой за­мыкается магнитный поток.

Подставляя это соотношение в выражение (9.51), получаем:

, (9.52)

При изменении положения якоря изменяется зазор 8, а следователь­но, и магнитное сопротивление R . Поэтому в процессе притяжения якоря электромагнитная сила F_э увеличивается.

Вращающий момент, действу­ющий на подвижной якорь от электромагнитной силы:

, (9.53)

где l— плечо силы F

Для срабатывания реле необходимо соблюде­ние условия:

(9.54)

или (9.55)

где М_т — тормозной момент от сил сопротивления пружины, трения в осях и веса якоря. Знак равенства в выражениях (9.54) и (9.55) соответ­ствует граничному условию срабатывания, т. е. наименьшему момен­ту, а следовательно, и наименьшему значению тока I , при кото­ром произойдет срабатывание. Ток срабатывания I найдем из выра­жения (9.52) при граничном условии срабатывания F₀ — М_т/ I:

, (9.56)

Регулирование тока срабатывания осуществляют, изменяя момент М_т путем регулировки натяжения пружины и изменения числа витков w с помощью отпаек.

Реле тока. Наиболее распространенным видом электромагнитных реле тока являются реле серии РТ-40. Если такое реле выполняется в унифицированной оболочке, то ему присваивается шифр РТ-140.

На магнитопроводе 1 (рис. 3.5) серийных реле тока РТ-40 и реле напряжения РН-50 [69] размещены две полуобмотки 2. Стальной якорь 3 укреплен на осях 8 и 8'и может поворачиваться вокруг них. В край­нем положении он удерживается спиральной противодействующей пру­жиной 4. На якоре с помощью изоляционной

Рис. 9.29. Схема, поясняющая устройство реле тока РТ-40

колодки установлены подвижные контакты б, которые при повороте якоря замыкаются с не­подвижными контактами 7. Устав­ку срабатывания регулируют, со­единяя полуобмотки 2 последова­тельно или параллельно и изменяя натяжение пружины 4 при помощи поводка 5. Коэффициент возврата 0,8-0,85, время срабатывания при токе 3А равно 0,03 с, потребляе­мая мощность реле тока 0,5 ВА. Разрывная мощность контактов в цепи постоянного тока 60 Вт, в цепи переменного тока — 300 ВА (при напряжении до 220 В и токе не выше 2 А). Увеличение числа и разрывной способности контактов выз­нало бы резкое ухудшение остальных показателей реле и их нельзя было бы использовать в качестве измерительных.

Обмотки реле тока рассчитаны на длительное протекание тока вторич­ных цепей трансформаторов тока; эти обмотки выполняют, в основном, изолированным проводом диаметром 2-3 мм со сравнительно небольшим числом витков (от единиц до нескольких десятков).

Рис. 9.30. Схемы внутренних соединений реле тока РТ-40

Для разных типов максимальный ток уставки имеет величину от 0,2 А до 200 А. Оно может эксплуатироваться при температурах окружаю­щей среды от минус 10 (минус 20) до плюс 40 "С. Погрешность тока срабатывания по отношению к уставке не превышает 5%. Коэффици­ент возврата не ниже 0,85 на первой уставке и 0,8 на остальных за ис­ключением реле РТ-40/50 и РТ-40/100, у которых коэффициент возвра­та не ниже 0,7. Время срабатывания реле не более 0,1 с при токе, рав­ном 1,2 тока срабатывания и не более 0,03 с при токе в три раза боль­шем тока срабатывания (уставки). Время возврата не более 0,035 с. Реле имеет один замыкающий и один размыкающий контакты, рассчитанные на ток до 2 А, способные коммутировать нагрузку переменного тока (250 В, cos φ = 0,5) мощностью до 300 ВА и постоянного тока (250 В) до 60 Вт. Коммутационная износостойкость 2000 циклов. На сердечни­ке реле расположены две катушки. Их концы выведены на зажимы цо­коля реле. С помощью металлической перемычки катушки реле можно соединять параллельно или последовательно. Уставка при этом изменя­ется в 2 раза. Диапазон изменения уставок от минимальной до макси­мальной 1:4. Схема внутренних соединений показана на рис. 9.30.

Реле напряжения. Конструкции реле напряжения РН-50 и реле тока РТ-40 в основном аналогичны. Реле напряжения в унифицированной оболочке имеют марку РН-150. Катушки реле напряжения выполнены проводом диаметром 0,1-0,25 мм с числом витков от 2 до 14 тысяч и рассчитаны на длительное подключение к цепям, напряжение которых соответствует номинальному напряжению реле. Механический гаситель колебаний отсутствует. На рис. 9.31 приведена схема внутренних соединений реле максимального напряжения РН-51 для цепей постоян­ного тока. Реле РН-51 реагиру­ет на появление или повышение напряжения. Уставки реле РН-51 для разных исполнений находятся в диапазоне от 0,7 до 320 В (коэффи­циент возврата не менее 0,5).

Рис. 9.31. Схемы внутренних соединений реле напряжения РН-50

Промежуточные реле. Если требуется коммутировать несколь­ко цепей контактами с большой разрывной способностью, то при­меняют промежуточные реле, об­мотка которых получает питание через маломощные контакты измерительных реле. В качестве примера рассмотрим конструкцию проме­жуточного реле РП-23 (рис. 9.31), выполняемого для работы на постоян­ном токе.

Рис. 9.31. Промежуточное реле РП-23

Обмотка реле 1 размещается на сердечнике магнитопровода2 с шарнирно закрепленным якорем 3. Хвостовик 4 якоря механически связан с подвижной контактной системой 7. Реле имеет неподвижные контакты б, возвратную пружину 8, упор 5, регулировочные пластины 10. Основанием служит цоколь 9, закрывается реле кожухом 11. При подаче на обмотку реле напряжения якорь опускается и хвостовиком 4 перемещает контактную систему.

Промежуточные реле должны надежно срабатывать при снижении напряжения питания до 0,7 номинального. У них низкий коэффициент возврата: 0,1 —0,4. Потребляемая мощность при номинальном напря­жении 6—8 Вт, время срабатывания 0,06 с. Имеются и более быстро­действующие промежуточные реле со временем действия до 0,01 с, например серии РП-220, а также реле с замедлением на срабатывание или возврат до 0,12 с, например серии РП-250.

Рис. 9.32. Схема соединений промежуточного реле РП-341

Рис. 9.33. Реле с герконом

Рис. 9.34. Схема соединений промежуточного реле РПГ-202-60

У промежуточных реле, например типа РП-25, РП-311, предназначенных для работы в цепях переменного оперативного тока, магнитопровод выпол­няется шихтованным. Однако более совершенными, с меньшим собствен­ным потреблением, промежуточныереле переменного тока получаются при использовании электромагнитных реле постоянного тока, включенных через полупроводниковые выпрямители, например типа РП-321Т, РП-341. Схема внутренних соединений реле РП-341 приведена на рис. 9.32.

В устройствах релейной защи­ты и автоматики в качестве изме­рительных и, особенно, логичес­ких начинают применять реле с магнитоуправляемыми контак­тами (герконами). Геркон состо­ит из стеклянной колбочки 2 (рис. 9.33), внутрь которой впаяны кон­такты 3 из пружинящего ферро­магнитного материала. В колбе со­здается разрежение. Геркон поме­щается в катушку 1. Если пропу­стить по ней ток, то под действи­ем магнитного поля контакты 3 замкнутся. Герконы обладают вы­соким быстродействием (0,5-2 мс), малым собственным по­треблением (20-100 мВт) и высо­кой надежностью (10⁷-10⁸ переключений). Коммутируемый ток 0,2-1А при 30-110В, ко­эффициент возврата 0,3-0,6.

Для цепей постоянного тока применяют промежуточные герконовые реле РПГ-4 с числом замыкающих контактов от 2 до 6 и РПГ-14, содержащем до трех замыкающих и трех переключающих контактов. Коммутационная способность на постоянном токе при напряжении 24 В — 1 А, при напряжении 220 В — 0,15 А. При переменном токе напряжением 110 В коммути­руется ток 0,4 А, а при напряже­нии 220 В — 0,2 A (cos φ = 0,4). Промежуточные реле РПГ-16 имеют более мощные контакты и снабжены светодиодным указате­лем срабатывания. При напряже­нии 220 В контакты этих реле споcoбны коммутировать токи от 1•10^-6 до 2,5 А, а при редких коммутаци­ях и больше. На рис. 9.34 приведена схема внутренних соединений реле РИГ-16 для одной из модификаций.

Реле времени. Для создания регулируемой выдержки времени при­меняют реле времени. В электромагнитном реле времени ЭВ-100 или ЭВ-200 на катушку 1 (рис. 9.35) подается напряжение. При этом якорь 2 втягивается и сжимает возвратную пружину 3, освобождая палец 4, который упирался в верхнюю часть якоря 2. Под воздействием ведущей пружины 5 начинает вращаться зубчатый сектор 6, укрепленный на оси 7. Сектор 6 находится в зацеплении с шестерней 8. На одном валу с шестерней 8 расположена контактная траверса 9. Таким образом, вра­щение зубчатого сектора 6 вызывает вращение траверсы 9. Для того, чтобы она вращалась с постоянной угловой частотой, используется ча­совой механизм с храповой пружиной. При вращении шестерни 8 происходит сцепление ее вала с ведущей шестерней 10 с помощью фрик­ционного устройства 11, расположенного на оси 12. Часовой механизм (детали 13,14,15) связан с ведущей шестерней 10 через трубку 16 и промежуточные шестерни 17,18.

Поскольку движение траверсы 9 осуществляется с постоянной уг­ловой частотой, то выдержка времени от момента подачи напряжения на катушку 1 до замыкания подвижного контакта 19 (находящегося на траверсе 9) с неподвижными контактами 20 или проскальзывающими контактами 21 зависит от пути, который проходит траверса 9. Изменение уставки осуществляют, перемещая траверсу по шкале реле. Реле имеет и контакты мгновенного действия 22, переключающиеся при втягива­нии якоря 2.

Рис. 9.35. Схема, поясняющая устройство электромагнитного реле времени

Реле времени ЭВ-100 выпускают для работы на постоянном опера­тивном токе, реле времени ЭВ-200 - на переменном. Различные моди­фикации реле времени позволяют устанавливать выдержку времени от 0,1 до 20 с. Мощность, потребляемая обмотками реле времени, равна 15-30 Вт. Контакты реле имеют примерно такую же разрывную мощ­ность, как у реле тока и напряжения.

Реле времени серии ЭВ-200, предназначенное для работы на пере­менном оперативном токе и выполненное аналогично реле ЭВ-100, име­ет значительную потребляемую мощность и может отказать при глубо­ком снижении напряжения в цепях оперативного тока, получающих пи­тание от трансформатора собственных нужд при внешних коротких за­мыканиях. В других модификациях часовой механизм заводится при наличии напряжения в цепи оперативного питания и приходите дей­ствие с замыканием соответствующих контактов при снижении или ис­чезновении этого напряжения. При колебаниях напряжения оператив­ной цепи возможен ложный пуск реле.

Более надежным для цепей с переменным оперативным током явля­ется реле времени серии РВМ с синхронным микродвигателем, схема и конструкция которого показаны на рис. 9.36. Реле содержит насыщаю­щиеся трансформаторы ТЫ и TL2 (рис. 9.36, а), каждый из которых содержит по две секции первичной обмотки (клеммы 1-5,3-7 и 2-6,4-8 ). Эти секции могут включаться последовательно или параллельно для регулировки тока срабатывания. Первичные обмотки насыщающихся трансформаторов ТЫ и TL2 включаются в разные фазы вторичных це­пей трансформаторов тока трехфазного защищаемого объекта. В широком диапазоне изменения тока в первичных обмотках на вторичных обмотках этих трансформаторов поддерживается примерно одинаковое действующее значение напряжения. Пики напряжения и высшие гармо­ники во вторичном напряжении подавляются RC-цепочками, включае­мыми параллельно вторичным обмоткам трансформаторов ТЫ и TL2. Запуск реле времени осуществляется замыканием выводов 9-11 или 11-13, причем с помощью контактов пусковых реле обеспечивается замыкание только одной пары выводов. В этом случае обмотка статора w подключается ко вторичной обмотке трансформатора ТЫ или TL2 и по ней протекает ток. При этом ротор 2 (рис. 9.36, б) втягивается в межполосное расстояние статора микродвигателя и начинает вращаться с частотой, определяемой частотой тока. Трубка 3 на оси ротора входит в зацепление с трехступенчатым редуктором, ее вращение передается рамке 4, на которой закреплены подвижные контакты. Выдержка време­ни зависит оттого пути, который требуется пройти каждому из них до замыкания с проскальзывающими 5 и упорными (конечными) б непод­вижными контактами.

Рис. 9.36. Схема и конструкция реле времени РВМ

При исчезновении тока в первичных обмотках ТЫ и TL2 вращение ротора прекращается и он выходит из межполосного пространства. Трубка 3 расцепляется с редуктором и пружина возвращает рамку 4 в первоначальное положение.

Указательные реле. Указательные реле служат для индикации о сраба­тывании, возврате или несрабатывании отдельных устройств релейной защиты и автоматики. Чаще всего применяются указательные реле, об­мотки которых включаются последовательно с обмотками того аппара­та, действие которого контролируется. При протекании тока по обмот­кам этого аппарата, например, электромагнита отключения YAT высоко­вольтного выключателя, он протекает также и по обмотке указанного реле, которое при этом срабатывает.

В реле типа РУ-21 пластмассовый барабан с диском, на котором имеется три сектора светлого цвета, закрыт скобой черного цвета. При срабатывании реле втягивается якорь электромагнита, под действием груза на диске барабан вместе с диском поворачивается, а в вырезах скобы появляются светлые секторы диска, которые видны в специаль­ном окне корпуса реле. В исходное положение реле возвращается вруч­ную при надавливании на специальный рычаг.

Более новые конструкции указательных реле типа РЭУ 11 представ­ляют собой реле блинкерного типа с электромагнитным приводом и ручным возвратом. Оно состоит из размещенных в пластмассовом кор­пусе двухобмоточного

П-образного электромагнита с поворотным яко­рем, узла индикации и контактного блока. При срабатывании реле в специальном окне корпуса появляется пластина красного цвета. Крас­ный цвет является индикатором срабатывания. В реле имеются замыка­ющий и размыкающий контакты. При срабатывании реле замыкающие контакты замыкаются, а размыкающие —размыкаются. При снятии пи­тания с обмотки реле указатель срабатывания (красная пластина) и кон­такты без самовозврата остаются в том же положении, как при сраба­тывании. Они возвращаются в исходное положение нажатием специ­альной кнопки. Дополнительный контакт реле— повторитель входного сигнала (с самовозвратом) —замыкается при наличии питания на об­мотке управления и размыкается при его отсутствии.

Рис. 9.36. Схема, поясняющая устройство индукционного реле тока

Индукционные реле тока. К обмоткам такого реле подводится перемен­ная электрическая величина (ток, напряжение). Конструкция индукци­онных реле не проще, а время действия существенно больше, чем у реле электромагнитных. Поэтому применение индукционных реле с од­ной подведенной величиной целесообразно только в том случае, если время срабатывания должно зависеть от кратности превышения током в Индукционное реле тока (рис. 9.36) состоит из электромагнита 1, на верхнем и нижнем полюсах которого имеются короткозамкнутые витки 3. На сердечнике электромагнита расположена обмотка 2 с ответвлени­ями для регулирования тока срабатывания. Алюминиевый диск 4 сво­бодно входит в зазор между полюсами электромагнита 1. Ось этого диска укреплена в подшипниках. При токе в обмотке 2, равном 0,1-0,2 от тока срабатывания индукционного элемента, диск 4 приходит во вра­щение. Вращающий момент создается благодаря взаимодействию из­меняющихся во времени магнитных потоков в зазоре между полюсами с токами в диске. Известно, что для получения вращающего момента на диске необходимо иметь по крайней мере два магнитных потока, смещенных в пространстве и сдвинутых по фазе. Эти условия создают­ся благодаря тому, что часть сечения верхнего и нижнего полюсов магнитопровода 7 охвачена короткозамкнутыми витками 3.

Рис. 9.37.Векторная диаграмма индукционного реле тока

Поэтому сум­марный магнитный поток Ф_Р розданный током I_Р в обмотке 2, делит­ся в полюсах на два потока Ф , и Ф ₂ , смещенных в пространстве. Поток Ф_Р1 проходит через часть полюсов, охваченную короткозамкну­тыми витками 3, поток Ф_Р2 проходит через остальную часть полюсов. Под влиянием магнитного потока, пронизывающего короткозамкнутый виток, в нем возникает ток /_К .Этот ток создает магнитный поток Ф_К1. Из-под сечения полюса, охваченного витком, выходит результирующий магнитный поток Ф₁ = Ф_Р1 + Ф_К1. Из-под остальной части полюса вы­ходит поток Ф_II =Ф_P2 ^_Ф_К2. Оба потока пронизывают диск 4 и индуктируют в нем вихревые токи. Э. д. с. Е_к, индуктированная в короткозамкнутом витке потоком Ф_II отстает от него на угол 90° (рис. 9.37). Ток I_к в витке отстает от Е_к на небольшой угол, так как индук­тивность витка невелика. Пренебре­гая потерями на намагничивание, вектор магнитного потока Ф_K1 при­нимаем совпадающим с вектором тока I_К. Вектор ФР1 находим из условия Ф_Р1 = Ф₁ -Ф_К1. Вектор Ф_II совпадает по направлению с вектором Ф , .Вектор Ф_P1 находится из условия Ф_II = Ф_Р2 - Ф_к2. Из векторной диаграммы видно, что

магнитные потоки Ф_I и Ф_II , пронизывающие диск, сдвинуты на угол Ψ . Кроме того, эти потоки разнесены и в пространстве. Каждый из них наводит в диске вихревые токи. Взаимодействие между магнитным пото­ком Ф_|I и вихревым током, наведенным в диске магнитным потоком Ф_II , а также взаимодействие между магнитным потоком Ф_I и вихревым то­ком в диске, наведенным магнитным

(9.57)

потоком Ф_{, создает электромаг­нитную силу F_v действующую на диск:

где/— частота; к' — постоянный коэффициент.

Электромагнитный момент, действующий на диск, равен про­изведению электромагнитной силы на расстояние от точки ее при­ложения до оси диска. Полагая это расстояние,

, (9.58)

а также частоту неизменными, получаем:

, (9.59)

На вращающий диск действует также тормозной момент М.,, кото­рый складывается из момента трения в подшипниках, противодей­ствующего момента спиральной пружины 8 (см. рис. 9.37), тормозных моментов от э. д. с. резания и от успокоительного магнита 5, Момента инерции диска. Э. д. с. резания появляются в диске при его вращении, когда элементарные проводники пересекают магнитные поля Ф_I и Ф_II, и успокоительного магнита. Эти э. д. с. наводят в диске токи, взаимодействие которых с вызвавшими их магнитными потоками создает моменты резания, направленные против направления вращения диска.

Вращение диска происходит под влиянием избыточного вращающего момента М_ИЗ = М₀ - М_Т. На оси диска укреплен подвижный контакт 6. Поворачиваясь под воздействием М_ИЗ диск замыкает подвиж­ной контакт 6 с неподвижным 7. Чем больше М_ИЗ, тем больше частота вращения диска и тем меньше время действия реле.

Регулирование тока срабатывания осуществляется изменением чис­ла витков в обмотке с помощью отпаек. Укрепляя подвижной контакт 7 В различных точках неподвижной шкалы 9, при одном и том же токе срабатывания можно получить различное время действия реле.

Рис. 9.38. Характеристики срабатывания

Промышленность выпускает индукционные реле тока типа РТ-80 и РТ-90

(рис. 9.39). Такое реле является комбинированным, оно имеет индукционный и электромагнитный элементы с общей магнитной сис­темой. Индукционный элемент состоит из магнитопровода 7, на верхнем и нижнем полюсах которого расположены короткозамкнутые витки 2 (рис. 9.39, а). На магнитопроводе находится обмотка 3 с ответ­влениями для регулирования тока срабатывания. Эти ответвления под­ведены к штепсельному блоку 4 и переключаются с помощью винтов 5. Алюминиевый диск 16 свободно входит в зазор между полюсами магнитопровода 1. Ось этого диска укреплена в подшипниках подвиж­ной рамки 13, а сама рамка может вращаться вокруг оси 14-17. Пружина 18 оттягивает рамку 13 в одно из крайних положений до упора. На оси диска 16 имеется червяк 11. При повороте рамки 13 против усилия пружины червяк входит в зацепление с зубчатым сегментом 12, который может свободно перемещаться вверх и вниз. Когда ток в катушке 3 достигнет 0,1-0,2 тока срабатывания реле, диск 16 начнет вращаться под действием силы F_Э Однако реле еще не срабатывает, так как сегмент 12 не входит в зацепление с червяком 11. Диск проходит в зазоре между полюсами постоянного магнита 15. Его магнитный поток наводит в диске вихревые токи и создает противодей­ствующую силу F_Т (рис. 9.39, б). Чем больше ток в обмотке реле, тем больше сила F_Э и выше частота вращения диска, тем больше и сила F_Т Равенство сил F_Э и F_T наступает при установившейся частоте вращения диска. Равнодействующая сил F₃ и F_T стремится повернуть диск с рам­кой 13 вокруг оси. При определенном значении тока (токе срабатыва­ния) эта равнодействующая преодолеет силу F_Т пружины 18 и рамка 13 повернется вокруг своей оси. Сегмент 12 войдет в зацепление с червя­ком 11. Рычаг сегмента начнет подниматься, упрется в коромысло 10 и поднимет его. Коромысло жестко связано с якорем 6, поэтому после­дний повернется так, что воздушный зазор между его правым краем и магнитопроводом 1 уменьшится. Якорь притянется к электромагниту и коромыслом 10 замкнет контак­ты 9.

Рис. 9.39. Схема, поясняющая устройство РТ-80

Время между началом зацепле­ния сегмента 12 с червяком 11 и за­мыканием контактов определяется скоростью подъема рычага сегмен­та и длиной пути, которую проходит после­дний. Скорость подъема зависит от частоты вращения дис­ка, т. е. от тока I. Длина пути зави­сит от начального положения сег­мента. Его можно регулировать пе­ремещением движка 19 по винту 8. Поэтому при одном и том же токе срабатывания можно получить различные выдержки времени.

Если ток в катушке реле достигнет значения (2 - 8)I_СР , то якорь 6 мгновенно повернется и замкнет контакты 9. В этом случае реле дей­ствует без выдержки времени. Уставку срабатывания индукционной системы регулируют изменением числа витков обмотки 3. При данном числе витков регулировку уставки электромагнитной системы осуще­ствляют, изменяя воздушный зазор между правым краем якоря 6 и магнитопроводом 1 с помощью винта 7.

Контакты реле имеют два исполнения: нормальное и усиленное. Кон­такты нормального исполнения являются замыкающими. Однако, при необходимости простой перестановкой подвижного и неподвижного контактов можно их переделать на размыкающие. Усиленные контак­ты выполнены переключающими. Размыкающие и замыкающие кон­такты кинематически связаны таким образом, что сначала происходит замыкание замыкающего контакта и лишь после этого—размыкание размыкающего контакта. Замыкающий контакт реле предназначен для за­мыкания цепи катушки отключения YAТ высоковольтного выключателя, размыкающий—для дешунтирования этой катушки в схемах с питанием ее оперативным переменным током от трансформатора тока.

Использование индукционной и электромагнитной систем в реле РТ-80 и РТ-90 позволяет выполнить с помощью одного реле и токовую отсечку от коротких замыканий, и максимальную токовую защиту с выдержкой времени от перегрузки. Коэффициент возврата индукцион­ного элемента 0,8. Недостатком реле является сложность конструкции и большое собственное потребление при срабатывании (10-30 ВА).

9.5.4 Принципы выполнения и действия максимальной токовой защиты. Схема защиты, назначение элементов схемы. Выбор уставок по току, времени, проверка чувствительности защиты . Максимальная токовая защита с пуском по напряжению.

Максимальная токовая защита реагирует на увеличение тока при к.з. или перегрузке. Если несколько последовательных участков сети обору­дованы самостоятельными защитами этого типа, то селективность их дей­ствия обеспечивается с помощью выдержки времени.

Рисунок 9.40 Схема сети с односторонним питанием (а) , cтупенчатый график выдержки времени (б), и зависимости (в)

Принцип обеспечения селективности защиты последовательных участков поясним на примере сети с односторонним питанием (рис. 9.40,а). При коротком замыкании в точке К5 ток повреждения прохо­дит от источника по всем участкам, вызывая срабатывание токовых реле защит АК1, АК2, АКЗ, выполненных по схеме рис. 9.41. Однако сработать должна только защита АКЗ. При к.з. в точке к2 должна сработать только защита АК2 и т. д. Такая селективность достигается специальным выбором уставки реле времени на каждой из защит АК1, АК2, АКЗ по ступенчатому принципу. Защита АКЗ имеет наименьшую выдержку времени, защита АК2 более длительную. Защита АК1 имеет наибольшую выдержку времени.

Рис.9.41Трёхфазная максимальная токовая защита линий

Рассмотрим график зависимости времени срабатывания t защит от места короткого замыкания (рис. 9.40,б). Защита АК1 имеет время дей­ствия t₁,защита АК2—время t₂, и т.д. Выдержка времени определяется реле времени, она не зависит от величины тока короткого замыкания. Поэтому такая защита называется защитой с независимой выдержкой времени. Как следует из

рис. 9.40, б:

t_{=t₂+ Δt, t₂=t₃+ Δt, (9.60)

где Δt — ступень селективности. Для защиты с независимой выдерж­кой времени ступень селективности принимают 0,4-0,6 с.

Ток срабатывания защиты

, (9.61)

где к₃ —коэффициент запаса, равный 1,1-1,2; к_В — коэффициент воз­врата; I_Н,МАХ — максимальный рабочий ток нормального режима (с учетом самозапуска асинхронных электродвигателей из-за возмож­ного кратковременного отключения напряжения с последующим его восстановлением).

Уже отмечалось, что при к.з., например, в точке кЗ (рис. 9.40, а) ток повреждения проходит через все защиты и они могут прийти в действие. После отключения защитой А КЗ своего выключателя Q3 все остальные защиты должны вернуться в исходное состояние при оставшемся в ли­нии рабочем токе. Для обеспечения условий надежного возврата защит в выражение (9.61) и вводят коэффициент возврата К_В.

Ток срабатывания реле зависит от коэффициента трансформации трансформаторов тока К и схемы их включения:

, (9.62)

где к — коэффициент схемы для нормального режима работы сети.

Чувствительность защиты определяется по условию:

, (9.63)

Где I ^(m)_{K. min} — минимальный ток к.з. при повреждении в конце защищае­мой зоны; K^(m)_CX — коэффициент схемы для режима, при котором опреде­ляется минимальный ток к.з.; I _р.min — ток в реле, соответствующий мини­мальному значению тока заданного вида к.з. в расчетной точке. Напри­мер, для защиты АК1 (рис. 9.40, а) расчетные точки к.з. принимаются на шинах подстанций Б к В. В этом случае защита АК1 для участка А-Б будет основной, а для участка Б-В — резервной. Для основной защиты необходимо выполнение условия К_Ч ≥1,5, а для резервной К_Ч ≥1,2. Поскольку ток I_СЗ, вычисляемый по выражению (9.61), соответствует нормальному (симметричному) режиму, то в формулах (9.62) и (9.63) принимают К_СХ = К⁽³⁾_СХ. Значение K^(m)_CX зависит от вида к.з., для которого вычисляют ток I_{K min}. Если рассматривается трехфазное к.з. (I_{k min} = I ⁽³⁾_{K. min}), то в формуле (4.9) принимают К^(m)_СХ = К⁽²⁾_СХ. При двухфазном к.з. (I_{k min} = I ⁽²⁾_{K. min}) принимают К^(m)_СХ = К⁽²⁾_СХ, величину ко­торого находят по таблице.

Выбор вида к.з. (I ⁽²⁾_{K. min} или I ⁽³⁾_{K. min}) зависит оттого, какой ток мень­ше. Для удаленных от электрических станций к.з. I ⁽³⁾_K = I⁽³⁾_K / 2 = 0,866 I⁽³⁾_K. Поскольку в этом случае ток двухфазного к.з. меньше тока трехфазного к.з., то в качестве расчетного в формуле (9.63) принимают I⁽³⁾_K. При к.з. вблизи источников питания I⁽²⁾_K может быть больше I⁽³⁾_K. В этом случаев качестве расчетного принимают I⁽³⁾_K.

Изменения сопротивления энергосистемы существенно влияют на длину защищаемой зоны. Это можно иллюстрировать графи­ками рис. 9.40, в, на которых кривая 1 — это зависимость тока к.з. I_К в месте установки защиты от расстояния до места к.з. в режи­ме максимума энергосистемы; кривая 2 — та же зависимость в режиме минимума энергосистемы. Параллельно оси абсцисс про­ведена прямая, соответствующая току срабатывания Т_а защиты, вычисленному на основании (9.61). Точки пересечения кривых 7 и 2 с линией тока срабатывания определяют длину защищаемой зоны: в режиме максимума энергосистемы эта длина равна режиме минимума энергосистемы она сокращается до

Кривые 3 и 4 получены из кривых 1 и 2 делением токов к.з. на коэф­фициент чувствительности K_H. Их пересечение с линией тока срабаты­вания / определяет зону устойчивой и неустойчивой работы. Для ре­жима максимума энергосистемы длина определяет зону устойчи­вой работы защиты с коэффициентом чувствительности, равным или большим нормативного значения, а длина соответствует зоне не­устойчивой работы (с коэффициентом чувствительности меньше нор­мативного значения). Для режима минимума энергосистемы зона ус­тойчивой работы равна а зона неустойчивой работы— .

Достоинством защиты является ее простота, недостатками — боль­шие выдержки времени, увеличивающиеся по мере приближения к ис­точнику питания, и нестабильность зоны защиты. Защита широко ис­пользуется в радиальных линиях всех напряжений.