Реле контролю та захисту

Реле зазвичай складається з трьох основних функціональних елементів: сприймаючого, проміжного і виконавчого. Сприймаючий елемент сприймає контрольо­вану величину і перетворює її в іншу фізичну величину. Проміжний елемент порівнює значення цієї величини із заданим значенням і при його перевищенні формує керуючий вплив на виконавчий елемент. Виконавчий елемент здійснює комутацію керованих кіл. Всі ці елементи можуть бути явно вираженими або об'єднаними один з іншим.

Електромагнітні реле струму і напруги Електромагнітні реле завдяки простоті конструкції і високій надійності широко використовуються в схемах електропривода та захисту енергосистем. Електромагнітні реле приводяться в дію за допомогою електромагнітів постійного чи змінного струму. Реле постійного струму діляться на нейтральні і поляризовані. Нейтральні реле однаково реагують на постійний струм, що протікає по його обмотці в обох напрямках, а поляризовані реле реагують на полярність керуючого сигналу.		Рис. 14.3. Вигляд елек­тромаг­нітного реле
Рис. 14.4. Будова реле	Робота електромагнітних реле (рис. 14.4) базується на вико­рис­танні електромагнітних сил, що виникають в метале­вому осерді 1 при проходженні струму по витках його котушки 2. Деталі реле вмонтовуються на підставці. Під дією сих сил відбувається рух якоря електромагніта 3. У початковому положенні якір утримується пружиною 4. При подачі напруги електромагніт притягає якір, долаючи зусилля протидіючої пружини, і замикає або розмикає контакти 5 залежно від конструкції реле. Після відключення напруги пружина 4 повертає якір 3 в початкове положення.

Узгодження тягових і протидіючих характеристик.

Рис. 14.5. Тягова і проти­діюча характеристики реле

Розглянемо роботу реле постійного струму з найпростішою магнітною системою клапанного типу. На рис. 14.5 зображені тягова і протидіюча механічна характеристики реле. Протиді­ючі зусилля створюються поворотною Р1 та контактними Р2 пружинами. Зусилля контактних пружин створює попередній натиск в момент зіткнення контактів. У результаті зменшується вібрація контактів при спрацюванні і забезпечується не обхід­ний контактний натиск. З урахуванням лінійної залежності зміни сили пружини від її деформації і невеликого переміщення якоря протидіюче зусилля пружин, приведене до якоря, міняється лінійно зі зміною зазору. Для спрацьовування реле необхідно, щоб тягова характеристика Ре1 у всіх точках перемі­щення якоря йшла вище сумарної протидіючої характеристики Рп = Р1 +Р2.

При ненасиченій магнітній системі тягова сила Р_еі пропорційна квадрату струму. Найменше значення струму, при якому крива Р_еі починає проходити вище залежності Р_п визначає струм зрушення І_зр реле. Спрацювання реле визначається точкою в (повітряний про­міжок =_н), при якій Р_еі йде вище Р_п. Для надійного включення в обмотку реле зви­чай­но подається струм І_р>І_зр. Коефіцієнт запасу при цьому к_з=І_р/І_зр і звичайно складає к_з= 1,4.

З ростом к_з тягова характеристика піднімається, збільшується тягове електромагнітне зусилля, що діє на якір, збільшується прискорення якоря, скорочується повний час включення. Однак при цьому зростають удари в механізмі і вібрація контактів. Для того щоб усунути залипання якоря, у магнітній системі завжди створюється кінцевий зазор _к. При цьому зазорі стискуюче зусилля значно перевищує протидіюче.

Для відключення реле тягова характеристика Р_е2 у всіх точках повинна бути нижче характеристики Р_п. При цьому зусилля, що розвивається протидіючими пружинами, більше електромагнітного зусилля і якір повертається в початкове положення. Струм при такому положенні характеристики називається струмом відпускання чи струмом повернення. При відпусканні реле визначальною точкою є точка б, у якій характеристика Р_е йде нижче характеристики Р_п.

Для реле захисту енергосистем і електропривода, що контролюють значення струму у вузьких межах, коефіцієнт повернення к_в=І_відп/І_спр повинний бути якомога ближче до одиниці. Якщо реле застосовується для захисту установки від надмірного зниження напруги мережі, то воно також повинне мати високий к_в. Для збільшення к_в необхідно максимально зблизити тягову і протидіючу характеристики з метою зменшення Р_надл. У реле, як правило, основне протидіюче зусилля створюється поворотною пружиною. Зусилля контактної пружини невелике, і при розгляді коефіцієнта повернення ним можна знехтувати. Для одержання високого к_в протидіюча характеристика повинна бути такою ж нелінійної, як і тягова. Для максимального зближення тягової і протидіючої характеристик останній можна додати нелінійний характер. Домогтися цього вдається ціною складних конструктивних рішень, що знижують надійність реле (протидіюче зусилля створюється декількома пружинами). Такі рішення застосовуються рідко.

У найпростішому випадку і при одній пружині рекомендується вибирати її з найбільшою можливою жорсткістю, щоб протидіюча характеристика збігалася з дотичною, проведеної до тягової характеристики при =н. У цьому випадку значення Р_над буде мінімальним, a к_в максимальним.

Коефіцієнт повернення може легко мінятися за рахунок зміни кінцевого робочого зазору. Оскільки початковий зазор не міняється, то і струм спрацювання І_спр залишається без зміни. При зміні кінцевого зазору сила поворотної пружини залишається практично незмінною, тому що її деформація невелика, а зміна довжини на частку міліметра не змінює істотно зусилля. Нехай _к1 > _к2 тоді:

Таким чином, чим більше к, тим вище к_в. Якщо вибрати досить велике значення _к і малий робочий хід якоря, рівний _н-_к, то характеристика протидіючої пружини досить близько підійде до тягової і коефіцієнт повернення може бути приблизно 0,7—0,8.

Якщо змінювати початковий зазор dн при dк=соnst, то при тих ж допущеннях одержимо

.

З ростом початкового зазору dн коефіцієнт повернення k_в зменшується.

Крім зазначених факторів на коефіцієнт повернення реле впливають тертя деталей електромагніта, які переміщуються, і гістерезис матеріалу магнітопроводу. Тертя є додатковим зусиллям опору і викликає збільшення струму зрушення. Тертя перешкоджає і відпусканню. Для того щоб тертя менше позначалося на коефіцієнті повернення, зусилля протидіючої пружини повинне значно перевищувати силу тертя.

Тягова характеристика електромагнітів змінного струму більш полога, ніж електро­магнітів постійного струму, і її легше узгодити з протидіючою. Тому високий коефіцієнт повернення в реле змінного струму досягається легше, ніж у реле постійного струму.

У ряді випадків струм чи напруга відпускання реле в схемах автоматики повинні бути значно менше струму чи напруги спрацювання. У цих схемах застосовуються реле з низьким коефіцієнтом повернення. При необхідно контролювати зменшення вхідного параметра використовуються мінімальні реле. Параметром спрацювання таких реле називається значення параметру, при якому відбувається відпускання якоря, а параметром повернення U_пов — значення, при якому якір притягається до полюсів електромагніта. Тоді коефіцієнт поверненя таких реле к_в>1.

Конструкція електромагнітних реле.

Рис. 14.6. Будова реле РТ-40.

Реле струму РТ-40 (рис. 14.6). На шихтова­ному магнітопроводі 6 П-подібної форми роз­мі­щені дві обмотки 7, які створюють магнітний потік Ф. Потік зами­кається по легкому (для підвищення швидкодії) Г-подібному якорі 3. Під дією електромагніт­ного моменту якір старається повернутися за годин­никовою стріл­кою від упору 2 до упору 1. Механічний мо­мент створюється спеціаль­ною пружиною 14. При струмі спрацювання електромагнітний мо­мент при всіх кутах повороту між упорами є більшим від проти­діючого механічного момен­ту. З якорем за допомогою ізоляційної планки 8 зв’язані два рухомі мостикові контакти 10. При спрацю­ванні реле відбувається комутація кон­так­тів 9 або 13. При струмі відпускання під дією механічного моменту відбувається пово­рот якоря проти годинникової стрілки. Грубе регулювання струму спрацювання реле здійснюється шляхом різного (послідов­ного або паралельного) з’єднання обмоток 7. Плавне регулювання виконується шляхом переміщення уставки 11 на шкалі уставок 12.

Зміна уставки 11 приводить до підйому чи опускання механічної характеристики реле. Реле може працювати як на постійному так і на змінному струмах. Для усунення вібрацій якоря, які виникають при роботі на змінному струмі, застосовується гасник коливань 5, в якому енергія коливань переходить в роботу тертя частинок піску.

Рис. 14.7. Будова реле РЭВ-300.

Реле постійного струму серії РЭВ-300 (рис. 14.7) Реле цієї серії випускаються і як реле напруги, і як реле струму. Магні­то­­провід 1 U-подібної форми викона­ний з прута круглого перетину. Плос­кий якір 2 обертається на призмі, що забезпечує високу механічну зносо­стійкість реле. Обмотка 3 виконується з мідної шини. Регулювання зусилля пружини 5 здійснюється гайкою 6. Ізоляційна пластина 7 зв'язує якір з рухливим контактом 8.

Реле має два нерухомі контакти 9 і 10. Рухомий контакт 8 з'єднується з виводом 11 за допомогою гнучкого зв'язку 12. Високий коефіцієнт повернення досягається завдяки досить великому кінцевому зазору і малому ходу якоря (одиниці міліметра).

Уставка за струмом спрацювання регулюється в межах 30—65 % Іном зміною початкового стиску пружини 5. Уставка спрацьовування реле напруги зміною початкового стиску пружини 5 міняється в межах 30— 50 % Uном. При збільшенні стиску пружини росте напруга зрушення Uзр і збільшується час зрушення.

Коефіцієнт повернення реле регулюється зміною величини кінцевого зазору. Регулювання кінцевого зазору і ходу якоря здійснюється зміною положення нерухомих контактів 10, 9. При підйомі контакту 10 зазор збільшується. При опусканні контакту 9 зменшується хід якоря.