Реле косвенного действия

Реле косвенного действия
Измерительные первичные реле косвенного действия, воспринимающая часть которых включается в первичную цепь, применяются только в рассмотренных ранее магнитных пускателях для электроустановок напряжением до 1000 В. В остальных случаях используют вторичные реле косвенного действия, преимущественно электромеханические с разрывными контактами в качестве исполнительной части (контактные реле), воспринимающая часть которых связана с контролируемой первичной цепью через измерительные трансформаторы. Рассмотрим некоторые из них.
Электромагнитное реле максимального тока РТ-40 (рис. 1) содержит электромагнитную систему, состоящую из П-образного шихтованного сердечника 6 с обмоткой 5 и поворотного якоря 4.
Якорь 4 закреплен на планке 3, которая подвижно установлена в цапфах 2. Оправки 23 цапф размещены в гнездах алюминиевой стойки и закреплены винтами. На планке 3 также закреплены демпфер 1 и пластмассовая колодка 14 с подвижным контактным мостиком 15, установленным на оси 16.
Для создания противодействующего момента служит спиральная пружина 13, одним концом связанная с поводком 7 планки 3, а другим — через втулку 5 и ось 9 с поводком 10, свободный конец 11 которого является указателем уставок тока срабатывания, нанесенных на шкале 12.

Рис. 1 Реле РТ-40
Неподвижная контактная система закреплена на пластмассовой колодке 20 винтами 19 и состоит из контактных пружин 17 с контактными пластинами 22, передних 21 и задних 18 упоров. Все рассмотренные части крепятся на алюминиевой стойке, а она в свою очередь — на основании пластмассового корпуса, снабженного съемной крышкой.
Рассмотрим работу реле. При достижении силы тока в контролируемой цепи заданного значения (уставки) якорь 4 под действием электромагнитной силы повернется по часовой стрелке, преодолевая противодействующий момент пружины 13. Контактный мостик 15 входит в соприкосновение с контактными пластинами 22 и замыкается управляемая цепь. Этот процесс называется срабатыванием реле. Пороговое значение воздействующей величины со стороны контролируемой цепи, при котором реле срабатывает, называют параметром срабатывания, а при котором реле возвращается в исходное состояние — параметром возврата. Отношение параметра возврата реле к параметру срабатывания называют коэффициентом возврата.
Для рассматриваемого реле максимального тока воздействующей величиной служит ток в контролируемой цепи, следовательно, параметром срабатывания является ток срабатывания І ср, параметром возврата —ток возврата І в, а коэффициент возврата токового реле кв= І в/ І ср.
На рис. 1 для упрощения показан только один замыкающий контакт, однако реле РТ-40 может иметь два контакта (замыкающий и размыкающий). При этом подвижный контакт несет два контактных мостика, один из которых в исходном положении реле замыкает первую пару контактных пластин, а другой при срабатывании реле замыкает вторую пару контактных пластин, причем первая пара контактных пластин размыкается.
Комбинированное реле тока серии РТ. Реле серии РТ содержит индукционный воспринимающий элемент, действующий с выдержкой времени, зависимой от тока, и электромагнитный воспринимающий элемент мгновенного действия (отсечка), действующий при больших значениях тока. Выпускают следующие реле этой серии: РТ-81, РТ-82, РТ-83, РТ-84, РТ-85, РТ-86, РТ-91 и РТ-95. Имея аналогичное устройство, они отличаются, характеристиками, числом или конструкцией контактов.
Реле РТ-81 и РТ-82 имеют один замыкающий контакт, а реле РТ-83 и РТ-86 — усиленные переключающие контакты и предназначены для работы в цепях с использованием трансформаторов тока в качестве источников оперативного тока, причем реле РТ-86 снабжено дополнительным сигнальным контактом, действующим от индукционного элемента. Реле РТ-83 и РТ-84 имеют два замыкающих контакта (главный — работающий от электромагнитного элемента и сигнальный — действующий от индукционного элемента).
У реле РТ-90 (РТ-91) и РТ-95 выдержка времени в большей части характеристики не зависит от тока (зависимость сказывается только до четырехкратного тока срабатывания), причем РТ-91 имеет только один замыкающий контакт обычного исполнения, а реле РТ-95 — усиленный переключающий контакт.
В реле РТ-80 (рис.2, а) разомкнутый магнитопровод 20 с обмоткой 15 и короткозамкнутым витком 22 образует в сочетании с алюминиевым диском 21 и тормозным магнитом 36 индукционный воспринимающий элемент, а в сочетании с ярмом 19 и якорем 10 —электромагнитный воспринимающий элемент.
Исполнительным элементом служат мощные контакты 5 и 7, что позволяет часто обходиться без промежуточных реле. Промежуточный элемент, связывающий воспринимающий и исполнительный элементы, состоит из червяка 3, закрепленного на оси 26 алюминиевого диска 21, и зубчатого сектора 1, вращающегося на оси, закрепленной скобой 37, и опирающегося рычагом 8 на поводок 23. Последний с помощью винта 35 закрепляется в нужном положении на шкале 34 уставок времени. Ось алюминиевого диска находится в подшипниках 2, размещенных в теле рамки 33, которая подвижно установлена в подпятниках 39, размещенных в стойках 30. Угол поворота рамки 33 ограничивается упорным винтом 25 с гайкой 24. Рамка 33 удерживается в исходном положении пружиной 29, связанной с пружинящей скобой 32. Изменение положения и натяжение пружины 32 осуществляется регулировочными винтами 28 и 31.

Рис. 2 Реле РТ-80:
а — устройство, б принцип действия
Для регулирования тока срабатывания обмотка 15 выполнена с ответвлениями 16, выведенными на штепсельный переключатель 17. Уставка по току определяется положением штепсельных винтов 18. Питание к обмотке подается через зажимы 5.
Регулирование тока срабатывания отсечки осуществляется изменением расстояния между правым концом якоря и магнитопроводом с помощью регулировочного винта 12 со шкалой уставок
13. Упорная пластинка 11 предотвращает самопроизвольное проворачивание регулировочного винта 12.
В реле серии РТ используются миниатюрные радиально-упорные подшипники каждый с четырьмя микрошариками, находящимися во втулке, насаженной на верхний конец оси диска. Ось нижнего подпятника заточена на конус. Все это способствует значительному уменьшению трения при вращении диска.
Пунктиром на рисунке показаны сигнальные контакты 38. Реле заключено в кожух с пластмассовой съемной крышкой, снабженной указателем срабатывания, и металлическим основанием. Реле работает следующим образом (рис.2, б). При протекании тока по обмотке реле создается магнитный поток, часть которого проходит через один участок полюса, охваченный короткозамкнутым витком, а часть — через другой участок.
В короткозамкнутом витке индуктируется ток, создающий свой магнитный поток, отстающий по фазе от основного. В результате этого через участок полюса, охваченный короткозамкнутым витком, проходит суммарный поток, образованный при наложении потока короткозамкнутого витка на часть основного потока, созданного обмоткой реле. Этот поток сдвинут по фазе от потока смежного участка. Таким образом, между полюсами имеются два потока, сдвинутых по фазе и в пространстве, пронизывающих диск. Образуется бегущее магнитное поле, под действием которого возникают сила F1 и вращающий момент, действующий на диск.
При токе 20—30% тока срабатывания реле диск начинает вращаться. При вращении диска в его участке, находящемся между полюсами постоянного магнита 36, индуктируется ток, вследствие чего возникает противодействующая сила FII в соответствующий момент M2. Поскольку обе силы действуют в одном направлении, по одну сторону от оси вращения рамки 33, последняя стремится повернуться по часовой стрелке, но этому препятствует пружина 29. При токе в обмотке реле, равном току срабатывания, силы F1 и FII преодолевают силу пружины 29. Рамка 33 и алюминиевый диск смещаются по часовой стрелке, червяк 3 входит в зацепление с зубчатым сектором 1 и стальная скоба 27 притягивается к магнитопроводу, чем предупреждается случайное расцепление сектора с червяком при работе реле; зубчатый сектор начнет подниматься вверх и, когда его рычаг 8 придет в соприкосновение с коромыслом 4, последнее будет подниматься, якорь станет поворачиваться и его правый конец приблизится к магнитопроводу, а через некоторое время резко притянется к нему. При этом коромысло 4 воздействует упором 9 на подвижный контакт 7 и прижимает его к неподвижному контакту 6. Очевидно, чем больше ток, протекающий через обмотку реле, тем быстрее вращается диск, поднимается зубчатый сектор и срабатывает реле.
Если по обмотке реле будет протекать очень большой ток, равный току срабатывания электромагнитного элемента или превышающий его, правая часть якоря притянется к магнитопроводу 20 и коромыслом 4 на левой части якоря воздействует на подвижный; контакт 7, который придет в соприкосновение с контактом 6.
Короткозамкнутый виток 14 в правой части якоря обеспечивает четкую работу электромагнитного элемента без вибраций якоря. При этом реле срабатывает без выдержки времени, как бы отсекая зависимую от времени характеристику, в связи с чем электромагнитный элемент в реле серии РТ называют отсечкой. Ток срабатывания отсечки может устанавливаться с помощью винта 12 от двух- до восьмикратного тока срабатывания индукционного элемента реле.
Реле направления мощности серии РБМ. Индукционное реле серии РБМ-170 (рис.2, а) имеет магнитопровод с замкнутым ярмом 13 прямоугольной формы с четырьмя выступающими внутрь полюсами 3, на двух из которых расположена токовая обмотка 1. Обмотка напряжения 2 размещена на ярме и состоит из четырех последовательно соединенных катушек.
Между полюсами находится стальной цилиндрический сердечник 14, часть боковой поверхности которого спилена на плоскость. В зазоре между полюсами и сердечником размещен полый алюминиевый ротор 4 (барабанчик), который выполнен в виде стакана, сидящего на оси 7, проходящей внутри сердечника и установленной в подпятниках 6 и 15. На оси также закреплены подвижный контакт 9 и ограничитель 8 угла поворота ротора. Токоподводом к подвижному контакту служит спиральная пружина 5, обеспечивающая также возврат ротора в исходное положение и называемая возвратной пружиной. Неподвижный контакт 10 расположен на специальной площадке 12, закрепленной на стойке 11.
Рассмотрим принцип действия реле (рис.2, б). Алюминиевый ротор 4 пронизывается двумя магнитными потоками Ф1 и Ф2, создаваемыми соответственно током Ір, протекающим по токовой обмотке 1 (пропорциональным току нагрузки) и током Ін протекающим по обмотке напряжения 2 (пропорциональным напряжению на этой обмотке). Эти потоки смещены в пространстве на угол 90°. Если потоки Ф1 и Ф2 сдвинуты также и по фазе на угол ψ, то создается вращающий момент Мвр, действующий на ротор, а следовательно, и на всю подвижную систему реле, включающую указанные выше элементы, находящиеся на оси 7: Мвр= кФ1Ф2sinψ, где к — коэффициент пропорциональности.
Учитывая, что магнитный поток Ф1 пропорционален току Ір в обмотке 1, магнитный поток Ф2 пропорционален напряжению Up, приложенному к обмотке 2, а угол ψ=a-φ (рис. 48, в) момент вращения Мвр= к Up Ір sin (а- φ), где а—внутренний угол реле, т. е. сдвига по фазе между напряжением, подведенным к реле, и током в обмотке напряжения, а φ - угол сдвига по фазе между напряжением и током, подведенным к реле.
Рассмотрим поведение реле при неизменных значениях тока и напряжения, подведенных к реле и изменений угла. В положении, показанном на векторной диаграмме, угол φ меньше угла а, момент Мвр, как видно из формулы, будет иметь, положительное значение, а реле действовать в направлении, замыкания контактов.
По мере увеличения угла φ разность углов (а- φ) и момент Мвр будут уменьшаться. Когда угол φ станет равен углу а, момент Мвр примет нулевое значение, а при дальнейшем увеличении угла φ изменит свой знак и реле станет действовать в направлении размыкания контактов. Отрицательный момент достигнет наибольшего значения при разности углов а- φ = —90°, когда sin (а - φ) = -1.
При последующем увеличении угла абсолютное значение момента Мвр будет уменьшаться и станет равным нулю, когда φ=1800+а. После этого при увеличении угла φ вращающий момент Мвр принимает положительное значение и достигает максимума при φ=2700+а
(или при φ = а—90°).
Линия 0—0 называется линией нулевых моментов, а М – М - линией максимальных моментов. На диаграмме заштрихована область, где момент Мвр реле принимает отрицательное значение (реле клинит).
Угол между положительной полуосью линии максимальных моментов, расположенной в незаштрихованной области, и вектором подведенного к реле напряжения Up называется углом максимальной чувствительности реле направления мощности.
Рассмотренная конструкция реле индукционной системы используется не только для реле направления мощности, но и для других видов измерительных реле (например, сопротивления, частоты), которые отличаются параметрами обмоток и схемой включения.
Выпускаемые промышленностью реле направления мощности серии РБМ имеют следующие углы максимальной чувствительности: РБМ-171 и РБМ-271 — (—30°) или (—45°); РБМ-177 и РБМ-277 — ( + 70°); РБМ-178 и РБМ-288 — (+ 70°); РБМ-275 — 0°; РБМ-276— ( + 90°).
Дифференциальные реле серии РНТ-560. Дифференциальные реле этой серии получили широкое распространение в дифференциальных защитах, работающих на принципе сравнения токов, протекающих в начале и конце защищаемого участка.
Реле РНТ-560 состоит из промежуточного насыщающегося трансформатора тока НТ и реле максимального тока РТ. Основной частью этого реле служит трехстержневой насыщающийся трансформатор НТ с первичными обмотками, включаемыми в токовые цепи дифференциальной защиты , вторичной обмоткой ω1 питающей реле максимального тока РТ (выполняющего функцию исполнительного органа реле РНТ-560), и короткозамкнутой обмоткой ωк.з.
На среднем стержне размещены первичная обмотка ω1
из секций короткозамкнутой обмотки ωк.з. На левом крайнем стержне размещена вторичная обмотка ω2, а на правом секция короткозамкнутой обмотки ωк.з.
Ток І2 во вторичной обмотке и, следовательно, воздействующий на исполнительное реле РГ индуктируется результирующим магнитным потоком, создаваемым токами І1 первичных и Ік.з. короткозамкнутой обмоток. Короткозамкнутая обмотка позволяет ,улучшить отстройку от токов небаланса, особенно при переходных процессах, а также повысить надежность и чувствительность соответствующих защит при коротком замыкании на защищаемом участке.
Первичные обмотки имеют ответвления, выведенные на штепсельную колодку, что позволяет регулировать ток уставки и выравнивать намагничивающие силы, возникающие под действием разных вторичных токов в плечах защиты.
Реле РНТ-565 служит для дифференциальной-защиты трансформаторов и генераторов, содержит первичную рабочую обмотку, три уравнительные первичные обмотки (основную, первую и вторую), вторичную и короткозамкнутую.
Для защиты, трехобмоточных трансформаторов в плечо с большим током включается только рабочая обмотка и ток срабатывания может быть установлен от 2,87 до 12,5 А. Для защиты двухобмоточных трансформаторов и генераторов (для выбора уставок) используют уравнительные обмотки, а ток срабатывания может быть установлен от 1,45 до 12,5 А.
Регулируемый резистор Rк.з. включается последовательно с короткозамкнутой обмоткой и позволяет изменить степень отстройки реле от токов небаланса при переходных процессах. При уменьшении сопротивления степень отстройки повышается.
Регулируемый резистор Rш включается параллельно обмотке исполнительного реле РТ и позволяет в некоторых пределах регулировать ток срабатывания реле РНТ.
Реле РНТ-566 и РНТ-566/2 служат для защиты силовых трансформаторов при значительной разности подводимых к нему вторичных токов и содержат только первичные рабочие обмотки (три в реле РНТ-566 и две в реле РНТ-566/2).
Реле РНТ-567 и РНТ-567/2 предназначены для дифференциальной защиты шин и имеют две рабочие первичные, обмотки. Токи срабатывания регулируются при включении первой или второй рабочей обмотки в пределах 5,26—100 А для реле РНТ-567 и 1,05— 20 А для реле РНТ-567/2.
Все элементы реле РНТ (насыщающийся трансформатор, реле РТ-40, резисторы и пластмассовые колодки с зажимами) устанавливают на металлическом цоколе и закрывают съемным кожухом.