Электромеханические элементы

Курсовая работа

на тему:

"Электромеханические элементы"

1. Общие сведения об электромеханических системах

На основе электромеханических элементов создавались устройства релейной защиты и автоматики первого поколения. Начиная с 60-х годов электромеханическая элементная база стала заменяться полупроводниковой, а затем микропроцессорной. Однако и сейчас в устройствах релейной защиты и автоматики систем электроснабжения используют электромеханические реле: электромагнитные, индукционные, магнитоэлектрические. По назначению они делятся на измерительные и логические. Под электромеханическим реле, согласно ГОСТ 16022—83, понимают электрическое реле, работа которого основана на использовании относительного перемещения его механических элементов под воздействием электрического тока, протекающего по его обмотке.

На основе электромеханических систем можно создать измерительные реле с одной воздействующей величиной и более, реагирующие элементы схем сравнения, а также реле для логической части автоматических устройств. Как и прежде, широко применяются электромагнитные и индукционные измерительные реле, причем в первом случае осуществляется сравнение величин по абсолютному значению, а во втором — их сравнение по фазе. Реле логической части обычно являются электромагнитными. Магнитоэлектрические и поляризованные реле используют в качестве реагирующих элементов схем сравнения.

2. Принцип действия и выполнение электромагнитных реле

Для построения электромагнитных реле обычно используют следующие электромеханические системы: с втягивающимся якорем; с поворотным якорем; с поперечным движением якоря. Действие таких реле основано на взаимодействии между ферромагнитным якорем 2 и магнитным полем обмотки 6, обтекаемой током /_р. Реле косвенного действия имеет контактную систему, которая состоит из неподвижной 3 и подвижной 4 частей. Подвижная часть связана с якорем реле. При отсутствии тока в обмотке 6 якорь удерживается в исходном положении противодействующей пружиной 5 с усилием F_n, при этом контакт реле разомкнут.

При прохождении по обмотке реле тока возникает магнитный поток Ф, замыкающийся через магнитопровод электромагнита, воздушный зазор и якорь. При этом создается электромагнитная сила F₃, стремящаяся притянуть якорь реле к электромагниту — обусловить действие реле:

где— магнитная проводимость; / — длина силовой магнитной линии, м; w_p — число витков обмотки, реле.

Выражение является общим для всех конструкций электромагнитных реле. У реле с поворотным якорем магнитное поле в воздушном зазоре практически можно считать равномерным. При этом магнитную проводимость, которую в основном определяют длиной воздушного зазораи площадью его сечения s, с достаточной точностью можно принять равнойТак как при движении якоря сокращается зазор, то при этом

Подставляя в выражение, можно найти

Для действия реле необходимо, чтобы на всем пути перемещения якоря от начального положения в конечное положение выполнялось условие

где F_w — сила трения, Н.

Минимальное значение тока /_р, при котором соблюдается условие, является током действия реле /_др. Отпускание якоря, т. е. возврат реле в начальное состояние, может произойти, если на всем пути от досохраняется условие

На рис. 2 изображены совмещенно механические характеристики реле с поворотным якорем с учетом сил трения при действии F_MJl и при отпускании F_M0 и соответственно электромагнитные характеристики F_3Jiи F_3B, построенные для тока действия /_д „ и тока отпускания /_0р — максимального тока в обмотке реле, при котором оно переходит в начальное состояние.

Отношение тока отпускания к току действия характеризуется коэффициентом отпускания

Исходя из требований чувствительности измерительных органов желательно иметь k₀ = 1.

Электромагнитные характеристики построены при условии, что ток /_р при перемещении якоря и уменьшении зазора 8, несмотря на возрастание индуктивного сопротивления обмотки реле, остается неизменным. Это справедливо для реле тока, у которых ток не зависит от параметров электромагнита, а определяется источником тока, каковым является измерительный трансформатор тока. Если обмотка реле подключается к измерительному трансформатору напряжения, являющемуся источником ЭДС, то вместе с изменением индуктивного сопротивления обмотки изменяется и ток /_р, а электромагнитная сила F_a остается практически неизменной, так как изменение зазора 8 компенсируется соответствующим изменением тока. Действие реле не осуществляется, поэтому обмотка реле напряжения выполняется с преобладанием активного сопротивления или последовательно с обмоткой включается резистор с относительно большим сопротивлением. При этом ток в обмотке реле при движении якоря практически не изменяется, а электромагнитная сила возрастает и действие реле обеспечивается.

В качестве измерительных реле обычно применяются максимальные реле тока и напряжения и минимальные реле напряжения. Действие или отпускание реле, при котором оно выполняет предназначенные ему функции в автоматическом устройстве, называется срабатыванием реле. Максимальные реле выполняют свои функции при возрастании тока или напряжения. Поэтому их срабатывание совпадает с действием, ток или напряжение действия соответственно называют током /_ср или напряжением U_cp срабатывания реле, а коэффициент отпускания — коэффициентом возврата который всегда меньше единицы.

Минимальное реле напряжения выполняет свою функцию в автоматическом устройстве при снижении напряжения, поэтому его срабатывание совпадает с отпусканием. Напряжение срабатывания минимального реле равно напряжению отпускания, а напряжение возврата равно напряжению действия. Поэтому значение коэффициента возврата минимального реле напряжения равно обратному значению коэффициента возврата максимального реле и всегда больше единицы.

После притягивания якоря реле к электромагниту в связи с различным характером изменения электромагнитной и механической характеристик на подвижную часть реле действует избыточная сила F^. Значение к_ъ тем существеннее отличается от единицы, чем больше избыточная сила. С другой стороны, с ростом избыточной силы повышается надежность работы замыкающих контактов реле. Поэтому избыточная сила должна быть достаточной для надежной работы контактов, но не слишком большой, чтобы не влиять на коэффициент возврата. Эти условия удовлетворяются при использовании П-образной магнитной системы с поперечным движением якоря. На ее основе отечественной промышленностью выпускаются измерительные реле тока и реле напряжения типа РТ40 и РН53.

Для выполнения логических реле используют одну из электромеханических систем: с поворотным или с втягивающимся якорем. Система с втягивающимся якорем используется также у измерительных реле тока и напряжения РТМ, РТВ и РН, РНВ.

Из следует, что электромагнитный принцип можно использовать для выполнения реле постоянного и реле переменного тока, так как мгновенное значение электромагнитной силы F_3i пропорционально квадрату тока и, следовательно, не зависит от его знака. При линейной зависимости между потоком Ф и током /_р значение /L пропорционально квадрату мгновенного значения потока Ф„ т. е.. Для синусоидального тока

С учетом того, чтополучается

Таким образом, мгновенное значение электромагнитной силы состоит из постоянной и переменной составляющих. В результате их сложения получается электромагнитная сила F₃„ изменяющаяся во времени с двойной частотой. При этом в некоторые моменты времени она становится меньше противодействующей силы F_M, что вызывает вибрацию якоря. Для устранения вибрации необходимо, чтобы результирующая электромагнитная сила F_3i при изменении тока во времени оставалась все время больше противодействующей силы F_M.

Этого можно достичь, например, при наличии двух электромагнитных сил и F^, смещенных друг относительно друга по фазе. Результирующая электромагнитная сила, равная их сумме, изменяется во времени незначительно, оставаясь все время больше противодействующей силы

Для получения двух электромагнитных сил необходимо иметь два магнитных потока Ф. При этом магнитный поток Ф, отстает от потока Ф₂ на угол.

Для выполнения измерительного органа с двумя электрическими величинами можно использовать так называемую балансную электромагнитную систему с двумя катушками и подвижным якорем в виде коромысла. Эта система производит сравнение квадратов абсолютных значений токов /, и /₂. На подвижную систему действуют в противоположные стороны электромагнитные силы

Реле срабатывает, если F,, > F^,. В комплексной плоскости W граничная линия определяется условиеми имеет вид окружности. Зона действия реле располагается вне окружности.

Для релейной защиты и автоматики важными параметрами являются время срабатывания и время возврата реле, под которыми понимают время от момента, когда входная воздействующая величина принимает в заданных условиях определенное значение, до момента, когда реле завершает срабатывание или возврат. У электромагнитных реле время срабатывания складывается из двух составляющих:

где t„ — время от момента достижения воздействующей величиной значения срабатывания до момента начала движения якоря, с; t_n — время от начала движения якоря до момента завершения срабатывания реле, с.

Время t_H зависит от скорости нарастания тока в обмотке реле, а время t_R — от хода якоря и скорости его перемещения. У обычных электромагнитных реле без специальных дополнительных устройств время срабатывания составляет f_cp = 0,02...0,I с.

Для релейной зашиты и автоматики требуются также реле, замыкающие или размыкающие контакты с некоторым замедлением, у промежуточных реле это замедление обычно получают за счет увеличения времени t„, а у реле времени — за счет увеличения времени /_я. Для увеличения времени /_н, а следовательно, и времени срабатывания реле необходимо замедлить нарастание магнитного потока при включении.

Замедления нарастания магнитного потока в реле можно достичь с помощью медной втулки, располагаемой концентрически с основной обмоткой на общем магнитопроводе. При этом удается получить время срабатывания реле около /^,_с1, = 0,1...0,5 с. Применение медной втулки для замедления возврата реле более эффективно в связи с тем, что магнитный поток затухает при малом воздушном зазоре, т. е. при большой индуктивности цепи обмотки реле. Время возврата реле удается получить около нескольких секунд. Реле с медной втулкой получили название реле с магнитным демпфированием. Они используются в цепях постоянного тока и при включении их через выпрямители могут быть применены в схемах переменного тока.

Реле времени, у которых выдержка времени создается путем увеличения составляющей t_R, называются реле с механическим демпфированием. Их можно разделить на две группы: реле с замедленным движением якоря и реле с часовым механизмом. Реле с замедленным движением якоря обычно имеют зависимую характеристику выдержки времени. Для получения замедленного движения якоря в конструкциях реле применяют, как правило, жидкостные или воздушные демпферы и используют торможение вихревыми токами. С помощью часового механизма выполняют реле как с независимой, так и с ограниченно зависимой характеристикой выдержки времени.

3. Электромагнитные измерительные реле

Электромагнитные измерительные реле, как и другие, в зависимости от их включения в защищаемую цепь делят на первичные и вторичные. По способу воздействия на выключатель защищаемого объекта различают измерительные реле прямого и косвенного действия.

Первичные реле прямого действия. Эти реле напрямую подключаются к главной электрической цепи и непосредственно воздействуют на механическое исполнительное устройство выключателя. В связи с этим они не требуют ни первичных измерительных преобразователей, ни источников оперативного тока. В системах электроснабжения первичные реле прямого действия применяются сравнительно редко. Исключение составляют электроустановки постоянного тока, в частности тяговые сети электрифицированного транспорта. Что касается систем переменного тока, здесь еще можно встретить такие реле, называемые расцепи-телями. Они являются составной частью автоматического выключателя АВМ-10, используемого в электроустановках напряжением до 1 кВ.

Для выполнения защиты, надежно и селективно действующей при коротком замыкании и перегрузках, максимальные расцепители снабжают элементами выдержки времени в виде часовых механизмов.

При этом обеспечиваются необходимая выдержка времени срабатывания расцепителя при малых токах и мгновенное отключение автоматического выключателя при больших токах. Такой максимальный расцепитель имеет две уставки тока срабатывания: замедленного срабатывания и мгновенного срабатывания. В ряде случаев такой расцепитель не обеспечивает селективного действия при коротких замыканиях. Для получения селективного действия не только при перегрузках, но при всех допустимых для данных автоматических выключателей токах КЗ возникает необходимость ввести некоторое небольшое замедление в действие максимального расцепителя при коротком замыкании. Автоматические выключатели с такими расцепителями называют селективными.

На рис. 5 дана характеристика выдержки времени максимального расцепителя АВМ. При наличии замедлителя расцепления выдержка времени в независимой части может устанавливаться в пределах t_c = 0,25...0,4 с или /_ср = 0,4...0,6с.

Таким образом, с помощью максимальных расцепителей в установках напряжением до 1 кВ можно выполнить двухступенчатую токовую защиту: максимальную токовую защиту и токовую отсечку без выдержки или с выдержкой времени.

В системах постоянного тока, например на тяговых подстанциях и постах секционирования тяговой сети, в качестве коммутационных аппаратов используют быстродействующие поляризованные автоматические выключатели АБ2/3, АБ2/4, ВАБ-2 и др.. Они конструктивно выполнены так, что сами без специальных расцепителей выполняют и функции защиты, т. е. являются коммутационным аппаратом и первичным реле прямого действия одновременно. Конструктивная схема магнитной системы выключателя показана на рис. 6. Она состоит из сложного магнитопровода 4, подвижного якоря 2 и обмоток 5, б и 7. С якорем связаны главные контакты выключателя, обмотка 7 включается непосредственно в главную цепь защищаемого элемента. Поэтому ток в обмотке определяется режимом работы электроустановки. Он создает магнитный поток Ф_р, замыкающийся через полюсы магнитопровода. Обмотка б яв ляется включающей. Оперативное напряжение U_B подводится к ней кратковременно только в момент включения выключателя. Во включенном положении выключатель удерживается за счет магнитного потока Ф_д1, являющегося частью магнитного потока Ф_д, создаваемого током в держащей обмотке 5. Вторая часть Ф_й этого потока замыкается через левый полюс магнитопровода. Обмотки 5 и 7 включены так, что магнитные потоки Ф_р и Ф_д1 в правом полюсе направлены противоположно, а магнитные потоки Ф_р и Ф^ в левом полюсе направлены согласно. В зависимости от соотношения результирующих магнитных потоков в полюсах якорь 2 может быть притянутым к одному или другому полюсу. В нормальном режиме работы, когда ток в обмотке 7 является током нагрузки, результирующий магнитный поток в правом полюсе превосходит результирующий магнитный поток в левом полюсе. Поэтому якорь 2 после включения вы ключателя остается притянутым к правому полюсу, удерживая контакты замкнутыми. При КЗ ток в защищаемом элементе, а следовательно, и в обмотке 7 резко возрастает. В связи с этим результирующий магнитный поток в правом полюсе уменьшается, а в левом полюсе увеличивается и якорь 2 притягивается к левому полюсу, отключая выключатель. Этому способствует также пружина 3. Полное время отключения, включая и время гашения дуги, составляет не более 0,08 с. При изменении направления тока в обмотке 7 изменит направление магнитный поток Ф_р и начнет действовать согласно с магнитным потоком Ф_д1. В этом случае выключатель отключиться не сможет при любых значениях тока в обмотке 7. Таким образом, выключатель является поляризованным, т. е. реагирующим на ток определенного направления, и выполняет функции токовой направленной защиты. Ток срабатывания зависит от величины воздушного зазора между левым полюсом и винтом 8 и регулируется этим винтом. На ток срабатывания оказывает влияние также магнитный шунт 1.

Обычно параллельно обмотке 7 подключают индуктивный шунт. Ток между ними распределяется обратно пропорционально их сопротивлениям. При плавном изменении тока, что имеет место в нормальном режиме работы, сопротивление шунта практически не меняется. Оно увеличивается за счет индуктивной составляющей при бросках тока КЗ. При этом доля тока в обмотке 7 резко возрастает и тем самым повышается чувствительность к коротким замыканиям. Таким образом, при наличии индуктивного шунта выключатель реагирует не только на значение и направление тока, но и на скорость его изменения. Выпускаются и находятся в эксплуатации также неполяризованные выключатели. Они выполняют только функции коммутационного аппарата.

Первичные реле косвенного действия. В системах электроснабжения эти реле применяются относительно редко. Они, в частности, используются в защите тяговой сети постоянного тока вместе с неполяризованными быстродействующими выключателями. При срабатывании контакты реле размыкают цепь держащей катушки 5 и выключатель отключается. Распространение получило электромагнитное реле РДШ. Оно использует электромеханическую систему с поворотным якорем На полюсах магнитопровода расположены обмотки 2 и 3. Одна из них выполнена токопрово-дом меньшего сечения, обладающим индуктивностью L, благодаря надетым на него пакетам трансформаторной стали. Обмотки соединены параллельно так, что токи /, и /₂ наводят в магнитопроводе потоки Ф,,, и Ф_д, направленные противоположно. В нормальном режиме результирующий магнитный поток Ф = Ф и реле напряжения АГК прямого действия с втягивающимся якорем. Они различаются некоторыми конструктивными деталями и параметрами. Реле устанавливаются непосредственно в пружинные и грузовые приводы выключателей, например ППМ-10, ПП-67, ПРБА, ВМПП, ВК, ВЭ. Их обмотки включаются в цепь через первичные измерительные преобразователи. Это дает возможность расширить область использования реле и частично исключить недостатки, присущие первичным реле.

С помощью вторичных реле прямого действия можно выполнять защиты в установках напряжением до 35 кВ.

Максимальное реле тока с ограниченно зависимой выдержкой времени показано на рис. 8, а. Выдержка времени создается с помощью часового механизма 1 и может устанавливаться в независимой части в пределах до /_ср = 4 с рычагом 2, который с помощью пластины 3 связан с установочным винтом 4. Выдержка времени в зависимой части характеристики определяется уставкой реле в независимой части. Для установки тока срабатывания обмотка реле 11 имеет ответвления, выведенные на переключатель б.

Подвижная система реле состоит из сердечника 12 и ударника 10. Ударник жестко связан с часовым механизмом тягой 5. Связь сердечника с ударником, а следовательно, и с часовым механизмом осуществляется пружиной 7, которая одним концом соединена с сердечником, а другим упирается в стопорное кольцо £ ударника. В зависимости оттока в обмотке реле эта связь может быть жесткой или гибкой.

При прохождении по обмотке реле тока, равного или превышающего ток срабатывания, сердечник 12 стремится притянуться к неподвижному полюсу 9, увлекая за собой ударник. При токах, меньших трехкратного тока срабатывания, электромагнитная сила, действующая на сердечник, оказывается меньше противодействующей силы пружины; пружина не сжимается и действует как жесткая связь.

При этом скорости перемещения сердечника и ударника одинаковы и определяются электромагнитной силой и часовым механизмом, поэтому с увеличением тока выдержка времени реле уменьшается, образуя зависимую часть характеристики.

При токах, больших трехкратного тока срабатывания, сердечник мгновенно притягивается к неподвижному полюсу и сжимает пружину. При этом скорость движения ударника вверх не зависит от электромагнитной силы и определяется только часовым механизмом. Реле работает в независимой части характеристики.

По заводским данным, реле РТВ имеет погрешность в выдержке времени Д/_ср = ±0,3 с при работе в независимой части характеристики, которая возрастает в два-три раза при работе реле в зависимой части характеристики и при токе срабатывания достигает нескольких секунд. Реле РТВ имеет сравнительно низкий коэффициент возврата, изменяющийся в зависимости от положения сердечника в пределах 0,4 £ к_в < 0,8. В расчетах рекомендуется принимать к_я = 0,65.

Максимальное реле тока мгновенного действия конструктивно отличается от реле РТВ тем, что не имеет часового механизма. Реле изготовляют на различные токи срабатывания. Например, реле, встроенное в привод выключателя типа ПРБА, позволяет установить ток срабатывания /_ср = 5...15 А. Время срабатывания реле РТМ зависит от кратности тока. При кратностях около 2—3 время срабатывания t_c р < 0,02 с.

Следует отметить, что как реле РТВ, так и реле РТМ имеют сложную систему установки тока срабатывания. Переключатель витков сложен по своей конструкции и мало надежен в эксплуатации. В связи с этим созданы реле РТМ с обмотками без ответвлений. При этом установка тока срабатывания осуществляется путем аксиального перемещения сердечника специальным винтом. В конструкции реле РТМ Рижского опытного завода Латвэнерго использовались оба способа установки тока срабатывания. Благодаря этому, несмотря на расширенные пределы установки тока срабатывания до /_ср < 260 А, максимальная потребляемая мощность не превышает 600 В ■ А. Тем не менее, и данная конструкция не может считаться удовлетворительной, так как большинство трансформаторов тока не обеспечивают такой большой мощности.

Таким образом, конструкция реле РТВ и РТМ нуждается в улучшении. Желательным является снижение погрешностей реле, уменьшение потребляемой мощности и расширение шкалы тока и времени.

Минимальное реле напряжения с ограниченно зависимой выдержкой времени, как и реле РТВ, имеет часовой механизм. В нормальном режиме, когда к обмотке реле подводится номинальное напряжение, реле находится в заведенном состоянии. Его сердечник притянут. При снижении напряжения до U_p < 0,65J7_HOM сердечник под действием собственного веса начинает опускаться с некоторой выдержкой времени. Его быстрому падению препятствует часовой механизм.

Выдержка времени устанавливается, как и у реле типа РТВ, в пределах 0 < /_ср < 4 с. Она позволяет отстраивать защиту от кратковременных снижений напряжения. Однако реле имеет устойчивую выдержку времени лишь при напряжении U_p < 0,35£/_нотг Недостатками реле являются также отсутствие устройства установки напряжения срабатывания и сравнительно большая потребляемая мощность.

Минимальное реле напряжения мгновенного действия РН не имеет часового механизма, поэтому при срабатывании реле его сердечник перемещается без замедления. У реле РН напряжения срабатывания и возврата не могут изменяться и находятся в пределах £/_ср = £/_ном и ^ = Ц«».

Вторичные реле тока и напряжения косвенного действия получили большое распространение благодаря следующим достоинствам: эти реле изготовляют для включения в цепь через первичные измерительные преобразователи, поэтому их параметры не зависят от параметров защищаемого элемента, при этом они могут быть выполнены достаточно чувствительными с незначительными погрешностями и относительно малым потреблением мощности при срабатывании; их можно настраивать без отключения элемента системы электроснабжения; реле можно устанавливать в любом удобном для работы и эксплуатации устройства месте; они позволяют создать логическую часть схемы и выполнить в случае необходимости релейную защиту и автоматику любой сложности.

Вместе с тем эти реле имеют недостатки, присущие электромеханическим системам: значительные потребляемые мощности, сравнительно большие размеры, недостаточная надежность из-за наличия подвижной системы и контактов. Кроме того, реле можно использовать только при наличии источников оперативного тока.

Реле тока РТ-40 используют П-образную магнитную систему с поперечным движением якоря. На полюсах магнитопровода 7 расположены две обмотки реле 9, которые можно соединить между собой последовательно или параллельно. Подвижная система реле состоит из Г-образного стального якоря 6, подвижного контакта 2 и механического гасителя вибрации якоря 1.

Положение якоря фиксируется упорами 8. В качестве противодействующей служит спиральная пружина 5, одним концом связанная с осью подвижной системы, а вторым — с указателем уставки 4. Изменяя положение указателя уставки, можно непрерывно изменять натяжение пружины, ее противодействующую силу и ток срабатывания реле. При прохождении тока по обмотке реле электромагнитная сила F₃ стремится притянуть якорь к полюсам электромагнита, этому препятствует противодействующая сила F_M, обусловленная силой пружины F„ и силой трения F_r При токе, равном или большем тока срабатывания, сила F₃ превышает силу F_M, якорь реле 6 поворачивается и связанный с ним подвижной контакт 2 замыкает управляемую электрическую цепь. Подвижная система реле возвращается в начальное положение при токе возврата; коэффициент возврата = 0,8.

При перемещении указателя уставки 4 из начального положения, отмеченного на шкале 3, в конечное ток срабатывания увеличивается в два раза. Шкала отградуирована в амперах для схемы последовательного соединения обмоток реле. Переключение обмоток реле с последовательного соединения на параллельное увеличивает токи срабатывания, указанные на шкале 3, в два раза. Потребляемая мощность реле разной чувствительности при минимальной уставке находится в пределах Р^_р = 0.2...8 В - А.

Прохождение по обмотке реле несинусоидальных токов, возникающих, например, вследствие насыщения трансформаторов тока при коротком замыкании, приводит к усиленной вибрации подвижной системы реле и его отказу. Для снижения вибрации у реле тока наряду с механическим гасителем применяется магнитопровод с насыщающимися участками, которые делаются суженными.

Реле напряжения РН-50 по конструкции мало отличается от реле РТ-40. Обмотки реле напряжения включаются в схему через двух-полупериодный выпрямитель, в цепь которого вводится один или два добавочных резистора. Выпрямленный ток имеет пульсирующий характер, однако индуктивность обмотки реле уменьшает пульсацию тока и электромагнитной силы, поэтому вибрация якоря практически отсутствует. В отличие от реле тока реле напряжения не имеет механического гасителя вибрации якоря. Шкала реле проградиурована при включении одного резистора. Чтобы получить шкалу уставок, вдвое большую, необходимо включить оба резистора. Потребляемая мощность для всех реле P_tp < 5 В - А.

Коэффициент возврата для максимальных реле не менее 0,8, а для минимальных не более 1,25.

На основе реле РН-50 и резисторно-конденсаторных фильтров напряжения прямой и обратной последовательности отечественной промышленностью выпускаются реле напряжения прямой последовательности РНФ-2 и реле напряжения обратной последовательности РНФ-1М.

Дифференциальные реле т о к а. В дифференциальных защитах систем электроснабжения широко применяются дифференциальные реле тока РНТ и ДЗТ.

Основными элементами реле являются рассмотренные в 1.5 насыщающиеся трансформаторы тока, к вторичной обмотке которых подключаются реле РТ-40. Реле РНТ используют насыщающиеся трансформаторы тока без тормозных обмоток, а реле ДЗТ— с тормозными обмотками. Насыщающиеся трансформаторы тока, применяемые в реле, отличаются от рассмотренных НТТ числом первичных обмоток. Так, на магнигопроводе НТТ реле РНТ кроме основной рабочей обмотки w_pa6 размещены дополнительные обмотки. У реле РНТ-565 они используются как уравнительные м^, и Wyp,, при неравенстве сравниваемых токов. Обмотки и>_ра6, и>_№, и Wyp,, выполнены секционированными с отводами для возможности дискретного изменения параметров реле. Такие же уравнительные обмотки имеются и у дифференциального реле с торможением ДЗТ-11. Во всех обмотках НТТ, кроме вторичной w₂, предусмотрено переключение чисел витков для изменения уставок срабатывания реле. Промышленностью выпускаются также реле с несколькими тормозными обмотками. У реле ДЗТ ток срабатывания зависит не только от значения тормозного тока, но и от угла между рабочим и тормозным током. Тормозная характеристика реле, представляющая собой зависимость МДС срабатывания F^ от изменения МДС торможения F^, показана на рис. 10, в. Здесь цифрой / обозначена зона срабатывания реле, цифрой // — зона срабатывания или торможения в зависимости от угла между током в рабочей обмотке w_pa6 и током в тормозной обмотке м^, цифрой /// — зона торможения.

4. Электромагнитные логические реле

Реле времени являются логическими реле с нормируемым временем срабатывания. Они предназначены для создания выдержек времени при передаче сигналов к другим реле логической части устройств релейной защиты и автоматики. В зависимости от оперативного тока различают реле времени постоянного и переменного тока.

Реле времени постоянного тока использует обычно электромагнитную систему с втягивающимся якорем. Выдержка времени создается часовым механизмом.

На рис. 11 изображено одно из таких реле типа РВ-100 в отключенном состоянии. При этом ведущая пружина 1 растянута. Она стремится привести во вращение сектор 6, однако этому препятствует палец 8, упирающийся в верхнюю часть якоря 13. При подаче напряжения на обмотку реле 14, достаточного для срабатывания реле, якорь 13, преодолевая противодействие пружины 12, втягивается и убирает препятствие на пути движения пальца 8 и жестко связанного с ним сектора 6, который под действием ведущей пружины 1 начинает вращаться. Это вращение через шестерню 5 передается на валик с укрепленной на нем подвижной частью контакта 4. Начало вращения валика сопровождается сцеплением его с ведущей шестерней 17 посредством фрикционного сцепления 18. Ведущая шестерня 17 через трибку 16 и промежуточные шестерни 15 и 7 связана с часовым механизмом. Время срабатывания реле зависит от расстояния между начальными положениями подвижного 4 и неподвижного 3 контактов. Это расстояние изменяется путем перемещения неподвижного контакта по шкале 2, на которой указаны выдержки времени реле в секундах.

Реле времени имеет также переключающие контакты. При снятии напряжения с реле возвратная пружина 12 благодаря проскальзыванию фрикционного устройства мгновенно возвращает якорь, часовой механизм и контакты 4 и 9 в исходное положение.

Реле времени выпускают на напряжения U_HOU = 24, 48, ПО, 220 В с минимальной выдержкой времени t_cpmin = 0,l ^си максимальной выдержкой времени /_сртах = 20 с. Они четко срабатывают при напряжении не менее U_p = 0,7U_Hmt. При этом минимальный разброс по времени срабатывания не превышает нескольких процентов максимальной уставки. Мощность, потребляемая обмоткой реле при номинальном напряжении, составляет Р_р = 30 Вт.

Реле времени переменного тока используются в основном трех разновидностей. Одной из них является реле времени с часовым механизмом и электромагнитным заводом рабочей пружины в момент пуска реле. По принципу действия оно аналогично рассмотренному реле постоянного тока. Отличия определяются параметрами обмотки, рассчитанной на переменное напряжение. Основным недостатком этого реле является значительная потребляемая мощность, а также возможность отказа в действии, так как при коротком замыкании напряжение оперативного переменного тока может оказаться меньшим напряжения срабатывания. Обмотка другой разновидности реле времени переменного тока в нормальных условиях находится под напряжением, а якорь — в притянутом состоянии. При снижении или исчезновении напряжения якорь реле отпускается, при этом пускается заторможенный часовой механизм и через заданный промежуток времени реле срабатывает. Недостатком реле является возможность ложного пуска из-за значительного снижения напряжения. Поэтому преимущественное распространение получили реле с синхронным микроэлектродвигателем РВМ-12 и РВМ-13. Эти реле включаются непосредственно в цепи первичных преобразователей тока.

Реле РВМ имеет синхронный микродвигатель со статор-ной обмоткой w и втягивающимся ротором, два насыщающихся трансформатора ТЫ a TL2 и контактную систему КТ.1— КТ.З. Первичные обмотки насыщающихся трансформаторов включаются во вторичные цепи измерительных трансформаторов тока двух фаз. Реле приходит в действие при замыкании цепи статорной обмотки между выводами 11—9 или 11—13. Для правильной работы реле схема устройства защиты выполняется так, чтобы при срабатывании защиты во всех случаях осуществлялось замыкание только одной цепи.

Для снижения гармонических составляющих в напряжении и токе, подводимых к обмотке электродвигателя, и для снижения пиков напряжения, опасных для изоляции, параллельно вторичной обмотке каждого насыщающегося трансформатора присоединены конденсатор С и резистор R. Реле имеет три контакта, из них два импульсных. Максимальная выдержка времени составляет /_сртах = 4 с у реле РВМ-12 и/ортах =Ю с у реле РВМ-13.

В зависимости от соединения секций первичной обмотки насыщающихся трансформаторов реле четко срабатывает при токах /_ср = 2,5...5 А. Мощность, потребляемая реле при двукратном токе срабатывания, не превышает Р_р — 10 В-А.

Конструкция реле РВМ показана на рис. 12, б. При запуске реле обмотка электродвигателя / подключается к вторичной обмотке одного из насыщающихся трансформаторов, ротор 2 втягивается в межполюсное пространство статора и трибка 3 на оси ротора входит в зацепление с замедляющим трехступенчатым редуктором, через который вращение ротора передается рамке 4 с контактными цилиндрами. Контакт