Разновидности реле по назначению

Токовые реле

Они представляют собой электромагнитные реле, подключенные к сети через трансформаторы тока или непосредственно.

Чтобы снизить нагрузку на трансформатор, необходимо чтобы токовые реле минимально возможное потребление мощности. Расчет обмоток токовых реле производится на продолжительное воздействие тока нагрузки и воздействие в течении небольшого промежутка времени – короткое замыкание. Значение kвоз должно быть максимально приближено к одному.

Регулирование тока срабатывания производится при помощи постепенного изменения пружинного натяжения. Обмотка реле поделена на две части, благодаря этому имеется возможность изменения, путем последовательного и параллельного подключения, пределов регулировки срабатывания тока. Число витков возрастает, увеличивая точность и уменьшая диапазон в два раза, при последовательном соединении.

В справочной литературе даются значения: пределов установки, термической стойкости, коэффициента возврата, потребляемой мощности.

Реле напряжения

Конструктивнное исполнение реле напряжения аналогично конструкции токового реле. Подключение реле напряжения осуществляется напрямую к трансформатору.

Реле РН–55. Для понижения вибрационного воздействия подвижной системы обмотки реле включается в сеть вторичного тока, только при помощи выпрямителя.

Промежуточные реле

Рис. 3.2.1

Используется при необходимости замыкания нескольких независимых цепей, или при необходимости реле с контактами достаточной мощности для замыкания/размыкания цепей с большим током.

Подобные реле по способу подключения можно разделить на: параллельного и последовательного подключения.

— Параллельноподключенные. Подразделяются на основные выходные реле и быстродействующие реле, время срабатывания которых варьируется от0,01 до 0,02 секунды. Стандартное время срабатывания промежуточного реле находится в пределах 0,02 до 0,1 секунды.

Рис. 3.2.3

— Последовательное соединение. Применяется при слишком кратковременном сигнале срабатывания.

Рис. 3.2.2

— Параллельное соединение оснащенное удерживающей катушкой, подключенной последовательно. РП–213, РП–214, РП–253, РП–255.

В справочной литературе номинальные величины тока, напряжения, времени срабатывания, допустимого тока, контактной системы реле.

Конструкция промежуточного реле представляет собой в основной массе в виде системы с якорем, способным поворачиваться, ее основным достоинством можно назвать большую электромагнитную силу возникающую при сравнительно небольшой затрате мощностей.

Указательные реле

Рис. 3.2.4

Из-за того, что для прохождения тока по обмотке требуется большое количество времени, реле устроены так, что сигнальный флажок и контакты реле пребывают в рабочем положении до того момента, пока сотрудники не вернут контакты в прежнее положение.

Виды представленного типа реле: РУ–21, СЭ–2, ЭС–41.

Реле времени

Рис. 3.2.5

Нужен для искусственного замедления работы устройства защиты реле. Основным требованием применяемым к нему можно назвать точность. Погрешность времени при работе реле не превышает ±0,25 с, а в случае реле высокой точности ±0,06 с.

Рис. 3.2.6

Принцип действия. При прохождении током обмотки якорь приходит в движение, втягиваясь и высвобождая рычаг оснащенный зубчатым сегментом. Под воздействием пружины рычаг приводится в движение, замедляемое при помощи устройства выдерживающего время. Через какой-то промежуток времени подвижным контактом замыкаются контакты механизма реле.

Виды реле времени: ЭВ–100, ЭВ–200. Повсеместно находят применение полупроводниковым реле времени из серии ВЛ. Производятся реле времени вместе синхронным электродвигателем серии Е–52, ВС–10. Реле серий Е–512, Е–513 идут в комплекте с двигателем постоянного тока.

В результате уменьшения габаритов реле, его катушка не способна проводить через себя ток долгое время. Из-за чего для реле, применяемые при длительном включении, оснащены дополнительным сопротивлением rд.

Рис. 3.2.7

19. Специальные виды реле » СтудИзба

Глава 19

СПЕЦИАЛЬНЫЕ  ВИДЫ  РЕЛЕ

§ 19.1. Типы специальных реле

Наибольшее распространение в системах автоматики получили реле электромагнитного типа, рассмотренные в гл. 17 и 18. Однако находят применение и электрические реле других типов, в которых тяговое усилие, необходимое для переключения контактов, создается не с помощью электромагнита. Сюда отно­сятся прежде всего реле, аналогичные по принципу действия эле­ктроизмерительным приборам различных систем: магнитоэлектри­ческой, электродинамической, индукционной. Если в электроизме­рительном приборе подвижная часть перемещает по шкале стрел­ку или какой-либо указатель, то в реле соответствующего типа подвижная часть перемещает контакты.

Для получения значительных выдержек* времени при замыка­нии и размыкании контактов используются специальные реле вре­мени; некоторые из них имеют в основе электромагнитный меха­низм, но с добавлением различных устройств, обеспечивающих задержку срабатывания или отпускания.

Для автоматизации процессов нагрева и охлаждения применя­ются электротермические реле, в которых переключение электри­ческих контактов обеспечивается температурной деформацией металлов или температурным расширением жидкостей и га­зов.

В системах автоматической защиты оборудования от аварий­ных режимов используются специальные реле, срабатывающие при определенном значении тока, напряжения, скорости, момента, давления и других параметров.

§ 19.2. Магнитоэлектрические реле

Принцип действия магнитоэлектрического реле основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с током, протекающим по обмотке, выполненной в виде поворот­ной рамки.

Магнитоэлектрическое реле  (рис.  19.1, а)  состоит из постоян­ного магнита /, между полюсными наконечниками которого находится цилиндрический стальной сердечник 2. В кольцепом зазоре между полюсными на­конечниками и сердечником создается равно­мерное радиальпо направленное магнитное поле. В зазоре размещена легкая алюминие­вая рамка 3 с обмоткой из тонкого провода, к которой подводится ток по спиральным пру­жинам из фосфористой или оловянно-цинковой бронзы. Эти пружины создают противо­действующий момент, стремящийся устано­вить рамку с обмоткой таким образом, чтобы ее плоскость была направлена по оси полю­сов  магнита   /.   При   пропускании тока  / по

оомотке реле на рамку с обмоткой действует вращающий момент, заставляющий ее поворачиваться вокруг оси в направлении, опре­деляемом полярностью тока. Жестко закрепленный на рамке по­движный контакт 4 замыкается с одним из неподвижных контактов 5 или 6.

Сила, действующая па проводник длиной /, обтекаемый током / н помещенный в магнитное поле с индукцией В, определяется на основании закона Ампера:

 

На рамку длимой /, шириной а, с числом витков w действует вра­щающий момент

 

Из уравнения (19.3) видно, что при неизменных конструктив­ных параметрах реле и заданном токе / в его обмотке вращающий момент имеет постоянное значение.

В то же время противодействующий момент, создаваемый за­кручивающимися токоподводящими пружинами, пропорционален углу закрутки, т. е. углу поворота рамки. Поскольку направление поворота рамки определяется направлением тока в обмотке, маг­нитоэлектрическое реле является поляризованным и может быть выполнено трехпозиционным.

По сравнению с другими электромеханическими реле магнито­электрическое реле является наиболее чувствительным, оно сра­батывает при мощности управления в доли милливатта. Усилие па контактах магнитоэлектрического реле невелико (порядка 10^-2 Н и меньше), поэтому для повышения надежности контакты выпол­няются из платины и платипоиридиевого сплава. При резком из­менении усилия маломощные контакты быстро изнашиваются, по­этому магнитоэлектрические реле используются обычно в схемах, где сигнал постоянного тока изменяется медленно. Недостатком магнитоэлектрических реле является сравнительно большое время срабатывания (0.1—0,2 с). По своему быстродействию они усту­пают нейтральным электромагнитным реле.

§ 19.3. Электродинамические реле

Принцип действия электродинамического реле основан на  взаимодействии двух катушек с током, одна  из которых подвнжпа, а другая неподвижна.

От маг­нитоэлектрического реле электродинами­ческое реле отличается тем, что индук­ция в рабочем зазоре создается не по­стоянным магнитом, а неподвижной ка­тушкой иа сердечнике, т. е. элекртомаг-нитным способом. От электромагнитного реле электродинамическое реле отлича­ется тем, что тяговое усилие воздейст­вует не на стальной якорь, а на подвиж­ную катушку. Устройство электродинамического ре­ле показано на рис. 19.2. На магиито-провод 3  надета  неподвижная  катушка

2, обтекаемая током l₂. Между полюсными наконечниками магни-топровода находится цилиндрический стальной сердечник 4. В кольцевом зазоре между полюсными наконечниками и сердеч­ником создается равномерное радиэльно направленное магнитное

поле. В зазоре размещена легкая алюминиевая рамка 1 с обмот­кой из тонкого провода, к которой подводится ток Ii по спираль­ным пружинам, создающим противодействующий момент, стремя­щийся установить плоскость рамки 1 вдоль оси полюсных нако­нечников.

При подаче управляющего тока Ii в обмотку рамки 1 она бу­дет поворачиваться в зазоре между полюсными наконечниками и сердечником. Жестко закрепленный па рамке подвижный кон­такт 5 замыкается с одним из неподвижных контактов 6 и 7.

Сила, действующая на проводники рамки электродинамическо­го реле, так же как и для магнитоэлектрического реле, определя­ется законом Ампера. Следовательно, будут справедливы урав­нения (19.1) и (19.2). Однако входящая в эти уравнения индук­ция В не постоянна, а определяется намагничивающей силой, соз­даваемой катушкой 2 с током I₂:

 

                                                                                                                                       (19.4)

 

где R_м— магнитное сопротивление на пути магнитного потока возбуждения; s₆— площадь поперечного сечения рабочего воздуш­ного зазора.

Подставляя (19.4) в (19.2) и выразив через постоянный коэф­фициент К сочетание всех неизменных конструктивных и обмо­точных данных реле, получим уравнение для вращающего момен­та электродинамического реле:

 

Однако в отличие от магнитоэлектрического реле электродина­мическое может работать при питании переменным током. В этом случае на рамку воздействует переменный магнитный поток а на­правление поворота определяется средним за период значением вращающего момента

 

где /₁  и /₂—действующие значения токов в обмотках;  — угол сдвига фаз между токами.                                                   

Из (19.6) следует, что электродинамическое реле реагирует на фазу входного сигнала, т.  е. его можно использовать как реле сдвига фаз, срабатывающее при определенном значении . Это же реле может реагировать и на мощность переменного или постоян­ного тока. В этом случае на одну из обмоток подается ток, а на другую —напряжение цепи.

При последовательном соединении обмоток I₁ — I₂=I вращаю­щий момент

                                                                                      М_вp = КI²,                                  (19.7)

т. е. зависимость тягового усилия от тока будет аналогична эле­ктромагнитному нейтральному реле.

К недостаткам электродинамических реле следует отнести их большие габариты и вес.

§ 19.4. Индукционные реле

Принцип действия индукционного реле основан на взаи­модействии переменных магнитных потоков с токами, индуциро­ванными этими потоками.

Индукционное реле (рис. 19.3) состоит из двух неподвижных электромагнитов 1 и 2, по обмоткам которых протекают соответ­ственно переменные токи I₁ и I₂В воздушном зазоре электромаг­нитов установлен алюминиевый или медный диск 3, который мо­жет поворачиваться относительно оси 4. Переменные магнитные потоки, создаваемые электромагнитами 1 и 2, индуцируют ЭДС в диске 3, под действием которых по диску протекают токи (так же, как в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя).

Для того чтобы взаимодействие магнитных потоков с вызван­ными ими же токами привело к созданию вращающего момента, необходимо наличие сдвига по фазе токов I₁и I₂. Только в этом случае в зазоре индукционного реле будет создано вращающееся магнитное поле, аналогично тому, как это происходит в двухфаз­ном асинхронном двигателе. При сдвиге фаз между токами I₁и I₂в 90° сила взаимодействия магнитного потока электромагнита 1 с током, индуцированным в диске от потока электромагнита 2, будет всегда совпадать по направлению с силой взаимодействия магнитного потока электромагнита 2 с током, индуцированным в диске от потока электромагнита 1. При совпадении токов I₁и I₂ по фазе в среднем за период результирующая сила будет равна нулю.

Вращающий момент, приложенный к диску, определяется так:

 

где К — постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных и обмоточных данных реле;  — фазовый сдвиг между I₁и I_2.

Этот вращающий момент, преодолевая сопротивление пружи­ны 4, поворачивает диск до тех пор, пока не замкнутся контак­ты 5.

Поскольку индукционное реле реагирует на фазу, его (как и электродинамическое) можно применять в качестве реле фазы. Малая инерция подвижной части позволяет использовать такие реле как быстродействующие в схемах автоматической защиты и блокировки. Особенно они распространены в автоматике на же­лезных дорогах. Они могут использоваться в качестве реле тока, напряжения, мощности, частоты, фазы, сопротивления. Достоинст­вом их является то, что они не требуют подвода тока к подвижной части. Чувствительность индукционных реле невелика, для их сра­батывания требуется мощность не менее 0,5 Вт.

Рассмотрим также применение индукционного реле в качестве реле скорости (рис. 19.4). Входной вал 5 реле связан с механиз­мом, скорость которого требуется контролировать. На валу 5 ус­тановлен цилиндрический постоянный магнит 4. При вращении поле магнита пересекает проводники короткозамкнутой обмотки 3 поворотного статора 6. В обмотке 3 наводится ЭДС, значение которой пропорционально скорости вращения входного вала 5. Под действием этой ЭДС по обмотке 3 проходит ток, сила взаи­модействия которого с вращающимся полем магнита 4 стремится повернуть статор 6 в направлении вращения. При определенной скорости вращения сила возрастает настолько, что упор 2, преодо­левая противодействие плоской пружины, переключает контакты реле. В зависимости от направления вращения переключается кон­тактный узел / или 7. Точность работы индукционного реле ско­рости невелика. В точных системах контроля скорости необходи­мо использование более сложной схемы, включающей в себя ин­дукционный датчик скорости и высокочувствительное поляризо­ванное реле.

§ 19.5. Реле времени

Для получения больших замедлений при включении и отключении контактов используются реле времени. В этих реле обычно используют электромагнит, который приводит в действие какое-либо механическое устройство, имеющее значительную инер­ционность, либо включает электродвигатель, перемещающий кон­такты через понижающий редуктор с большим передаточным от­ношением.

 

Рассмотрим в качестве примера несколько типов реле вре­мени.

Маятниковое (часовое) реле времени (рис. 19.5) состоит из электромагнита с втяжным якорем 1, который при подаче вход­ного сигнала перемещает тягу 2 и, сжимая пружину 3, стремится переместить рычаг с зубчатым сектором 4 справа налево. Но спусковое зубчатое колесо 5 со скобой 6 может поворачиваться за каждое качание маятника 7 только на один зуб, благодаря чему скорость перемещения зубчатого сектора ограничивается. После того как все зубцы сектора 4 выйдут из зацепления с храповым колесом 8, сработает микропереключатель 9.

При снятии выходного сигнала с электромагнита 1 сектор 4 быстро возвращается в исходное положение под действием веса якоря электромагнита / и усилия пружины 3. Микропереключа­тель выключается без задержки времени. Таким образом, обеспе­чивается задержка времени только при срабатывании реле, но не при отпускании.

§ 19.6. Электротермические реле

Электротермические реле предназначены для автомати­ческого переключения электрических контактов в зависимости от температуры. Задача поддержания необходимой температуры или отключения какого-либо устройства при достижении некоторой температуры очень распространена в технике, причем не только

в промышленной, но и в бытовой. Например, в холодильнике, в электроутюге, в духовке электрической плиты установлены элект­ротермические реле, которые также часто называют тепловыми реле. Потребность в тепловых реле исчисляется миллионами штук в год, поэтому главными требованиями к ним являются простота, дешевизна, надежность.

Наиболее широкое распространение получили биметалличе­ские реле. Элементом, воспринимающим температуру, в таких ре­ле является биметаллическая пластина (рис. 19.8, а). Она состоит из слоев двух металлов с разными температурными коэффициен­тами линейного расширения. Например, для латуни этот коэффи­циент почти в 20 раз больше, чем для инвара (сплав стали с ни­келем и кобальтом). Поэтому при увеличении температуры слой латуни удлиняется значительно больше, чем слой инвара. Эти слои соединены жестко (сваркой или пайкой), и вся биметаллическая пластина при нагреве изгибается в сторону инвара. Поскольку один конец биметаллической пластины закреплен, второй конец перемещается, размыкая одну пару контактов и замыкая другую. С помощью тепловых реле осуществляется  и токовая защита различных электроустановок. В электротермических реле для то­ковой защиты используется тепловое действие электрического то­ка.  Нагрев  биметаллической  пластины  производится  с  помощью нагревательной спирали, по которой проходит ток. На рис. 19.8, б показана схема реле защиты электродвигателя от перегрева. Че­рез нагревательную спираль  1 проходит ток одной из фаз цепи питания электродвигателя. Если нагрузка  электродвигателя  воз­растает сверх допустимых пределов, ток в спирали / увеличива­ется, температура  растет  и  биметаллическая  пластина  2 изгиба­ется влево, освобождая защелку спускового механизма 3. Это при­водит к размыканию контактов 4 реле, которые находятся в цени питания аппаратуры включения электродвигателя. После останов­ки электродвигателя возврат контактов 4 реле и спускового ме­ханизма 3 в исходное положение выполняется вручную нажатием НА кнопку 5 после остывания биметаллической пластины. Но для повторного запуска электродвигатели этого недостаточно, необхо­дима подача специального сигнала на аппаратуру включения эле­ктродвигателя.   Биметаллические   реле  обладают   большой   инер­ционностью и не реагируют на большие, но кратковременные уве­личения тока. Поэтому пусковые токи электродвигателя не приво­дят к срабатыванию теплового реле.

В некоторых реле используется не косвенный нагрев биметал­лической пластины с помощью спирали, а прямой — пропускани­ем тока непосредственно через пластину. Основным недостатком биметаллических реле является низкая точность. Но благодаря простоте и низкой стоимости они получили преимущественное рас­пространение. Из числа других электротермических реле следует упомянуть электроконтактные термометры, в которых контакты замыкаются столбиком ртути, по уровню которой можно одновре­менно определить значение истинной температуры. Точность эле­ктроконтактных термометров выше, чем у биметаллических. Из­вестны также электротермические реле с расширяющимся газом. В таких реле газ при нагреве вытесняет ртуть, находящуюся на дне баллона, и тем самым разрывает контакт.

§ 19.7. Шаговые искатели и распределители

Шаговые искатели и распределители под действием уп­равляющего сигнала осуществляют поочередное переключение не­скольких исполнительных цепей. В простейшем случае шаговый искатель (рис. 19.9, а) имеет один входной зажим и несколько выходных. При подаче управляющего импульса в обмотку элект­ромагнита (ЭМ) входной зажим перемещается на один шаг, сое­диняясь с очередным выходным зажимом. Следовательно, номер ламели, цепь возврата размыкается и ускоренное движение шаго вого механизма прекращается. С помощью шагово-декадных рас пределителей осуществляется, например, автоматическая телефон ная связь. Когда мы набираем номер вызываемого телефона, т< диск телефонного аппарата дает столько импульсов, до какой циф ры мы его повернули. При этом шагово-декадный распределител! произвел соединение с соответствующим выходным проводом и од новременно подключил очередную декаду ламелей (новый ря; из десяти ламелей).

В шаговых искателях разных типов число рядов ламелей мо­жет достигать 8, а число ламелей в ряду — 50. Все шаговые ис­катели рассчитаны на работу в импульсном режиме с частотой до 10 срабатываний в секунду.

§ 19.8. Магнитоуправляемые контакты. Типы и устройство

В обычных электромагнитных реле наиболее часто от­каз возникает из-за контактов, которые подвергаются вредным воздействиям окружающей среды (окислению, загрязнению, кор­розии и др.). Существенно повысить надежность реле можно за • счет герметизации контактов. Так как в этом случае невозможно механически связать контактный узел с электромагнитным при­водом, то необходимо для перемещения герметизированных кон­тактов использовать силы электромагнитного притяжения. Кон­тактные пластины для этого изготовляются из ферромагнитного материала. Таким образом, контакты становятся магнитоуправ-ляемыми.

К магнитоуправляемым контактам относятся герконы (т. е. герметизированные контакты) и ферриды. Применяются они для тех же целей, что и мощные электромагнитные реле. Они и воз­никли в результате совершенствования контактных электромаг­нитных устройств и стремления свести к минимуму их недостат­ки: сравнительно небольшой срок службы (до 10⁷ срабатываний), невысокое быстродействие (десятки миллисекунд), потребление энергии в течение всего периода притяжения якоря и необходи­мость периодического обслуживания.

Геркон (рис. 19.10, а) представляет собой впаянные в стек­лянную ампулу (баллон) пермаллоевые пластины /, служащие од­новременно токоподводами, контактами и магнитопроводом. Пла­стины впаяны в ампулу таким образом, чтобы контакты, в каче­стве которых используются внутренние концы пластин, покрытые золотом, радием или вольфрамом, находились на некотором рас­стоянии друг от друга, т. е. были разомкнуты.

К наружным концам пластин припаивают провода, служащие для присоединения к внешней цепи. Если геркон поместить в маг­нитное поле, созданное током в обмотке 2, окружающей геркон, то на контакты будет действовать электромагнитная сила F₃. Ес­ли эта сила окажется больше противодействующего усилия упру­гих пластин, то произойдет замыкание контактов.

Электромагнитная сила притяжения контактов определяется аналогично силе притяжения, действующей в любом другом эле­ктромагнитном механизме:

 

Принимая зазор между пластинами плоскопараллельным, мож­но записать выражение для производной проводимости:

где / — ток в обмотке; w — число витков; / — длина обмотки; /i — перекрытие пластин; b — ширина пластин.

После отключения обмотки пластины под действием сил упру­гости возвращаются в исходное состояние, т. е. контакты размы­каются. Следовательно, удержать контакт в замкнутом состоянии можно только за счет потребления энергии от сети, что является одним из недостатков геркона. Герконы бывают вакуумные и га­зонаполненные, в которых стеклянная ампула заполнена азотом, водородом или другим инертным газом.

Для управления магнитоуправляемым контактом можно ис­пользовать не только магнитное поле катушки с током (рис. 19.10, а), но и магнитное поле постоянного магнита (рис. 19.10,6). В последнем случае срабатывание контактов осуществляется в за­висимости от взаимного перемещения геркона и постоянного маг­нита 3. Изменение магнитного поля, воздействующего на контакты, может осуществляться и за счет изменения параметров магнит­ной цепи при перемещении ферромагнитного экрана 4 (рис. 19.10, в).

Большая часть управляющего магнитного потока во всех схе­мах герконов, изображенных на рис. 19.10, проходит по воздуху. Так как воздушные участки имеют значительное магнитное сопротивление.

§ 19.9. Применение магнитоуправляемых контактов

На основе магнитоуправляемых контактов выпускаются высоконадежные промежуточные электромагнитные реле с числом контактных групп до десяти. В таких реле внутри общей катушки управления размещается несколько пар контактов (рис. 19.12). Как уже отмечалось, по сравнению с обычными электромагнит­ными реле герконовые имеют большее быстродействие и более на­дежны.

Однако им свойственны и некоторые недостатки. Они име­ют в 2—3 раза меньшие значения удельных токовых нагрузок на контакты, более критичны к переходным процессам в коммути­руемой  цепи.  Например,  при   3—5-кратном  увеличении  тока  посравнению с номинальным возможно сва­ривание контактов. В цепях с конденсато­рами возможны значительные броски тока, поэтому применение герконовых реле для коммутации таких цепей не рекомендуется. Необходимо отметить и характерный для герконовых реле недостаток — вибра­ция контактов при срабатывании. Это яв­ление называется «дребезг» контактов.

После подачи управляющего сигнала кон­такты сначала замыкаются, но тут же раз­мыкаются под действием сил упругости. Таких циклов замыкания-размыкания мо­жет быть несколько. Затем происходит не­сколько колебаний контактов без размыка­ния;  при этом происходит изменение контактного сопротивления.

Время вибрации контактов может со­ставлять половину полного времени срабатывания. Для борьбы с «дребезгом» контактов применяют специальные конструктивные и схемные решения.

На основе магнитоуправляемых контактов могут быть построе­ны различные путевые и конечные выключатели, реле различных неэлектрических величин. В качестве примера на рис. 19.13 по­казаны термоэлектрические реле (а) с биметаллической пласти­ной и реле давления  (б)  с упругим элементом в виде сильфона

 

гофрированного упругого стакана из фосфористой бронзы). При изменении температуры или давления постоянный магнит прибли­жается к геркону и его контакты срабатывают.

Магиитоуправляемые  контакты  специальной   конструкции  на­чинают применяться и для переключений в силовых цепях с мощ­ностью до нескольких сотен ватт. В таких устройствах использу­ется более массивный жесткий подвижный контактный сердечник, закрепленный на возвратной пружине. При этом за счет сниже­ния электрического сопротивления контактной системы и улучше­ния теплоотдачи удается повысить ток через контакты. Для этих же целей возможно применение жидкометаллических герметизи­рованных  контактов,   внутри   герметизированного   баллона   кото­рых  токопроводящие детали   частично   или   полностью   смочены ртутью.

Релейная защита. Виды и устройство. Работа и особенности

Согласно правилам эксплуатации электроустановок силовые устройства электрических сетей и электростанций должны быть обеспечены защитой от сбоев в эксплуатации и токов короткого замыкания. Средствами защиты являются специальные устройства, выполненные на основе реле, что оправдывает их название релейная защита и автоматика (РЗА). В настоящее время существует много различных устройств, способных в короткие сроки блокировать возникшую аварию в электрической сети, либо подать предупредительный сигнал о возникновении аварийного режима.

Релейная защита работает чаще всего совместно с автоматикой, и их устройство взаимосвязано со специфическими видами аварийных режимов сети:

• Уменьшение частоты тока, возникающей при внезапной перегрузке генераторов вследствие короткого замыкания, либо отключения части других источников из сети.
• Повышенное напряжение. Увеличение этого параметра на 10% уменьшает срок службы ламп освещения в два раза. Такой режим возникает при внезапной разгрузке сети.
• Токовая перегрузка способствует излишнему нагреванию изоляции проводников и кабелей, создает искрообразование в контактных соединениях.

Виды релейной защиты

Реле классифицируются по определенным признакам:

• Методу подключения: первичные, которые подключаются непосредственно в цепь устройства, и вторичные, которые подключаются посредством трансформатора.
• Типу исполнения: электромеханические, состоящие из подвижных контактов, отключающих цепь, и электронные, обесточивающие цепь с использованием полупроводниковых элементов.
• Назначению: измерительные, которые выполняют измерение параметров, и логические, которые подают сигналы и команды другим устройствам, выполняют задержку по времени.
• Методу работы: прямого действия, которые связаны с устройством отключения механическим путем, и косвенного действия, которые управляют электрической цепью электромагнита, обесточивающего сеть питания.

Релейная защита и автоматика бывают различных видов:

• Максимальная токовая защита, включается при достижении определенной величины тока, заданной при настройке.
• Направленная наибольшая токовая защита, кроме настройки тока учитывает направление мощности.
• Дифференциальная, применяется для защиты сборки генераторов, трансформаторов, шин путем сравнения величин токов на выходе и входе. При разнице, превышающей заданное значение, срабатывает релейная защита.
• Газовая и струйная, применяется для обесточивания трансформатора и других устройств, работающих в емкостях с маслом. При возникновении неисправностей образуется повышенная температура, и из масла выделяются газы, снижается диэлектрическое свойство масла и разлагается его химический состав. На такие аварийные режимы срабатывают механические реле, которые действуют с учетом возникновения газа в емкости, а также веществ, образующихся при разложении масла. При срабатывании защиты подается команда на действие логической схемы.
• Логическая, защищает шины, применяется для определения места короткого замыкания на питающих линиях, которые отходят от шин электростанции, и на шинах.
• Дистанционная, имеющая блокировку по оптическому каналу, является более надежным способом защиты, в отличие от дистанционной защиты с ВЧ блокировкой, так как электрические помехи не оказывают большого влияния на оптический канал.

• Дистанционная с ВЧ блокировкой, применяется для обесточивания воздушных линий при возникновении коротких замыканий.

• Удаленная защита используется в сложных схемах сетей, где из-за чувствительности и быстродействия не могут применяться простые виды защит. Защита выявляет расстояние до места аварии или короткого замыкания, и в зависимости от расстояния срабатывает с большей или меньшей задержкой по времени. Современные новые системы защит обладают ступенчатыми свойствами времени. Они каждый раз не измеряют величину сопротивления для определения расстояния до аварийного участка, а только осуществляют контроль участка, на котором выявлена неисправность.
• Дифференциально-фазная, используется для контроля фаз по концам линии питания. При превышении настроенного значения тока, реле обесточивает линию.
• Защита минимального напряжения. В аварийных режимах, особенно при коротком замыкании, возможна просадка напряжения. Для обеспечения отключения электрооборудования при снижении напряжения ниже критического значения предназначена защита минимального напряжения. Такая защита в свою очередь делится на групповую и индивидуальную.
  — Групповая защита отключает группу потребителей с помощью реле минимального напряжения. Которое работает совместно с промежуточным реле, отключающим своими силовыми контактами целую группу потребителей нагрузки. Такая релейная защита используется чаще всего на электростанциях для создания надежности функционирования наиболее ответственного оборудования при кратковременном резком снижении напряжения. Она отключает на время падения напряжения менее ответственное оборудование, для создания более благоприятных условий ответственных электрических устройств.
  — Индивидуальная защита работает аналогичным образом, но отключает только один потребитель.
• Защита максимального напряжения. Имеется два вида реле, защищающих потребители от повышенного напряжения. Первый вид – это защита, действующая по принципу отвода удара молнии по молниеотводу на контур заземления. Второй вид – это устройства, компенсирующие энергию рассеянным теплом во внешнюю среду. Они не применяют релейную основу, а действуют сразу в силовой схеме. Защита максимального напряжения проектируется по принципу минимальных, с такими же измерительными элементами. Реле настраивается на срабатывание по уставке повышения напряжения, превосходящей некоторый допустимый предел напряжения эксплуатации цепи.

Некоторые виды автоматики предназначены для подачи электроэнергии, в отличие от релейной защиты:

• Автоматическая частотная разгрузка, выключает электрические устройства при снижении частоты тока в сети.
• Автоматическое повторное включение, используется на линиях электропередач выше 1000 вольт, а также в сборках трансформаторов, электродвигателей и шин подстанций.
• Автоматический ввод резерва, применяется при коммутации генератора в сеть в качестве резервного источника питания электроэнергией.

Релейная защита. Устройство

Электромеханические конструкции релейной защиты постоянно модернизируются и совершенствуются. Внедряются инновационные технологические разработки и проекты. В новейших энергетических системах объединены статические, индукционные, электромагнитные устройства с микропроцессорными и полупроводниковыми элементами.

Однако основной смысл и порядок работы релейной защиты для всех новых устройств остается неизменным. Схема структуры релейной защиты показана на рисунке.

1 — Электрический сигнал
2 — Блок наблюдения электрических процессов
3 — Блок логики и анализа
4 — Исполнительный блок
5 — Сигнальный блок

Блок наблюдения

Главной функцией этого блока является мониторинг электрических процессов, происходящих в электрической системе, путем измерений такими устройствами, как трансформаторы напряжения и тока.

Сигналы выхода на блоке могут передаваться непосредственно логическому блоку для сравнения параметров с настроенными пользователем значениями отклонений от нормальных значений, которые называются уставками. Также сигналы блока наблюдения могут сначала преобразовываться в цифровой вид, а затем передаваться дальше.

Блок логики

В этом блоке выполняется сравнение поступивших сигналов с предельными значениями уставок. Даже незначительное совпадение этих параметров между собой приводит к возникновению команды на срабатывание защиты.

Исполнительный блок

Этот блок все время находится в состоянии, готовом к срабатыванию, при поступлении команды от блока логики. При срабатывании осуществляются переключения цепи электроустановки по запланированному алгоритму, который составлен по принципу недопущения неисправностей электрооборудования и удара электрическим током работников.

Сигнальный блок

В электрической системе все процессы происходят очень быстро, поэтому человек не в состоянии воспринимать их. Чтобы сохранить происходящие в системе события, применяют специальные сигнальные устройства. Которые работают путем звукового и визуального оповещения, а также сохраняют все происходящие события в памяти устройства.

Все виды устройств после их срабатывания переводятся в исходное состояние оператором вручную. Это позволяет гарантированно сохранить информацию о действии автоматики и релейной защиты.

Принципы работы

Релейная защита может иметь нарушения в своей работоспособности, которые выражаются следующими факторами:

• Ложные срабатывания при исправной электрической системе и отсутствии каких-либо повреждений.
• Излишние сработки, когда не требуется работа исполнительного блока.
• Повреждения внутри устройства защит.

Чтобы исключить отказы при функционировании релейной защиты, вырабатываются специальные требования к ней при проектировании, установке, настройки с запуском в работу, и техническом обслуживании:

• Надежность функционирования.
• Чувствительность к моменту запуска оборудования.
• Быстродействие (время сработки).
• Селективность.

Принцип надежности

Этот принцип определяется:

• Безотказностью в эксплуатации.
• Пригодностью к ремонту.
• Долгим сроком службы.
• Сохраняемостью.

Каждый из этих факторов имеет свою оценку.

Обслуживание и эксплуатация релейной защиты имеет три варианта надежности по срабатыванию при:

1. Внутренних КЗ в рабочей зоне.
2. Возникновении внешних КЗ за границей рабочей зоны.
3. Работе без неисправностей.

Надежность устройств защиты бывает:

• Эксплуатационная.
• Аппаратная.

Принцип чувствительности

Этот принцип дает возможность определить виды предполагаемых расчетных повреждений и ненормальных режимов энергетической системы в рабочей зоне защиты.

Кч = Iкз min/Iсз

Чтобы определить его числовое значение, используется коэффициент Кч. Коэффициент рассчитывается отношением наименьшего тока короткого замыкания рабочей зоны к величине тока срабатывания. Релейная защита работает в нормальном режиме при:

Iсз < Iкз min

Наиболее приемлемая величина коэффициента чувствительности находится в диапазоне 1,5-2.

Принцип быстродействия

Время обесточивания поврежденного участка состоит из двух составляющих:

1. Сработки защиты.
2. Действия привода выключателя.

Первую составляющую можно отрегулировать, начиная от наименьшего значения, которое зависит от устройства защиты и числа применяемых элементов. Задержка по времени на сработку формируется, путем внедрения в схему специальных реле, имеющих возможность регулировки. Она применяется для наиболее удаленных защит.

Устройства, находящиеся рядом с местом неисправности, должны настраиваться на действие с наименьшими возможными диапазонами времени на срабатывание.

Принцип селективности

Этот принцип по-другому называется избирательностью. С помощью нее можно найти и локализовать место возникшего повреждения в структуре сети любой сложности.

Например, генератор вырабатывает и подает электроэнергию различным потребителям, находящимся на участках 1, 2, 3, которые оснащены каждый своей защитой. При коротком замыкании внутри устройства потребителя на 3-м участке, ток будет протекать по всем устройствам защиты, начиная от источника питания.

Но в таком случае целесообразно будет отключить цепь участка, имеющего неисправность электродвигателя, при этом оставляя в работе остальные исправные потребители. Для этого существуют уставки релейной защиты, отдельно для каждой цепи, еще на стадии проектирования схемы защиты.

Устройства защиты 5, 3-го участка должны обнаружить ток неисправности раньше, и оперативнее сработать, отключив поврежденный участок от цепи генератора. Поэтому значения токовых и временных уставок на каждом участке снижаются от генератора к потребителю, по принципу: чем дальше от неисправного места, тем ниже чувствительность.

В результате исполняется принцип резервирования. Который учитывает возможность поломки любых устройств, включая системы защиты более низкого уровня. Это означает, что при повреждении защиты 5 участка №3, при возникновении аварии должны сработать устройства защиты 3 или 4 участка 2. А эти участки в свою очередь подстрахованы устройствами защиты участка 1.

Особенности управления релейной защитой

Релейная защита как отдельный блок является самостоятельной схемой. Он входит в общие комплексы, которые составляют систему противоаварийного управления энергетической системы. В такой системе все элементы взаимосвязаны между собой и выполняют поставленные задачи в комплексе.

Коротко перечень защитных функций и работа автоматики изображены на схеме.

Изучив особенности эксплуатации автоматики и релейной защиты, можно сказать, что необходимо постоянно совершенствовать знания и практические навыки, которые требуются при поступлении в работу нового оборудования для защиты.

Похожие темы:

виды, назначение, конструктивные особенности и установка

Промежуточные реле имеют в электротехнике специфическую роль. Применяются они, как правило, в тех областях, где обычные реле не выполняют поставленной задачи и нужны какие-то особенные функции. Основной функцией устройства является обеспечение питанием потребителей переменного и постоянного тока.

О видах промежуточных реле, с фото и иллюстрациями, сфере их применения, принципе действия, конструкции и технических характеристиках пойдет речь в данной статье.

Краткое содержимое статьи:

Виды промежуточных реле

Классификация производится по нескольким параметрам. Различают следующие виды промежуточных реле по типу переключения:

• минимальные – срабатывание происходит в момент, когда определенная характеристика в цепи снижается до определенного значения;
• максимальные – реле срабатывает в момент увеличения определенного параметра в цепи до порогового значения.

В зависимости от назначения устройства делятся на следующие категории:

• комбинированные – работающие в группе взаимозависимые устройства;
• логические – работают в цепи с цифровыми реле, работающими на микропроцессорах;
• измерительные – имеют механизм подстройки для срабатывания на определенный уровень сигнала.

В зависимости от способа работы устройства:

• прямые – непосредственно замыкающие и размыкающие электрическую цепь:
• косвенные – работающие в группе с другими устройствами и не размыкающие цепь непосредственно после поступившего сигнала.

По методу подключения в цепь:

• первичные – непосредственно включенные в цепь;
• вторичные – подсоединение происходит через конденсаторы или катушки индуктивности.

Есть также группа схожих с промежуточными защитных реле, по принципу действия делящихся на индукционные, полупроводниковые, электромагнитные и поляризационные.

Поляризованные реле — Википедия

Телеграфное поляризованное реле

Поляризо́ванное реле́ — электромагнитное реле, в котором состояние коммутируемых контактов зависит от направления протекания тока в обмотке его электромагнита, то есть от полярности его подключения. Эта зависимость обеспечивается дополнительным магнитным потоком, который создаётся встроенным в магнитопровод постоянным магнитом.

Таким образом, положение якоря и состояние контактов при подаче тока в обмотку обусловлено взаимодействием двух магнитных потоков — управляющего, порождаемого током в обмотке, и поляризующего, создаваемого постоянным магнитом.

В отличие от нейтрального реле, поляризованное реле, срабатывает только от действия постоянного тока^[1].

Обычно поляризованное реле состоит из ферромагнитного магнитомягкого сердечника (ярма) с двумя намагничивающими обмотками, подвижного ферромагнитного якоря и контактной системой. Якорь связан с контактной системой, как правило, состоящей из одного переключаемого контакта. Начальный постоянный магнитный поток в ярме создаётся с помощью постоянного магнита — элемента ярма.

Обычно ярмо имеет Ш-образную форму, с двумя или одной обмотками, расположенными на крайних стержнях ярма. Постоянный магнит, расположенный в разрыве среднего стержня магнитопровода ярма, порождает в отсутствие тока обмоток симметричный поток магнитного поля в крайних стержнях. Между полюсными наконечниками крайних стержней находится якорь, который может быть притянут к «левому» или «правому» стержню ярма. При подаче тока в эти две обмотки якорь, в зависимости от полярности тока, перемещается к одному из стержней, а именно к тому, где напряжённость магнитного поля в немагнитном (воздушном) зазоре больше, так как взаимодействие магнитных потоков усиливает поле в одном из зазоров и ослабляет его в другом.

Поляризованные реле по величине коммутируемого тока являются слаботочными устройствами, предельно допустимый ток через его контакты — менее нескольких десятков мА. Также в этих реле редко выполняется многоконтактная коммутирующая система — практически во всех типах имеется один «перекидной» контакт. Тип в основном определяется конструкцией пружинной системы якоря.

По способу коммутации реле делятся на два основных типа:

• с запоминанием состояния коммутации контактов после снятия управляющего тока обмоток;
• с размыканием контактов после снятия управляющего тока обмоток. Якорь этого реле может занимать три положения.

В авиации для защиты источников постоянного тока применяется силовое поляризованное реле особой конструкции — дифференциально-минимальное реле (ДМР).

Также существуют бесконтактные поляризованные реле — электронные устройства, функционально эквивалентные электромагнитным поляризованным реле, но построенные совершенно на иных принципах — это электронные полупроводниковые устройства или построенные по принципам магнитных усилителей. Такие устройства устойчиво работают в условиях сильных вибраций и ударов. Реле, построенные в виде магнитных усилителей, имеют магнитную систему с несколькими обмотками и работают на переменном токе: при подмагничивании сердечника постоянным током того или иного направления меняется реактивное сопротивление вторичной обмотки положительным или отрицательным полуволнам переменного тока. Изменение вторичного тока усиливается другим элементом, как правило, обычным неполяризованным реле.

Четыре таких реле типа 6С4.579-00-1 являются главными элементами блока усиления и коммутации 6Ц254, работающего в системах перемещения закрылков и крыла СПЗ-1А и СПК-2 самолётов Ту-22М, Ту-154 и других. Работают эти реле на переменном напряжении 36 В частотой 400 Гц, сравнивают постоянные напряжения потенциометров до 27 В с порогом срабатывания до 0,65 В^[2].

Используются в автоматике, телемеханике, системах связи и др.

Поляризованные реле обладают высокой чувствительностью, большим коэффициентом усиления и малым временем срабатывания, поэтому их применяют в схемах маломощной автоматики в тех случаях, когда требуется большая чувствительность или быстродействие.

Электромеханическое фазочувствительное реле, как правило, работает на индукционном принципе, то есть по конструкции схоже с индукционным электросчётчиком или двухфазным двигателем. Якорь его выполнен в виде алюминиевого диска, возле которого расположены две обмотки. Якорь удерживается в нейтральном положении пружиной и связан с контактной группой. Если фазы токов обеих обмоток совпадают, то якорь отклоняется вверх, если фазы противоположны — то вниз.

Подобные реле широко применяются в устройствах железнодорожной автоматики как путевые реле: одна обмотка запитана напрямую от источника питания, вторая включена в рельсовую цепь. Если РЦ свободна, то диск поднимается вверх и замыкает контакты, сообщающие о свободности пути, если путь занят, то якорь занимает нейтральное положение, а отклонение диска вниз означает пробой изолирующих стыков и ложное питание от соседней РЦ — смежные рельсовые цепи запитываются напряжениями противоположных фаз^[3].

1. ↑ Евсюков, 1979.
2. ↑ Блок 6Ц254. Руководство по эксплуатации
3. ↑ Бубнов В. Д., Дмитриев В. С. Устройства СЦБ, их монтаж и обслуживание. Полуавтоматическая и автоматическая блокировка. — М.: Транспорт, 1981. — 263 с.

Электромагнитные реле на ЖД: классификация

Одним из основных элементов систем автоматики и телемеханики на железной дороге являются реле. Посредством СЦБ реле осуществляется автоматическое управление, контроль и регулирование всех процессов при движении поездов, включая последовательную работу отдельных частей в системе сигнализации, централизации и блокировки.

Классификация реле

Существует много конструктивных разновидностей реле железнодорожной автоматики и телемеханики. В зависимости от принципов срабатывания, основные виды реле делятся на:

• акустические;
• газовые;
• жидкостные;
• механические;
• оптические;
• пневматические;
• тепловые;
• электрические и др.

Электрические реле, в свою очередь, подразделяются на:

• индукционные;
• магнитоэлектрические;
• электродинамические;
• электромагнитные и пр.

Из-за простоты конструкции электромагнитное реле является наиболее распространённым реле на ЖД.

В SCB Service всегда возможно любое нужное вам реле электромагнитное купить и заказать его доставку. Звоните: (495) 666-20-67, (812) 677-89-76. Желаете лично совершить покупку? Это можно сделать в наших офисах в Москве и Санкт-Петербурге. Чтобы купить реле в Москве, посетите наш офис по ул. Одесской, д. 20. Желающих реле купить в СПб приглашаем в офис №214 по ул. Бухарестской, д, 1.

 Устройство электромагнитного реле

Основу устройства электромагнитного реле СЦБ составляет электромагнит, представляющий собой простой преобразователь электрических сигналов в механическое перемещение. 

Схема электромагнитного реле показывает, что сам электромагнит содержит:

1. обмотку;
2. сердечник;
3. ярмо;
4. подвижный якорь;

Прохождение тока по обмотке создаёт магнитный поток, замыкающий через воздушный зазор магнитные силовые линии, под воздействием которых якорь притягивается к контактам и замыкает их. Замыкание якоря на контакты называется срабатыванием или возбуждением реле.

По окончании действия тока якорь под действием тяжести собственного веса или с помощью контактных пружин возвращается в первоначальное состояние и размыкает контакты.
Этот процесс называется обесточиванием или отпусканием реле.

Классификация электромагнитных реле

Существующие виды электромагнитных реле контактного типа отличаются по форме магнитной цепи и способу перемещения якоря.

Так схемы электромагнитных реле под №№ 1-4, 6 на рисунке представляют 

реле с поворотным якорем. На схеме №5 — реле с перемещающимся линейно втяжным якорем.

В зависимости от числа обмоток на сердечнике электромагнитное реле классифицируется как:

• однообмоточное;
• двухобмоточное;
• многообмоточное контактное реле.

Несмотря на конструктивную простоту, электромагнитное контактное реле обеспечивает высокую надёжность в работе железнодорожных систем автоматики и телемеханики.

Классификация реле по степени надёжности подразделяет все контактные электромагнитные реле на ЖД на 2 типа:

• 1 класса надёжности;
• облегчённые.

Облегчённые реле отличаются от реле 1 класса механизмом возврата якоря в исходною позицию при отключении тока: в контактных реле 1 класса якорь возвращается в первоначальное состояние под действием собственного веса, в облегчённых возвращение якоря обеспечивают подвижные контактные пружины.

В настоящее время к 1 классу относятся 4 поколения реле:

1. реле группы НР — нейтральные электромагнитные реле;
2. группы НШ — нейтральные штепсельные нормальнодействующие;
3. НМШ — нейтральные малогабаритные штепсельные;
4. РЭЛ — штепсельные постоянного тока.

Контактные электромагнитные реле 1 класса эксплуатируются в аппаратуре СЦБ, отвечающей за безопасность поездного движения.

 

Реле облегчённого типа:

1. КДР — кодовое электромагнитное контактное реле нештепсельное;
2. КДРШ — кодовое штепсельное;
3. РЭМ — модифицированный вариант КДР;
4. РЭМШ — модернизированная версия КДРШ.

Облегчённые реле используются, как правило, в системах диспетчерского контроля и в схемах электрической централизации, не связанных напрямую с движением поездов.

Дополнительная классификация реле

Кроме этого, все реле классифицируются по:

• питающему току:

* постоянного тока:

— нейтральные — действие зависит только от магнитного поля;
— поляризованные — работа зависит от направления тока в обмотке;
— нейтрально-поляризованные (комбинированные) — в одной конструкции соединены элементы обоих выше описанных реле ;

* переменного тока;
* постоянно-переменного тока;

• времени срабатывания:

* быстродействующие — срабатывание на притяжение и отпускание до 0.03 сек.;
* нормальнодействующие — время срабатывание до 0.3 сек.;
* медленнодействующие — срабатывание до 1.5 сек.;
* реле выдержки времени (времЕнные) — время срабатывания превышает 1.5 сек.

 

Нужны сцб реле, но нет желания звонить или куда-то ехать? Просто напишите нам, какие именно вы хотите реле электромагнитные купить и в каком количестве. И не забудьте указать свои контактные данные. Нужный вам товар от СЦБ Сервис не заставит себя долго ждать.

Вернуться в «Статьи»