Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

следовательно, постоянное направление, не зависящее от на-

правления (знака) этого тока. Поэтому электромагнитный

принцип пригоден для выполнения реле как постоянного, так

и переменного тока и широко используется для изготовле-

ния измерительных реле тока, напряжения и вспомогательных

реле логической части: промежуточных, сигнальных и реле

времени.

При перемещении якоря электромагнитного реле в сторону

срабатывания уменьшаются воздушный зазор б (рис. 2.2) и

соответственно #

. При постоянстве тока в реле уменьшение

вызывает увеличение магнитного потока Ф (2.3), что обус-

ловливает возрастание .Р

и М

(2.4).

У реле с поперечным движением якоря и с втягивающимся

якорем поле в воздушном зазоре нельзя считать однородным.

Для этих конструкций зависимости Я

= /(6), Р

/(6) и М

= /(ос) имеют сложный характер (рис. 23, а, б). Силу Р

и момент

можно выразить через производную магнитной проводимо-

сти воздушного зазора [10] уравнением

М, = Р

= —

н>2/2

:—, (2.5)

э э

2 Р Р аь

где С

- магнитная проводимость воздушного зазора, равная

Сила (момент), противодействующая движению подвижной

системы реле, создается пружиной (Р

и М

), трением и тя-

жестью подвижной системы (Р

и М

). При движении якоря

на замыкание контактов Р

и М

увеличиваются с уменьше-

нием 6 по линейному закону: М

ко.

(рис. 2.3, а); сила трения

остается неизменной.

Токи срабатывания и возврата реле, коэффициент возврата.

Ток срабатывания. Реле начинает действовать, когда

**э

э.с.р

—

**т'

или

Мэ = Ч.с.р =

п + М

. (2.6)

Наименьший ток, при котором реле

срабатывает,

называет-

ся током срабатывания 1

ср

В реле, выполняющих функции ИО, предусматривается

возможность регулирования /

с р

изменением числа витков об-

Ъ(*м)

а)

70" \80' \90° &

а, ас

Рис.

2.3. Зависимость магнитного со-

противления К

, электромагнитной

силы Г

и электромагнитного момен-

та М

от воздушного зазора 6:

а — реле с поворотным якорем

^э

/(^); б

—

реле с поперечным дви-

жением якоря М

= /(а)

Рис.

2.4. Диаграмма электромагнит-

ных и механических сил при сра-

батывании и возврате токового

реле:

1 - М

= /(6) при /

= 1

.р =

соп51;

2 - М

= /(6); 3 - М

='/(8) при

'р = 'воз =

С0П!

мотки реле (ступенями) и момента противодействующей пру-

жины М

(плавно).

Ток возврата. Возврат притянутого якоря в исходное

положение происходит при уменьшении тока в обмотке реле

под действием пружины 5 (см. рис. 2.2), когда момент М

преодолевает электромагнитный момент М

воз

момент

трения М

. Как следует из рис. 2.4, это произойдет при соблю-

дении условия

п2

= М

+ М

, (2.7)

где М

- момент, при котором начинается возврат реле.

Током возврата репе 1

В03

называется наибольшее значение

тока в реле, при котором якорь реле возвращается в исходное

положение.

Коэффициент возврата. Отношение токов

называется коэффициентом возврата /с

*воз'•'с.р

*в =

*с.р

М„

м,

с.р

(2.8)

У реле, реагирующих на возрастание тока, /

ср

> /

воз

и к

< 1.

Из диаграммы (рис. 2.4) следует, что чем больше избыточный

момент ДМ и момент трения М

, тем больше разница между

в03

и /

ср

и тем меньше к

Особенности работы реле на переменном токе. При протека-

нии по обмотке реле переменного тока /

= /

$нш{ согласно

(2.3) мгновенное значение Р

к'г*

к'1%,5т

ьн.

Учитывая, что

5ш

аи = —(1-со52иг), получаем

= кР

кР

со*2т.

(2.9)

где к = — к .

Это выражение показывает, что электромагнитная сила

(а следовательно, и М

э(

) электромагнитного реле переменного

тока содержит две составляющие: постоянную

к1%,

и пере-

менную /с7^,со52ш(, изменяющуюся с двойной частотой (/ =

= 100 Ги) тока (рис. 2.5). Электромагнитная сила Р

1{М

{)

имеет пульсирующий характер. В то же время противодей-

ствующая сила пружины Р

имеет неизменное значение. В ре-

зультате этого, при сработанном состоянии реле, якорь реле

будет находиться под действием разности двух сил Г

э(

- Г

меняющей свой знак.

В интервалы времени

аЪ,

ей, е/ в течение каждого периода Г,

когда Г

> Г

(рис. 2.5), якорь реле стремится отпасть и разомк-

нуть контакты реле, а в интервале

Ьс,

де, когда Р

( > Р

, якорь

вновь притягивается к электромагниту, стремясь замкнуть

контакты. Вибрация якоря вызывает вибрацию контактов,

оказывая вредное влияние на работу реле.

Для устранения вибрации применяется расщепление маг-

нитного потока Ф

обмотки на две составляющие Ф\ и Фц,

сдвинутые по фазе. Расщепление потока Ф

достигается при

помощи короткозамкнутого витка К

(рис.

2.6).

Короткозамкнутый виток К охватывает часть сечения маг-

нитопровода. Под влиянием магнитного потока Ф\ в витке К

возникает ток /

, создающий поток Ф

. На рис. 2.6 показаны

положительные направления магнитных потоков, а их вектор-

ная диаграмма приведена на рис. 2.7.

В магнитопроводе реле циркулируют два результирующих

магнитных потока: Ф\ - выходящий из-под сечения магнито-

провода, охваченного витком К; Фц - выходящий из-под сече-

Рис.

2.5. Изменение силы притяжения якоря Г

электромагнитного реле при

прохождении по его обмотке переменного тока

Рис.

2.6. Принцип устройства электромагнитного реле с короткозамкнутым

витком

ния 5

, не охваченного витком:

= Ф + ф • ф„ = ф -ф„ . (2.10)

2-Г1

_р1

ГК) —II —Р2 З^К2

Векторная диаграмма (рис. 2.7) показывает, что магнитный

поток Ф] сдвинут относительно Фц на уголф.

Каждый из магнитных потоков (рис. 2.8) Ф\ = Ф

1т

5пш* и

н = Фцт5т(и* + ф) создает силы Г

э1

и Р

эП

, кривые изменения

Рис.

2.7. Векторная диаграмма магнитных потоков реле, показанного на рис. 2.6

Рис.

2.8. Изменение силы притяжения якоря Рр

ез

электромагнитного реле с

короткозамкнутым витком при прохождении по его обмотке переменного тока

Рис.

2.9. Схемы, облегчающие работу VII

контактов реле

« г*=НЗ-|

которых смещены по фазе так же, как и магнитные потоки.

В результате этого при уменьшении одного из потоков второй

нарастает, не позволяя электромагнитной силе понизить-

ся до нуля.

Как будет показано в гл. 3, при насыщении магнитопрово-

да ТТ вторичный ток имеет несинусоидальный характер, что

вызывает вибрацию контактов.

Контакты реле должны обеспечивать многократное надеж-

ное замыкание и размыкание тока в управляемых ими цепях.

Во время коммутационных операций происходит износ контак-

тов,

понижающий надежность их действия. Наиболее тяжелой

операцией является размыкание цепи постоянного тока с

индуктивным сопротивлением (например, цепи, питающей

обмотку реле или электромагнита отключения выключателя).

Известно, что в момент размыкания такой цепи в обмотке,

обладающей индуктивностью Ь, возникает противодейству-

ющая ЭДСсамоиндукции Е^

-Ь —, стремящаяся поддержать

протекавший до этого ток (рис. 2.9). Под действием этой ЭДС

в воздушном зазоре между размыкающимися контактами по-

является электрическая дуга (искра), вызывающая обгорание,

а при больших токах оплавление и эрозию (распыление метал-

ла) контактов.

Отключающая способность контактов зависит от значений

тока, напряжения и индуктивности размыкаемой цепи. Она

условно характеризуется мощностью 5

, представляющей со-

бой произведение номинального напряжения источника опе-

ративного тока [/

от

и наибольшего допустимого тока /

к д

размыкание которого не вызывает повреждение контактов:

= С/

. Следует отметить, что для цепей переменного

тока допустимый ток /

к д

всегда больше, чем для цепи посто-

янного тока. Это объясняется тем, что при прохождении пе-

ременного тока через нулевое значение электрическая дуга

гаснет, а возможность ее повторного зажигания уменьшается

благодаря увеличению зазора между размыкающимися контак-

тами и снижению значения Е^. Для облегчения работы кон-

тактов можно применять шунтирование обмотки аппарата,

находящегося в управляемой цепи, искрогасительным конту-

ром КС или цепью из К и диода VI) (рис. 2.9). В этом случае

большая часть тока, вызываемого ЭДС Е^, замыкается по

шунтирующему контуру, в котором и погашается (расходует-

ся) основная часть энергии, накопленной в магнитном поле об-

мотки. В результате этого энергия, поддерживающая ток и

электрическую дугу между контактами реле, уменьшается, что

существенно облегчает работу контактов. Наличие искрогаси-

тельного контура замедляет возврат реле. Этого недостатка

лишена схема на рис. 2.9, б. Здесь диодом УО шунтируется кон-

такт реле КЬ, размыкающий индуктивную цепь. При такой схе-

ме ток

обусловленный Е

, почти полностью замыкается, поми-

мо размыкающихся контактов К, через контур и сопротивле-

ние источника 1/

0-т

. В нормальных условиях, когда контакты

реле разомкнуты, контур, шунтирующий контакты, разомкнут

диодом УО.

Электрическая дуга между подвижным и неподвижным кон-

тактами возникает и при замыкании управляемой цепи. При

замыкании подвижный контакт ударяется о неподвижный,

что порождает вибрацию контактов, сопровождаемую много-

кратным замыканием и размыканием управляемой цепи.

При этом в момент разрыва появляется дуга, которая может

вызвать оплавление и приваривание контактов при сильном

их нагреве. Вибрация прекратится, когда кинетическая энер-

гия подвижной системы реле израсходуется на преодоление

сопротивления подвижных контактов и нагрев элементов

замыкаемой цепи.

Для предупреждения порчи контактов электрической ду-

гой неподвижные контакты выполняются в виде упругих пла-

стин, колеблющихся вместе с подвижными контактами без

разрыва управляемой цепи. Применяются также демпферы

(механические успокоители), поглощающие кинетическую

энергию подвижной системы. Контакты выполняются из туго-

плавкого и менее подверженного окислению материала. При-

меняется серебро, металлокерамика и др.

2.3.

КОНСТРУКЦИИ РЕЛЕ, ВЫПОЛНЯЕМЫХ

НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПРИНЦИПЕ

На электромагнитном принципе выполняются пусковые и

измерительные реле переменного тока и напряжения и реле

логической части (промежуточные, сигнальные, времени) на

постоянном и переменном токе.

Измерительные реле тока. При включении обмотки электро-

магнитного реле на ток сети 7

= 1

5ты1 непосредственно или

через ТТ ток в обмотке реле 1

= /

и согласно (2.4) М

= к1*.

Такое реле называется измерительным реле, или органом то-

ка, так как его поведение будет определяться током сети 1

значение которого не зависит от сопротивления обмотки реле.

К параметрам измерительного токового реле предъявляются

следующие требования: для уменьшения нагрузки на ТТ по-

требление мощности реле должно быть минимальным; коэф-

фициент возврата к

должен приближаться к единице, что

необходимо для повышения чувствительности РЗ; время дей-

ствия реле {

должно быть возможно меньшим (порядка 0,02-

0,04 с) для обеспечения быстродействия; контакты реле долж-

ны надежно замыкать управляемую цепь; обмотки реле долж-

ны быть термически и динамически устойчивыми.

Реле тока типа РТ-40, выпускаемое ЧЭАЗ, показано на

рис.

2.10. На якоре 2 электромагнита 1 закреплен подвижный

контакт 3 в виде мостика, замыкающего неподвижные кон-

такты при срабатывании реле. Для гашения вибрации контакт-

Рис.

2.11. Схема включения обмоток реле максимального и минимального на-

пряжения через выпрямитель:

—

схема включения обмотки; б

—

переменный ток на входе выпрямителя;

—

выпрямленный ток в обмотке реле

ной системы на якоре укреплен барабанчик, заполненный

кварцевым песком. Ток срабатывания регулируется плавно

противодействующей пружиной 4, а также последовательным

и параллельным соединением обмоток (5а, 56) реле. Потреб-

ление реле при минимальной уставке для реле разной чувстви-

тельности составляет от 0,2 до 8 В • А; к

= 0,8 * 0,85;

* 0,03 с

при /

> 3/

ср

. Реле имеет девять исполнений с разными /

с-р

от 0,05 до 200 А. Реле получило широкое применение, и вы-

пуск его продолжается.

Реле напряжения. Выпускаемые ЧЭАЗ реле напряжения

переменного тока типов РН-53 и РН-54 выполнены конструк-

тивно так же, как реле РТ-40. Лля уменьшения вибрации об-

мотка реле включается на напряжение Ц, через выпрямитель

(рис.

2.11). Обмотка реле напряжения имеет, большое активное

сопротивление.

Реле максимального напряжения типа РН-53 имеет к

не

ниже 0,8, а реле минимального напряжения типа РН-54 - не

выше 1,25. Уставки реле напряжения регулируются с помощью

поводка, изменяющего натяжение противодействующей пру-

жины, а также с помощью включения одного или двух допол-

нительных резисторов в цепи обмотки реле, что изменяет пре-

дел шкалы уставок в 2 раза.

Требования в части потребляемой мощности, коэффициента

возврата и работы контактов аналогичны требованиям,

предъявляемым к токовым реле.

2.4.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЛЕ (ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ)

Назначение реле и требования к ним. Промежуточные реле

применяются для выполнения логических операций как реле-

повторители для одновременного замыкания или размыкания

нескольких цепей, а также для замыкания и размыкания це-

пей с большими токами.

Примеры использования промежуточных реле в схемах РЗ

приведены на рис. 2.12. По способу включения промежуточные

реле подразделяются на реле параллельного (рис. 2.12, а) и

последовательного (рис. 2.12, б) включения. Обмотки первых

включаются на полное напряжение источника питания, а

вторых - на ток цепи последовательно с катушкой электро-

магнита отключения выключателя УАТ или какого-либо друго-

го аппарата или реле.

Кроме того, выпускаются реле с дополнительными удер-

живающими катушками, например реле параллельного вклю-

чения с удерживающей обмоткой, включаемой последова-

тельно в управляемую контактами реле цепь (рис. 2.12, в). Та-

кое реле, подействовав от кратковременного импульса, подан-

ного в параллельно включенную обмотку, остается в сработан-

НА «± -

КЛ

КС 50 УАТ +

к-сн

, 501 УАГ.1

АТЗ

_>_гС

к иг

/а

зО-чн

Пуск

—

АПВ

низ

ы.

а)

к иг

в)

Пуск

АПВ

Рис. 2.12. Схема включения промежуточных реле

ном состоянии после его исчезновения под действием тока

удержания, пока не сработает управляемый аппарат.

Мощность контактов должна быть достаточной для замыка-

ния и размыкания цепей РЗ, а также для замыкания цепей

управления выключателей.

Потребление обмоток реле параллельного включения стре-

мятся ограничить до 6 Вт с тем, чтобы их цепь могли замы-

кать и размыкать реле с маломощными контактами.

Потребление обмоток реле последовательного включения

выбирается из условия минимального падения напряжения

в сопротивлении обмотки этого реле, которое допускается не

более 5-10% нормального напряжения источника оператив-

ного тока.

Промежуточные реле должны надежно действовать не толь-

ко при нормальном напряжении, но и при возможном в усло-

виях эксплуатации его понижении до 0,8[/

ном

- реле постоян-

ного тока и до 0,85{/

НОМ

- реле переменного тока.

Промежуточные реле, работающие без замедления, как пра-

вило,

выполняются в виде конструкций с поворотным якорем

(клапанного типа). Устройство промежуточного реле типа РП-23

для схем РЗ на постоянном оперативном токе показано на

рис.

2.13. Оно состоит из электромагнита 1 с обмоткой 2, яко-

ря 3 с хвостовиком 4, неподвижных контактов 5, подвижной

контактной системы 6, возвратной пружины 7, упора 8, регули-

ровочной пластины 9. Все элементы реле крепятся на цоколе

10 и закрываются кожухом 11. При подаче напряжения на об-

мотку реле якорь 3 втягивается и хвостовиком 4 перемещает

вниз подвижную контактную систему, переключающую кон-

такты реле.

Аналогичное устройство имеет промежуточное реле типа

РП-25,

которое предназначено для работы на переменном опе-

ративном токе. Для предотвращения вибрации подвижной

системы это реле имеет короткозамкнутый виток на сердеч-

нике электромагнита.

Реле рассматриваемых типов имеют по пять контактов, ко-

торые могут быть использованы в различных комбинациях.

Время срабатывания этих реле составляет примерно 0,06 с.

Реле постоянного тока изготовляются на напряжения 24,

48,

ПО и 220 В, а переменного тока -на 100,127 и 220 В.

Потребляемая мощность при номинальном напряжении по-

рядка 6 Вт у реле РП-23 и не более 10

В • А

у реле РП-25.