Шабад М.А. Электромеханические реле тока и схемы максимальных токовых защит

Подождите немного. Документ загружается.

срабатывания до ЮГном (снять 8-12 точек при закрытой крышке, после каждою

срабатывания поднимая блинкер; на отсечке поставить максимальную уставку),

- установить максимальную уставку по времени. Проверить пределы

регулирования тока срабатывания электромагнитного элемента (отсечки) (уставку

индукционного элемента сохранить 2A)j

- установить уставку отсечки равной 41ном,

- снять характеристику зависимости времени срабатывания РТ-80 от тока

реле при уставке индукционного элемента по току равной 2 А и минимальной

уставке по времени, начиная от тока срабатывания до IOIhom (снять 4-6 точек

при закрытой крышке, после каждого срабатывания поднимая блинкер).

Рис. 3 Схема для проверки шкалы уставок и снятия временной

характеристики реле РТ-80

8. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. В чем преимущества и недостатки вторичных реле косвенного действия ?

2. Как должна быть отрегулирована контактная система реле РТ-40 для его

четкой работы ?

3. От чего зависит коэффициент возврата реле РТ-40 и как осуществляется

его регулировка ?

4. Как обеспечивается селективность максимальной токовой защиты

радиальной сети ?

5. Почему при проверке индукционного элемента РТ-80 рекомендуется

использовать "реостатную" схему ?

6. Каковы преимущества использования реле РТ-80 по сравнению с реле РТ-

40?

7. На что указывает повышенное значение тока начала

работы реле

РТ-80 ?

8. От чего зависит коэффициент возврата индукционной части реле РТ-80 и

как он регулируется ?

9. Объясните вид зависимости времени срабатывания реле РТ-80 от

значения тока в реле.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

И ИНДУКЦИОННЫХ РЕЛЕ ТОКА

Прежде чем приступить к описанию реле серий РТ-80 и PT-90,

целесообразно вспомнить принципы действия электромагнит-

ных и индукционных реле тока, так как в рассматриваемых реле

сочетаются оба принципа.

В электромагнитных реле

переключение контактов происхо-

дит под действием электромеханической силы притяжения

ферромагнитного якоря к электромагниту.

На рис. 1 показано схематическое устройство электромагнит-

ного реле тока. На магнитопровод 1 насажена катушка 2. Ток 1

р>

протекающий по ней, создает магнитный поток Ф

, который

замыкается

по

контуру: магнитопровод, воздушные зазоры,

якорь 3. Направление магнитных силовых линий определяется

по известному правилу буравчика. Нетрудно видеть, что при

любом направлении тока магнитопровод и якорь представляют

два магнита, обращенные друг к другу разноименными полюса-

ми. Так, на рисунке магнитные силовые линии направлены в'"

магнитопроводе от правого полюса к левому, а в якоре - от

левого к правому. Поэтому между якорем и магнитопроводом

возникает сила притяжения. При определенном токе, называе-

мом током срабатывания, эта сила преодолевает силу притяже-

ния возвратной пружины 4. Тогда якорь притянется к магнито-

проводу, замкнув контакт 5. Размыкание контакта и возврат

реле в исходное положение происходит при снижении тока до

тока возврата. При этом токе сила притяжения становится

меньше силы пружины.

Магнитный поток определяется соотношением, которое

иногда называют законом Ома для магнитной цепи:

ф = (1)

Здесь произведение тока I на число витков w

называют

намагничивающей силой по аналогии с ЭДС в электрической

цепи;

- магнитное сопротивление контура, по которому

замыкается поток. В данном случае оно складывается из маг-

нитного сопротивления железа й

и магнитного сопротивления

воздушных зазоров

, причем

составляет всего несколько

ищи

Рис. 1. Устройство электромагнитного

реле

процентов общего сопротивле-

ния. Совершенно очевидно, что

сопротивление воздушных зазо-

ров пропорционально их суммар-

ному значению б. Таким обра-

зом,

(2)

Электромагнитная сила притяжения F

пропорциональна

квадрату магнитного потока

Срабатывание и возврат происходят при равенстве электро-

магнитной силы притяжения противодействующей силе. Ана-

лизируя (3), можно сделать следующие выводы.

1. Если увеличить число витков, то во столько же раз умень-

шится ток срабатывания и наоборот.

2. Сила притяжения обратно пропорциональна квадрату

размера воздушного зазора б. Поэтому в начале движения якоря

с уменьшением зазора эта сила резко возрастает, и якорь дви-

жется с большим ускорением. Процесс срабатывания протекает

сотые доли секунды, т. е. изменение состояния реле происходит

скачком. По этой же причине ток возврата реле меньше его тока

срабатывания. Отношение тока возврата к току срабатывания

реле называется коэффициентом возврата

3. Уменьшение противодействующей силы ведет к уменьше-

нию тока срабатывания и тока возврата.

Таким образом, ток срабатывания реле можно регулировать

числом витков, размером зазора и натяжением пружины.

В индукционных реле

подвижной частью служит алюминие-

вый диск или барабанчик, укрепленный на оси и поворачиваю-

щийся под действием вращающего момента. Вращающий;

момент является результатом взаимодействия магнитных

потоков с наведенными ими в диске или барабанчике вихревы-

ми токами.

(3)

(4)

Поместим диск в зазорах двух электромагнитов, по катушкам

которых протекают переменные токи /j и 1

(рис. 2). Каждый

ток создает магнитный поток, пронизывающий диск. Если

известны положительные направления токов (обозначены

стрелками), то по правилу "буравчика" легко определить на-

правления потоков. При вращении рукоятки по направлению

тока движение буравчика совпадает с направлением силовых

линий. Если смотреть на диск сверху, то поток Ф

создаваемый

током направлен от наблюдателя (крестик - хвост летящей

стрелы); поток Ф

, создаваемый током J

, направлен к наблюда-

телю (точка - острие летящей стрелы).

Если изменения токов происходят синусоидально, то таким

же образом изменяются магнитные потоки. Но тогда согласно

закону электромагнитной индукции в диске должны наводить-

ся ЭДС и циркулировать вихревые токи (токи трансформации).

Вокруг следа полюсов первого электромагнита образуется

контур с током )'

1д

, вокруг следа полюсов второго электромагни-

та /

2д

. Направления этих токов определяются опять по правилу

буравчика: если буравчик движется по направлению потока,

рукоятка вращается по направлению тока.

Как известно, между магнитным потоком и током, находя-

щимся в его поле, возникают электромеханические силы взаи-

модействия. Так как здесь мы имеем два потока и два контура с

током,

го необходимо рассмотреть четыре силы. Направления

этих сил определяются по правилу "левой руки". Результи-

рующая сила взаимодействия потока с током г'

1п

при симмет-

рии магнитного потока равно нулю, потому что она представля-

ет сумму взаимно уравновешенных сил левой и правой полови-

ны контура. Точно так же равна нулю и сила взаимодействия

потока Ф

со "своим" током г'

2д

. (На рис. 2 эти силы не показаны.)

Отсюда следует, что в индукционных реле и приборах должно

быть не менее двух потоков.

Иной результат получается при взаимодействии потока Ф

током ij . Токи в левой и в правой половинах контура противо-

положны. Поэтому правая часть контура отталкивается от

потока Ф

с силой f

а левая - притягивается к нему с силой /

Но поскольку правая половина расположена от оси магнитного

потока ближе, чем левая, то

> /

и равнодействующая

- /

направлена влево. Рассматривая аналогично взаимодейст-

вие потока Ф, с током 1

2д

, устанавливаем, что F

= /

направ-

лена вправо. Итак, мы имеем две силы, направленные противо-

положно: - сила взаимодействия тока /

1д

с потоком Ф

сила взаимодействия тока г'

2д

с потоком Ф

Если

магнитные потоки

сдвинуты по фазе, то равнодействую-

щая сила не равна нулю. Можно доказать, что она всегда на-

правлена от оси опережающего магнитного потока к оси отстаю-

щего. Иными словами, отстающий магнитный поток притягива-

ет контур с током, созданным опережающим магнитным пото-

ком.

Равнодействующая сила

создает вращающий

электромагнитный момент

= F

где

- плечо силы.

Вращающий момент пропорционален магнитным потокам и

синусу угла сдвига между ними

= кФ^шф. (

Очевидно,что наибольший вращающий момент возникнет

при сдвиге потоков на 90°.

В индукционных реле тока магнитный поток, созданный

протекающим по катушке током, необходимо расщепить на два

потока и сдвинуть их пространственно и по

фазе.

Достигается

это следующим образом (рис. 3). На верхний и нижний полюсы

электромагнита насаживаются короткозамкнутые витки (экра-

ны), охватывающие часть сечения магнитопровода. Через экра-

нированную часть полюсов проходит поток 4>

через неэкрани-

рованную часть - поток Ф

. Поток Ф]^ индуктирует в коротко-

замкнутых витках ЭДС

к>

отстающие от него на 90°.

В короткозамкнутых витках протекают токи 1

, вызванные

и примерно совпадающие с ней по фазе.

71.

ф,

SO'

Чк

ffl

а)

Ось потока. %

Ось потока. <Р,

Ь)

ЛО'

Ul Ii Рис. 3, Принцип действия (а, 6) и

векторная диаграмма (в) индукцион-

ного реле тока с диском

Поток Ф

вызывается током намагничивания /

нам

и с некото-

рым допущением совладает с ним по фазе. Ток намагничивания

определится как векторная сумма части тока в катушке и тока

в короткозамкнутых витках (приведенных к числу витков

катушки):

1нам = «р

-С

Что же касается потока Ф

, выходящего из неэкранированной

части полюсов, то он вызывается только током катушки I ,

пропорционален ему и при том же допущении совпадает с ним

по фазе.

Рассматривая векторную диаграмму (рис. 3, в), видим, что

требуемый сдвиг потоков достигнут и создан вращающий мо-

мент. Его значение определяется по (5). Если поток пропорцио-

нален току, вращающий момент пропорционален квадрату тока:

(б)

Однако, как известно, вследствие насыщения магнитопроьо-

да пропорциональность магнитного потока создавшему его току

сохраняется до некоторого предела. При дальнейшем возраста-

нии тока магнитный поток не изменяется.

На вращающийся диск действуют вращающий и тормозной

моменты. Тормозной момент М

вызывается рядом факторов:

трением в опорах, сопротивлением воздуха, взаимодействием

токов "резания", индуктированных в диске при его вращении, с

магнитными потоками, и наконец, • моментом, создаваемым

имеющимся в реле тормозным магнитом. Вращаясь между

полюсами магнита, диск пересекает его магнитные силовые

Рис. 4. Зависимость времени срабатыва-

ния реле от тока:

А — зависимая часть; В — независимая

часть

с.р

линии. В результате

этого

в диске наводится ЭДС, пропорцио-

нальная частоте вращения ы. Под ее действием возникают

контуры с током. Электромеханическая сила взаимодействия

этих токов с потоком создает тормозной момент, значительно

превосходящий вышеперечисленные. Поэтому с достаточной

точностью можно считать, что М

= к"о). При постоянной частоте

М = М ,т.е.к'Р = feu,откуда

(7)

Следовательно, частота вращения пропорциональна квадра-

ту тока.

Как только ток 1

достигнет тока срабатывания реле, ось

диска свяжется червячной передачей с толкателем, воздейст-

вующим на контакты так, что их переключение происходит

после определенного числа оборотов. Таким образом создается

логический

элемент

"время" без использования часового меха-

низма. Выдержка времени определится так

к"

к'

(8)

где п - число оборотов, определяемое положением толкателя.

При заданном числе оборотов выдержка времени обратно про-

порциональна квадрату тока. Зависимость времени срабатыва-

ния

реле от

тока представлена на рис. 4. Характеристика имеет

зависимую и независимую части. Переход характеристики в

независимую

часть

при определенном токе объясняется насы-

щением магнитопровода. Дальнейшее увеличение тока не

приводит к возрастанию магнитного потока. Поэтому частота

вращения не увеличивается. Согласно принятой терминологии

реле имеет ограниченно-зависимую характеристику выдержки

времени.

КОНСТРУКЦИЯ

Рассмотрим конструкцию индукционного реле на примере

реле типа РТ-81 (рис. 5). Цоколь реле изготовляется из немаг-

нитного сплава путем отливки. Он имеет приливы для крепле-

ния деталей. В пазы цоколя уложена резиновая уплотняющая

прокладка. В верхней части цоколя в прямоугольном вырезе

запрессована контактная колодка 5 с зажимами. Для крепле-

ния реле цоколь снабжен двумя отверстиями с резьбой.

Кожух реле первых выпусков представлял собой железный

каркас со стеклянным окошком. Он оказывает влияние на

распределение магнитных потоков. Для проверки электриче-

ских характеристик кожух необходимо надеть, а для регулиров-

ки снять, что создает неудобства. Поэтому в настоящее время

кожух изготовляется из прозрачного полимерного материала. В

верхней его части расположен поворотный рычажок с возврат-

ной пружиной и фасонным винтом, служащий для установки

сигнального флажка в исходное положение.

Магнитопровод реле является общим для индукционного и

электромагнитного элементов. Он имеет две ветви и делит

магнитный поток на две составляющие. Основная ветвь (собст-

венно магнитопровод) 16 представляет прямоугольник с воз-

душным зазором, образованным полюсами. Полюсы магнито-

провода разделены на две части таким образом, что часть каж-

дого полюса охвачена короткозамкнутым витком (экраном) J7;

назначение экранов объяснено ранее. Другая ветвь магнито-

провода - это магнитный шунт 15, образующий магнитную цепь

совместно с якорем отсечки и его правым воздушным зазором.

Катушка реле 12 - это измерительный орган, включаемый во

вторичную обмотку трансформатора тока. По катушке протека-

ет ток, пропорциональный току защищаемого присоединения.

Катушка насажена на правый стержень магнитопровода. Один

ее конец выведен на контактную колодку, а отпайки - на семь

гнезд штепсельного мостика 13, который также имеет вывод

на контактную колодку. Гнезда имеют обозначения токов

срабатывания. В одно из них ввернут винт 14 с фасонной пласт-

массовой головкой. Винт снабжен пружинящей шайбой, предот-

вращающей нарушение контакта в случае усыхания карболита

штепсельного мостика. Восьмое гнездо является холостым,

в него ввернут запасной винт.

Якорь отсечки 9 представляет неуравновешенное коромысло,

ось которого укреплена на шунте магнитопровода. На левом,

более тяжелом плече, укреплены фигурный рычаг 4 и текстоли-

товая пластина 8. Посредством фигурного рычага осуществляет-

ся воздействие индукционного элемента на якорь и на сигналь-

ный флажок. Текстолитовая пластина непосредственно пере-

ключает контакты.

Аё

Рис. 5. Устройство реле типа РТ-81:

i — зубчатый сектор; 2 — верхняя опора диска; 3 — червяк; 4 — фигурный рычаг;

5 - контактная колодка; 6 - неподвижный контакт; 7 - подвижный контакт; 8 -

текстолитовая пластина; 9 - якорь отсечки; 10 — регулировочный винг отсечки;

11 - короткозамкнутый виток якоря; 12 — катушка; 13— штепсельный мостик;

14 — штепсельный винт; 15 — шунт магнитопровода; 16 — магнитопровод; 17 —

экраны; 18 — диск; — скоба; 20 — толкатель; — упор; 22 — нижняя опора диска;

23 — упорный винт; 24 — фасонный винт; 25 — регулировочный винт пружины; 26 —

пружина; 27 — постоянный магнит; 28 — нижняя опора рамки; 29 — рамка; 36 —

полуось сектора; 31 — верхняя опора рамки

Вибрация якоря отсечки в притянутом состоянии, вызванная

пульсацией магнитного потока,может привести к неустойчиво-

му замыканию контактов. Для устранения этого нежелательно-

го явления на правый конец якоря насажен короткозамкнутый

виток 11, охватывающий

часть

его торцевой стороны. Магнит-

ный поток расщепляется на две составляющие, сдвинутые по

фазе, что приводит к сглаживанию пульсации. Для предотвра-

щения залипания

якорь

снабжен немагнитной заклепкой.

Как установлено ранее, ток срабатывания электромагнитного

элемента можно регулировать воздушным зазором. Для этой

цели предназначен фасонный винт 10. На нем укреплено коль-

цо со шкалой, проградуированной в кратностях тока срабатыва-

ния отсечки току срабатывания индукционного элемента.

Например, цифра б на шкале отсечки совмещена с неподвижной

риской, а уставка индукционного элемента - 5 А. Следователь-

но, уставка отсечки 30 А. Кольцо со шкалой закреплено стопор-

ным винтом. Ослабив винт, можно повернуть кольцо.

Постоянный магнит 27 является составной частью магнитной

системы реле. Он создает тормозной момент, пропорциональ-

ный частоте вращения диска, что необходимо для получения

стабильных характеристик реле. Этим, однако, не исчерпыва-

ются функции постоянного магнита. Он участвует в создании

системы сил, действующих на подвижную часть реле и вызываю-

щих его срабатывание. И наконец, магнит останавливает враще-

ние диска после сброса тока, сводя к минимуму инерционный

выбег реле. Тормозной магнит крепится к приливу цоколя

осевым винтом и фиксируется тремя стопорными винтами. При

отпускании стопорных винтов положение магнита можно из-

менять.

Подвижная часть индукционного элемента представляет

алюминиевый диск 18, вращающийся между полюсами магни-

тов. Ось диска установлена на двух опорах в поворотной рамке

29. В свою очередь, поворотная рамка также на опорах 28, 31 двух

полуосей установлена в приливах цоколя. Ось диска имеет

утолщение, на котором нарезан одно- или четырехзаходный

червяк 3. Вторым элементом червячной пары служит зубчатый

сектор 1, поворачивающийся на двух полуосях 30. Сектор снаб-

жен толкателем 20, воздействующим на якорь отсечки. Упор

21, на котором лежит толкатель, определяет его исходное

положение. Упор фиксируется фасонным винтом 24, выведен-

ным вместе с указателем в прорезь со шкалой времени на щитке

реле. Его положением устанавливается выдержка времени.

Время на шкале указано в независимой части характеристики.

Крайние положения поворотной рамки ограничены упорным

винтом 23. Винт закреплен контргайкой. При отпущенной

контргайке винт имеет ход около 3 мм, необходимый для регу-

лировки глубины зацепления червяка с сектором. Рамка оття-

нута

крайнее положение возвратной пружиной

с винтом

25, служащим для регулировки ее натяжения. Рамка заканчи-

вается стальной скобой 19, которая за счет притяжения к магни-

тспроводу обеспечивает надежное сцепление червячной пере-

дачи. Скобу можно слегка подгибать и отгибать, регулируя тем

самым коэффициент возврата.

Механический указатель срабатывания выполнен в виде

фигурного коромысла с красным кружком справа.