Электромагнитные логические реле

Реле времени. Эти реле являются логическими реле с норми­руемым временем срабатывания. Они предназначены для создания выдержек времени при передаче сигналов к другим реле логичес­кой части устройств релейной защиты, автоматики и телемеханики. 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. 2.9 изображено од­но из таких реле типа ЭВ-122 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 убирается 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 трубку 16 и промежуточные шестерни 15 и 7 связана с часовым механизмом. Время срабатывания реле (выдержка времени) зависит от расстояния между начальным поло­жением 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 (неподвижные 10 и 11 и подвижный 9). 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_ном = 24, 48, 110, 220 В с минимальной выдержкой времени t _с.рmin = 0,1 с и макси­мальной выдержкой времени t_{с .рmах} = 20 с. Они четко срабатыва­ют при напряжении не менее U_Р = 0,7 U _ном. 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 (рис. 2.9). Отличия определяются параметрами обмотки, рассчитанной на переменное напряжение. Основным недостатком этого реле является значительная потреб­ляемая мощность (Р_Р = 60 ВА и более), а также возможность отказа в действии, поскольку 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 отпадает, 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 типов РВМ-12 и РВМ-13. Эти реле включаются непосредственно в цепи первичных измеритель­ных преобразователей тока.

Реле РВМ (рис. 2.10) имеет синхронный микродвигатель со статорной обмоткой ау и втягивающимся ротором, два насыщающихся трансформатора TL1 и 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 (11—9 или 11—13).

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 (КТ.1 и КТ.2). Максимальная выдержка времени со­ставляет t _с.рmах = 4 с у реле РВМ-12 и t _с.рmах = 10 с у реле РВМ-13.

В зависимости от соединения секций первичной обмотки насы­щающихся трансформаторов (последовательно или параллельно реле четко срабатывает при токах I_Р = 2,5÷5 А. Мощность, потреб­ляемая реле при двойном токе срабатывания, не превышает Р_Р = 10ВА.

Конструкция реле РВМ показана на рис. 2.10,6. При запуске реле обмотка электродвигателя 1 подключается к вторичной обмотке одного из насыщающих­ся трансформаторов (на рис. 2.10, а замыкаются выводы 11— 9 или 11—13), ротор 2 втягивается в межполюсное пространство статора и трубка 3 на оси ротора входит в зацепление с замедляющим трехступенчатым редуктором, через который вращение ротора передается рамке 4 с контактными цилиндрами. Кон­такты замыкаются с заданной выдержкой времени. Пои исчезновении тока вращение ротора прекращается и он выходит из межполюсного пространства, рас­цепляя трубку с редуктором.

Промежуточные реле. Для выполнения промежуточных реле обычно используют электромагнитную систему с поворотным яко­рем. Промежуточные реле выполняют с одной или несколькими обмотками, которые могут включаться на полное напряжение ис­точника оперативного тока (обмотки напряжения) или последова­тельно с обмоткой какого-либо реле или аппарата (обмотки тока). Промежуточные реле выполняются с минимальным потреблением мощности обмотками напряжения, с тем чтобы облегчить усло­вия работы контактов в их цепи, а также (что особенно важно для реле переменного тока) снизить

Рис. 2.11. Промежуточные реле типа РП-23 (а) и РП-341 (б)

мощность источника оперативного тока. Промежуточные реле с обмотками напряжения должны на­дежно срабатывать при напряжениях U_Р = 0,71 U _ном.

Потребляемая мощность обмотки тока промежуточного реле определяется из условия ограничения падения напряжения на ней не более 5—10% от номинального напряжения источника опера­тивного тока. Это необходимо для надежного действия реле или ап­парата, последовательно с обмоткой которого включена обмотка тока промежуточного реле.

Промежуточные реле имеют низкий коэффициент возврата k_B ≈ 0,1÷0,4. Однако для них, как и для реле времени, это не имеет значения, так как по условиям работы отпускание реле происходит после отключения от источника питания. К большей части проме­жуточных реле предъявляется требование быстродействия: их вре­мя срабатывания не должно превышать t _с.р < 0,01÷0,03 с.

На рис. 2.11,а показана конструкция промежуточного реле по­стоянного тока типа РП-23.

Под действием возвратной пружины 5 шток 4 с подвижными контактами 3 находится в крайнем верхнем положении. При этом замыкающие контакты разомкнуты, а размыкающий контакт 3 замкнут. Якорь 2, упирающийся в шток 4, оттянут вверх. При подключении обмотки реле к напряжению, превышаю­щему напряжение его срабатывания, якорь 2, притягиваясь к полюсу электро­магнита 1, воздействует на шток 4, перемещая его вниз и переключая контакты. После отключения обмотки реле возврат подвижной системы в начальное состоя­ние происходит под действием возвратной пружины 5. Реле монтируется на цо­коле 6.

Эти реле изготовляют на номинальные напряжения U_ном = 12, 24, 48, 110, 220 В постоянного тока; они четко срабатывают при напряжении 0,7Uном. Время замыкания контактов при номиналь­ном напряжении t _с.р < 0,06 с, а потребляемая обмоткой реле мощ­ность Р_Р ≈6 Вт.

Промежуточное реле переменного тока выполняется с использо­ванием шихтованного магнитопровода, состоящего из набора от­дельных штампованных листов электротехнической стали. Такая конструкция магнитопровода необходима для уменьшения потерь на вихревые токи. Кроме того, полюс магнитной системы снабжа­ется экраном для получения электромагнитной силы, незначитель­но изменяющейся во времени (см. рис. 2.4).

Одним из таких реле является реле типа РП-25, устройство и действие которого аналогичны реле постоянного тока. Оно пред­назначено для питания от измерительного трансформатора напря­жения. Его недостатки: возможность отказа в действии при корот­ких замыканиях и снижении напряжения; значительная мощность, потребляемая при срабатывании. В этом отношении более совер­шенными являются промежуточные реле типов РП-321 и РП-341, подключаемые к измерительным трансформаторам тока.

На рис. 2.11,6 показана схема внутренних соединений реле РП-341. В схе­ме используется электромагнитное реле постоянного тока, обмотка ω которого подключается к двухполупериодному выпрямителю VS, благодаря чему снижа­ется мощность, потребляемая реле при срабатывании, и улучшается работа кон­тактов. Выпрямитель подключается к вторичной обмотке насыщающегося транс­форматора TL, первичная обмотка которого имеет две секции, выведенные на зажимы 8—12 и 10—14. В зависимости от схемы соединения этих секций реле имеет два номинальных тока срабатывания: I _ном == 2,5 А — при последовательном соединении и I _ном = 5 А — при параллельном. Секции могут соединяться и на разность токов. Насыщающийся трансформатор ограничивает ток и напряжение во вторичной цепи, при этом облегчаются условия работы контактов реле, управ­ляющих работой реле РП-341, и условия работы диодов выпрямителя; кроме того, ограничивается потребление мощности реле при больших кратностях тока. Параллельно выпрямителю к вторичной обмотке насыщающегося трансформато­ра подключается конденсатор С, который предназначен для сглаживания пере­напряжений, обусловленных наличием высших гармоник в ЭДС насыщаю­щегося трансформатора. Конденсатор снижает также потребление мощности реле.                                                                      

Реле РП-341 имеет два переключающих контакта: KL.1 — обычного исполнения и KL.2 — переключающий без разрыва цепи: при срабатывании реле кон­такт сначала замыкает цепь, присоединенную к выводам 2, 4, а затем размыкает цепь, присоединенную к выводам 4, 6. Для повышения коммутационной способности размыкающий контакт помещается внутри магнитопровода, представляю­щего собой рамку с воздушным зазором в боковой части. Таким образом осу­ществляется магнитное дутье и облегчаются условия гашения дуги. При этом контакты способны коммутировать ток до 150 А. При токе I_Р = 2 I _ном реле по­требляет мощность P_Р < 6ВA, а время срабатывания t _с.р < 0,05 с.

Электромагнитные реле с герметизированными магнитоуправляемыми контактами (герконовые реле). Значительными недостат­ками электромеханических реле, в том числе и промежуточных, яв­ляются наличие открытых ненадежных контактов, подверженных влиянию окружающей среды, а также относительно большое вре­мя срабатывания из-за значительной массы подвижного якоря. По­пытка ослабить эти недостатки привела к созданию герконовых ре­ле, простейшее устройство которых показано на рис. 2.12, а.

Рис. 2.12. Устройство герконового реле (а) и шагового распреде­лителя (б)

Основными элементами герконового реле являются заполненная инертным газом стеклянная колба 1 с впаянными в нее пружинящими пластинами из фер­ромагнитного материала 2 и обмотка 3. Пластины одновременно являются магнитопроводом, подвижными частями реле и контактными пружинами. В нор­мальном режиме пластины разомкнуты и цепь управления разорвана. Ток в об­мотке вызывает магнитный поток Ф, проходящий по пластинам. Он создает электромагнитную силу, стремящуюся притянуть пластины друг к другу. Пласти­ны смыкаются и замыкают управляемую цепь, если электромагнитная сила пре­вышает механические силы упругости пластины.

Конструктивные особенности герконового реле обеспечивают высокую надежность коммутации, малое время срабатывания (t _с.р ≈ 0,001 с), длительный срок службы (до 10⁸-10¹² срабаты­ваний), малые размеры (длина реле l ≈ 30÷50 мм, диаметр стеклянной колбы D ≈ 3÷5 мм, зазор между пластинами – десятые доли миллиметра).

Шаговые распределители. В устройствах автоматики и телеме­ханики для переключения нескольких независимых электрических цепей, нахождения требуемой цепи и для распределения сигналов при их передаче применяются шаговые распределители. Они содер­жат привод, который дискретно перемещает щетки по неподвиж­ным контактам (ламелям).

Приводом шагового распределителя (рис. 2.12, 6) служит электромагнитное реле 1. Его якорь 8 связан со скобой 6; притягиваясь к сердечнику при сраба­тывании реле, он поворачивает скобу вокруг оси по часовой стрелке. При этом собачка 5 перемещается вниз и заходит за новый зубец храпового колеса 4. В таком положении механизм находится до тех пор, пока не исчезнет ток в об­мотке реле. После исчезновения тока и возврата реле в начальное положение храповое колесо 4 под действием пружины 7 поворачивается по часовой стрелке на некоторый угол. При этом щетка 3 перемещается на один шаг и замыкает очередной неподвижный контакт 2. Такой шаговый распределитель называют распределителем обратного хода. В распределителях прямого хода щетка пере­мещается не при исчезновении, а при появлении импульса тока в обмотке реле. Шаговый распределитель снабжается размыкающим контактом. Он включается в цепь обмотки реле. Этим обеспечивается автоматическое включение и отклю­чение реле, сопровождающееся перемещением щетки.

Шаговые распределители могут производить несколько десят­ков переключений в секунду. Целесообразным считается не более десяти циклов в секунду. Как и у промежуточных реле, контактная система шагового распределителя несовершенна. Очевидно, на осно­ве герметизированных контактов можно создать более надежное устройство.

Указательные реле. Для получения информации о срабатыва­нии, возврате, действии или отпускании различных аппаратов в схемах защиты и автоматики служат указательные реле с последо­вательным и параллельным включением обмоток. Наибольшее рас­пространение получили реле с последовательным включением об­моток. Их обмотки включаются последовательно с обмотками реле или других аппаратов, действие которых контролируется. Промыш­ленность выпускает электромагнитные указательные реле типа РУ-21 с поворотным якорем для включения в цепь постоянного то­ка. Они могут быть использованы и в схемах защиты и автоматики на переменном оперативном токе.

Конструкция указательного реле отличается от промежуточного (см. рис. 2.11, а) наличием на якоре сигнального флажка, наличием смотрового окна и конструкцией контактов. При появлении тока в обмотке реле якорь снимает упор с флажка, который выпадает в смотровом окне. Одновременно поворачи­вается изоляционный барабанчик с контактами, которые в зависимости от ис­полнения реле замыкают или размыкают сигнальную электрическую цепь. При исчезновении тока в обмотке реле якорь под действием пружины возвращается в начальное состояние, а флажок и контакты реле остаются в положении после срабатывания. Этим достигается длительная фиксация срабатывания защиты и автоматики. Возврат флажка и контактов производится вручную.