Конструкция вторичных реле

Основными частями электромагнитных реле, являются катуш­ка, подвижный стальной сердечник и контакты.

Устройство электромагнитного реле максимального тока типа ЭТ показано на рис. 13.2. Магнитный поток, создаваемый катуш­ками / в неподвижном магнитопроводе 4, пронизывает 2-образ-ный поворотный стальной якорь 2. Под действием потока якорь стремится повернуться, но этому противодействует укрепленная на одной оси с якорем спиральная пружина 3.

При определенном токе сила, действующая на якорь, преодо­левает противодействие пружины. Якорь поворачивается, и кон­тактный мостик 7 замыкает неподвижные контакты 8, что обес­печивает подачу импульса на отключение выключателя. При умень­шении тока до определенного значения якорь под действием пру­жины 3 возвращается в исходное положение. Уставку реле на оп­ределенный ток срабатывания регулируют перестановкой по шкале 5 рычага 6, действующего на спиральную пружину 3. Аналогично 324

устроены реле напряжения типа РН и реле тока типа РТ. Реле указанных типов различаются диапазоном уставок, числом и исполнением контактов.

Индукционные реле исполь­зуют в своей работе принцип взаимодействия переменных магнитных потоков с токами, которые индуцируются в под­вижной части реле (обычно та­кой подвижной частью являет­ся диск). Поэтому индукционные реле работают только на пере­менном токе.

Основными элементами ин­дукционного реле времени (рис. 13.3) являются неподвиж­ный магнитопровод 6 с обмот­кой 5, подвижный алюминиевый диск 3, укрепленный на оси 2, и механизм выдержки времени, состоящей из червяка 7и сегмен­та 8. Необходимые для получения вращающего момента диска два магнитных потока, сдвинутых пространственно и по фазе, созда­ются благодаря расщепленным полюсам электромагнита, частич­но охваченным короткозамкнутыми витками 4 в виде медных ко­лец. Взаимодействие магнитных потоков с токами, индуцируемы­ми в диске, создает момент, под действием которого диск враща­ется. При токе в обмотке реле, превосходящем ток срабатывания реле, происходит смещение оси 2 диска и сцепление зубчатого

Рис. 13.2. Электромагнитное реле типа ЭТ:

/ — катушка; 2 — стальной якорь; 3 — пружина; 4— магнитопровод; 5— шка­ла; б — рычаг; 7 — контактный мос­тик; 8 — неподвижные контакты

Рис. 13.3. Индукционное реле времени типа ИТ:

_а — _ВИд _с лицевой стороны; б — вид сверху; 1 — постоянный магнит; 2— ось; 3 — алюминиевый диск; 4 — короткозамкнутый виток; 5 — обмотка; 6 — магни­топровод; 7 — червяк; 8 — сегмент; 9 — пластина; 10 — контакты; 11 — рычаг; 12 — ось; 13 — пружина

 

сегмента 8 с червяком 7, укрепленным на той же оси. Под дей­ствием вращающегося червяка сегмент 8 перемещается, и в ре­зультате происходит замыкание контактов 10. Торможение диска осуществляется магнитным полем постоянного магнита /, охва­тывающего диск. Контактная пластина 9 с контактами 10, укреп­ленная на рычаге 11, вращается вокруг оси 12. В исходное положе­ние она возвращается под действием пружины 13.

Чем больше ток в обмотке реле, тем быстрее вращается диск с червяком и тем скорее сегмент проходит путь, необходимый для срабатывания реле. Этим обеспечивается зависимость времени сра­батывания реле от тока в обмотке реле.

Кроме индукционного элемента реле типа ИТ имеет и элект­ромагнитный элемент (не показанный на рис. 13.3), который обес­печивает мгновенное срабатывание реле при больших токах.

Электродинамические и магнитоэлектрические реле получили в релейной защите незначительное распространение.

ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

Для защиты от междуфазных коротких замыканий широко при­меняют максимальные токовые защиты и токовые отсечки. Их ис­пользуют также для защиты от однофазных замыканий на землю.

Максимальной токовой защитой называют защиту, действую­щую в случаях, когда ток в защищаемой цепи превышает значе­ние, равное максимальному рабочему току этой цепи. Такая за­щита является наиболее надежной, дешевой и простой по выпол­нению. Ее применяют для защиты кабельных и воздушных линий при одностороннем их питании, генераторов, трансформаторов, высоковольтных электродвигателей.

Максимальная токовая защита относится к защитам с вы­держкой времени. Ее обычно выполняют с помощью электромаг­нитных реле максимального тока и реле времени.

На рис. 13.4, а показана принципиальная однолинейная схема максимальной защиты, выполненной с помощью электромагнит­ного реле максимального тока КА и реле времени КТ. В нормаль­ном режиме работы защищаемого звена контакты реле КА и КТ разомкнуты. При увеличении тока в обмотке реле КА до опреде­ленного значения /_сз (ток срабатывания защиты) оно срабатыва­ет и замыкает своими контактами цепь обмотки реле времени КТ. Последнее приходит в действие и через заданную выдержку вре­мени замыкает контактами цепь постоянного тока отключающей катушки УАТ привода выключателя QF В результате выключатель отключается. В оперативной цепи постоянного тока находятся блок-контакты SQпривода выключателя QF Если бы этих блок-кон­тактов не было, контакты реле КТ размыкались бы при наличии

t
		I

Рис. 13.4. Принципиальная одноли­нейная схема (а) и характеристи­ка (б) максимальной токовой за­щиты с независимой выдержкой времени

тока в цепи отключающей ка­тушки привода, вследствие чего могли бы быть повреждены из-за недостаточной мощности на размыкание.

Время действия защиты t ₃ (рис. 13.4, б) зависит от време­ни срабатывания реле КТ и не

зависит от тока в обмотке токового реле КА, поэтому такую защи­ту называют защитой с независимой выдержкой времени.

Указательное реле КН является вспомогательным и служит для сигнализации срабатывания реле.

В радиальных сетях с односторонним питанием максимальную токовую защиту выполняют с питающей стороны каждой линии. При этом для обеспечения селективности отключения выдержку времени защиты подбирают по ступенчатому принципу, согласно которому у каждой последующей защиты, считая по направле­нию к источнику питания, выдержку времени принимают на сту­пень времени больше, чем у предыдущей.

Рассмотрим пример выполнения защиты от однофазного ко­роткого замыкания на землю кабельной сети напряжением 6 (10) кВ с заземленной нейтралью (рис. 13.5). Действие защиты основано на том, что в нормальном режиме суммарный поток, создава­емый трехфазной системой токов в жилах кабеля, равен нулю. При замыкании на землю одной из фаз / кабеля симметрия токов на­рушается и возникает магнитный поток в магнитопроводе 4, ко­торый наводит ЭДС в обмотке 3 трансформатора тока ТА. В резуль­тате в цепи реле КА появляется ток и реле срабатывает.

Токовая отсечка может быть быстродействующей или с выдер­жкой времени (0,5... 1 с). В отличие от максимальной токовой за­щиты отсечка заранее ограничивается зоной действия. Это делает­ся для обеспечения селективности (избирательности действия), которая достигается путем выбора тока срабатывания отсечки, а не выдержки времени, как при максимальной токовой защите.

Известно, что ток короткого замыкания в линии (рис. 13.6, а) определяется значением сопротивления от источника питания до места повреждения и уменьшается с удалением последнего, о чем свидетельствует кривая на рис. 13.6, б. Наименьший ток короткого замыкания возникает при повреждении в конце линии (в точ­ке К1), а наибольший — в ее начале (в точке КЗ). Токовое реле КА

 

1а б

Рис. 13.5. Выполнение защиты от замыкания на землю в кабельной сети:

а — обший вид кабельной сети с трансформатором тока; б — схема действия защиты; / — фазы кабеля; 2 — кронштейн крепления трансформатора тока; 3 — обмотка; 4 — магнитопровод

отсечки отстраивают от тока короткого замыкания /_кЬ которой численно равен току короткого замыкания при повреждении в точке К2. Ток срабатывания токовой отсечки /_{с отс} принимают боль­ше /_к2:

/ _ х А²)

(13.1)

где К_п — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2... 1,5; /⁽к1 — ток двухфазного короткого замыкания, /<²⁾ = л/3 /^³⁾ /2.

При токе срабатывания /_сотс токовая отсечка действует толь­ко при коротком замыкании на отрезке Л1, а и не действует на отрезке Л1, б участка Л1 линии, а также вне этого участка, на-

 

Рис. 13.6. Принципиальная схема линии (а) и характеристики (б), пояс­няющие принцип действия токовой отсечки с односторонним питанием

КА1 КА2 + КА1

Иг-

Рис. 13.7. Принципиальная схема защиты линии от междуфазных корот­ких замыканий (токовая отсечка без выдержки времени)

пример на сборных шинах или на участке Л2 линии. Следова­тельно, токовая отсечка защищает не всю, а только часть линии. Токовую отсечку выполняют по схеме максимальной токовой за­щиты, но делают быстродействующей, т.е. без выдержки време­ни (рис. 13.7).

Для защиты участка Л2 (см. рис. 13.6, б) на линии со стороны питания устанавливают дополнительную защиту, в качестве ко­торой может быть выбрана, например, максимальная токовая за­щита с выдержкой времени (рис. 13.8 и 13.9) или с пуском от реле минимального напряжения (рис. 13.10).

Пример 13.1. Рассчитать для линии напряжением 6 кВ макси­мальную токовую защиту, выполняемую с помощью реле макси­мального тока и реле времени, а также токовую отсечку с реле максимального тока. Максимальный расчетный ток линии /_м = = 215 А; ток короткого замыкания в конце защищаемой линии /_кк = = 850 А; ток короткого замыкания в начале линии /_кн = 6000 А; коэффициент трансформации трансформаторов тока К_Т1 = 300/5.

Решение. Ток срабатывания реле максимального тока, осуще­ствляющего максимальную токовую защиту (защиту от перегруз­ки),

/с.п=

К_т

П

КА1 КА2

 

Рис. 13.8. Принципиальная схема двухфазной двухрелейнои защиты линии от междуфазных коротких замыканий (максимальная токовая защита)

 

 

КАЗ КА5

а □

ТА1

ТА2

 

КА7

КА1 КА2 \ КА4

 

КА6 □

К приборам

КТ1

К80

ТАЗ

),4кВ

К сигналь­ному ус­тройству

КЫ

К сигналь­ному ус­тройству

 

К сигналь­ному ус­тройству УАТ1

УАТ2

Рис. 13.11. Схема защиты цехового трансформатора напряжением 6 (10)/0,4кВ

предупреждающего сигнала; реле КА2, КАЗ — двухфазную двухре-лейную защиту со стороны питания (токовую отсечку без выдер­жки времени) от междуфазных коротких замыканий в трансфор­маторе, вызывающую его отключение; реле КА4, КА5, КА6— двух­фазную трехрелейную максимальную токовую защиту трансфор­матора со стороны питания от внешних коротких замыканий (реле КА4 КА5 включены на фазные токи, реле КЛ6 — на сумму фазных токов для повышения надежности срабатывания защиты); реле КА7 '— максимальную токовую защиту нулевой последовательно­сти в нейтрали трансформатора от однофазных коротких замыка­ний в цепи напряжением 0,4 кВ; реле К5С — газовую защиту трансформатора, реагирующую на витковые замыкания, пробои

Рис. 13.12. Газовое реле поплавко­вого типа: / — поплавок; 2 — колбочка

изоляции на корпус и пониже­ние уровня масла, но не реаги­рующую на короткие замыкания на выводах трансформатора.

Газовая защита осуществля­ется газовым реле поплавково­го типа (рис. 13.12). Поврежде­ния внутри трансформатора, вызванные витковыми и между­фазными замыканиями, сопро­вождаются выделением газа и понижением уровня масла в трансформаторе. При всех видах повреждений газы, образовав­шиеся в результате разложения масла и изоляции проводов, на­правляются через газовое реле, которое установлено на трубо­проводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем, и вытесняют масло из камеры реле в расширитель. В результате этого уровень масла в газовом реле понижается, установленные поплавки / опускаются, а при­крепленные к ним колбочки 2 с ртутными контактами поворачи­ваются. При этом звучит предупреждающий сигнал.

При бурном газообразовании, сопровождающемся течением струи масла под давлением, поворачиваются поплавок и колбоч­ка с контактами 2. Последние, замыкаясь, через промежуточные и указательные реле действуют на отключающую катушку УАТ1 (см. рис. 13.11).

В сетях напряжением 400 В с глухозаземленной нейтралью за­мыкание на землю одной фазы является однофазным коротким замыканием и должно вызывать срабатывание защиты. Токи од­нофазного короткого замыкания соизмеримы с токами рабочих режимов, поэтому для выполнения защиты часто используются составляющие нулевой последовательности, так как при этом не надо отстраивать защиту от рабочих токов.

В соответствии с ПУЭ защита кабельных линий напряжени­ем до 1000 В в большинстве случаев осуществляется плавкими предохранителями, которые отключают поврежденную линию в течение первого полупериода прохождения трехфазного тока короткого замыкания. Кроме того, кабельные линии напряже­нием до 1000 В защищают с помощью автоматических выклю­чателей.

Схема защиты от однофазных коротких замыканий с воздей­ствием на расцепитель нулевого напряжения автоматического выключателя приведена на рис. 13.13. При однофазном коротком

замыкании в результате прохож­дения тока в трансформаторе тока нулевой последовательно­сти ТА- 0 срабатывает реле КА1, которое своим контактом КА1.1 размыкает цепь питания проме­жуточного реле КЫ. Реле КЫ своим контактом размыкает цепь питания расцепителя ну­левого напряжения. Расцепитель своими контактами КК1 отклю­чает выключатель тока (2Р1 при снижении напряжения на вы­водах его катушки до 0,3 1/_н не­зависимо от действия защиты от однофазных коротких замы­каний. Приведенную схему можно применять на отходящих линиях электропередачи, для

которых допустимо отключение при внешних коротких замыка­ниях.

Схема защиты от однофазных коротких замыканий с воздей­ствием на независимый расцепитель показана на рис. 13.14. При коротких замыканиях срабатывает реле КА1, которое своим кон­тактом КА1.1 включает реле КЬ2. Контакт реле КЬ2.1 включает

независимый расцепитель, который отключает выключатель. Пи­тание цепей управления в нормальном режиме осуществляется от фазы А II секции шин. Этим обеспечивается независимость рабо­ты схемы от срабатывания устройств автоматического ввода ре­зерва (АВР) цепей управления при однофазном коротком замы­кании.

В случае исчезновения напряжения на другой секции II сраба­тывает устройство АВР — реле КЫ, катушка которого включена между фазой А II секции и нулевым проводом, а размыкающий контакт — между разными фазами (А и С) секций I и II. При таком исполнении схемы АВР обеспечивается питание цепей уп­равления при однофазном коротком замыкании на линиях от щита низкого напряжения после объединения секций секционным ав­томатом (например, при отключении одного из трансформаторов или одной из линий, питающих щит низкого напряжения). Рас­смотренную схему целесообразно применять на отходящих лини­ях, для которых недопустимо отключение при внешних коротких

замыканиях.

Схема защиты от однофазных коротких замыканий с воздей­ствием на пускатель представлена на рис. 13.15. При коротких за­мыканиях срабатывает реле КА1, которое своим контактом раз­мыкает цепь питания реле КЫ, отключающего пускатель КМ1.

Аналогичная схема для линий, питающих электродвигатели с самозапуском, приведена на рис. 13.16. При коротких замыканиях срабатывает реле КА1, которое своим контактом включает двух-

 

позиционное реле КЬ2, отключающее пускатель КМ1, что исклю­чает самозапуск электродвигателя.

Для релейной защиты, выполненной с использованием транс­форматора тока нулевой последовательности, ток срабатывания определяют по условию отстройки от тока несимметрии при пус­ке или самозапуске электродвигателей:

где к_н ~ коэффициент надежности, принимаемый равным 3; 51/- значение несимметрии питающего напряжения, %, принимае­мое равным 2 %; /_п — пусковой ток электродвигателя, А.

Для релейной защиты, выполняемой с тремя трансформатора­ми тока, ток срабатывания защиты определяют по условию от­стройки от номинального тока электродвигателя:

где к_н = 1,3.

 

Ток срабатывания реле

где К_тт — коэффициент трансформации трансформатора тока (для трансформатора тока нулевой последовательности К_тт = 25).

Коэффициент чувствительности (К_ч > 1,5) для релейной защи­ты, выполненной с использованием трансформатора тока нуле­вой последовательности, обеспечивается во всех случаях.

Коэффициент чувствительности на отходящих линиях при вклю­чении токового реле в нулевой провод вторичных цепей трех транс­форматоров тока определяют по формуле

где I’_к — ток однофазного короткого замыкания; I_{с пр} — принятый ток срабатывания реле.

В жилых и общественных зданиях защиту электрических сетей напряжением до 1000 В нужно выполнять в соответствии с реко­мендациями ПУЭ, отдельные из которых приведены ниже.

Защиту различных участков одной сети разрешается выполнять предохранителями и автоматическими выключателями.

Во внутренних сетях жилых и общественных зданий автомати­ческие выключатели, имеющие только электромагнитный расцепитель мгновенного действия (отсечку) применять, как правило, не следует.

Номинальные токи плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей рекомендуется выбирать по формулам, приведенным в подразд. 5.6.

В аппаратах защиты уставки выбирают с учетом максимальной нагрузки линий, а для взаиморезервируемых линий — с учетом их послеаварийной нагрузки.

Для защиты групповых линий и вводов квартир, включая ли­нии к электроплитам, независимо от места их установки (в шка­фу или открыто) номинальные токи тепловых и комбинирован­ных расцепителей автоматических выключателей (или плавких вставок предохранителей) должны быть:

16 А — для сетей освещения и розеток на ток 6... 10 А;

25 А — для линий питания электрических плит номинальной мощностью до 8 кВт, а также для линий от этажных щитков к квар­тирным групповым щитками жилых домов без электрических плит;

40 А —для линий от этажных щитков к квартирным группо­вым щиткам жилых домов с электрическими плитами номиналь­ной мощностью до 8 кВт.

Установка предохранителей в квартирных щитках, расположен­ных вне квартир, не допускается.