Указательные (сигнальные) реле

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУВПО «АмГУ»)

 

 

Факультет Энергетический

Кафедра энергетики

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

на тему: Электромагнитные вспомогательные реле: времени, промежуточные, указательные.

по дисциплине: Релейная защита и автоматика

 

 

Исполнитель

студент группы 843                                                     И.В. Сергейчук

 

 

Проверил                                                                    Д.А. Бондаренко

 

 

Благовещенск 2011

электромагнитные вспомогательные реле:

времени, промежуточные, указательные

 

Цель работы: ознакомление с устройством вспомогательных реле; проверка основных характеристик этих реле.

    Вспомогательное рел е – это реле логической операции, управляе­мое другими реле и помогающее им в выполнении их функций. К вспомогательным реле относятся: реле времени, промежуточные и указательные.

Реле времени

     Реле времени применятся для создания выдержки времени, требуемой логикой работы устройства релейной защиты или автоматики.

 Реле времени подразделяются:

- по роду выполнения воспринимающей системы – на реле посто­янного и переменного тока;

- по роду регулировки механизма задержки – на реле с нерегулируемой, плавно регулируемой и ступенчато регулируемой выдержкой вpeмени;

- по роду создания задержки – с электрическим, электромагнит­ным, жидкостным (напр., масляным), механическим (в частно­сти, при помощи часового механизма) устройством или комбинаци­ей устройств, – напр. реле с двигательным приводом; возможно также реле с биметаллической контактной системой, соз­дающей время срабатывания, зависящее от температуры нагрева би­металла током, проходящим через воспринимающую систему.

     В качестве реле времени, включаемых в цепь переменного опера­тивного тока, можно использовать реле постоянного тока при усло­вии выпрямления переменного напряжения. Спецификой выполнения конструкции реле времени переменного тока является выполне­ние механизма воспринимающейся системы в виде периодомера (напр., аналогично электрическому секундомеру) или с небольшим синхронным двигателем, подключаемым к вторичной цепи трансформаторов тока (обычно через промежуточный насыщающий трансформатор).

В устройствах автоматики, содержащих программные реле, работа которых проходит при нормальном напряжении в сети (не в условиях понижения напряжения при коротком замыкании и не при глубоком изменении частоты), втягивающие катуш­ки или синхронные двигатели подключаются к трансформаторам напряжения или трансформаторам собственных нужд.

     Реле времени с часовым механизмом выпускаются отечественной промышленностью для питания от сети постоянного (серии ЭВ-100) и переменного тока (серии ЭВ-200). Основной частью устройства является точный часовой механизм, изготовляемый специальным часовым заводом. Изменение уставки времени срабатывания производится путем изменения расстояния между неподвижным и подвижным контактами; равномерное движение последнего про­изводит часовой механизм после срабатывания спускового устрой­ства.

     Реле серии ЭВ-100 на постоянном оперативном токе выпускаются в 12 различных исполнениях, отличающихся диапазоном регулирования выдержки времени (0,1–1,3 с; 0,25–3,5 с; 0,5–9,0 с; 1–20 с), длительной или кратковременной термической стойкостью и нали­чием либо отсутствием проскальзывающего контакта. Для обеспе­чения термической стойкости реле, длительно находящегося под на­пряжением, напр. в защитах от перегрузок, действующих на сигнал, используется схема включения, приведенная на рис. 1а.

Последовательно с обмоткой реле включен добавочный рези­стор, встроенный в реле и нормально зашунтированный мгновенным контактом реле времени КТ.1, размыкающимся после того, как под­вижный якорь реле втянется. Коэффициент возврата реле времени .

Рисунок 1 –  Схема внутренних соединений реле времени ЭВ-100:

а – термически стойкое реле; б – реле с искрогасительтным контуром

(К – управляющий контакт).

     Сопротивление обмотки реле времени  подлежит измерению. Значение сопротивления добавочного резистора  определяется из условия, что после его включения якорь реле остается втянутым. До того как реле времени ра­зомкнет свой мгновенный контакт, по его обмотке проходит ток , где – напряжение источника оперативного тока. После размыкания мгновенного контакта KT.1 значение тока умень­шится и станет равным . При неудачном выборе резистора  ток может снизиться до тока возврата , где  – коэффициент запаса. Тогда . Решая это равенство относительно , получим: . Чтобы реле осталось в состоянии срабатывания, сопротивление добавочного резистора  должно быть меньше полученного значения. Пусть . Тогда после включения добавочного резистора ток, проходящий по обмотке реле, составит . Если при токе в обмотке  по условиям термической стойкости реле могло быть включено на время 2 минуты, то при токе, уменьшенном в 2,6 раза, это время составит 13 минут.

     Для облегчения режима работы управляющих контактов, коммутирующих цепь обмотки реле, у реле постоянного тока, обмотка которых выполнена на номинальное напряжение 110 В и 220 В, параллельно обмоткам электромагнитов подключен искрогасительный контур из после­довательно соединенных резистора R и конденсатора С (рис. 1б). При размыкании управ­ляющего контакта К создается дополнительный путь для то­ков, вызываемых ЭДС самоин­дукции, вследствие чего электромагнитная энергия не расхо­дуется на искрообразование в зазоре между контактами, а вы­деляется в виде тепла на рези­сторе искрогасительного кон­тура.

Промежуточные реле

Промежуточные реле используются в устройствах релейной защиты и авто­матики для выполнения логических операций как реле-повторители для одновременного замыкания или размыкания нескольких цепей, для фиксации и увеличения длительности полученного кратко­временного импульса, а также для коммутации цепей с большими токами, когда мощность контактов основных реле недостаточна.

Промежуточные реле различаются:

- по количеству обмоток;

- по типу обмоток (токовая обмотка или обмотка на­пряжения), определяющему включение реле в цепь опе­ративного тока;

- по числу, состоянию и мощности (коммутационной спо­собности) контактов;

- по времени срабатывания и возврата (быстродействую­щие или с замедлением).

Большинство промежуточных реле выполнено на базе магнитной системы клапанного типа. Для обеспечения достаточного времени воздействия на управ­ляемый механизм при кратковременном срабатывании пускового органа защиты или автоматики используются промежуточное реле с удерживающими обмотками (реле РП-223, РП-255).

Рисунок 2 –  Схема включения промежуточного реле

с последовательной удерживающей обмоткой.

        На рис. 2. приведена схема, поясняющая работу промежуточного реле, имеющего две обмотки: обмотку на­пряжения (параллельную) и токовую (последователь­ную) – удерживающую. При кратковременном замыкании контакта К промежуточное реле KL срабатывает. Замыкается цепь управляемого аппарата, – напр., катушки электромагнита отключения выключателя YAT (при включенном выключателе его вспомогательный контакт Q замкнут). Исчезновение тока в параллельной обмотке, которое произойдет после размы­кания контакта К, не приведет к размыканию контактов реле KL, пока не будет отключен выключатель и не разомкнется вспо­могательный контакт Q. Замкнутое состояние кон­такта реле KL обусловлено на­личием тока в последова­тельной обмотке, в которой создается усилие, обеспечивающее подтянутое положение подвижного якоря. Такая схема получила название «цепь самоудерживания» и используется, напр., в оперативных цепях газо­вой защиты, устройствах АПВ и др. Обязательное условие: обмотки реле (основ­ная и удерживающая) должны быть включены согласно.

Замедление при срабатывании или возврате реле, работающих на постоянном токе, обес­печивается размещением на сердечнике медных шайб, вы­полняющих роль короткозамкнутых витков (реле РП-251, РП-252).

Влияние на время подтягивания или опускания якоря короткозамкнутой обмотки или медного кольца на магнитопроводе можно пояснить следующим образом. Чтобы якорь реле подтянулся к сердечнику, усилие, со­здаваемое электромагнитом и обусловленное потоком Ф, должно быть равно или больше усилия противодействую­щей силы F _п создаваемой пружиной: Ф²=Ф²_с.р.  k ₁ F _п, где k ₁ – коэффициент пропорциональности.

Чтобы якорь отошел от сердечника, должно выполняться условие Ф²=Ф²_в.р.  k ₂ F _п, где k ₂ – коэффициент пропорциональности.

В момент включения реле ток, проходящий по обмотке реле, и следовательно поток Ф ₁ в сердечнике, обуслов­ленный этим током, изменяется от нуля до некоторого ко­нечного значения Ф_max (рис. 3). Изменение происходит по экспоненциальному закону. В короткозамкнутой обмотке или медном кольце при изменяющемся потоке Ф ₁ индуцируется ток i ₂, направленный противополож­но току в обмотке. Ток i ₂  тем больше, чем резче изменение потока Ф ₁ во времени и чем меньше сопротивление короткозамкнутой обмотки Z _к.обм: i ₂= e ₂/ Z _к.обм.

 

 

Рисунок 3 – Влияние короткозамкнутой обмотки на работу реле

при его включении:

а – схема; б – изменение магнитных потоков; К – контакт пускового реле.

     Ток i ₂ возбуждает поток Ф ₂. Его направление, в соот­ветствии с правилом Ленца, противоположно направлению основного потока Ф ₁. Поток Ф ₂ размагничивает сердечник.

     Суммарный поток Ф _Σ = Ф ₁ + Ф ₂, определяющий силу притяжения, под воздействием потока Ф ₂ уменьшается, а время, в течение которого поток Ф _Σ до­стигает установившегося значения, увеличивается, что и обусловливает замедление притяжения якоря; время срабатывания реле возрастает. Замедление отпадания якоря при обесточивании реле, имеющего короткозамкнутую обмотку, достигается за счет того, что при отключении реле резко уменьшается его магнитный поток. Вследствие этого в короткозамкнутой обмотке индуцируется ток, обуслов­ливающий возникновение дополнительного потока, на­правленного согласно основному потоку Ф ₁ и подмагничивающего сердечник. Суммарный магнитный поток под­держивается некоторое время на уровне, близком к установившемуся значению, что и обусловливает задержку отпа­дания якоря, и следовательно замедление реле при воз­врате. Кроме того, на изменение времени срабатывания промежуточного электромагнитного реле можно влиять путем включения параллельно его обмотке контура R,С.

Указательные (сигнальные) реле

Указательные реле служат для управления световыми и звуковыми сигналами и непосредственного указания о срабатывании устройств релейной защиты и автоматики. Их использование облегчает анализ действия защиты и опреде­ление характера повреждения в энергосистеме.

В указательном реле, как и в промежуточном, используется магнитная си­стема клапанного типа. Собственно указательным элементом в одной из конструкций реле является вертикально расположенный диск, на лицевой стороне которого нанесены черные и белые секторы, а на обратной стороне, со смещением относительно оси вращения, закреплен грузик.

Перед диском установлена маска с прорезями, окрашенная в черный цвет. В стартовом положении реле грузик поднят, диск зафиксирован подвижной системой реле, в прорезях маски – черные секторы. При срабатывании реле диск освобождается и поворачивается. Одновременно поворачивается контактный мостик. При этом контакты замыкаются, а в вырезах маски появляются белые секторы указательного диска. Реле имеет только ручной возврат. Указательные реле различаются по типам обмоток – реле с обмоткой напряжения и реле с токовой об­моткой, соответственно – с параллельным или последова­тельным включением воспринимающей системы в контролируемую цепь оперативного тока. Схема присоединения к оперативному напряжению указательного реле с параллельным включением обмотки не отличается от схемы включения промежуточного реле с обмоткой напряжения. Применение указательного реле с последовательным включением воспринимающей системы – реле с токовой обмот­кой (рис. 4а) накладывает ряд требований на построе­ние схемы и выбор параметров электрической цепи. Ис­ходными для выбора указательных реле такого типа явля­ются следующие положения. Для надежного срабатывания указательного реле ток в его последовательной обмотке должен превышать значение тока срабатывания, т.е. , где  – коэффициент надежности (). Падение напряжения на обмотке указательного реле, включенной последовательно с обмоткой промежуточного реле, действие которого контролируется, не должно пре­вышать 10%.

Рисунок 4 – Схемы включения указательных реле:

а – при последовательном включении обмоток указательного и промежуточного реле; б – при подключении резистора параллельно обмотке промежуточного исполнительного реле; в – распределение токов при одновременном действии двух защит; г – с дешунтированием обмоток указательных реле после срабатывания исполнительного устройства.

Выбор обмоточных данных последовательной обмотки указатель­ного реле и схемы ее включения производятся следующим образом. Зная сопротивление обмотки промежуточного реле, с которой последовательно намечается включение последовательной обмотки указатель­ного реле, определяют ток, проходящий по цепи без учета сопро­тивления обмотки указательного реле. С учетом возможности сниже­ния напряжения до 80% номинального в цепи постоянного оператив­ного тока . Здесь  – сопротивление обмотки промежуточного реле, определенное по данным каталога или измеренное опытным путем.

При этом предполагается, что на включение промежуточного ре­ле действует одна цепь (одна защита).

Введем коэффициент надежности  и определим расчетное значение тока срабатывания указательного реле: . По полученному значению тока срабатывания выбирается тип указательного реле и соответственно определяется сопротивление его обмотки. Далее вычисляется напряжение на промежуточном реле

                            .

     Если полученное значение окажется большим или равным напряже­нию, при котором промежуточное реле четко срабатывает, т.е. если , выбранное указательное реле может быть включено в схему. Если это условие не соблюдается, т.е. , следует применять другой тип указательного реле с меньшим сопротивлением обмотки. Ток срабатывания указательного реле при этом окажется бóль­шим. Для увеличения тока, проходящего через обмотку указательного реле, параллельно обмотке промежуточного реле включают добавоч­ный резистор (рис. 4б). Сопротивление добавочного резистора R определяют следующим образом.      

     Ток, проходящий по обмотке промежуточного реле, создающий МДС для надежного срабатывания этого реле: . Ток, проходящий по добавочному резистору . Значение сопротивления добавочного резистора . 

     Если возможно одновременное срабатывание нескольких защит (напр., двух – см. рис. 4в), предварительно следует задаться типом указа­тельного реле, рассчитанного на ток , где n – количество защит, срабатывающих одновременно.    

Затем, при условии действия только одной защиты, проверяется падение напряжения на обмотке промежуточного реле; в этом слу­чае падение напряжения на обмотке промежуточного реле наимень­шее. Как правило, при учете возможности одновременного срабаты­вания нескольких защит для обеспечения действия указательных ре­ле требуется увеличить ток, проходящий по обмоткам этих реле. Для этого параллельно обмотке промежуточного реле включается до­бавочный резистор R (рис. 4в); расчетное выражение имеет вид

                          ,

 

где .

Ток в цепи каждой обмотки указательного реле при одновремен­ном срабатывании n защит должен быть

                        .

Для увеличения четкости действия указательных реле в некоторых случаях применяют схему, принцип работы которой пояснен на рис. 7г. Нормально обмотка указательных реле в цепи каждой из защит шунтирована контактами выходного промежуточного реле KL2. При действии защиты (одной или нескольких) обмотка промежуточ­ного реле KL1 оказывается включенной на полное напряжение. Реле KL1 надежно срабатывает, подавая контактом KL1.2 команду на отключение выключателя, а контактом KL1.1 – на срабатывание реле KL2. Контакты KL2.1, KL2.2 размыкают цепи, шун­тирующие обмотки KH1 и KH2, и указательные реле, установленные в цепях действовавших защит, срабатывают. При этом напряжение на выводах обмотки промежуточного реле KL1 уменьшается, но реле продолжает оставаться в сработавшем положении, т. к. для про­межуточных реле обычного исполнения .

 

 

     Расчет указательных реле для схемы, приведенной на рис. 4г, следовательно, может быть произведен по приведенным ранее выра­жениям, но вместо напряжения срабатывания выходного промежу­точного реле , должно быть подставлено напряжение возврата .

     Контрольные вопросы.

1. Какие электромагнитные реле относятся к кате­гории вспомогательных реле? Каково их назначение?

2. Как производится регулирование выдержки времени у реле серии ЭВ-100?

3. Каково назначение резистора, предусмотренного в реле типов ЭВ-113, ЭВ-123, ЭВ-133, ЭВ-143?

4. Каково назначение искрогасительного контура в реле серии ЭВ-100 с обмоткой, выполненной на напряжение 110 или 220B?

5. Если требуется установить время действия 1 с при минимально возмож­ном разбросе, какое реле целесообразнее использовать: со шкалой 0,1—1,3 с или со шкалой 0,5—9 с? Что такое разброс времени срабатывания?

6. Поясните последовательность включения рубильников в схеме опреде­ления времени действия реле времени (рис. 2а, б).

7. Каковы конструктивные отличительные особенности промежуточных реле постоянного и переменного тока?

8. Можно ли, включив электромагнитное промежуточное реле, предназначенное для работы в сети 110 В постоянного тока, в цепь 110 В переменного тока, обеспечить четкую работу реле? Можно ли электромагнитное проме­жуточное реле, предназначенное для работы в сети 110 В переменного тока, использовать для установки в сети 110 В постоянного тока?

9. Объясните работу электросекундомера при определении времени дейст­вия промежуточных реле на замыкание и размыкание цепи.

10. Обоснуйте необходимость работы вспомогательных реле при сниженном напряжении оперативного тока. При каком уровне снижения напряжения должна быть обеспечена четкая работа вспомогательных реле?

11. Назначение удерживающих обмоток у промежуточных реле.

12. Назначение маркировки однополярных выводов многообмоточных про­межуточных реле.

13. Можно ли указательные реле постоянного тока применить для сигнали­зации срабатывания контактов реле в цепи переменного тока?

14. Чем обеспечивается надежность работы указательных реле при одно­временном действии нескольких защит?