Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. По факту, это автоматический выключатель, который соединяет или разъединяет электроцепи при достижении установленных значений или под внешним воздействием. Реле применяются в промышленности для автоматизации технологических процессов, в бытовой технике, которая есть в каждом доме, например в холодильниках и стиральных машинках, для защиты сети от слишком высоких или слишком низких параметров тока. Выбор нужного устройства упрощает классификация реле по различным признакам.

Содержание статьи

Общее описание конструкции

• Воспринимающий. Это первичный элемент, который воспринимает контролируемую величину и преобразует ее в другую физическую величину.
• Промежуточный. Сравнивает полученное значение с заданным параметром. Если это значение выше или ниже заданного параметра, то на исполнительный элемент передается первичное воздействие.
• Исполнительный. Этот элемент передает воздействие в цепи, управляемые реле. В результате такого воздействия может произойти: размыкание или соединение управляемой цепи, переключение параметров тока.

Исполнение и принцип действия первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какую физическую величину (сила тока, напряжение, свет, тепло и т.п.) оно настроено.

Основные характеристики реле

Независимо от вида и принципа действия реле, выделяют несколько параметров, на которые обращают внимание при выборе этого прибора:

• Время срабатывания – промежуток времени между поступлением управляющего сигнала и воздействием на управляемые цепи.
• Коммутируемая мощность – допустимая мощность электроцепи или электроустановки, которой будет управлять реле.
• Уставка – обычно это регулируемый параметр, который определяет величину поступающего параметра (тока, напряжения, частоты, давления, температуры), при которой происходит срабатывание реле.

Виды реле: контактные и бесконтактные

По устройству исполнительного компонента реле делят на контактные и бесконтактные.

Контактные

Воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов. Их размыкание или замыкание полностью разъединяет или замыкает электроцепь. Для изготовления контактов используются: медь, серебро, вольфрам. Количество контактов – до 10 штук. Четырех- и пятиконтактные реле используются в электрических схемах автомобилей для включения и переключения цепей.

Бесконтактные

Такие реле воздействуют на управляемую цепь способом изменения электрических параметров выходных электроцепей – емкости, сопротивления, индуктивности, величины тока или напряжения.

Классификация реле по способу включения

Первичные

Эти устройства включаются непосредственно в цепь элемента, для защиты которого они предназначены. Их преимущества – не требуются измерительные трансформаторы, источники оперативного тока, контрольные кабели.

Вторичные

Подключаются в цепь с использованием вторичных трансформаторов. Это наиболее распространенный вид реле. Их преимущества – изоляция от высокого напряжения, возможность расположить устройство в месте, удобном для обслуживания. Вторичные реле выпускаются стандартными. Они рассчитаны на ток 5 (1) А и напряжение 100 В и могут устанавливаться в любые электроцепи, независимо от их тока и напряжения.

Виды реле по назначению

По назначению эти устройства бывают трех типов – управления, защиты, сигнализации.

Реле управления

Эти реле являются первичными. Монтируются непосредственно в электроцепь. Их роль – включение и выключение отдельных элементов схемы. Могут использоваться самостоятельно или в качестве комплектующих низковольтных комплектных устройств – ящиков, панелей, шкафов.

Реле защиты

Выполняют функции включения, отключения и защиты устройств, имеющих термические контакты – электродвигателей, вентиляторов. При превышении температуры термические контакты размыкаются. Оборудование может восстановить работу только после остывания термоконтактов до установленной температуры.

Сигнализации

Такие реле устанавливают в охранных системах автотранспорта, предприятий, придомовых территорий. Служат для формирования сигнала при достижении установленной величины параметра, который находится под контролем (ток, напряжение, частота, давление, температура, акустические параметры и другие).

Разновидности электромеханических реле

Наиболее распространенный вид электрических реле – электромеханические. К ним относятся: электромагнитные, индукционные, электротепловые устройства.

Электромагнитные

Один из видов электрических реле электромагнитное. В конструкции этого устройства имеются: обмотка со стальным сердечником, группа подвижных контактов, замыкающих и размыкающих управляемую электроцепь. Рассмотрим принцип их действия:

• На катушку сердечника подается управляющий ток.
• В сердечнике под воздействием электрического тока создается магнитное поле, притягивающее контактную группу.
• В зависимости от типа реле, контакты замыкают или размыкают электрическую цепь.

Разновидность электромагнитных реле – поляризованные, которые отличаются от нейтральных способностью реагировать на полярность управляющего сигнала. Размыкание или замыкание контактов зависит от полярности подключения электромагнита. Обладают более высокой чувствительностью, по сравнению с нейтральными реле. Такие устройства могут использоваться только в цепях постоянного тока.

Электротепловые (термические)

Тепловые реле представляют собой комплекс биметаллических пластин, для изготовления которых используются металлы с разным коэффициентом расширения при нагреве. Такие реле могут использоваться в качестве защитных устройств: при превышении температуры, установленной регулятором, контакты разъединяются, и поступление тока на потребителя прекращается.

Обычно тепловые реле используются в бытовых одно- и трехфазных сетях при подключении электрических двигателей. При увеличении нагрузки на двигатель выше установленной величины происходит нагрев биметаллического реле, которое при достижении определенной температуры размыкает электрическую цепь. Двигатель прекращает работу. После остывания биметаллических пластин цепь замыкается и двигатель возобновляет работу. Термические устройства могут оснащаться колесиком, с помощью которого регулируется температура отключения двигателя, и кнопкой принудительного запуска.

Существует разновидность термических реле, в которых биметаллические пластины заменены легкоплавящимся сплавом. Они срабатывают практически мгновенно – при достижении определенной температуры металл расплавляется и цепь размыкается. Принцип действия таких устройств похож на принцип действия предохранителей. После срабатывания такое реле, установленное непосредственно на оборудовании в качестве последней защиты от перегорания, подлежит замене.

Индукционные

Другие виды электрических реле

Твердотельные

Эти электронные устройства компактны и долговечны, благодаря отсутствию трущихся механических частей. Работу механики здесь выполняют полупроводниковые элементы – биполярные и МОП-транзисторы, тиристоры, симисторы. По сравнению с твердотельными, они имеют следующие преимущества:

• Низкий уровень шума при работе.
• Очень высокая наработка на отказ, которая в 100 раз и более превышает ресурс электромагнитных устройств.
• Быстродействие, составляющее доли миллисекунд, у электромагнитных 50 мс – 1с.
• Электропотребление ниже на 95 %.

Однако твердотельные реле имеют не только достоинства, но и недостатки. Одним из них является слабая устойчивость к импульсным перенапряжениям, которые электромагнитным реле практически не страшны. При использовании твердотельных реле необходимо предусмотреть схемотехническое решение, которое ограничивает эти импульсы. Есть и еще минусы – нагрев при работе, наличие токов утечки, приводящих к наличию напряжения на фазном проводе даже при отключенном реле.

Твердотельные реле применяют в системах регулирования температуры, в которых в качестве нагревателей используются ТЭНы, в промышленной автоматике, телеметрии, механизмах оборудования, используемого в металлургической и химической индустрии, в медоборудовании, военной электронике.

Герконовые

Реле этого типа представляют собой герконовую катушку. Это баллон, заполненный инертным газом, или внутри которого создан вакуум. Внутри баллона располагают соединительные элементы из пермаллоя – прецизионного сплава (сплава с точно заданным химическим составом), включающего железо и никель. Эти соединительные элементы имеют вид проволоки с контактами. Их покрывают серебряным или золотым напылением. Геркон размещают в середине электрического магнита или в пределах действия его поля. При подаче тока на обмотку электромагнита образуется магнитный поток, который запирает контакты. Герконовые реле могут выполнять функции: замыкающие, переключающие, размыкающие. Преимущества этих устройств – компактные габариты, доступная цена, отсутствие трущихся частей, что продлевает срок службы. Тот факт, что контактная группа располагается в инертном газе или вакууме и надежно защищена от влаги, повышает надежность реле.

При использовании герконовых реле следует избегать:

• близкого присутствия источника ультразвука, который будет негативно влиять на работоспособность;
• воздействия постороннего магнитного поля;
• механических повреждений.

Колба изготавливается обычно из стекла, поэтому ее нужно всячески оберегать от механических воздействий. При разбитой колбе контактная группа срабатывать не будет. Герконовые реле можно использовать только в системах, в которых параметры электропитания находятся в пределах, установленных в технической документации. При подаче слишком высоких токов произойдет размыкание контактов. Нарушения в работе герконовых реле наблюдаются и в случаях подачи тока слишком низкой частоты.

Фотоэлектронные (фотореле)

Основой фотоэлектронного реле является полупроводниковый элемент – фоторезистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от изменения освещенности. Фотореле – прибор, широко применяемый коммунальными службами. Он надежен в работе и обеспечивает существенную экономию электроэнергии и безопасность на улицах. При повышении освещенности все осветительное оборудование отключается, а при наступлении темноты – включается. Большинство таких приборов оснащено регулятором порога срабатывания и механическим выключателем.

Виды реле по типу поступающего параметра

Реле тока

Реле тока реагируют на резкие перепады тока и при необходимости отключают отдельную нагрузку или всю систему электроснабжения. Величина максимального тока, при которой необходимо отключить потребителей, устанавливается регулятором.

Реле напряжения

Реле напряжения реагируют на величину напряжения и включаются через трансформаторы напряжения. Используются для контроля фаз напряжения в электросетях и защиты электроприборов. Основой такого реле является контроллер быстрого реагирования, отслеживающий отклонения напряжения за установленные пределы. Общепринятый стандарт срабатывания таких реле – ниже 170 В и выше 250 В.

Реле частоты

Реле мощности

Устройство, ограничивающее мощность, действует аналогично ограничителю тока нагрузки. При превышении установленного порога мощности происходит отключение потребителя. Реле ограничения мощности часто оснащаются функцией автоматического повторного включения. То есть, после снижения нагрузки работа оборудования возобновляется автоматически.

Реле давления

Реле давления – важнейший прибор, используемый в насосном оборудовании для контроля перепадов давления воды, масла, нефти, воздуха. Различают два основных типа таких приборов – электромеханические и электронные.

Электромеханические реле имеют в конструкции особый элемент, реагирующий на изменение давления в системе, – гибкую мембрану, которая изгибается под напором жидкости (воздуха) в системе. Она соединяется с двумя пружинами, одна из которых настраивается на минимально допустимый напор, а вторая – на разницу между верхней и нижней границами давления в системе. При снижении давления в системе ниже минимального порога реле включает насосное оборудование, при превышении верхнего порога – отключает. Это простые и надежные устройства, но не очень удобные в эксплуатации. Оператору приходится регулярно проверять настройки и при необходимости их корректировать.

Электронные устройства имеют более сложную конструкцию. Пределы можно устанавливать очень точно и при эксплуатации контролировать их не требуется. Электронные приборы чувствительны к гидроударам, поэтому их оснащают небольшими гидробаками (объем – примерно 400 мл). Электронное реле давления устанавливается между насосным оборудованием и первой точкой водоразбора.

Реле акустические

Акустические реле реагируют на изменение акустических величин – частоты звуковой волны, ее давления или акустических характеристик материалов – коэффициентов поглощения и отражения. Принцип действия может быть механическим или электрическим. В акустических приборах механического действия предусмотрена мембрана, которая прогибается под давлением звуковых волн, и при достижении определенной величины давления происходит замыкание контакта. В состав электрических акустических приборов входят: воспринимающий орган (микрофон, фильтр), усилитель, выходное электрическое реле.

Газовые реле

Эти приборы применяются для обеспечения газовой защиты. Они представляют собой металлический корпус, врезанный в маслопровод. Реле в нормальном состоянии заполнено маслом, а его контакты находятся в разомкнутом состоянии. При повышении содержания газов они заполняют верхнюю часть реле с одновременным вытеснением масла. Поплавок, имеющийся в конструкции, с понижением уровня масла опускается, поворачивается вокруг своей оси и вызывает замыкание контактов в сигнальной цепи. Сформированный сигнал предупреждает о высокой загазованности среды.

Промежуточные реле

Часто функции промежуточных выполняют электромагнитные реле, в которых в зависимости от конструкции и области применения имеются контакты следующих типов:

• Нормально разомкнутые (замыкающие). При отсутствии электропитания находятся в разомкнутом состоянии. При подаче напряжения происходит их замыкание.
• Нормально замкнутые (размыкающие). В нормальном состоянии такие контакты находятся в замкнутом состоянии, а при поступлении электропитания контакты размыкаются.
• Перекидные. В таких реле при отсутствии напряжения имеется средний контакт, замкнутый с одним из неподвижных контактов. При подаче тока средний контакт разрывает связь с первым неподвижным контактом и замыкается со вторым неподвижным контактом.

Обозначение реле на схеме

Обозначение реле на принципиальной схеме

На электрических схемах реле обозначается прямоугольником, от наибольших сторон которого показаны выводы питания. Функциональное назначение реле указывается на схеме буквами:

Основные виды релейной защиты

Электроэнергия в энергетике производится на генераторных станциях, передается на большие расстояния по линиям электропередач. Воздушные и кабельные ЛЭП расположены между трансформаторными подстанциями и потребителями, подводят электричество к последним.

На всех технологических этапах производства, передачи и распределения электрических мощностей возможно возникновение аварийных ситуаций, которые способны разрушить техническое оборудование или привести к гибели обслуживающий персонал за очень короткое время, исчисляемая долями секунды.

Человеческий организм просто не способен реагировать на такие кратковременные события. Поэтому контролировать отклонения номинальных параметров электроустановок, выявлять начальный этап создания аварии и принимать действенные меры к ее ликвидации могут только специальные технические устройства, работающие в автоматическом режиме по заранее подготовленным алгоритмам.

Исторически сложилась традиция называть их защитами. А поскольку они очень долгое время работали на релейной базе, то за ними прочно закрепилось это дополнительное определение.

Как формируются релейные защиты

Качество электроэнергии строго регламентируется техническими нормативами:

амплитудой напряжения и тока;

формой синусоидальной гармоники и наличием в ней посторонних шумов;

направлением, величиной и качеством мощности;

фазой сигнала и некоторыми другими параметрами.

Под каждую из этих характеристик создаются определённые виды релейных защит. Они после ввода в работу:

постоянно отслеживают измерительным органом — реле состояние одного или нескольких параметров сети. Например, тока, напряжения, частоты, фазы, мощности и непрерывно сравнивают его величину с заранее установленным диапазоном, называемым уставкой;

в случае выхода контролируемой величины за нормированную границу измерительный орган срабатывает и переключением положения своих контактов коммутирует цепи подключенной логической части;

в зависимости от решаемых задач логика схемы настроена на определенные алгоритмы. Она выполняет их воздействием на коммутационный аппарат, например, соленоид отключения выключателя первичного оборудования электрической схемы;

силовой выключатель ликвидирует возникшую неисправность в схеме снятием с нее питания.

Устройство релейной защиты и автоматики (РЗА) начинает действовать и срабатывать в зависимости отклонения параметров от номинальных защищаемого оборудования в ее элементах и отклонения номинальных параметров режима работы сетей и систем. Информацию о параметрах передаются от измерительных трансформаторов тока (ТТ) или (ТА) и напряжения (ТН) или (ТV). С выводов трансформаторов тока и трансформаторов напряжения снимаются, как с датчиков, параметры переходного процесса в электрической системе. Далее эти параметры переходного процесса выделяются .

Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы. Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы нужны различные устройства защиты и автоматики .

Электроэнергия в энергетике производится на генераторных станциях, передается на большие расстояния по линиям электропередач. Воздушные и кабельные ЛЭП расположены между трансформаторными подстанциями и потребителями, подводят электричество к последним. На всех технологических этапах производства, передачи и распределения электрических мощностей возможно возникновение аварийных ситуаций, которые способны разрушить техническое оборудование или привести к гибели обслуживающий персонал за очень короткое время .

Все потребители электроэнергии подключаются к генераторному концу силовым выключателем. Когда нагрузка соответствует номинальной величине или меньше ее, то причины для отключения отсутствуют, а токовые защиты сканируют схему в постоянном режиме. Выключатель может отключаться от токовых защит, когда: величина нагрузки в результате возникновения короткого замыкания резко превысила номинальное значение и создались токи КЗ, способные сжечь оборудование. Отключение такой аварии необходимо выполнять .

При эксплуатации электрооборудования возможно его повреждение не только от коротких замыканий, но и от попадания в его схемы разрядов молний, проникновения более высоковольтного напряжения из другого оборудования или значительного снижения уровня питающей схемы. По величине действующего напряжения защиты делят на два вида: минимальные и максимальные. При возникновении аварийных ситуаций, связанных с короткими замыканиями, происходят большие потери энергии, когда приложенная мощность расходуется на развитие повреждений .

Назначение: защита электрических объектов от токов аварий, возникающих внутри контролируемой зоны с абсолютной степенью селективности без выдержки времени. Измерительным комплексом работает дифференциальный орган, состоящий из трансформаторов тока и реле, постоянно отслеживающих направление токов на различных участках и срабатывающих при их изменениях. В номинальном, рабочем режиме ток нагрузки протекает от генераторонго конца к потребителям и по всей линии имеет одно направление. Его отслеживают и учитывают измерительные реле .

В статье, описывающей работу устройств АПВ, рассмотрены случаи пропадания электроэнергии по различным причинам и методы ее восстановления автоматикой линий электропередач в том случае, когда причины создания аварийных ситуаций самоустранились и перестали действовать. Птица, пролетающая между проводами воздушной ЛЭП, может создать короткое замыкание через свои крылья. Это повлечет снятие напряжения с ВЛ отключением от защит силового выключателя на питающей подстанции. Устройства АПВ через несколько секунд восстановят питание .

Основными требованиями, предъявляемыми к электроснабжению потребителей, являются надежность и бесперебойность подачи электроэнергии. Транспортные энергетические потоки электрических сетей занимают сотни и тысячи километров. На таких расстояниях на ЛЭП могут воздействовать различные природные и физические процессы, которые повреждают оборудование, создают токи утечек или коротких замыканий. Чтобы не допустить распространения аварий любые линии электропередач оборудованы защитами, которые постоянно в реальном времени .

Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) применяется при необходимости обеспечения защиты высоковольтных линий электропередач от однофазных коротких замыканий - замыканий на землю одного из фазных проводов в электросети. Данная защита используется в роли резервной защиты линий электропередач класса напряжения 110 кВ. Ниже приведем принцип работы данной защиты, рассмотрим каким образом и при помощи каких устройств реализуется ТНЗНП в электрических сетях 110 кВ. В электротехнике есть понятие о симметричных .

Общие сведения о релейной защите и требования к ней.

В процессе работы установки в отдельных ее элементах могут возникать повреждения и ненормальные режимы, нарушающие работу всей электроустановки в целом. Причинами повреждений обычно являются нарушения изоляции или неправильные действия обслуживающего персонала. Ненормальные режимы работы появляются при перегрузке оборудования, снижениях напряжения в сетях и у потребителей электроэнергии. Повреждения и ненормальные режимы работы могут привести к тяжелым последствиям, поэтому они должны быть устранены как можно скорее. Для быстрого отключения поврежденных участков сети или отдельных элементов установки применяются специальные автоматические аппараты (реле), приборы и устройства, объединенные в общую систему релейной защиты. Основным элементом этой системы является реле — аппарат, автоматически приходящий в действие при повреждениях, ненормальных режимах и подающий импульс на отключение поврежденного участка или сигнализирующий о появлении ненормального режима. Таким образом, реле могут срабатывать автоматически как на отключение соответствующего выключателя, так и на сигнал обслуживающему персоналу.

К релейной защите предъявляют определенные требования. Она должна быть селективной (избирательной), т. е. обеспечивать отключение только поврежденного участка, а остальные — неповрежденные участки, должны оставаться в работе; она должна иметь необходимое быстродействие, чтобы аварийное состояние длилось как можно меньшее время; она должна обладать чувствительностью, в самый начальный момент реагируя на повреждения, и быть надежной в работе, не допуская отказов или ложного действия.
Реле и приборы сигнализации питаются от источников, получивших название источников оперативного тока. В схемах релейной защиты в качестве таких источников используются аккумуляторные батареи (постоянный ток) или измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также трансформаторы собственных нужд (переменный ток). Провода или кабели, по которым оперативный ток подается к приборам и реле, составляют оперативные цепи. Питание оперативных цепей релейной защиты должно быть особенно надежным, так как от этого зависит своевременное отключение поврежденных элементов.

Классификация реле.

Все реле можно классифицировать по нескольким признакам. По способу включения различают первичные реле, измерительные элементы которых включаются непосредственно в цепь защищаемого элемента, и вторичные, которые включаются через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Схема включения первичного реле 1 в цепь показана на рис. 32, а. На этой схеме ток линии проходит через всю обмотку реле, поэтому она должна быть рассчитана на максимальный ток короткого замыкания и иметь соответствующую изоляцию. Такие реле не могут быть стандартными и должны выполняться на различные номинальные токи и напряжения. Другим их недостатком является весьма громоздкая подвижная система и исполнительный орган; они имеют невысокую точность и низкую чувствительность. Преимуществами первичных реле является их простота и то, что для их включения не требуется измерительных трансформаторов, источников оперативного тока и контрольных кабелей.
Вторичные реле 2 (рис. 32, б) более распространены, так как имеют следующие преимущества:
а) реле могут выполняться стандартными независимо от тока и напряжения первичной цепи, так как вторичные токи и напряжения у всех измерительных трансформаторов одинаковы (5 А и 100 В);
б) их можно располагать на любом расстоянии от защищаемого элемента установки;
в) они изолированы от высокого напряжения, их можно проверять и ремонтировать, не отключая основную цепь защищаемого элемента. Такие реле имеют, кроме того, меньший вес и габариты, отличаются высокой точностью и чувствительностью.

По способу воздействия реле на отключение выключателя различают реле прямого и косвенного действия. В реле первого типа подвижная система непосредственно воздействует на отключение выключателя, а в реле второго типа для этой цели используется какой-либо промежуточный элемент (обычно это катушка отключения, вмонтированная в привод выключателя).
Рассмотрим более подробно способы воздействия реле на отключение выключателей. На рис. 33, а показана схема защиты со вторичным реле прямого действия. Реле 1 включено в цепь защищаемого объекта через измерительный трансформатор тока 5. При срабатывании реле от сверхтоков его подвижная система 2 воздействует на расцепляющий рычаг-защелку 3 выключателя, после чего последний отключается под воздействием пружины 4. Реле I монтируется в приводе масляного выключателя, поэтому их называют встроенными реле.
Схема защиты со вторичным реле косвенного действия показана на рис. 33, б. При срабатывании реле 1 его контакты (они показаны в верхней части реле) замыкаются, и оперативный ток от источника питания ИП поступает через блок — контакты БК к обмотке электромагнита 2, называемой катушкой отключения выключателя (КО). Сердечник катушки втягивается, освобождает защелку 3, и выключатель отключается под действием пружины 4. Ток в обмотке реле после отключения выключателя исчезнет, и контакты реле разомкнутся. Блокировочный контакт БК предназначен для обеспечения надежного размыкания цепи катушки отключения (обмотки электромагнита 2). Таким образом здесь выключатель отключается путем подачи тока в катушку отключения от источника питания, т. е. путем косвенного воздействия на выключатель при срабатывании реле 1. Такие реле обеспечивают высокую чувствительность, точность и быстроту действия.
Реле могут реагировать на величину тока, напряжения, мощности и другие величины. В соответствии с этим в их обозначении указывают буквы Т, Η, М и т. д. Реле, действующие при возрастании этих величин, называются максимальными, а реле, срабатывающие при снижении указанных величин, — минимальными. К числу вспомогательных (не защитных) реле относятся реле времени, указательные и промежуточные.

Основные понятия релейной защиты (Р З). РЗ – называют специальные средства и устройства для защиты, выполняемые с помощью реле, процессоров, блоков и других. аппаратов, и предназначенные для отключения силовых выключателей при напряжении свыше 1000 В или автоматических выключателей при напряжении до 1000 В. Более часто термин РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА используется в установках и сетях высокого напряжения. К системам автоматики в настоящей работе отнесены устройства АПВ, АВР, АЧР, АРТ.

Р.З. – основное средство защиты линий, трансформаторов, генераторов, двигателей от аварийных и ненормальных режимов.
Требования к РЗ. К релейной защите предъявляются следующие требования:
-селективность (избирательность), т.е. способность защиты самостоятельно определять поврежденный участок сети и отключать только этот участок,
-быстродействие,
-надежность действия,
-чувствительность (т.е. способность отключать поврежденные участки на начальной стадии повреждения)
-простота схемы.
Контролируемые параметры Р.З. Устройства РЗ могут контролировать следующие параметры: ток, напряжение, мощность, температуру, время, направление и скорость изменения контролируемой величины.
Функции релейной защиты. Устройства РЗ могут выполнять следующие функции:

• защита от К.З междуфазных,
• защита от замыканий на землю, в т. ч. 2х-3х и однофазных
• защита от минимального напряжения;
• защита от внутренних повреждений в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов.
• защита от асинхронного режима работы синхронных двигателей.
• защита от обрывов в роторной цепи мощных двигателей.
• защита от затянувшегося пуска
• дифференциальная защита (продольная и поперечная) крупных машин и линий.

Оперативный ток. Оперативный ток предназначен для питания цепей управления, защиты, сигнализации и т.п. Оперативным током питаются приводы всех коммутационных аппаратов подстанций. Оперативный ток может быть переменным и постоянным, величина напряжения обычно составляет 110-220 В. Оперативный ток на ответственных подстанциях и установках должен быть всегда, даже при потере питания главных цепей, поэтому оперативный ток должен иметь независимые источники питания, в качестве которых могут использоваться: аккумуляторные установки, выпрямители, генераторы, специальные блоки питания.
Элементная база РЗ. В качестве основных элементов релейной защиты применяются реле, в том числе электромагнитного или других принципов действия, а также полупроводниковые и микроэлектронные приборы и блоки.

Основные реле. В схемах РЗиА применяется много типов различных реле, а в последние годы - специальных блоков и процессоров, объединяемых в локальную компьютерную сеть. В качестве основных применяются реле тока, напряжения, мощности, частоты, дифференциальные реле и блоки дифференциальной защиты.

Реле тока. Наиболее часто используются электромагнитные реле РТ -40 и индукционные типа РТ-80. Это высокочувствительные устройства, реагирующие на изменение тока, и могут защищать от перегрузок и от КЗ.

• сердечник
• перемычка
• обмотка
• контактная часть
• пружина
• шкала уставок
• регулятор уставки срабатывания

Рисунок 1 - Конструкция реле тока РТ-40.

Реле РТ-40 - электромагнитное, имеет два сердечника и две обмотки, которые можно включать параллельно или последовательно для удвоения показателей шкалы. Уставка срабатывания регулируется поворотом указателя 9 (изменением натяжения пружины). Пределы уставок у различных модификаций реле этой серии - от 0,5 до 200 А, что позволяет их использовать с различными трансформаторами тока. Выпускаются также реле тока серии ЭТ-520 и другие.
Пример характеристики реле тока: РТ-40/0,2; Iсраб. 0,05¸0,1А (последовательное соединение ), и 0,1¸0,2А (параллельное соединение), Iном. от 0,4 А до 10 А

Рисунок 2 – Схема устройства реле РТ-80 и характеристика срабатывания реле

Рисунок 3 – Общий вид реле тока РТ-80 (90).

Реле РТ-80 (РТ-90) – реле тока индукционного типа, имеет два независимых элемента- электромагнитный (мгновенного действия) и индукционный (работающий с выдержкой времени). Такая конструкция позволяет применять их в схемах с зависимой и независимой от тока характеристикой срабатывания. Ток срабатывания индукционного элемента-2-10 А, время срабатывания - 0,5-16 с. При токах от 2 до 3-5 номинальных реле работает с выдержкой времени, с зависимым от тока временем срабатывания, при токах более 5- -7 номинальных у реле срабатывает электромагнитный элемент, без выдержки времени, т.е. мгновенно.
Реле напряжения. Электромагнитные высокочувствительные реле без выдержки времени, применяются для контроля величины напряжения. Выпускается единая серия РН-50. Они бывают минимального (РН-54) и максимального напряжения (РН-51, -53, -58), для постоянного и для переменного тока. По принципу действия они аналогичны РТ-40, однако имеют значительно больше витков в обмотках. Диапазон уставок напряжения этих реле от 0,7 до 200 В или 400 В у разных серий.

Дифференциальные реле. Высокочувствительные быстродействующие реле. Выпускаются серии РБМ - реле мощности быстродействующее, и РНТ – реле направленного тока. Применяют для дифференциальной защиты трансформаторов, генераторов и других мощных машин. Эти реле – быстродействующие и используют быстронасыщающийся трансформатор БНТ.

Дифференциальные реле применяют для защиты трансформаторов, генераторов, линий. Типы реле: РНТ-565, РБМ-170 (270) и др.

Реле РНТ-565-реле направленного тока (рис. 5) (реле электромагнитное токовое дифференциальное). Состоит из корпуса в котором находятся: реле РТ-40, быстронасыщающийся трансформатор БНТ и резисторы Rк и Rв. Реле имеет обмотки: Р- рабочая обмотка, В –вторичная обмотка, К1, К2 – короткозамкнутые обмотки, У1, У2–уравнительные обмотки
Настройка реле производится с помощью резисторов Rв и Rк. При этом добиваются, чтобы при включении реле оно становилось нечувствительным к токам намагничивания (к помехам) и к токам небаланса, возникающим в начальный момент КЗ. Это позволяет повысить чувствительность защиты. Все обмотки имеют отдельные выводы (гнезда) для регулирования и настройки.
Дифференциальное реле мощности РБМ используется для контроля изменения направления тока в устройствах направленной токовой защиты. Принцип его действия следующий.

• магнитопровод, 2- обмотка, включенная последовательно нагрузке, 3- обмотка , включенная параллельно( в цепи напряжения), 4- неподвижный стальной сердечник, 5- алюминиевый ротор,6- подвижные контакты

Рисунок 5 - Устройство и принцип действия реле мощности РБМ

При отклонении от нормального (расчетного) режима магнитные потоки Фт и Фн, создаваемые обмотками тока и напряжения, проходят по магнитопроводу и через сердечник 4 индуцируют в роторе 5 вихревые токи, в результате чего ротор поворачивается на определенный угол. При повороте ротора замыкаются контакты 6. Реле срабатывает только тогда, когда в обмотках 2 или 3 изменяется направление тока.
Вспомогательные реле. Используются для выполнения вспомогателных функций: задержки, размножения сигнала, усиления, сигнализации, контроля положения коммутационных аппаратов. Это – реле времени, промежуточные, сигнальные и другие. Примеры вспомогательных реле: времени РВ-, ЭВ- и др., промежуточные РП-231,232,241, -указательные РУ-21, РЭУ, РС.

Виды защиты электрических сетей и установок

Все основные реле, применяемые в схемах РЗ, включаются через трансформаторы тока или напряжения, поэтому для их питания используются схемы включения вторичных реле. Реле могут действовать на привод силового выключателя непосредственно ( прямое воздействие), или через электромагнит отключения (косвенное воздействие). Реле и блоки могут включаться в одну, в две или в три фазы. Защита может срабатывать без выдержки и выдержкой времени. Питание основных реле в основном производится на переменном токе.
В электроустановках и сетях высокого напряжения применяются следующие виды защиты: МТЗ, отсечка, дифференциальная токовая защита, защита минимального и максимального напряжения, нулевая защита, земляная защита и другие.

МТЗ - максимальная токовая защита - защита от перегрузок и коротких замыканий. Она может действовать мгновенно или с выдержкой времени. Применяется для защиты электродвигателей; трансформаторов, воздушных и кабельных ЛЭП. Использует реле РТ-40 или Т-80. Защита может выполняться на одном, на двух или на трех реле, которые соответст
венно включаются в одну, в две, или в три фазы.

Рисунок 6 – Первичное и вторичное реле, прямое воздействие на привод выключателя

Рисунок 7 - Схема включения с косвенным воздействием на привод выключателя и общий вид реле РТ-40

На следующем рисунке показаны некоторые схемы включения реле тока: схема а – первичное реле и прямое воздействие на механизм свободного расцепления (МСР) силового выключателя; схема б – вторичное реле и прямое воздействие реле тока на МСР выключателя; схема в – вторичное реле и косвенное воздействие на привод силового выключателя, постоянный оперативный ток.
Применяются также схемы с независимой от тока характеристикой срабатывания, тогда при срабатывании любого реле оперативный ток подается на обмотку реле времени, которое в свою очередь с выдержкой времени (см. рис. ) замыкает свой контакт в цепи электромагнита отключения привода выключателя и указательного реле. Выключатель отключается, сигнальное реле КН также срабатывает и выбрасывает флажок (блинкер).
Существуют и другие схемы - с промежуточными реле на переменном о постоянном оперативном токе и с зависимой характеристикой времени срабатывания.

Рисунок 8 – Схемы действия реле тока
Выбор уставок токов срабатывания МТЗ.
Условия выбора:

• Защита не должна срабатывать при прохождении максимального рабочего тока нагрузки (при пиковых нагрузках), в том числе защита не должна срабатывать при пуске мощных двигателей,
• Защита должна гарантированно срабатывать на защищаемом участке при КЗ и иметь коэффициент чувствительности КЧ в конце участка не менее 1,5.

Ток уставки реле ( во вторичной цепи) можно определить, если разделить IУ1 на коэффициент трансформации трансформатора тока КТТ.

Если нет никаких данных для расчета токов уставки (срабатывания защиты), то можно ориентировочно принимать для первичной цепи .

Токовая отсечка.
Это МТЗ, выполненная с мгновенным действием или с выдержкой времени. Токовая отсечка (ТО) обычно защищает часть линии, поэтому применяется как дополнительная защита,что дает возможность ускорить отключение повреждений при небольших КЗ. При сочетании ТО с МТЗ получается ступенчатая по времени защита. При этом первая ступень(отсечка) действует мгновенно, а последующие – с выдержкой времени. Выполняется на базе реле тока.
Дифференциальная защита.

Основана на принципе сравнения токов в начале и в конце защищаемого участка, например трансформатора или мощного двигателя. Применяется в сочетании с другими видами защиты электроустановок:
- от внутренних повреждений

• от сверх токов – при внешних К.З.
• от перегрузки
• газовой (при мощности трансформаторов S ³ 6300 кВА – на открытом воздухе, и более 400 кВА – внутри помещений).

Дифференциальная защита может быть продольной и поперечной.

Продольная дифференциальная защита.

Участок между трансформаторами тока ТА1 и ТА2 является защищаемой зоной. Если ТА1 и ТА2 имеют одинаковые характеристики, то токи во вторичных цепях ТА1 и ТА 2 будут одинаковы как при нормальном режиме, так и при коротком замыкании в точке К1 (за пределами защищаемой зоны) . Обмотки их включены встречно, поэтому разность токов I1 –I2 = 0, поэтому тока в обмотке реле КА не будет и оно не сработает. При К3 внутри защищаемой зоны в точке К2 по обмотке реле КА пройдет ток I1 –I2 ≠ 0 и реле сработает, и выдает импульс на отключение силового выключателя. Дифференциальная защита надежна, высокочувствительна, быстро действует, т.к. отключается только поврежденный участок. К недостаткам относятся следующее: не обеспечивает отключение при внешних К3; требуется устанавливать автотрансформатор АТ для уравнивания тока небаланса (т.к. у трансформаторов тока разные коэффициенты трансформации). Работает на базе реле РНТ – 565 с быстронасыщаюмся трансформаторами.
Поперечная дифференцированная защита.

Применяется для защиты параллельных линий, подключенных к линиям подстанции через общий выключатель. Здесь вторичные обмотки трансформаторов тока подключают встречно, т.е. на разность токов. Используют реле и включабт токовое реле РТ-40 или ЭТ=521 мгновенного действия). Ток, протекающий по реле равен разности токов, т.к. реле включены встречно: Iр.= I1- I2 т.е. разности токов вторичных обмоток транформаторов тока. При нормальной работе Iр=0 или очень мал (т.н. ток небаланса) и реле отстраивается так, чтобы ток был недостаточен для срабатывания. Если на одной из линий будет короткое замыкание, то в обмотке одного из трансформаторов тока ток будет больше, чем у другого и в результате разность токов будет большая и реле сработает и даст импульс на отключение силового выключателя.
Защита минимального и максимального напряжения

Предназначена для защиты электроустановок от увеличения или от уменьшения напряжения. Для этой цели используются специальные высокочувствительные реле напряжения серии РН –50. Они выпускаются для переменного и постоянного тока. Реле напряжения серии РН-50 выпускаются для контроля максимального напряжения (РН-51; РН-53; РН-58) и для контроля минимального напряжения (РН-54). Они срабатывают при повышении или снижении напряжения по отношению к заданной величине.
Таблица 4 - Характеристика реле РН-51(для постоянного тока)

Читайте также:

  
• Кто выпускает шевроле камаро
  
• Жрет бензин ваз 2104
  
• Я поднимаю этот трамблер
  
• Дэу матиз горит лампочка ручника
  
• Ламборгини собрать свою комплектацию