Глава девятая

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ РЕЛЕ

9.1. Общие сведения

а) Классификация. Под реле понимают такой электри­ческий аппарат, в котором при плавном изменении управ­ляющего (входного) параметра до определенной наперед заданной величины происходит скачкообразное изменение управляемого (выходного) параметра. Хотя бы один из этих параметров должен быть электрическим.

По области применения реле можно разделить на реле для схем автоматики, для управления и защиты электро­привода и защиты энергосистем. По принципу действия ре­ле делятся на электромагнитные, поляризованные, тепло­вые, индукционные, магнитоэлектрические, полупроводни­ковые и др.

В зависимости от входного параметра реле можно раз­делить на реле тока, напряжения, мощности, частоты и дру­гих величин. Отметим, что реле может реагировать не толь­ко на входной параметр, но и на разность значений (диф­ференциальное реле), изменение знака или скорости изме­нения входного параметра. Иногда реле, имеющее только один входной параметр, должно воздействовать на не­сколько независимых цепей. В этом случае реле воздей­ствует на другое, так называемое промежуточное реле, которое имеет необходимое число управляемых цепей. Промежуточное реле используется и тогда, когда мощ­ность основного реле недостаточна для воздействия на управляемые цепи.

По принципу воздействия на управляемую цепь реле делятся на контактные и бесконтактные. Выходным параметром бесконтактных реле является резкое изменение сопротивления, включенного в управляемую цепь. Разомк­нутому состоянию контактов контактного реле соответст­вует большое сопротивление управляемой цепи бескон­тактного реле. Это состояние бесконтактного реле называ­ется закрытым. Замкнутому состоянию контактов контактного реле соответствует малое сопротивление в уп­равляемой цепи бесконтактного реле. Такое состояние бес­контактного реле называется открытым.

По способу включения реле различаются на первичные и вторичные.

Первичные реле включаются в управляемую цепь не­посредственно, вторичные — через измерительные трансфор­маторы.

б) Основные характеристики реле. Рассмотрим характе­ристику управления реле, представляющую собой зависи­мость выходного параметра от входного для реле с замы­кающим контактом. У этих реле при отсутствии входного сигнала контакты разомкнуты и ток в управляемой цепи равен нулю. Для бесконтактных реле сопротивление, вве­денное в управляемую цепь, достаточно велико и ток имеет минимальное значение. На рис. 9.1 по оси абсцисс отложе­но значение входного параметра х, а по оси ординат — выходного параметра у. Значение входного параметра х (напряжения, тока и т.д.), при котором происходит сра­батывание реле, называется параметром (напряжени­ем, током и т. д.) срабатывания. До тех пор, пока х<х_ср, выходной параметр у равен нулю либо своему ми­нимальному значению у_min (для бесконтактных аппара­тов). При х = х_ср выходной параметр скачком меняется от y_min до y_max. Происходит срабатывание реле. Если после срабатывания уменьшать значение входного параметра, то при хохота происходит скачкообразное возвращение вы­ходного параметра от значения y_max до 0 или y_min — отпу­скание реле.

Значение входного параметра, при котором происходит скачкообразное отпускание реле, называется параметром отпускания. Значения параметров срабатывания или отпу­скания, на которые отрегулировано реле, называются уста­вкой по входному параметру.

Время с момента подачи команды на срабатывание до момента начала возрастания выходного параметра назы­вается временем срабатывания. Это время зависит от кон­струкции реле, схемы его включения и входного параметра. Чем больше значение входного параметра х_раб по сравне­нию с х_ср, тем быстрее срабатывание реле. Отношение х_раб/х_ср называется коэффициентом запаса. Следует отме­тить, что с ростом коэффициента запаса возрастает вибра­ция контактов электромагнитного реле.

Для ряда реле очень важно отношение х_отп/х_ср, назы­ваемое коэффициентом возврата.

Время с момента подачи команды на отключение до достижения минимального значения выходного параметра называется временем отключения. Для контактных реле это время состоит из двух интервалов — времени отпу­скания и времени горения дуги. На рис. 9.2 даны зависи­мости входного i_y и выходного i_н параметров электромаг­нитного реле от времени. Входным параметром в данном случае является ток в обмотке реле, выходным — ток в уп­равляемой цепи (цепи нагрузки).

Для рис. 9.2 принято, что включение обмотки реле про­исходит при t=0. При t = t_тр якорь электромагнита реле трогается и начинает движение. В течение времени t_дв якорь перемещается и в конце хода замыкается контакт в цепи нагрузки. Ток нагрузки /н возрастает от нуля до установившегося значения I_н. Время t_ср = t_тр+ t_дв называ­ют временем срабатывания реле. После этого ток в обмотке реле продолжает расти до установившегося значения I_раб. При отключении реле из рабочего состояния I_раб цепь его обмотки разрывается и ток в ней спадает. В момент вре­мени t_отп, когда усилие противодействующей пружины ста­новится больше электромагнитного усилия, происходит отпускание якоря. Контакты реле разомкнутся после выбора провала контактов через время t_прoв,к (см. § 3.4). После размыкания контактов загорается дуга, которая по­гаснет через время t_д и ток в нагрузке i_н= 0. Время t_отк = t_отп+t_пров,к+t_д называется временем отключения.

Важным параметром, характеризующим усилительные свойства реле, является отношение максимальной мощности нагрузки в управляемой цепи Р_у к минимальной мощности входного сигнала Р_ср, при котором происходит срабатыва­ние реле.

Для контактных реле максимальная мощность Р_у опре­деляется не длительным током, допустимым для данного контакта, а током нагрузки, который может быть много­кратно отключен.

в) Требования, предъявляемые к реле. Требования к реле в значительной мере определяются их назначением. К реле защиты энергосистем предъявляются требования селективности, быстродействия, чувствительности и надеж­ности.

Под селективностью понимается способность реле от­ключать только поврежденный участок энергосистемы. До­статочно высокое быстродействие позволяет резко снизить последствия аварии, сохранить устойчивость системы при аварийных режимах, обеспечить высокое качество электро­энергии. Минимальное значение входного параметра, при котором реле срабатывает, называется чувствительностью. Увеличение чувствительности позволяет улучшить качест­во электротехнических устройств. Так, например, повыше­ние чувствительности релейной защиты позволяет сократить длину линии электропередачи, которая не может быть за­щищена от аварийных режимов.

Реле для защиты энергосистем должны иметь высокую надежность. В противном случае возможно развитие тяже­лых аварий и недоотпуск большого количества электро­энергии.

Реле защиты энергосистемы эксплуатируются, как пра­вило, в облегченных условиях. Они не подвержены воз­действию ударов, вибрации, а также пыли и газов, вызы­вающих коррозию. Из-за того что аварийные режимы в си­стеме редки, к этим реле не предъявляются высокие тре­бования в части износостойкости.

К реле для схем автоматики, а также для управления и защиты электропривода предъявляются самые разнооб­разные специфические требования. Эти реле работают в тяжелых условиях эксплуатации: возможны удары, виб­рация, воздух часто засорен пылью или агрессивными производственными примесями. Так как число включений и час в современных схемах электропривода достигает 1000— 1200 и более, реле управления должны иметь механическую и электрическую износостойкость до (1 10) 10⁶ циклов. Надежность работы схем автоматики зависит от надежно­сти работы отдельных элементов, в том числе и реле.

Из-за большого количества реле в современных схемах и большого количества выполняемых ими операций к ним предъяляются требования высокой надежности.