Релейная защита

Рис. 5. Пневматическое реле времени.

Выдержка времени  начинается с момента выключения тока в обмотке электромагнита. При  этом якорь под действием возвратной пружины 1 и растянутой резиновой  мембраны 5 стремится вернуться в  исходное положение и сжимает  воздух внутри камеры. Воздух из камеры6 может выходить лишь через малое  отверстие 8, благодаря чему движение якоря замедляется. В конце хода якоря он замыкает контакты 4. На место  контактов 4 иногда ставят путевой переключатель  мгновенного 
действия. Благодаря этому разрывная мощность исполнительных контактов может быть довольно значительной, несмотря на медленное движение якоря электромагнита. 
 
Скорость перемещения якоря, а следовательно, и выдержка времени зависят от величины отверстия 8, которое можно регулировать винтом 7. 
 
Для защиты от содержащейся в воздухе пыли пневматические реле времени обычно снабжаются (фильтром 9, закрываемым крышкой 10, которая имеет отверстие 11 для прохода воздуха. 
 
Возможны различные исполнения пневматических реле времени, в которых выдержка времени получается как при отпускании, так и при втягивании якоря электромагнита за счет создания либо разрежения, либо избыточного давления в рабочей камере. 
 
С помощью пневматического реле времени можно получить замедление от десятых долей секунды до нескольких минут. Колебания выдержки времени составляют 8—16%. 
 
Пневматические реле времени применяются в промышленной автоматике чаще других типов реле времени с замедлением движения якоря электромагнита.

1.2.РЕЛЕ ВРЕМЕНИ С ЧАСОВЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

Для получения выдержки времени могут применяться часовые  механизмы двух видов: спусковые  механизмы анкерного типа и механизмы  с маятником. 
 
Для получения выдержки времени порядка нескольких секунд обычно применяются спусковые устройства анкерного типа. Спусковой механизм состоит из анкерной шестерни 1 и анкерной скобы 4 (рис. 6). Период колебаний анкерной скобы 4 зависит от величины приложенного к анкерной шестерне 1 усилия и от момента инерции анкера.Такие системы не имеют собственных определенных колебаний, в силу чего принципиально не могут дать высокой точности. Число колебаний в них определяется в основном силой удара зуба шестерни об анкер.  
 
Реле времени со спусковыми механизмами широко применяются в схемах релейной защиты и автоматики. Поэтому устройство этих реле рассмотрим на примерах изготовляемых промышленностью образцов.

На рис. 6 показано устройство часового механизма реле времени ЭВ-180. На рисунке изображен момент, когда палец анкерной скобы 7а вошел между зубьями анкерной шестерни 1 и остановил ее. При этом палец 7а сам получает удар, благодаря чему анкерная скоба 4 поворачивается вокруг своей оси, выводя палец 7а из зубьев анкерной шестерни. Во время поворота анкера шестерня 1 и связанный с ней механизм свободно

Рис. 6. Спусковой анкерный механизм реле времени ЭВ-180.

поворачиваются  до тех пор, пока палец 7б анкерной скобы не войдет между зубьями  шестерни 1 и не остановит ее. При  этом анкер 4 снова получает удар и  снова поворачивается в обратную сторону. Таким образом, движение анкерной шестерни 1 будет происходить с  остановками. Скорость ее движения можно  регулировать изменением положения  грузиков 5 на коромысле 6 анкерной скобы. При удалении грузиков от оси вращения анкера скорость вращения шестерни 1 уменьшается (выдержка времени увеличивается).

Для того чтобы  обеспечить быстрый возврат ведущего механизма в исходное положение, анкерная шестерня 1 связана с ведущей  шестерней не жестко, а посредством  храпового устройства. При рабочем  ходе ведущая шестерня вращается  в направлении, указанном на рис. 6.стрелкой. Ее вращение передается на трибку 8, с которой жестко связана храповая шестерня 2 с косыми зубьями. При рабочем ходе зубья храповой шестерни зацепляют за выступ храповой пружины 3, укрепленной на анкерной шестерне 1, и шестерня 1 вращается. 
 
При возврате механизма в исходное положение ведущая шестерня, трибка 8 и храповая шестерня 2 вращаются в обратном направлении. Так как храповая шестерня 2 свободно сидит на своей оси, а зубья ее скользят скошенной поверхностью по выступу храповой пружины 3, не зацепляясь за него, то анкерная шестерня 1 остается неподвижной и не препятствует быстрому возврату ведущего механизма в исходное положение. 
 
Ведущий механизм описанного устройства состоит обычно из электромагнита, взводящего пружину, и набора шестерен. Одна из осей ведущего механизма связана с подвижным исполнительным контактом. Второй контакт укрепляется неподвижно. Изменением его положения осуществляют регулировку выдержки времени. 
 
Если в рассмотренном ранее реле времени рис. 1,а на место воздушной ветрянки 4 установить анкерный механизм, то полученный прибор выдержки времени можно рассматривать как электромагнитное устройство с замедлением движения якоря, который движется не непрерывно, а с остановками. Однако при этом между якорем и зубчатой передачей всегда ставят пружину, с тем чтобы обеспечить стабильный вращающий момент на оси анкерной шестерни. Более того, в реле времени с часовыми механизмами, от которых требуется повышенная стабильность выдержки времени, часто имеется собственная ведущая пружина, и роль электромагнита сводится лишь к ее освобождению при включении реле и взведению при отключении реле. В качестве примера такой системы рассмотрим устройство реле времени серии ЭВ-1. 
 
На рис. 7 реле времени ЭВ-1 изображено в выключенном состоянии. Ведущая пружина 11 при этом растянута (заведена) и удерживается в этом положении тем, что палец 9 упирается в верхнюю часть якоря 3 электромагнита. 
 
При появлении тока в обмотке электромагнита 1 якорь 3 втягивается, сжимая возвратную пружину 4 и переключая рычагом 5 подвижный контакт 6, который при этом размыкается с неподвижным контактом 7 и замыкается с неподвижным контактом 8 (без выдержки времени). При втягивании якоря убирается препятствие  
на пути движения пальца 9 и жестко связанного с ним сектора 10. Под действием ведущей пружины 11 часовой механизм приходит в движение. Благодаря такой конструкции изменения напряжения питания не влияют на период колебаний анкерного механизма.  

 

Рис. 7. Устройство реле времени ЭВ-1    а — кинематическая схема реле; б — положение деталей фрикционного устройства при рабочем ходе; в — положение деталей фрикционного устройства при возврате.

Вращение зубчатого сектора 10 через шестерню 13 передается на валик  с укрепленным на нем подвижным  контактом 22. Одновременно при начале движения валика происходит его сцепление  с шестерней 15 посредством фрикционного механизма, устройство и работа которого показаны на рис. 32,б и в. От шестерни 15 вращение передается через промежуточные  шестерни 16, 17,18 на анкерный механизм, устройство которого аналогично механизму, изображенному на рис. 31 и отличается лишь отсутствием храпового устройства, роль которого в данном реле выполняет фрикционное сцепление 14. 
 
При отпускании якоря электромагнита возвратная пружина 4 растягивает ведущую пружину часового механизма, возвращая при этом подвижный контакт в исходное положение. Фрикционное устройство при этом проскальзывает (рис. 7,в). 
 
Выдержка времени зависит от расстояния между начальным положением подвижного и неподвижных контактов и регулируется изменением положения неподвижных контактов 23, которые можно перемещать относительно шкалы 24. Технические данные реле ЭВ-1 приведены в приложении I. 
 
Кроме спусковых механизмов анкерного типа, для получения выдержки времени могут применяться механизмы с маятником, имеющим собственные колебания. Эти механизмы представляют собой обычные часы, снабженные электромагнитным устройством для завода ведущей пружины, контактами, положение которых определяет выдержку времени, и устройством, пускающим часы в ход при получении управляющего сигнала. Точность хода таких механизмов обычно значительно выше, чем механизмов с анкерным спуском. Системы с маятником применяются обычно для получения значительных выдержек времени. 

 

 

1.3.МОТОРНЫЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

Получившие широкое  распространение моторные реле времени  применяются для получения больших  выдержек времени — от долей минуты до нескольких часов. Свое название они  получили из-за того, что механизм выдержки времени приводится в движение от специального электродвигателя. Обычно используют синхронные микродвигатели или двигатели постоянного тока, снабженные устройствами для автоматического  поддерживания заданной скорости вращения. Основными частями моторного  реле времени являются: электродвигатель с редуктором, сцепляющий электромагнит  и кулачок (профильная шайба) с контактами. Принцип устройства реле поясняет схема  рис. 8 
При замыкании контакта К синхронный двигатель М с редуктором начинает вращаться. Одновременно возбуждается сцепляющий магнит ЭМ и сцепляет зубчатые колеса z₁ и z₂. На одной оси с зубчатым колесом z₁ закреплена профильная шайба (кулачок) 5. Поэтому двигатель начинает вращать профильную шайбу в направлении, указанном стрелкой, натягивая при этом пружину F₂. Как только уступ выреза профильной шайбы Sподойдет к выступу рычага С, рычаг под действием пружины F₃ повернется, размыкая контакты 1—2, управляющие двигателем М, и замыкая контакты 3—4.

Рис. 8. Схема устройства моторного реле времени.

управляющие внешней  цепью. При размыкании контактов 1—2 синхронный двигатель М останавливается, и профильная шайба 5 остается в достигнутом  положении до тех пор, пока пусковой контакт К замкнут. Если разомкнуть контакт К, то сцепляющий электромагнит  отпустит якорь. Под действием пружины F₁ колеса z₁ и z₂ расцепляются, в результате чего профильная шайба S под действием пружины F₂ повернется назад к упору A. При этом контакты окажутся снова в исходном положении, и реле времени готово к новому включению. Положение упора А определяет время замедления, оно может быть изменено перестановкой упора.

Рис. 9. Кинематическая схема  реле типа ВС-10.    1 — синхронный двигатель; 2 — редуктор; 3 — диск сцепления; 4 — электромагнит; 5 —возвратная пружина; 6 — центробежный тормоз; 7 —трибка; 8 — шкала; 9 — втулка; 10 — гайка зажимная; 11 — система контактная; 12 — кулачок; 13 — упор; 14 — главная ось; 15 — рычаг; 16 — палец; 17 — рычаг; 18 — конечный выключатель; 19 — упор (неподвижный); 20 — шестерня; 21 — трибка; 22 — диск сцепления; 23 — ось сцепления; 24 — пружина; 25 — визир.

Конструктивное  выполнение моторных реле времени может  быть различным. В качестве примера  рассмотрим устройство реле времени  типа ВС-10 (рис. 9). 
 
В реле применен синхронный электродвигатель. Вращение от двигателя 1 через редуктор 2 передается на шестерню, свободно сидящую на оси. При поступлении сигнала на срабатывание якорь сцепляющего электромагнита 4 притягивается к сердечнику и своим рычагом сцепляет диски 22: вращение передается через трибку 21 и шестерню 20 на главную ось 14. При этом закручивается возвратная пружина 5. Вместе с осью 14 вращаются диски с упорами 13. Когда упор 13 подходит к кулачку 12, он поворачивает кулачок, переключая контакты. Кулачки устроены так, что при нажатии упора переключение контактов происходит мгновенно. Упор после поворота кулачка продолжает двигаться дальше. Каждому контакту может быть задана своя выдержка времени независимо от выдержки других контактов. 

\ 
После переключения всех контактов срабатывает конечный выключатель18 и двигатель останавливается. 
 
С прекращением сигнала рычаг якоря электромагнита расцепляет диски 22. Под действием возвратной пружины 5 реле возвращается в исходное состояние. При этом упоры 13 поворачивают кулачки 12 в положение, которое они имели при обесточенном реле. 
 
Для ослабления резких толчков и ударов при возврате реле имеет центробежный тормоз 6. Шестерня 20 через трибку 7 вращает ось тормоза как при работе, так и при возврате реле. Однако в первом случае вращение медленное и торможения не происходит. При возврате реле скорость вращения оси 14 может быть чрезмерно большой. В этом случае происходит торможение за счет трения тормозных грузов об обойму тормоза.  
Точность выдержки времени в моторных реле зависит от качества изготовления деталей. Погрешность может достигать 10—15% от максимального значения выдержки времени.Благодаря наличию большого количества вращающихся деталей моторные реле времени надежно работают обычно лишь в интервале температур от 0 до +35° С. Очень низкая температура окружающей среды ведет к загустеванию смазки, а высокая — к ее испарению. Обе эти причины могут вызвать отказ реле. Кроме того, заедания подвижных деталей возможны и при большом количестве пыли в окружающем воздухе. Заедания могут происходить также, за счет замерзания попавшей в корпус реле влаги и коррозии отдельных деталей. Поэтому для обеспечения надежной работы моторных реле времени необходимо поддерживать соответствующие внешние условия. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Трансформаторы тока и их  погрешности. Требования к точности  трансформаторов тока, питающих  релейную защиту.

 Трансформаторы тока, питающие РЗ, должны работать с определенной точностью в пределах значений токов КЗ, на которые РЗ должна реагировать. Эти токи, как правило, превышают номинальные токи ТТ I1 ном,и, следовательно, точная работа ТТ должна обеспечиваться при первичных токах I1 >I1 ном.  
 
На основании опыта эксплуатации и теоретического анализа принято, что для обеспечения правильной работы большинства устройств РЗ погрешность в значении вторичного тока ТТ не должна превышать 10%, а по углу δ 7°.

 
Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность ТТ ε ≤ 10%, или, иначе говоря, если ток намагничивания не превосходит 10% тока I1. Исходными величинами для оценки погрешности являются наибольший расчетный ток I1 расч max, при котором для рассматриваемой защиты требуется точная работа ТТ, и сопротивление нагрузки Zн. Нагрузка состоит из сопротивлений реле ZP = RP + jXP,соединительных проводов Rпи переходных контактов Rп.к, которые для упрощения суммируются арифметически: Zн = ZP + Rп+ Rп.к.  
 
Предельные значения I1 max и соответствующие им допустимые Zн из условия 10%-ной погрешности должны давать заводы, изготавливающие ТТ. Предельные значения I1 max обычно даются в виде кратности этого тока по отношению к номинальному первичному току ТТ: К1 тах = I1 max/I1 ном.  
 
Кроме РЗ ТТ питают измерительные приборы. Точность работы ТТ, питающих измерительные приборы, характеризуется классом точности, а РЗ – предельной кратностью первичного тока I10 = I1 max/I1 ном и допустимой нагрузкой Zн.доп, при которых гарантируется, что полная погрешность ТТ е не превысит 10%. Погрешности класса точности устанавливают, исходя из условий точной работы измерительных приборов в диапазоне токов нормальных режимов, а погрешность при предельной кратности тока К10и нагрузке Zн.доп в соответствии с требованиями, предъявляемыми РЗ.  

 
2.1.Классы точности.

Для промышленных установок изготавливаются ТТ классов  точности 0,5; 1; 3; 5; 10 и Р. Каждый класс  точности характеризуется определенной погрешностью по току ΔI и углу δ, установленной ГОСТ 7746-68. Эти погрешности приведены в табл.3.1, они обеспечиваются только при первичных токах в пределах от 0,1 до 1,2 номинального, т.е. в диапазоне токов нагрузки, контролируемых измерительными приборами.  
 
Для РЗ изготавливаются ТТ класса 10Р с ε ≤ 10% при токе номинальной предельной кратности (К10)и ТТ 5Р повышенной точности с гарантированной погрешностью ε = 5% при тех же кратностях первичного тока.  
 
Трансформаторы тока класса Р предназначены для РЗ, и поэтому их погрешности при номинальных токах не нормируются. Работа ТТ с погрешностью, соответствующей классу, обеспечивается при нагрузке вторичной обмотки, не выходящей за пределы номинальной.  
 
Номинальной нагрузкой ТТ называется максимальная нагрузка, при которой погрешность ТТ равна значению, установленному для данного класса. Номинальную нагрузку принято выражать в виде полной мощности Sном, В • А, при номинальном вторичном токе 5 или 1 А и cos φ = 0,8, или в виде сопротивления нагрузки Zн.ном, Ом, при котором мощность ТТ равна номинальной Sн.ном. Номинальная мощность Shom =U2I2ном, при этом напряжение U2 = I2номZном. Тогда