Реле тока. виды и устройство. работа и как выбрать. применение

Классификация и назначение защитных реле

В первую очередь токовые реле должны ограничивать максимальный ток в сети и отключать потребителей, когда в процессе работы наступает превышение его порогового значения. Данные устройства устанавливаются в релейные шкафы и обеспечивают защиту не только от перегрузок, но и от коротких замыканий, возникающих из-за различных технических неисправностей.

Очень важным и нужным свойством релейной защиты является ее селективность, когда отключение поврежденного участка максимально локализовано с помощью наиболее близко расположенного выключателя. С этой функцией отлично справляется реле максимального тока, отключающее только нужный участок и оставляющее в рабочем состоянии другие участки цепи.

Токовые реле могут быть первичными и вторичными. В первом случае защитные устройства монтируются в самом приводе выключателя и являются его составной частью. Такие реле применяются в основном в электрических сетях, напряжение которых составляет до 1 киловольта.

Подключение вторичных реле осуществляется с помощью трансформатора тока, подключенного напрямую к шине питания или непосредственно к питающему кабелю. Таким образом, ток преобразуется в сторону уменьшения до значения, которое будет восприниматься токовым реле. Получается пропорция тока, поступающего на контакты реле и тока, протекающего в контролируемом проводнике. Это позволяет осуществлять контроль за током с помощью реле, имеющего незначительный токовый диапазон. Например, если кратность трансформатора тока составляет 100/5, то величина тока в сети, которую возможно контролировать, составит 100 А, а токовое реле будет иметь допустимую величину максимального тока 5 А.

Существует несколько подгрупп вторичных реле, получивших широкое распространение и применяющихся во многих областях. В первую очередь, это электромагнитные устройства, а также приборы на интегральных микросхемах, индукционные и дифференциальные.
Принцип работы дифференциальных реле основан на сравнении величины тока, протекающего до и после потребителя. Обычно в качестве такого потребителя рассматривается силовой трансформатор. В нормальном рабочем режиме значение тока до и после защищаемого трансформатора будет одинаковым. Однако при коротком замыкании происходит нарушение этого баланса. В результате срабатывания реле, его контакты замыкаются, и поврежденный участок отключается. Дифференциальные реле используются не только на производстве, но и в быту.

Они известны как устройства защитного отключения, предупреждающие утечки тока в приборах и проводниках, защищающие людей от поражения электротоком в случае прямых контактов с корпусом прибора или устройства. Токовые реле на интегральных схемах известны также, как электронные реле тока. Основой конструкции является полупроводниковая база. Эти приборы могут стабильно работать при повышенной вибрации, благодаря чему они широко используются в промышленном производстве.

Что является источником токов обратной и нулевой последовательностей?

Ток нулевой последовательности это:

Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой иобратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазныхтока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служитземля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.

Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное илидвухфазноеКЗ). Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Ток обратной последовательности, как известно из , появляется при любом несимметричном, а кратковременно и при трехфазном КЗ. Ток нулевой последовательности используется для повышения чувствительности пуска ВЧ-передатчика при КЗ на землю, а пусковое реле фазного тока КА – при симметричных КЗ

Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз:Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0 .

Зёх фазный ток – это когда фазы а,в,с отстоют друг от друга на 120градусов. Когда три фазы повёрнуты в 1 сторону – ток нулевой последовательности. Такое возникает при однофазных замыканиях на землю в сетях с заземлённой нейтралью. Поэтому применяются ТЗНП – токовые защиты нулевой последовательности для защиты от замыканий на землю – появился ток нулевой последовательности, значит есть замыкание на землю, защита срабатывает. . Токи обратной последовательности – это когда нарушен порядок чередования фаз. Возникают при межфазных замыканиях, для зашиты применяю ТЗОП – токовые защиты обратной последовательности. В двух словах так. Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное или двухфазное КЗ).

Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Токи нулевой последовательности по существу являются однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи. В силу этого, путь циркуляции токов нулевой последовательности резко отличен от пути, по которому проходят токи прямой или обратной последовательности Для практической реализации метода симметричных составляющих необходимо составлять три схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Конфигурация этих схем и параметры их элементов в общем случае не одинаковы.

Схема прямой последовательности является той же, что и для расчета тока трехфазного замыкания. Из этой схемы находят результирующую ЭДС и результирующее сопротивление прямой последовательности: и . Началом этой схемы являются точки нулевого потенциала источников питания, концом – место короткого замыкания, к которой приложено напряжение прямой последовательности . Составляющие обратной последовательности возникают при появлении в сети любой несимметрии: однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки.

Составляющие нулевой последовательности имеют место при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания составляющие нулевой последовательности(токи и напряжения) равны нулю.

Этот метод используют многие устройства РЗиА. В частности, принцип работы трансформатора тока нулевой последовательности основан на сложении значений тока во всех трех фазах защищаемого участка. В нормальном(симметричном) режиме сумма значений фазных токов равна нулю. В случае возникновения однофазного замыкания, в сети появятся токи нулевой последовательности и сумма значений токов в трех фазах будет отлична от нуля, что зафиксирует измерительный прибор (например, амперметр), подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности.

Для трехфазных транспозированых ЛЭП результат этого преобразования — точная матрица собственных векторов (матрица модального преобразования). Она одинакова как для тока, так и для напряжения.

Устройство реле тока

Для начала давайте разберем принцип реле тока и его устройство. На данный момент существуют электромагнитные, индукционные и электронные реле.

Мы будем разбирать устройство наиболее распространенных электромагнитных реле. Тем более, что они дают возможность наиболее наглядно понять их принцип работы.

Устройство электромагнитного реле тока

• Начнем с основных элементов любого реле тока. Оно в обязательном порядке имеет магнитопровод. Причем, этот магнитопровод имеет участок с воздушным зазором. Таких зазоров может быть 1, 2 или более — в зависимости от конструкции магнитопровода. На нашем фото таких зазора два.
• На неподвижной части магнитопровода имеется катушка. А подвижная часть магнитопровода закреплена пружиной, которая противодействует соединению двух частей магнитопровода.

Принцип действия электромагнитного токового реле

• При появлении на катушке напряжения, в магнитопроводе наводится ЭДС. Благодаря этому, подвижная и неподвижная части магнитопровода становятся как два магнита, которые хотят соединиться. Не дает им это сделать пружина.
• По мере увеличения тока в катушке, ЭДС будет нарастать. Соответственно, будет нарастать притяжение подвижного и неподвижного участка магнитопровода. При достижении определенного значения силы тока, ЭДС будет настолько велико, что преодолеет противодействие пружины.
• Воздушный зазор между двумя участками магнитопровода начнет сокращаться. Но как говорит инструкция и логика, чем меньше воздушный зазор, тем больше становится сила притяжения, и тем с большей скоростью магнитопроводы соединяются. В результате, процесс коммутации занимает сотые доли секунды.

Существуют токовые реле разных типов исполнения

К подвижной части магнитопровода жестко прикреплены подвижные контакты. Они замыкаются с неподвижными контактами и сигнализируют, что сила тока на катушке реле достигла установленного значения.

Регулировка тока возврата токового реле

Для возврата в исходное положение, сила тока в реле должна уменьшиться как на видео. Насколько оно должно уменьшится, зависит от так называемого коэффициента возврата реле.

Оно зависит от конструкции, а также может настраиваться индивидуального для каждого реле за счет натяжения или ослабления пружины. Это вполне можно сделать своими руками.

Технические характеристики

Основные технические характеристики реле контроля тока (далее по тексту мы будем применять разные названия реле контроля, подразумевая один смысл назначения):
— Номинальный ток;
— Пределы уставок тока срабатывания реле;
— Уставка на время срабатывания;
— Уставка на кратность тока срабатывания элемента отсечки;
— Номинальная частота;
— Класс точности;
— Напряжение питания, род тока (постоянный, переменный);
— Мощность, потребляемая реле при токе минимальной уставки;
— Коэффициент возврата реле на любой уставке, не менее;
— Выходные контакты реле фаз при нормальном состоянии сети включаю исполнительные контакты, а при появлении «аварии» разрывают цепь.
— Реле максимального тока без оперативного питания;
— Климатическое исполнение;
— Вид присоединения внешних проводников (переднее или заднее винтом или шпилькой);
Реле представляют собой комбинированное реле, сочетающее преимущества электромеханических и электронных реле тока и времени.
Типоисполнения реле:
Реле тока
Реле тока с выдержкой времени
Реле тока с выдержкой времени с мгновенным контактом
Двухфазное реле тока
Двухфазное реле тока с выдержкой времени с мгновенным контактов
Исполнения реле по диапазонам уставок по току:
Соединение обмоток последовательное
Соединение обмоток параллельное
Большинство современных реле контроля фаз выполнены на элементной базе с использованием микропроцессорной техники, что намного повышает качество изделий и точность контролируемых параметров:Реле максимального тока РСТ-40М не требуется оперативное питание – реле питается от входного тока, вследствие чего обладает высокой помехоустойчивостью, и может применяться вместо реле контроля тока РТ40, РТ140, РСТ 11, 12, 13, 14, 11М;
Реле РСТ-40М выполнено в том же корпусе, что и РТ-40, габариты и схема подключения так же полностью соответствуют; реле РСТ-40М выполнено на современной элементной базе, поэтому в отличие от старых электромеханических реле обладает высокой виброустойчивостью и ударопрочностью, у реле принципиально отсутствует вибрация контактов;
Коммутационная способность контактов реле позволяет действовать непосредственно на отключающую катушку выключателей;
Подготовка реле контроля тока к работе требует всего одной операции по настройке тока срабатывания. При этом коэффициент возврата не менее 0,9 получается автоматически.

Область применения

Функциональное назначение этого прибора контролировать величину тока на определенном отрезке электрической цепи. При превышении установленных параметров конструкция размыкает цепь или подает сигнал на индикаторные элементы панели, пульта контроля и управления. Возможны оба варианта одновременно, индикация может быть световая на табло, светодиодная или звуковая.

Преимущество таких элементов защиты в селективном отборе конкретного участка, элемента оборудования, который при неисправности отключается. При этом другое оборудование в системе или на производственной линии может работать. В то же время такая система защиты и контроля выполняет функции диагностики, указывая, где неисправность.

Реле такого типа нашли широкое применение в быту и на промышленных объектах, в квартирах и частных домах линии проводки разделяют на отдельные группы:

• Розеточная;
• Осветительная;
• Для нагревательных приборов большой мощности отдельные линии и другие.

Там где предполагается использовать электронную аппаратуру, чувствительную к резким перепадам тока и напряжения, обычно это в розеточной группе, устанавливают РМТ. Это эффективно защищает дорогостоящую аппаратуру от выгорания входных цепей при коротком замыкании или скачках напряжения в сети. Реле устанавливают после защитных автоматических выключателей в щитке, они дублируют защитную функцию. Порог срабатывания настраивается на максимально допустимый для аппаратуры, которая запитывается от розеток в этой линии.

На производстве реле максимального тока применяют для контроля величины токов и защиты магнитных пускателей, контролеров, электродвигателей, трансформаторов и других элементов в электрических цепях.

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Принцип работы электромагнитного соленоида

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Промежуточное реле 220 В

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

1. подача тока на первое коммутационное устройство;
2. от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Реле постоянного тока

Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.

Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.

Четырехконтактное автомобильное реле

К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.

Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:

Watch this video on YouTube

Электронное реле

Электронное реле управления в схеме прибора

Разобравшись с тем, что такое токовое реле, рассмотрим электронный тип этого устройства. Конструкция и принцип действия электронных реле практически те же, что и в электромеханических КУ. Однако, для выполнения необходимых функций в электронном устройстве используется полупроводниковый диод. В современных транспортных средствах большинство функций реле и переключателей выполняют электронные релейные блоки управления и на данный момент невозможно полностью от них отказаться. Так, например, блок электронных реле позволяет контролировать расход энергии, величину напряжения на клеммах аккумуляторных батарей, управлять системой освещения и т.д.

Основные характеристики КУ

К основным характеристикам, на которые следует обратить внимание при выборе данного вида коммутационного устройства, относят:

• чувствительность – срабатывание от подаваемого на обмотку тока определенной силы, достаточной для включения устройства;
• сопротивление обмотки электромагнита;
• напряжение (ток) срабатывания – минимально допустимое значение, достаточное для переключения контактов;
• напряжение (ток) отпускания – значение параметра, при котором происходит отключение КУ;
• время притягивания и отпускания якоря;
• частота срабатывания с рабочей нагрузкой на контактах.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РЕЛЕ

Конструктивно электромагнитное реле представляет собой катушку выполняющую роль втягивающего устройства.

Она состоит из основания из немагнитного материала, на которое намотан медный провод, который, в зависимости от исполнения, может быть в изоляции из тканевых, синтетических материалов, но в большинстве случаев проводник покрывается диэлектрическим лаком.

При подаче напряжения на катушку происходит втягивание металлического сердечника, связанного с толкателем, который приводит в движение контакты.

В зависимости от назначения контактный блок реле может состоять из нормально открытых (разомкнутых) или нормально закрытых (замкнутых) контактов, в некоторых случаях блок контактов может совмещать в себе оба типа контактов.

Более подробно устройство реле можно понять если разбить его составляющие на блоки:

• управляющий — служит для преобразования управляющего сигнала (в нашем случае из электрического — в магнитное поле);
• блок промежуточных элементов — приводит в действие исполнительный механизм;
• исполнительный блок — воздействует непосредственно на управляемую цепь. В качестве исполнительного блока можно рассматривать контактную группу устройства.

Также, при проектировании управляющих цепей с использованием электромагнитных реле необходимо учитывать, что ввиду того что чувствительным элементом является электромагнитная катушка, то ток в обмотке увеличивается или уменьшается не мгновенно, а в течении некоторого времени.

В связи с этим следует учитывать возможное время задержки срабатывания. Оно достаточно мало, но в некоторых ситуациях может оказывать влияние на работу других элементов схемы.

Электромагнитные реле можно классифицировать по следующим признакам:

области применения:

для цепей управления, защиты или сигнализации;

мощности управления:

малой мощности, управляющий сигнал ≤1 Вт, средней мощности, сигнал управления находится в пределах от 1 до 9 Вт, высокой мощности – мощность сигнала ≥10 Вт;

времени реакции на сигнал управления:

безынерционные время реакции ≤ 0,001 сек., быстродействующие — время реакции от 0,001 до 0,05 сек., замедленные время реакции от 0,05 до 1 сек., а также реле времени с регулируемой задержкой срабатывания.

характеру управляющего напряжения:

постоянного тока —нейтральные, поляризованные и переменного тока.

Отдельно стоит остановиться на особенностях реле постоянного тока. Как было выше сказано они подразделяются на нейтральные и поляризационные. Главное отличие этих двух групп заключается в том, что поляризационные устройства чувствительны к полярности приложенного напряжения, то есть подвижный сердечник меняет свое направление с правого на левое или наоборот в зависимости от полярности напряжения.

Электромагнитные реле постоянного тока делятся на:

• двухпозиционные;
• двухпозиционные с преобладанием;
• трехпозиционные или реле с нечувствительной зоной.

Срабатывание же устройств нейтрального типа не зависит от полярности подаваемого напряжения. К недостаткам реле использующих, в качестве управляющего сигнала, постоянный ток можно отнести необходимость установки блоков питания, для подачи постоянного тока и высокая стоимость самого устройства.

Реле переменного тока этого лишены, но и у них есть свои недостатки такие как — необходимость доработки конструкции для устранения вибрации сердечника.

Рабочие параметры хуже, чем у устройств использующих линейную форму управляющего сигнала, а именно — хуже чувствительность, гораздо меньшее электрическое усилие. Но в тоже время они могут напрямую подключаться к электрической сети переменного тока.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине