Какие виды релейной защиты существуют

Содержание

Для чего нужна релейная защита?

Предотвращение возникновения аварии или ее развития часто может быть обеспечено путем быстрого отключения поврежденного элемента. По условиям обеспечения бесперебойной работы неповрежденной части системы время отключения поврежденного элемента должно быть небольшим и часто составляет доли секунды.

Совершенно очевидно, что человек обслуживающий установку, не в состоянии за столь короткое время отметить возникновение повреждения и устранить его. Поэтому электрические установки снабжаются специальными электрическими автоматами – реле защиты.

Назначением релейной защиты является по возможности скорейшее отключение поврежденного элемента или участка энергосистемы от ее неповрежденных частей . Если повреждение не грозит немедленным разрушением защищаемого объекта, не нарушает непрерывности электроснабжения и не представляет угрозы по условиям техники безопасности, то устройства защиты могут действовать не на отключение, а на сигнал, предупреждающий дежурный персонал о неисправности.

Устройства релейной защиты должны действовать на сигнал или отключение и в случае ненормальных режимом работы сети, если такие режимы могут представлять опасность для оборудования.

Требования к релейной защите

К релейной защите предъявляются следующие требования по селективности, чувствительности, быстродействию и надежности:

1) Селективность действия (избирательность) – способность устройства релейной защиты срабатывать при повреждении в зоне его действия и не срабатывать при внешних повреждениях и нагрузочных режимах, т.е. селективным называется такое действие защиты, при котором она отключает только поврежденный элемент посредством его автоматических выключателей. Все другие части системы должны при этом оставаться включенными.

Все устройства релейной защиты делятся на 2 класса по селективности:

защиты с относительной селективностью – селективность обеспечивается выбором параметров срабатывания. Сюда относятся максимальнотоковые и дистанционные защиты;

защиты с абсолютной селективностью – селективность обеспечивается принципом действия – все виды дифференциальных защит.

2) Чувствительность – способность устройства релейной защиты реагировать на минимальные значения аварийных параметров.

Например, при возникновении повреждения на линиях высокого напряжения, работающих в режиме минимальных нагрузок и больших переходных сопротивлениях повреждения, токи короткого замыкания могут быть меньшими максимальных токов нагрузки. Это приводит к невозможности использования обычных токовых защит и заставляет переходить к более сложным и дорогим видам защит.

Чувствительность защит оценивается коэффициентом чувствительности . Для защит, реагирующих на возрастающие величины при возникновении повреждения (для токовых – ток): k = I кзмин / I ср, где: I кзмин – величина тока при металлическом коротком замыкании в защищаемой зоне; I ср – уставка по току срабатывания токовой защиты.

3) Быстродействие – определяется следующими соображениями:

Ускорение отключения повреждения повышает устойчивость параллельной работы электрических машин в системе и, следовательно, устраняется одна из основных причин возникновения наиболее тяжелых системных аварий.

Ускорение отключения повреждения уменьшает время работы потребителей при пониженном напряжении, что позволит остаться в работе электродвигателям как у потребителей, так и на собственных нуждах электростанций.

Ускорение отключения повреждения уменьшает размер разрушений поврежденного элемента.

Поэтому для линий электропередачи 500 кВ быстродействие не должно быть хуже 20 мс, 750 кВ – 15 мс.

4) Надежность – способность устройства релейной защиты выполнять заданные функции защиты в течение заданного времени при заданных условиях эксплуатации.

Особенности процесса изготовления

Рекомендуется заключать все элементы схемы в металлический корпус, чтобы охлаждение происходило намного лучше. Для надежности нужно заливать короб при помощи клеевого пистолета. Главное при работе – это правильно подобрать металлическую подложку, чтобы обеспечить наилучшее отведение тепла. Для изготовления используется опалубка, в которую заключается твердотельное реле постоянного тока. Своими руками ее изготовить можно из любого материала.

Идеально подойдет пластиковая коробка или отрезок трубы. Все зависит от того, какой размер у изделия. Металлическая подложка должна размещаться в этой опалубке. Тщательно нужно залить клеем все элементы схемы, отверстия в корпусе, чтобы обеспечить качественную изоляцию

Обратите внимание на то, что у симисторов выводы обычно неоднозначно определяются, поэтому их нужно заранее проверить. Для проверки открытия симистора необходимо использовать мегомметр

Как только симистор откроется, сопротивление изменится от нескольких десятков мегаом до 1-2 кОм.

Критерии выбора

Современный рынок снабжен большим выбором токового реле от различных производителей. Выбирая данный товар необходимо ориентироваться на техническое задание, то есть для чего приобретается прибор.

Реле максимального тока

Учитывается показатель токовой нагрузки, а также способы крепления. Существуют модели, которые имеют несколько вариаций крепежа: на дин-рейку в электрических шкафах или просто на поверхность стены.Также в продаже имеются товары, которые обладают рядом преимуществ:

  • наличие световой и звуковой индикации;
  • небольшие габариты;
  • наличие жидкокристаллического дисплея, способного выдавать цифровой результат показателей;
  • возможность выставления большого диапазона порогового значения.

Приобретая определенную модель необходимо обратить внимание на климатические условия, при которых сохраняется работоспособность устройства, а также уровень защищенности прибора. Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка

Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка.

Одновременно с этим стоит обратить внимание на герметичность прибора, которое исключает попадание воды, устойчивость к коррозии и влияние химических веществ, а также механического воздействия. Заявленный производителями гарантийный срок может говорить о надежности прибора

Современные устройства отличаются большим диапазоном настройки, удобством в использовании.

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.

Основы релейной защиты ›› 2-2. Максимальная токовая защита без пуска по напряжению и токовая отсечка

РАСЧЕТЫ ЗАЩИТ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

2-2. Максимальная токовая защита без пуска по напряжению и токовая отсечка Особенности выполнения и расчета. Основные условия расчета максимальной токовой защиты для линий 6 и 10 кВ, изложенные в § 1-1, могут быть применены и для выбора уставок максимальной токовой защиты (без пуска по напряжению) понижающих трансформаторов. Выбор тока срабатывания защиты производится по выражениям (1-1) – (1-4), где только лишь коэффициент надежности согласования кнс выбирается несколько большим при наличии на трансформаторе устройства регулирования напряжения тока под нагрузкой (РПН). При расчетах аварийных токов КЗ за трансформаторами с РПН, а также токов самозапуска нагрузки, следует учитывать существенные изменения сопротивлений рассеяния трансформатора (хтр) при изменении положения регулятора РПН (см. ниже). При расчете токов КЗ и выборе уставок защит необходимо также учитывать все возможные режимы работы трансформаторов при их числе более одного, а также при наличии АВР в питаемой сети.

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.

Реле максимального тока РТ-40 Реле максимального тока РТ-40 для применения в схемах релейной защиты и автоматики.
Реле контроля тока РТ 80 Реле максимального тока с зависимой выдержкой времени РТ 80
Реле максимального тока РСТ-40 Реле максимального тока без оперативного питания РСТ-40
Реле контроля тока РСТ-40М Реле максимального тока без оперативного питания РСТ-40М в отличие от электромеханических реле обладает высокой виброустойчивостью и ударопрочностью.
Реле контроля тока PRI-32 Встроенный токовый трансформатор, максимальный контролирумый ток 20 ампер.
Реле контроля тока PRI-41, PRI-42 Для контроля перегрузки — недогрузки двигателей, контроль потребления тока.
Реле контроля тока PRI-52 Реле PRI-52 служит для контроля силы тока в однофазных AC цепях.
Токовое реле РТ-11М1 Для контроля потребляемого тока, диапазон от 0,1-1,0 А.
Реле контроля тока РКТ-1 Реле РКТ-1 служит для контроля силы тока в сетях постоянного и переменного тока.
Реле максимального тока РМТ-101 Реле РМТ-101 предназначено для отключения нагрузки при превышении значения тока выше установленного значения в пределах от 0 до 100 ампер.
Варианты использования реле контроля тока:
* цифровой амперметр;
* реле ограничения потребляемого тока;
* реле выбора приоритетной нагрузки.

Контакты реле.

В зависимости от конструктивных особенностей контакты промежуточных реле бывают нормально разомкнутые (замыкающие), нормально замкнутые (размыкающие) или перекидные.

3.1. Нормально разомкнутые контакты.

Пока напряжение питания не подано на катушку реле, его нормально разомкнутые контакты всегда разомкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты замыкаются, замыкая электрическую цепь. На рисунках ниже показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.2. Нормально замкнутые контакты.

Нормально замкнутые контакты работают наоборот: пока реле обесточено, они всегда замкнуты. При подаче напряжения реле срабатывает и его контакты размыкаются, размыкая электрическую цепь. На рисунках показана работа нормально разомкнутого контакта.

3.3. Перекидные контакты.

У перекидных контактов при обесточенной катушке средний контакт, закрепленный на якоре, является общим и замкнут с одним из неподвижных контактами. При срабатывании реле средний контакт вместе с якорем перемещается в сторону другого неподвижного контакта и замыкается с ним, одновременно разрывая связь с первым неподвижным контактом. На рисунках ниже показана работа перекидного контакта.

Многие реле имеют не одну, а несколько контактных групп, что позволяет осуществлять управление несколькими электрическими цепями одновременно.

К контактам промежуточных реле предъявляются особые требования. Они должны иметь малое переходное сопротивление, большую износоустойчивость, малую склонность к привариванию, высокую электропроводность и большой срок службы.

В процессе работы контакты своими токоведущими поверхностями прижимаются друг к другу с определенным усилием, создаваемым возвратной пружиной. Токоведущая поверхность контакта, соприкасающаяся с токоведущей поверхностью другого контакта называется контактной поверхностью, а место перехода тока из одной контактной поверхности в другую называется электрическим контактом.

Соприкосновение двух поверхностей происходит не по всей кажущейся площади, а лишь отдельными площадками, так как даже при самой тщательной обработке контактной поверхности на ней все равно будут оставаться микроскопические бугорки и шероховатости. Поэтому общая площадь соприкосновения будет зависеть от материала, качества обработки контактных поверхностей и усилия сжатия. На рисунке показаны контактные поверхности верхнего и нижнего контактов в сильно увеличенном виде.

В месте перехода тока с одного контакта в другой возникает электрическое сопротивление, которое называется переходным сопротивлением контакта. На величину переходного сопротивления существенное влияние оказывает величина контактного нажатия, а также сопротивление окисных и сульфидных пленок, покрывающих контакты, так как они являются плохими проводниками.

В процессе длительной работы поверхности контактов изнашиваются и могут покрываться налетами копоти, окисными пленками, пылью, непроводящими частицами. Также износ контактов может быть вызван механическими, химическими и электрическими факторами.

Механический износ происходит при скольжении и ударах контактных поверхностей. Однако главной причиной разрушения контактов являются электрические разряды, возникающие при размыкании и замыкании цепей в особенности цепей постоянного тока с индуктивной нагрузкой. В момент размыкания и замыкания на контактных поверхностях происходят явления плавления, испарения и размягчения контактного материала, а также перенос металла с одного контакта на другой.

В качестве материалов для контактов реле применяют серебро, сплавы твердых и тугоплавких металлов (вольфрам, рений, молибден) и металлокерамические композиции. Наибольшее применение получило серебро, обладающее малым контактным сопротивлением, высокой электропроводностью, хорошими технологическими свойствами и относительно невысокой стоимостью.

Следует помнить, что абсолютно надежных контактов нет, поэтому для повышения их надежности применяют параллельное и последовательное включение контактов: при последовательном включении контакты могут разорвать большой ток, а параллельное включение повышает надежность замыкания электрической цепи.

Бесконтактные и поляризованные агрегаты

Также разрабатываются поляризованные бесконтактные переключатели. Они представляют собой электронные устройства, идентичные поляризованным электромагнитным установкам по функциональности, но собранные совсем по другому принципу. Это полупроводниковые электронные образцы, разработанные по технологии магнитных усилителей. Подобные агрегаты великолепно проявляют себя в условиях мощных ударов, вибраций.

Приборы собираются по принципу магнитных усилителей и имеют несколько обмоток. Реактивное сопротивление отрицательным или положительным полуволнам на вторичной обмотке изменяется при подмагничивании сердечников постоянным напряжением определенного направления. Зачастую обыкновенным неполяризованным устройством усиливается изменение вторичного напряжения.

Как проверить электромагнитное реле

Давайте же проверим реле с помощью мультиметра  и блока питания. Прозваниваем контакт 1 и 7 и смотрим, что у нас они звонятся, значит эти контакты соединены. Видно даже визуально.

Подаем напряжение на катушку  12 Вольт  с блока питания и смотрим, что у нас получилось.

В результате у нас ярмо “приклеилось” к электромагниту (катушке)  и потянула за собой коммутационный контакт. Цепь 1 и 7 у нас оборвалась, но зато восстановилась цепь контактов 7 и 4. Вот таким образом проверяются контакты реле.

Если контакты с налетом, то следует протереть их карандашным ластиком. Если прилично поджарились, а другого реле под рукой нет, то здесь поможет только шкурка-микронка. Но этот случай уже критический, так как наждачная бумага сдирает тонкий слой из благородного металла, которым покрыты “пипочки”.

Целостность катушки реле проверяется с помощью мультиметра в режиме омметра. Для этого проверяем сопротивление катушки. Оно  зависит от самого реле. У всех  оно разное. Если сопротивления нет или оно очень маленькое  – порядка пару Ом, то значит в катушке либо обрыв, либо короткое замыкание.

На схемах электромагнитные реле обозначаются вот так:

Также контакты обозначают уже просто цифрами. В данном случае:

11 – это общий контакт

11-12 – это нормально замкнутые контакты

11-14 – нормально разомкнутые контакты

Прямоугольником обозначается сама катушка реле, а выводы катушки обозначаются буквами A1 и A2.

При подаче напряжения на катушку в данном реле у нас контакт перекинется, то есть картина будет выглядеть следующим образом:

Без подачи напряжения:

После подачи напряжения:

Критерии выбора

Современный рынок снабжен большим выбором токового реле от различных производителей. Выбирая данный товар необходимо ориентироваться на техническое задание, то есть для чего приобретается прибор.

Реле максимального тока

Учитывается показатель токовой нагрузки, а также способы крепления. Существуют модели, которые имеют несколько вариаций крепежа: на дин-рейку в электрических шкафах или просто на поверхность стены.Также в продаже имеются товары, которые обладают рядом преимуществ:

  • наличие световой и звуковой индикации;
  • небольшие габариты;
  • наличие жидкокристаллического дисплея, способного выдавать цифровой результат показателей;
  • возможность выставления большого диапазона порогового значения.

Приобретая определенную модель необходимо обратить внимание на климатические условия, при которых сохраняется работоспособность устройства, а также уровень защищенности прибора. Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка. Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка

Стоит учитывать технические характеристики, коими обладают данные приспособления: показатель тока; наличие управления некоторыми характеристиками; номинальный ток нагрузки; правила эксплуатации; временная задержка.

Одновременно с этим стоит обратить внимание на герметичность прибора, которое исключает попадание воды, устойчивость к коррозии и влияние химических веществ, а также механического воздействия. Заявленный производителями гарантийный срок может говорить о надежности прибора. Современные устройства отличаются большим диапазоном настройки, удобством в использовании

Современные устройства отличаются большим диапазоном настройки, удобством в использовании.

Выводы

  1. Электромагнитные реле не уйдут с рынка электронных компонентов ещё много лет, несмотря на прогресс и миниатюризацию деталей. Напротив, производители продолжают развивать и инвестировать в эту технологию, о чем свидетельствует спектр доступных реле на рынке.
  2. Бистабильные реле становятся все более популярными. Цена у них доступная, что побуждает к внедрению. Акцент на сокращении потребления электроэнергии электронными схемами, вероятно, подтолкнет проектировщиков внимательнее присмотреться к этой архитектуре, особенно там, где автономное питание.

Используйте реле по назначению, соблюдая естественно требование максимального коммутируемого тока, и они будут служить долго и безотказно.