Обозначение реле в схемах
| № | Тип реле | Обозначение |
| 1 | Реле тока | КА |
| 2 | Реле напряжения | KV |
| 3 | Реле мощности | KW |
| 4 | Тепловые реле | KK |
| 5 | Реле времени | KT |
| 6 | Промежуточные реле | KL |
| 7 | Указательные реле | KH |
 |
Устройство и принцип действия реле максимального тока РТ-40, РТ-80
 |
 |
Реле тока РТ-40 (рис. 1) состоит из шихтованного П-образного сердечника, на котором расположено две катушки, соединяющиеся параллельно или последовательно. При этом соотношение токов имеет вид:
Поворотный якорь 3 устанавливается в цапфах 2, на нем расположена пластмассовая колодка 14 с подвижным контактным мостиком 15. Конец якоря соединен с пружиной, которая с другого конца соединена с указателем срабатывания реле 11. Перемещая указатель вдоль шкалы 12, воздействующий на пружину 13, которая создает противодействующий момент движению поворотного якоря. Тем самым ток срабатывания реле изменяется. Неподвижные контакты 17 в свою очередь крепятся на пластмассовой колодке 20.
Рис. 1. Устройство реле тока РТ-40
Реле типа РТ-80 (рис. 2) является индукционным и сочетает в себе две защиты:
Индукционная часть реле представляет собой разомкнутый магнитопровод 1, на котором расположена обмотка 19 с выводами и отпайками. Изменяя число витков обмотки путем перемещения винта 14 по
шкале уставок 15, изменяем токовую уставку реле.
В разрыве магнитопровода 2 располагается алюминиевый диск 3. При вращении диска происходит перемещение зубчатого сектора 8 по червяку 7, который воздействует на замыкание контактов 12. Токовая отсечка выполнена в виде того же магнитопровода и якоря в виде ярма 10.
 |
Рис. 2. Устройство реле тока РТ – 80
Устройство и принцип действия реле индукционного типа РБМ – 170, РНТ – 565
Реле мощности типа РБМ – 170 имеет две обмотки: токовую и напря- жения. Расположены они на магнитопроводе реле. Токовая обмотка разбита на две катушки, которые располагаются на противоположных полюсах. Обмотка напряжения разбита на четыре катушки, которые расположены на магнитопроводе (рис. 3, а). Токовая обмотка подключается через трансфор- матор тока в защищаемую линию, обмотка напряжения – через трансфор- матор напряжения к шинам подстанции (рис. 3, б).
Контактный мостик расположен на оси, которая крепится на основании в центре магнитопровода. На этой же оси крепится стальной сердечник (ротор), поверх которого находится алюминиевый стаканчик.
При направлении мощности короткого замыкания от шин в линию, контактный мостик реле поворачивается в сторону замыкания с неподвижными контактами.
 |
Рис. 3. Реле мощности РБМ – 170:
а – устройство реле; б – схема подключения
Дифференциальное реле типа РНТ – 565 применяется для защиты силовых трансформаторов, так как оно позволяет отстроить релейную защиту от бросков намагничивающего тока при включении трансформаторов на холостом ходу и от апериодической составляющей тока короткого замыкания (рис. 4).
Рис. 4. График переходного процесса в режиме короткого замыкания
Реле состоит из быстронасыщающегося трансформатора тока БНТ и реле тока РТ-40, которые находятся в одном корпусе (рис. 5). БНТ имеет три стержня, на среднем располагается рабочая обмотка, которая через трансформатор тока включается в силовую цепь, на среднем и правом стержне располагается короткозамкнутая обмотка. К выводам вторичной обмотки подключается катушка реле РТ-40. При протекании по рабочей
 |
обмотке симметричных токов (апериодическая составляющая тока короткого замыкания или намагничивающий ток) на выводах выходной обмотки индуцируется небольшая ЭДС, так как произошло быстрое насыщение сердечника трансформатора. В результате реле тока не срабатывает. При протекании симметричного тока по рабочей обмотке (периодическая составляющая тока короткого замыкания) в среднем стержне образуется магнитный поток, который пересекает витки короткозамкнутой обмотки, в результате в правом стержне образуется еще один поток. Потоки складываются в левом стержне и на клеммах выходной обмотки индуцируется ЭДС достаточная для срабатывания реле.
Рис. 5. Устройство реле типа РНТ
Дополнительно для улучшения отстройки реле по току на стержнях трансформатора располагают одну или несколько уравнительных обмоток, переключая витки которых выполняют подстройку реле.
Основные конструкции реле времени, промежуточных реле, сигнальных реле, газового реле,
промежуточного реле на герконах
Реле времени служит для создания выдержки времени в схемах релейной защиты, что позволяет выполнить защиту селективно, а также отстроить ее от кратковременных бросков тока.
В основе реле с часовым механизмом лежит магнитопровод с катушкой и якорь. При подаче тока на катушку освобождается подвижный механизм, и контакты реле начинают движение по действием пружины по диаметру шкалы уставок до замыкания с неподвижными контактами, которые располагаются на пластмассовых колодках.
Реле времени серии РВ 100, РВ 200 (рис. 6) применяется в схемах защиты и автоматики для получения регулируемой выдержки времени. Приведем краткую характеристику контактной системы реле.
Реле типов РВ 114, РВ 124, РВ 134, РВ 144, РВ 217, РВ 227, РВ 237, РВ
247, действующих при подаче напряжения, имеют один конечный замыкающий контакт с регулируемой выдержкой времени и один мгновенный переключающий. Реле типов РВ 113, РВ 127, РВ 133, РВ 143, действующих при подаче напряжения, — один конечный замыкающий с регулируемой выдержкой времени и один мгновенный переключающий контакты. Реле типов РВ 112, РВ 128, РВ 132, РВ 142, РВ 218, РВ 228, РВ
238, РВ 248, действующих при подаче напряжений, — один скользящий и один конечный замыкающий контакты с регулируемой выдержкой времени, а также один мгновенный переключающий. Реле типов РВ 215, РВ 225, РВ 235, РВ 245, действующих при исчезновении напряжения, — один
скользящий и один конечный (размыкающийся при подаче и замыкающийся при снятии напряжения) замыкающие контакты с регулируемой выдержкой времени, а также один мгновенный переключающийся контакт. Реле типов РВ 215К, РВ 225К, РВ 235К, РВ 245К, действующих при исчезновении напряжения, — один скользящий и один конечный (размыкающийся при подаче и замыкающийся при снятии напряжения) замыкающие контакты с регулируемой выдержкой времени.
Рис. 6. Реле времени серии РВ 100, РВ 200
При применении реле типа РВ 215К — 254К в комплекте с ВУ 200 мгновенный размыкающий контакт используется для дешунтирования резистора, установленного в приставке типа ВУ 200 и необходимого для обеспечения термической устойчивости реле. Контакты реле (кроме скользящего) способны коммутировать цепь постоянного тока мощностью
100 Вт при токе не более 1 А при напряжении от 24 до 250 В; цепь переменного тока мощностью 400 ВА (коэффициент нагрузки не менее 0,4)
или 500 ВА (коэффициент нагрузки не менее 0,5) при токе не более 5 А или напряжение от 24 до 250 В.
Скользящие контакты замыкают цепь с указанной выше мощностью. Разрыв тока в цепях скользящих контактов должен осуществляться контактами других реле. Длительно допустимый ток через замкнутые контакты: 5 А — для замыкающих с выдержкой времени контактов, 3 А — для мгновенных.
Реле промежуточное (рис. 7) служит для размножения контактов в схемах релейной защиты, а также для коммутации цепей большой мощности, например, цепей питания электромагнитов отключения YАТ, которые воздействуют на отключение высоковольтных выключателей.
В основе реле – магнитопровод с катушкой и несколько контактных групп расположенных на подвижном якоре реле.
Рис. 7. Реле промежуточное типа РП –25
Реле указательное (рис. 8) предназначено для сигнализации о наступ-лении аварийного или ненормального режима или о произошедших переклю- чениях в схемах.
Рис. 8. Указательное реле серии РУ -21
Основным элементом реле является электромагнит с якорем. При подаче тока на катушку электромагнита либо освобождается барабанчик с выпадением блинкера (замена черного сектора на белый), либо срабатывает сигнальный флажок красного цвета. Реле могут иметь или не иметь выходные контакты.
Газовое реле представляет собой чугунный резервуар, который устанавливается в трубопроводе, соединяющим бак маслонаполненного трансформатора с расширителем (рис. 9). Внутри реле располагаются два поплавка, к которым прикреплены стеклянные колбы. В колбу впаяны два контакта. Замыкание контактов осуществляется капелькой ртути. В исходном
положении реле заполнено маслом. При незначительном повреждении
внутри трансформатора (витковые замыкания) происходит разложение масла. Пары масла и газ накапливаются в верхней части реле, вытесняя масло. При этом верхний поплавок опрокидывается, контакты замыкаются ртутью, поступает сигнал о наступлении ненормального режима.
Рис. 9. Газовое реле
При коротком замыкании внутри бака трансформатора загорается электрическая дуга, под действием которой происходит бурный процесс разложения масла. Под большим давлением смесь масла, пара и газа устремляется в расширитель через газовое реле. Опрокидывается нижний поплавок реле, и подается сигнал для отключения трансформатора.
Газовая защита обязательно применяется для трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более, а также для трансформаторов мощностью 1-4 МВА, не имеющих дифференциальной токовой защиты или токовой отсечки.
Применение газовой защиты обязательно для цеховых трансформаторов мощностью 630 кВА и более.
Рассмотрим устройство промежуточного реле на герконах
(герметичных контактах).
Реле предназначено для работы в агрессивной окружающей среде (рис.
10) и представляет собой катушку, внутри которой располагается стеклянная колба, с впаянными в нее двумя электродами. Колба чаще всего заполнена инертным газом или вакуумирована. Электроды выполнены из магнитного материала, поэтому одновременно являются и контактами и магнитопроводом.
Электроды контактируют в двух местах. Основной контакт покрывается благородным металлом (золото, палладий, радий), а другой контакт является дугогасительным и располагается на конце одного из электродов.
Рис. 10. Промежуточное реле на герконах
Устройство и принцип действия статических и полупроводниковых реле
Статические реле представляют собой усилители, обладающие столь высоким коэффициентом усиления, что на выходе при достижении управляющим сигналом порогового значения происходит скачкообразное усиление сигнала.
Реле первого вида на выходе имеет катушку с сердечником и якорем, а также коммутирующий механический контакт. Статическое реле без выходного контакта осуществляет коммутацию входной цепи с помощью полупроводникового элемента (тиристор). Существенным недостатком таких реле является наличие небольшого тока в нагрузке даже в отключенном положении реле. Поэтому имеется непрерывная связь источника с нагрузкой,
что не всегда удобно. Такие реле не могут использоваться для полного разрыва цепи.
Схемы простейших электронных реле
Рассмотрим сему реле на транзисторах (рис.11).
В исходном положении при отсутствии сигнала на базу транзистора поступает отрицательный сигнал от источника смещения. При подаче на вход сигнала + Е транзистор отпирается, в нем появляется коллекторный ток, который из-за инерционности транзистора нарастает постепенно. Когда ток увеличивается до значения I сраб контакты электромагнитного реле Р замыкаются.
 |
Рис. 11. Схема реле на транзисторах
При отсутствии сигнала + Е транзистор запирается обратным сигналом
– Е см, коллекторный ток постепенно уменьшается, контакты размыкаются.
Поскольку такое реле обладает определенной инерционностью, оно не может использоваться для быстродействующей защиты. Быстродействующее реле выполняется на основе операционных усилителей.
Реле на операционном усилителе без обратной связи представлено на рисунке 12. Реле называется детектором нуля.
 |
Рис.12. Схема реле на операционном усилителе без обратной связи
При подаче небольшого сигнала на вход операционного усилителя ОУ происходит скачкообразное изменение выходного сигнала, усиленное до определенного значения напряжения насыщения. В зависимости от знака входного сигнала происходит преобразование выходного сигнала, при минусе на входе, на выходе появляется плюс и наоборот.
В отличие от детектора нуля триггер Шмидта (рис. 13) имеет обратную связь, поэтому при подаче на вход сигнала больше напряжения срабатывания, сигнал на выходе с плюса перебрасывается на минус, при подаче сигнала меньше значения срабатывания сигнал на выходе ОУ перебрасывается с минуса на плюс.
 |
Рис.13. Схема триггера Шмидта
Электронные реле времени. Наибольшее распространение получили реле времени конденсаторного типа (рис. 14). Выдержка времени в схеме такого реле обеспечивается интегрирующими цепочками с большой постоянной времени.
Рис. 14. Простейшая схема реле конденсаторного типа
 |
На схеме простейшего реле конденсатор включен параллельно обмотке электромеханического реле. В результате возникает колебательный контур, что отрицательно сказывается на работе реле. Поэтому необходимо выполнить развязку RC -цепей и обмотки реле (рис.15). Время выдержки реле определяется процессом заряда и разряда конденсатора.
Рис. 15. Схема реле конденсаторного типа
Рассмотрим работу реле времени конденсаторного типа на транзисторе (рис. 15). В исходном состоянии на входе схемы положительный потенциал, поэтому диод VD1 открыт, транзистор VT в запертом состоянии коллекторный ток через обмотку реле К не протекает. Конденсатор заряжается. При подаче отрицательного сигнала на вход диод запирается, и источник отключается от схемы. В это время конденсатор разряжается и в момент достижения на нем нулевого напряжения открывается эмиттерный переход транзистора, вызывая появление коллекторного тока в катушке реле. Контакты реле срабатывают. Для возвращения схемы в исходное состояние необходимо скачком изменить полярность входного напряжения. При этом ток базы также скачком уменьшится до нуля и транзистор быстро закроется. Контакты реле разомкнутся.
Для увеличения времени срабатывания реле времени конденсаторного типа можно увеличить параметры сопротивления и емкости, однако при этом увеличивается время возврата реле в исходное положение, что уменьшает быстродействие реле. Поэтому, как правило, регулируют параметры сопротивления R, при этом ток через коллектор будет уменьшаться.
Фотоэлектронные реле. Если на входе схемы имеется элемент, изменяющий свою электропроводность под действием света, то такая схема называется фотоэлектронным реле. Элемент, осуществляющий преобразование оптического сигнала в электрический называется фотоприемником.
Наибольшее распространение получили полупроводниковые фотоприемники. Важнейшими параметрами фотоприемников являются:
1. Темновое сопротивление – это сопротивление фотоприемника при отсутствии светового воздействия (в пределах от 40 кОм до 10 Мом).
2. Удельная интегральная чувствительность. Э тот параметр показывает изменение сопротивления фотоприемника под воздействием светового потока (в пределах 500 – 2000 мкА/лм∙В).
Быстродействующее реле выполняется на основе фотодиодов и фототранзисторов.
Фотодиоды могут работать как в вентильном режиме, так и в фотодиодном режиме (рис. 16).
Рис. 16. Схемы подключения фотодиодов:
а – вентильный режим; б – фотодиодный режим
В вентильном режиме достаточно осветить фотодиод, чтобы в его цепи появилась ЭДС. Поэтому фотодиод в вентильном режиме можно рассматривать как маломощный источник питания. Однако чаще используется фотодиодный режим, когда к фотодиоду прикладывается обратный потенциал. В результате при отсутствии освещения в цепи протекает ток, но почти все напряжение приложено к фотодиоду. При освещении светодиода ток в цепи возрастает до максимального значения, а все напряжение прикладывается к нагрузке R Н. На фотодиоде напряжение близко к нулю.
Интегральная чувствительность фотодиода определяется как отношение фототока к изменению светового потока:
Интегральную чувствительность фотоприемника можно повысить с помощью фототранзистора, представляющего собой биполярный транзистор, база которого вместо электрического сигнала управляется световым потоком.
Рис. 17. Схема фотореле на транзисторе
Реле реагирует на уровень светового потока превышающий заданное значение. В исходном состоянии при недостаточном световом потоке ток протеканий через реле не превышает значения темнового тока. Транзистор закрыт. В момент достижения достаточного уровня освещенности фототок возрастает и достигает установленного значения – транзистор открывается, появляется коллекторный ток в катушке реле и его контакты срабатывают.
Электронные реле на тиристорах. В схемах на тиристорах не имеется выходных контактов, так как коммутация осуществляется тиристорами. В схемах применяется два вида тиристоров: динисторы (два электрода подключены к источнику) и тринисторы (два электрода подключены к источнику, а третий электрод управляющий).
Чаще схемы бесконтактных реле строятся как триггерные схемы на двух динисторах (рис. 18).
 |
Рис. 18. Схема электронного реле на динисторах
После подключения питания к схеме динисторы VD 1 и VD 2 заперты. С подачей отрицательного импульса на первый вход U вх1 динистор VD 1 отпирается и конденсатор С начинает заряжаться через резистор R 2 и динистор VD 1. По окончании зарядки конденсатора схема приходит в рабочее состояние, при котором динистор VD 1 открыт, а динистор VD 2 закрыт.
Далее на второй вход U вх2 также подается отрицательный импульс и динистор VD 2 отпирается. Конденсатор С разряжается на динистор VD 1 и запирает его. Происходит перезарядка конденсатора С и наступает новое рабочее состояние, когда VD 1 закрыт, VD 2 открыт, а конденсатор заряжен.
Статическое реле сдвига фаз РСФ – 11. Реле применяется в устройствах автоматического повторного включения, предназначено для контроля наличия напряжения и сдвига фаз на шинах подстанции и линии электропередач (рис. 19).
Рис. 19. Схема статического реле сдвига фаз РСФ – 11
Шины должны быть с двухсторонним питанием. Напряжение подается на входной трансформатор напряжения с выводами 1,2,3,4. Обмотки включены встречно, поэтому при появлении разности фаз или напряжения на шинах и в линии на вторичной обмотке появляется сигнал. Выпрямитель В1 питает усилительный каскад, выпрямитель В2 является датчиком входного сигнала. При небольшой разнице напряжений и фаз на выходе выпрямителя В2 появляется незначительный сигнал, минимум которого приходит на инвертирующий вход операционного усилителя, поскольку он меньше напряжения на «+»,на выходе появляется отрицательный потенциал, который приходит на базу транзистора VT, запирая его. Выходное реле теряет возбуждение, контакты не срабатывают. При значительной разности фаз и напряжения на вход операционного усилителя приходит напряжение большее чем напряжение на «+» операционного усилителя, на выходе сигнал перебрасывается с минуса на плюс, который приходит на базу транзистора
VT. Транзистор отпирается и в катушке реле появляется ток. Реле срабатывает.
Релейный элемент путевого выключателя. В схеме реле два фотодиода, которые поочередно засвечиваются по мере перемещения какого- либо объекта управления (рис. 20).
Рис. 20. Схема релейного элемента путевого выключателя
Величина и полярность выходного сигнала операционного усилителя зависит от величины напряжения на его входе U 1 и U 2. Значения этих напряжений зависят от засветки фотодиодов В2 и В3 светодиодом В1.
В исходном положении затемнен В2 и поэтому закрыт, В3 засвечен и открыт. Напряжение на входе усилителя U 1 < U 2. На выходе операционного усилителя сигнал «+», который приходит на базу транзистора VT 1 и он открывается его небольшое напряжение приходит на базу транзистора VT 2, на выходе которого появляется также небольшой сигнал.
При движении экрана путевого выключателя В2 открывается, В3 закрывается и на входе операционного усилителя напряжение U 1 > U 2, сигнал
на выходе усилителя перебрасывается на отрицательный максимум, VT 1 запирается, VT 2 открывается, на выходе появляется сигнал большого уровня, что и приводит к срабатыванию путевого выключателя.
Промежуточное реле УВБ-11-19-3721. Выходное устройство УВБ-11 служит для усиления выходных командных сигналов логических устройств и для коммутации цепей нагрузки постоянного (до 4А) и переменного (до 6А) тока. В качестве коммутирующего устройства служит симистор VS, зашунтированный варистором R для защиты от перенапряжения (рис. 21).
Рис.21. Промежуточное реле УВБ-11-19-3721: а – условное обозначение; б – функциональная схема
Симистор включается при подаче сигнала на управляющий электрод через контакт герконового реле К. Назначение этого реле – гальваническая разрядка между входной цепью и нагрузкой. При разомкнутом герметичном контакте симистор запирается при первом прохождении тока через нуль.
Сигнал снимается с интегральной микросхемы К511, которая является источником логических сигналов, а также позволяет согласовать схему с другими элементами.
2.1.Устройство трансформаторов тока
 |
Трансформаторы тока служат для подключения измерительных приборов и аппаратов релейной защиты в установках высокого напряжения, кроме того они могут использоваться как датчики тока. Трансформаторы имеют стандартные значения тока на выводах вторичной обмотки – 5 и 1 А.
Рис. 22. Устройство трансформатора тока
Устройство трансформаторов тока напряжением до 10 кВ однотипное. Магнитопровод, как правило, замкнутый шихтованный. Через окно магнитопровода пропущена алюминиевая шина, представляющая собой первичную обмотку с выводами Л1, Л2 (рис. 22). Вторичная обмотка наматывается на магнитопровод, выполняется медным изолированным проводом и имеет маркировку И1, И2. Для придания трансформатору электрической и механической прочности все обмотки вместе с магнитопроводом заливаются компаундом на основе эпоксидной смолы. Такие трансформаторы называются литыми и маркируются следующим образом: ТОЛ-10; ТПОЛ-6.
На рисунке 23 представлена новинка среди трансформаторов литого исполнения.
 |
Рис. 23. Трансформатор тока ТОЛ-20
Рассмотрим особенности конструкции трансформатора ТОЛ-20:
