Глава II. РЕЛЕ И РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
§ 1. Общие сведения о реле
Реле представляет собой прибор, который, в результате воздействия на него какой-либо энергии, автоматически осуществляет изменение физического процесса, происходящего в управляемой системе.
Наиболее удобны в работе реле, применяемые для управления электрическими цепями. Отключение и включение цепей происходит в большинстве случаев с помощью контактной системы. Факторами, приводящими реле в действие, могут быть ток, напряжение, температура, давление и т. д. При этом реле работает при определенных заданных величинах этих параметров (максимальных или минимальных).
К достоинствам реле относится то, что они непосредственно приводятся в действие энергией, по величине незначительной, в то время как сами, в свою очередь, способны влиять на работу устройств со значительно большей энергией. И еще, реле, действующее от одного вида энергии, способно производить необходимые переключения в цепях, работающих от другого вида энергии. Тепловая энергия может быть использована для управления электрических цепей механическим движением, давлением и т. д. Электрическая энергия может применяться для управления температурой, движением, давлением, светом и т. д. Механическая энергия — для управления электрическим током, температурой и т. д.
Способность реле воздействовать на другие аппараты широко используется для автоматической защиты электроустановок при аварийных режимах. Реле в этом случае является командным аппаратом, который посылает сигнал коммутационным аппаратам на отключение поврежденного участка цепи. Кроме того, с помощью реле может работать сигнализация в виде звука или света.
Защита электрооборудования с помощью реле называется релейной защитой. Применяется она в высоковольтных установках. В то же время различные типы реле находят все большее применение в цепях автоматики и защиты также и в низковольтных установках.
§ 2. Устройство и принцип действия реле
Реле состоит из следующих трех основных частей: воспринимающей, промежуточной и исполняющей. Воспринимающая часть, называемая также чувствительной, реагирует на поступающие управляющие сигналы; промежуточная, или замедляющая, часть обеспечивает заданную выдержку времени с момента поступления управляющего сигнала на воспринимаемую часть; исполняющая часть производит действие согласно поступившему сигналу. К примеру, для управления электрическими цепями в основном используется реле, исполнительной частью которых является контактная система.
Воспринимающие и промежуточные части реле могут действовать в результате влияния на них не только механической, но и других энергий — электрической, тепловой и т. д. Каждый тип реле осуществляет работу в зависимости от определенных физических явлений. Электродинамические работают на принципе взаимодействия обмоток с током ; магнитоэлектрические — на
принципе взаимодействия тока, протекающего по обмотке с магнитным потоком постоянного магнита (магнитоэлектрические реле реагируют не только на величину, но и на направление тока в обмотке); индукционного тока — на основе взаимодействия магнитного поля с токами, индуктированными в подвижных системах.
Все реле классифицируются по двум основным признакам: а) физической природы явлений, воздействующих на них и б) по принципу действия их самих. В связи с этим различают электрические, тепловые, механические, а также электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические и др. реле.
Кроме того, в зависимости от воздействующего на них параметра физического явления бывают следующие реле: тока, напряжения, мощности, сопротивления, времени, давления, уровня и т. д.
Рис. 86. Реле времени:
1 — обмотка электромагнита; 2 — магнитопровод; 3 — якорь; 4 — рычаг контактов мгновенного действия; 5 — контакты мгновенного действия; 6 — пружина якоря; 7 — направляющая планка; 8 — пружина часового механизма; 9 — рычаг контактов выдержки времени; 10 — контакты с выдержкой времени; 11 — рычаг уставки выдержки времени; 12 — шкала выдержки времени; 13 — сегмент часового механизма; 14 — шестерни часового механизма; 15 — храповое колесо; 16 — анкер.
§ 3. Электрические реле
Рассмотрим более подробно электромагнитные реле. Действуют они от электрической энергии, поступающей в катушку электромагнита. Электромагнит, в свою очередь, преобразовывает эту энергию в энергию магнитного поля, которое оказывает влияние на промежуточную часть реле — якорь. Якорь притягивается к сердечнику и приводит в действие исполнительную часть реле. В результате происходит переключение контактов, т. е. энергия электромагнитного поля преобразовывается в механическую энергию.
Электромагнитные реле по назначению бывают нескольких видов.
Для защиты электроустановок от перегрузок и коротких замыканий служат реле максимального тока. Действуют они мгновенно. При токе, равном 120% от заданного, они срабатывают за 0,15 сек., а при 200% — за 0,02—0,03 сек.
Реле напряжения отличаются от реле максимального тока тем, что их обмотки имеют больше витков. Напряжение срабатывания регулируется в пределах от 50 до 200 в, т. е. в этих пределах можно установить любую величину напряжения в цепи, при которой должно сработать реле.
Реле времени имеет вмонтированный внутрь прибора часовой механизм. Напряжение, при котором происходит действие реле, может быть 12, 24, 48, 110, 220 в. Реле времени осуществляет свое действие, т. е. дает команду на отключение с любой выдержкой в пределах от 0,5 до 10 сек.
Рис. 87. Сигнальное реле:
1 —обмотка электромагнита; 2 — магнитопровод; 3 — сердечник электромагнита; 4 — якорь; 5 — возрастная пружина; 6 — сигнальный флажок; 7 — подвижной контакт; 8 — неподвижные контакты; 9 — ручка возврата; 10 — окошко сигнального флажка.
Кроме рассмотренных, применяются также сигнальные, промежуточные и другие реле (рис. 86, 87).
§ 4. Тепловые реле
Принцип действия этих реле основан на изменении температуры. Например, изменение температуры вызывает изменение размеров металлической нити. На этом качестве основано действие теплового реле с металлической нитью из материала, хорошо реагирующего на изменения температуры.
Рис. 89. Поплавковое реле:
1 — переключающее устройство; 2 — поплавок; 3 — противовес; 4 — упоры.
Рис. 88. Схема теплового реле с биметаллической пластинкой:
1 — нагреватель; 2 — биметаллическая пластинка; 3 — кнопка возврата; 4 — пружина; 5 — рабочий контакт.
§ 5. Механические реле
Реле этого типа реагируют на изменение какого-нибудь механического параметра (сила, давление, скорость и т. д.).
Поплавковое реле (рис. 89) используется при автоматизации водоснабжения. Оно состоит из трех основных частей — поплавка, противовеса и переключающего устройства. Когда изменяется уровень воды в резервуаре (баке), контакты реле переключаются из одного положения в другое. Противовес несколько легче поплавка, и, когда уровень воды понижается, поплавок опускается, а противовес поднимается и своим упором производит переключение контактов. При повышении уровня воды поплавок всплывает, поднимается вверх и своим упором производит переключение в контактной системе.
На этом же принципе работают так называемые биметаллические реле (рис. 88). В реле этого типа имеется биметаллическая пластинка, состоящая из двух слоев различных металлов, неодинаково изменяющих свои размеры под воздействием температуры. При изменении температуры пластинка изгибается и вызывает работу контактной системы. Переставные упоры дают возможность регулировать работу поплавковой системы при изменении уровня воды в пределах от 0,5 до 10 м. Поплавок регулирует уровень воды в водонапорном баке и через реле и магнитный пускатель включает или выключает насос.
Для автоматизации водоразбора на башенных водокачках используется также беспоплавковый контактный датчик с двумя разобщенными контактами. Когда вода, заполняя бак, достигает верхнего контакта, электрическая цепь замыкается и посылает импульс на отклонение электронасоса. Когда же уровень воды в баке опускается до нижнего контакта, цепь разрывается и подается импульс на включение электронасоса.
Контакты бывают трубчатой формы, а также выполненные в виде пластин. Контакты обогреваются специальным индукционным устройством, что обеспечивает действие датчика при понижении температуры окружающего воздуха до —40°.
Рис. 90. Датчик уровня в транспортере:
1 — корм; 2 — микропереключатель; 3 — подвижный рычаг; 4 — цепь транспортера.
По конструктивному исполнению и по назначению датчики могут быть различных видов. На рис. 90 показан датчик, применяемый для контроля уровня материала в желобе транспортера, подающего жидкие корма. Если уровень корма в транспортере будет ниже нормы, подвижной рычаг нажмет на переключатель и поднимет заслонку загрузочного устройства.
В сельскохозяйственном производстве применяются также реле давления, например, для автоматизации водоснабжения. В данном случае реле устанавливают в водокачке с напорным котлом. Когда при разборе воды давление в котле падает, реле срабатывает, производя переключение в контактной системе, что приводит к включению в работу насоса. При наполнении котла водой до определенной отметки давление снова повышается, и реле производит отключение насоса.
В зависимости от назначения реле подразделяются на температурные, влажности и др.
