Для управления электрическими цепями в системах автоматики, телемеханики, связи, сигнализации и защиты применяют специальные приборы — реле. Каждое реле состоит из трех основных органов: воспринимающего, регулировочного и исполнительного.
Воспринимающий орган непосредственно воспринимает изменения параметров управляемой или регулируемой цели, например изменение величины тока нагрузки. К воспринимающим органам относятся катушки реле.
Регулировочный орган служит для изменения величины заданного параметра (уставки), например для изменения уставки реле по току или напряжению.
Исполнительный орган осуществляет скачкообразное изменение состояния управляющей электрической цепи. Частным случаем исполнительного органа является якорь с контактами, при помощи которых замыкается или размыкается цепь управления, защиты, сигнализации и т. п., а у реле, которые встраиваются непосредственно в привод выключателя, исполнительным органом является якорь электромагнита с ударником.
По принципу действия воспринимающего органа электрические реле, как и электроизмерительные приборы, делятся на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные и т. д.
В зависимости от назначения различают реле тока, напряжения, мощности, сопротивления, частоты тока и др.
По способу включения воспринимающего органа в контролируемую цепь различают: первичное реле, которое включается непосредственно в цепь и реагирует при изменении какой-либо величины в этой цепи;
вторичное реле, которое включается в цепь через индуктивную или емкостную связь (например, через трансформатор) и также, как первичное реле, реагирует при изменении какой-либо величины в этой цепи.
В зависимости от выполняемых функций различают реле:
приемное (входное) для восприятия воздействия от внешних устройств на данную релейную схему;
промежуточное, являющееся в релейной схеме промежуточным звеном между двумя или несколькими другими peлe или аппаратами;
исполнительное (выходное), действующее последним в данной схеме и непосредственно управляющее цепью (или цепями) управляемого или контролируемого им объекта;
пусковое, предназначенное при его срабатывании вводить в действие данное устройство;
сигнальное, непосредственно управляющее световым или звуковым сигналом;
замедляющее (реле выдержки времени) для создания необходимой выдержки времени при передаче воздействия от одного реле к другому;
блокирующее, предназначенное блокировать (предотвращать) при своем срабатывании действие или использование какого-либо устройства (например, других реле данной схемы управляемого объекта и т. п.).
Реле защиты.
Существуют два способа воздействия защиты на отключение выключателя — прямой и косвенный.
При срабатывании реле прямого действия его исполнительный орган воздействует непосредственно на отключающий механизм привода выключателя. Поэтому реле прямого действия устанавливают непосредственно в приводе выключателя. К ним относятся встроенные реле типов РТМ — максимальное токовое реле мгновенного действия, РТВ — максимальное токовое реле с выдержкой времени,
PH — реле минимального напряжения мгновенного действия и РНВ — реле минимального напряжения с выдержкой времени.
Рис. 14. Реле максимального тока мгновенного действия типа РТМ
Эти реле вмонтированы в приводы типа ППМ-10, ПП-61 и др., которые применяют для управления выключателями различных типов. Реле типа РТМ (рис. 14) состоит из катушки электромагнита, якоря с ударником 2, стопа 3, ограничивающего движение якоря, а также переключателя числа витков 4, при помощи которого можно менять уставки реле РТМ от 5 до 15 а.
Реле типа PH (рис. 15) состоит из электромагнита, полого якоря и механизма. При заведенном механизме реле и достаточном напряжении на его обмотке якорь находится в притянутом положении, а шток с бойком при этом оттянут вниз. При отсутствии напряжения на обмотке или при падении его до величины 35% номинального значения якорь под действием пружины падает вниз и, нарушая сцепление рычагов, освобождает шток с бойком. Последний под действием пружины выталкивается вверх и, воздействуя на отключающий механизм привода, отключает выключатель.
Боек возвращают в исходное положение поворотом рукоятки привода до упора в сторону, обратную включению.
Реле РТВ и РНВ отличаются от реле РТМ и PH тем, что имеют пристраиваемый к сердечнику реле специальный часовой механизм, создающий необходимую выдержку времени реле.
Рис. 15. Реле минимального напряжения типа PH
а — в заведенном положении; б — в незаведенном положении; 1 — электромагнит; 2 — якорь; 3 — стоп; 4 — шток; 5 и 6 — пружины
Наиболее распространенными электромагнитными косвенными реле тока и напряжения мгновенного действия являются токовые реле типа ЭТ-520 и реле напряжения ЭН-520, а на индукционном принципе — комбинированные токовые реле серии ИТ-80 (РТ-80).
На рис. 16 показана схема устройства реле ЭТ-520, которое работает следующим образом. При протекании тока по обмоткам магнитной системы создается магнитный поток, стремящийся повернуть Z-образный якорь по часовой стрелке, чему препятствует спиральная пружина.
Рис. 16. Устройство реле типа ЭТ-520
1 — магнитная система; 2 — якорь; 3 — спиральная пружина; 4 — подвижный контактный мостик; 5 — неподвижные контакты; 6 — регулировочная головка; 7— шкала уставок; 8 — упорные винты
При достижении определенного значения тока якорь повернется, преодолев действие пружины, и контакты реле замкнутся, т. е. реле сработает.
Увеличивая или ослабляя натяжение пружины при помощи регулировочной головки, можно изменять ток срабатывания реле.
Рис. 17. Устройство реле типа ИТ-80
1 — магнитная система индукционного элемента; 2 — алюминиевый диск; 3 — рамка; 4 — пружина; 5 — червяк; 6 — зубчатый сектор; 7— постоянный магнит; 8 — коромысло; 9 — контакт; 10 — катушка; 11 — скоба; 12 — магнитопровод электромагнитного элемента; 13 — регулировочная колодка; 14 — устройство для регулировки выдержки времени; 15— якорь отсечки; 16 — регулировочный винт отсечки
Реле ЭТ-520 имеет две катушки, которые включаются последовательно или параллельно и выпускаются в трех исполнениях: ЭТ-521 с одним замыкающимся контактом;
ЭТ-522 с одним размыкающимся контактом; ЭТ-523 имеет один размыкающийся и один замыкающийся контакт.
Реле ЭТ-520 изготовляют на наибольшие уставки (при параллельном соединении обмоток): 0,2; 0,6; 2; 6; 10; 20; 50 а.
Реле напряжения ЭН-520 имеет устройство и схему, аналогичную реле ЭТ-520, и отличается только выполнением обмоток (большее число витков меньшего диаметра). Реле ЭН-520 изготовляют на наибольшие уставки (при параллельном соединении обмоток): 60, 200 и 400 В, а реле типа ЭН-528 и ЭН-529 — 48, 160, 320 В.
На рис. 17 показано устройство комбинированных реле максимального тока ИТ-80 и РТ-80, в которых индукционный воспринимающий орган использован в комбинации с электромагнитным. По способу включения воспринимающего органа и воздействия исполнительного органа на привод выключателя эти реле, так же как и ЭТ-520, являются вторичными реле косвенного действия. Однако в отличие от реле ЭТ-520, работающего мгновенно, реле ИТ-80 и РТ-80 работают с выдержкой времени. Время их работы (выдержка времени) зависит от величины тока, протекающего по обмотке. Чем больший ток протекает по обмотке, тем быстрее реле срабатывает.
При протекании по обмотке реле тока, равного 20—30% тока срабатывания реле, диск начинает вращаться под действием силы F1, создаваемой магнитной системой. Эта сила старается повернуть рамку вокруг неподвижной оси О—О. Контактная система при этом не срабатывает, так как рамка оттянута противодействующей пружиной в крайнее положение и червяк на оси диска не сцеплен с зубчатым сектором.
При вращении диска на него действует также сила F2, создаваемая постоянным магнитом и противодействующая вращению диска. По заранее установленной величине тока срабатывания реле равнодействующая сил F1 и F2 преодолевает натяжение пружины. Рамка с укрепленной на ней осью поворачивается. Червяк сцепляется с зубчатым сектором. Последний начинает подниматься со скоростью, пропорциональной скорости вращения диска, которая в свою очередь зависит от величины тока в катушке. Через некоторое время, определяемое углом поворота сектора, его хвостовик упирается в левую часть коромысла и поднимает его вверх.
Вследствие этого якорь отсечки приблизится к верхнему ярму магнитной системы и притянется к нему, а контакты замкнутся. Чем больше ток, протекающий по реле, тем быстрее вращается диск и замкнутся контакты.
Если величина тока в несколько раз превышает ток срабатывания индукционного органа, т. е. достигает значения тока срабатывания электромагнитного органа, то реле действует без выдержки времени.
Реле ИТ-80 Выпускают в следующих исполнениях: ИТ-81 с одним замыкающим контактом и выдержкой времени до 3,5 сек.; ИТ-82, то же, но с выдержкой времени до 15 сек; ИТ -83 и ИТ-84 с отдельными контактами для каждого воспринимающего органа (индукционного и электромагнитного); ИТ-85 и ИТ-86 — для защиты на переменном оперативном токе.
Реле РТ-81, РТ-82, РТ-83 и РТ-84 отличаются от соответствующих реле ИТ тем, что они имеют в подвижных системах радиально-упорные шариковые подшипники, а также некоторыми изменениями конструкции электромагнитного органа.
Рис. 18. Устройство реле выдержки времени типов ЭВ-100 и ЭВ-200
1 — электромагнит; 2 — цилиндрический плунжер; 3—возвратная пружина; 4 — часовой механизм; 5 — стрелка с подвижным контактом; 6 — контактная колодка с упорным контактом; 7 — шток для управления мгновенным контактом; 8 — контактная колодка с проскальзывающим контактом; 9 — упор-ограничитель хода стрелки; 10— рычаг сцепления с часовым механизмом; 11 — неподвижные мгновенные контакты; 12— подвижный мгновенный контакт
На индукционном принципе работают реле направления мощности РМБ-170 и РМБ-270, которые применяют для защиты линий электропередачи в разветвленных электросетях.
Для создания необходимой выдержки времени при передаче воздействия от одного реле к другому применяют замедляющие реле (реле выдержки времени) типов ЭВ-100 — для защиты на постоянном оперативном токе и ЭВ-200 — для защиты на переменном оперативном токе (рис. 18).
В этих реле при подаче напряжения на обмотку электромагнита цилиндрический плунжер втягивается, сжимая возвратную пружину. При этом освобождается рычаг сцепления с часовым механизмом. Часовой механизм под действием встроенной в него пружины начинает двигаться, обеспечивая равномерное движение стрелки (рычага) с подвижным контактом, который через заданный промежуток времени вызывает замыкание неподвижных контактов, закрепленных на контактной колодке.
В схемах защиты на переменном оперативном токе применяют также реле выдержки времени РВМ-12 и РВМ-13, обмотки которых включаются непосредственно в цепи измерительных трансформаторов тока.
Реле серии ЭВ имеет различные модификации в зависимости от выдержки времени 0,1—20 сек и устройства ее контактной системы.
Если электрический сигнал (импульс), поступивший от одного реле или аппарата, необходимо передать нескольким другим реле или аппаратам или когда поступивший электрический сигнал имеет недостаточную мощность для управления аппаратами, применяют промежуточное реле.
Промежуточные реле во многих случаях выполняют также роль исполнительных (выходных) реле.
Все промежуточные реле работают на электромагнитном принципе и имеют несколько контактов, при помощи которых может замыкаться или размыкаться несколько электрических цепей.
Для работы в схемах защиты и автоматики на постоянном токе применяют следующие типы промежуточных реле: РП-23, РП-24, РП-210, (РП-211 — РП-215), РП-232, РП-233, Р П-250 (РП-251 — РП-255), РП-352, ЭП-1, ЭП-100, (ЭП-101-А, ЭП-103-А, ЭП-131, ЭП-132), ЭПВ-11, ЭПВ-32.
На переменном оперативном токе применяют реле типов РП-25, РП-26, РП-256, РП-311, РП-321, РП-341, РП-35, РПТ-100.
На рис. 19 показан общий вид реле типов РП-23, РП-232, РП-233.
В схемах автоматики и телемеханики на постоянном токе применяют реле типа ПЭ1-1 и ПЭ-3, а на переменном токе — ПЭ1.
Для контроля работы схем релейной защиты и автоматики применяют указательные реле (РУ-21, ЭС-91, ЭС-41), также работающие на электромагнитном принципе. При срабатывании такого реле выпадает сигнальный флажок, показывающий какая сработала защита, а в некоторых указательных реле одновременно с этим замыкаются контакты в цепи звукового сигнала.
Как правило, все органы реле защиты и автоматики смонтированы на пластмассовом основании и закрыты пластмассовым кожухом.