Реле тока: назначение и способы подключения, достоинства и недостатки

Достоинства и недостатки электромагнитных реле

Электромагнитное реле обладает рядом преимуществ, отсутствующих у полупроводниковых конкурентов:

способность коммутации нагрузок мощностью до 4 кВт при объеме реле менее 10 см3;

устойчивость к импульсным перенапряжениям и разрушающим помехам, появляющимся при разрядах молний и в результате коммутационных процессов в высоковольтной электротехнике;

исключительная электрическая изоляция между управляющей цепью (катушкой) и контактной группой — последний стандарт 5 кВ является недоступной мечтой для подавляющего большинства полупроводниковых ключей;

малое падение напряжения на замкнутых контактах, и, как следствие, малое выделение тепла: при коммутации тока 10 А малогабаритное реле суммарно рассеивает на катушке и контактах менее 0,5 Вт, в то время как симисторное реле отдает в атмосферу более 15 Вт, что, во-первых, требует интенсивного охлаждения, а во-вторых, усугубляет парниковый эффект на планете;

экстремально низкая цена электромагнитных реле по сравнению с полупроводниковыми ключами

Отмечая достоинства электромеханики, отметим и недостатки реле: малая скорость работы, ограниченный (хотя и очень большой) электрический и механический ресурс, создание радиопомех при замыкании и размыкании контактов и, наконец, последнее и самое неприятное свойство — проблемы при коммутации индуктивных нагрузок и высоковольтных нагрузок на постоянном токе.

Задание 3: в) Назовите известные вам элементы показанные на схеме рис. 2.2.7

Рис.2.2.7.

Вопрос 3.Контакторы

Контакторы – это аппараты дистанционного действия, предназначенные для частых включений и отключений силовых электрических цепей при нормальных режимах работы. Контактор – это, пожалуй, самый старый аппарат, который применялся для управления электродвигателями. Наибольшее распространение во всем мире получили электромагнитные контакторы. Они являются основными коммутирующими аппаратами схем с токами более 50 А.

Классификация контакторов

Все контакторы классифицируются:

по роду тока главной цепи и цепи управления (включающей катушки) – постоянного, переменного, постоянного и переменного тока;

по числу главных полюсов – от 1 до 5;

по номинальному току главной цепи – от 1,5 до 4800 А;

по номинальному напряжению главной цепи: от 27 до 2000 В постоянного тока; от 110 до 1600 В переменного тока частотой 50, 60, 500, 1000, 2400, 8000, 10 000 Гц;

по номинальному напряжению включающей катушки: от 12 до 440 В постоянного тока, от 12 до 660 В переменного тока частотой 50 Гц, от 24 до 660 В переменного тока частотой 60 Гц;

по наличию вспомогательных контактов – с контактами, без контактов.

Рис.2.2.8. Общий вид контактора

Контакторы состоят из системы главных контактов, дугогасительной, электромагнитной систем и вспомогательных контактов.

Рис.2.2.9.Схема электромагнитного контактора

2.2.10.Устройство электромагнитного контактора: а)общий вид, б)дугогасительная система и контактная система , в)электромагнитная система

На металлической рейке 5 скобой 17 закреплены сердечник 2 магнитопровода с катушкой 4. Сердечник 2 имеет короткозамкнутый виток 3 и амортизирован пружиной 18. Через изоляционную колодку 15 на рейке крепятся три блока 1 полюсов, имеющие неподвижные контакт-детали 9 и дугогасительную катушку 16. Подвижная система контактора установлена на изолированном валу 7 и вращается в подшипниках 6. Подвижная контакт-деталь 11 закреплена в контактодержателе 13 и подпружинена пружиной 12. Соединение с контактным болтом обеспечивается гибкой связью 14. Каждый блок имеет дугогасительную камеру 10. На валу установлены также вспомогательные контакты 8.

Главные контакты осуществляют замыкание и размыкание силовой цепи. Они должны быть рассчитаны на длительное проведение номинального тока и на производство большого числа включений и отключений при большой их частоте. Нормальным считают положение контактов, когда втягивающая катушка контактора не обтекается током и освобождены все имеющиеся механические защелки.

Главные контакты могут выполняться рычажного и мостикового типа. Рычажные контакты предполагают поворотную подвижную систему, мостиковые – прямоходовую. На рисунке 2.2.11 представлена последовательно кинематика движения контакта контактора при замыкании.

Рис.2.2.11.

Как правило, у рычажных контактов оси вращения контакта не совпадают. Кроме того, контакты касаются раньше чем подвижная система достигнет конечного положения. В результате этого при замыкании и размыкании происходит перекатывание и проскальзывание подвижного контакта по неподвижному. Поэтому начальная точка касания при замыкании и она же, конечная точка касания и, соответственно, точка, где возникает дуга при размыкании оказывается смещенной по отношению к точке конечного касания контактов. Благодаря этому поверхности, которые обеспечивают длительное проведение тока и которые определяют переходное сопротивление контакта, отдалены от места возникновения дуги. Ну а проскальзывание контактов при достаточном контактном нажатии приводит к стиранию окисной пленки и различной скопившейся грязи с поверхности контакта, т. е. происходит самоочистка контактов. Так как контакты в коммутационных аппаратах являются, пожалуй, самыми слабыми частями аппарата, то мы видим, что в данном случае, сама конструкция силовых контактов контакторов позволяет длительно сохранять стабильным переходное контактное сопротивление, что в свою очередь, очень сильно влияет на надежность и безотказность работы контактора в целом. Но ничего не бывает идеальным, поэтому и у этой рычажных контактов есть свои недостатки. Проскальзывание при той шероховатости, которую обычно имеют поверхности контактов (в особенности работающих), вызывают дополнительный дребезг контактов при замыкании, а следовательно, и повышенный износ. Ну а полный отказ от проскальзывания и при недостаточно высоком нажатии приведет к быстрому перегреву контактов за счет их окисления. Поэтому тут приходится выбирать из дух зол меньшее.

Задание 4.а)Назовите три достоинства рычажных контактов, изображенных на рис. 2.2.11

Рычажные контакты требуют гибкой связи для присоединения к токопроводу, но и гибкая связь в ряде случаев является слабым местом контактной системы. Ее трудно осуществить на большие токи и ее механическая износостойкость оказывается ниже, чем других деталей.

Дальше разберемся с назначением и возможными конструкциями дугогасительной системы контакторов. Дугогасительная система обеспечивает гашение электрической дуги, которая возникает при размыкании главных контактов. Способы гашения дуги и конструкции дугогасительных систем определяются родом тока главной цепи и режимом работы контактора. Дугогасительные системы контакторов постоянного тока отличаются от дугогасительных систем контакторов переменного тока из за того, что сами принципы гашения дуги при постоянном и переменном токе отличаются.

Дугогасительные камеры контакторов постоянного тока построены на принципе гашения электрической дуги поперечным магнитным полем в камерах с продольными щелями. Магнитное поле, в подавляющем большинстве конструкций, возбуждается последовательно включенной с контактами дугогасительной катушкой. В 60-х годах прошлого столетия в СССР были созданы конструкции с постоянными магнитами, но распространения они не получили. Камеры с узкими щелями, которые могут быть прямыми и зигзагообразными значительно повышают отключающую способность и ограничивают размеры дуги и ее пламени за пределами камеры, однако полного гашения электрической дуги в объеме камеры с помощью этой камеры добиться не удается.

Контакторы переменного тока выполняются с дугогасительными камерами с деионной решеткой. При возниконовении дуга движется на решетку, разбивается на ряд мелких дуг и в момент перехода тока через ноль гаснет. Погасить дугу на переменном токе в принципе легче чем на постоянном, поэтому контакторы постоянного тока имеют более сложную систему дугогашения.

Электромагнитная система контактора обеспечивает дистанционное управление контактором, т. е. включение и отключение. Конструкция системы определяется родом тока и цепи управления контактора и его кинематической схемой.

Электромагнитная системасостоит из сердечника, якоря, катушки и крепежных деталей. На рисунке 6 показана схема включения электродвигателя с помощью электромагнитного контактора.

Вспомогательные контакты. Производят переключения в цепях управления контактора, а также в цепях блокировки и сигнализации. Они рассчитанны на длительное проведение тока не более 20 А, и отключение тока не более 5 А. Контакты выполняются как замыкающие, так и размыкающие, в подавляющем большинстве случаев мостикового типа.

Задание 4.б)Заполните таблицу 1

Таблица 1

Назначение контактораОсновные конструктивные единицы контактораНазначение основных элементов контактораУстройство электромагнитной системы контактора

Принцип действия контактора. В исходном отключенном положении, когда напряжения с катушки снято, подвижная система под действием пружины находится в нормальном положении. Контактор включают путем нажатия кнопки «Пуск». В катушке создается магнитный поток, который притягивает якорь к сердечнику. Одновременно с главными контактами замыкаются дополнительные (вспомогательные) контакты , которые блокируют(шунтируют) контакты кнопки «Пуск». Контактное нажатие осуществляется пружиной. На якоре установлена прокладка из немагнитного материала , которая уменьшает силу притяжения и при снятии напряжения с катушки якорь сразу отходит и не залипает.

Задание 4.в)Постройте логическую цепочку операций принципа действия контактора (всего семь пунктов)

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-09; Нарушение авторского права страницы

Токовое реле: что это и для чего используется?

В любом оборудовании, которое используется в быту или промышленности, требуется наличие специальной защиты, предохраняющая эти приборы от перегрузок, скачков напряжения, перегорания, а также коротких замыканий. Реле тока, и выполняет эту функцию. Такие устройства используются для контроля электродвигателей, защиты трансформаторов и других сложных дорогостоящих электроприборов, насосов, компрессоров. Нередко, ставят такие реле и в домашнем хозяйстве, чтобы уберечь бытовую технику.

Реле тока реагирует на внезапные изменения тока и в случае его превышения, прекращает подачу электричества в цепь. Сам принцип работы такого реле основан на сравнении электрических сигналов и мгновенном реагировании, при их несовпадении с заданным уровнем. В статье расскажем о работе и устройстве прибора, также читатель может посмотреть интересные видеоролики по теме и скачать в заключении интересный материал, посвященный выбранной теме.

Виды реле тока

Существуют такие виды приборов постоянного и переменного тока:

Промежуточное устройство или реле максимального тока (РТМ, РСТ 11М, РС-80М, РЭО-401) применяется для размыкания или замыкания цепей определенной электрической сети при достижении определенного значения тока. Чаще всего используется в квартирах или домах с целью повышения защиты бытового оборудования от скачков напряжения и силы тока. Принцип действия теплового или защитного прибора основан на контроле температуры контактов определенного прибора. Оно используется для защиты приборов от перенагревания. К примеру, если утюг перегреется, то такой датчик автоматически отключит питание и включит его после остывания прибора.

Статическое или измерительное реле (РЭВ) помогает замыкать контакты цепи при появлении определенного значения электрического тока. Его главное назначение – это сравнение имеющихся параметров сети и необходимых, а также быстрое реагирование на их изменение. Реле давления (РПИ-15, 20, РПЖ-1М, FQS-U, FLU и прочие) необходимо для контроля жидкости (воды, масла, нефти), воздуха и т. д. Используется для отключения насоса или прочего оборудования при достижении установленных показателей давления. Часто используются в водопроводных системах и на станциях техобслуживания авто.

Реле выдержки времени (производитель EPL, Danfoss, а также модели РТВ) необходимы для управления и замедления реагирования определенных приборов при обнаружении утечки тока или других неполадках в сети. Такие приборы релейной защиты применяются как в быту, так и в промышленности. Они препятствуют преждевременному включению аварийного режима, срабатыванию УЗО (оно же дифференциальное реле) и автоматических выключателей. Схема их установки часто сочетается с принципом включения в сеть защитного оборудования и дифов.

По конструкции реле классифицируются на механические и электромагнитные, а сейчас уже, как сказано выше, на электронные. Механическое может использоваться в различных условиях работы, для его подключения не требуется сложная схема, оно долговечное и надежное. Но вместе с этим, недостаточно точное. Поэтому сейчас в основном используются его более современные электронные аналоги.

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.

Как оно работает

Реле тока представляет собой устройство (как правило, электромагнитное или электронное), реагирующее на превышение контролируемой величины во входной цепи. При превышении установленной величины выходные контакты переключаются, и этот сигнал используется для управления цепями сигнализации или устройствами силовой коммутации (отключения нагрузки).

При снижении тока ниже установленного значения, реле тока возвращается в исходное состояние, и его выходной сигнал обрабатывается цепями автоматики, управляющей силовыми цепями. Реле с интегрированным токовым трансформатором, позволяет протянуть через переднюю панель изделия провод, в котором происходит замер тока. От провода с контролируемым переменным током осуществляется питание реле.

Конструкция и принцип работы

Реле постоянного тока состоит из следующих элементов:

  1. Электромагнита;
  2. Контактов;
  3. Якоря;
  4. Пружин;
  5. Отводы для соединения с сетью.

Когда регулятор включается в сеть, катушка начинает получать электрическую энергию. После этого якорь притягивается к металлическому сердечнику и происходит перелет контактов. Вместе с этим происходит замыкание контактов приборов, подключённых в цепь реле. При этом если электрический ток не подается (к примеру, при отсутствии электричества) или подается, но неравномерно (в сети наблюдаются скачки), то контакты присоединенных устройств оттягиваются вверх, после чего цепь размыкается. Свойства реле тока представлены в таблице ниже.

Вторичные реле максимального тока прямого действия

Из числа токовых реле, которые выпускает промышленность, наиболее простыми являются реле максимального тока прямого действия. Несмотря на различные конструкции данных реле, вся их работа основана на электромагнитном принципе. Последовательно с вторичной обмоткой измерительного трансформатора тока6 подключается катушка реле 3. Когда по питающей линии А протекает рабочий ток (нормальный режим работы электроприемника), электромагнитный сердечник 4 не будет втянут в катушку, поскольку электромагнитная сила F э, которую создает обомотка реле, будет значительно меньше, чем противодействующая ей сила пружины F п.

В случае возниконевения на линии А короткого замыкания ток катушки реле значительно возрастет и станет больше установленного значения. В таком случае электромагнитная сила катушки F э превысит противодействующую ей силу пружины F п, что приведет к втягиванию сердечника в катушку реле. После втягивания сердечника в катушку, подвижная система 2 отопрет защелку выключателя Б, удерживающую выключатель во включенном положении. Под действием отключающей пружины 1 выключатель разорвет цепь линии А.

Промышленность изготавливаются вторичные реле максимального тока типа РТВ (реле токовое с выдержкой времени) и РТМ (реле токовое мгновенного действия). У РТМ есть поворотный переключатель, с помощью которого можно изменять количество витков катушки, что, в свою очередь, будет менять значение уставки тока срабатывания. Уставка тока – это настройка реле на заданный ток срабатывания. Стандартом предусмотрены следующие уставки: 5, 7, 9, 13 и 15 А. Ток срабатывания реле – минимальное значение протекающего через обмотку тока, при котором происходит срабатывание реле (I ср).

Читайте также:  Выключатель света: типы по способам коммутации и установки, места применения

В случае необходимости отключения участка электрической цепи с выдержкой времени применяют РТВ, которое, как правило, имеет ту же конструкцию, но дополнительно оборудовано механизмом выдержки времени (часовым механизмом). Данный механизм, прикрепленный к сердечнику, удерживает его от мгновенного втягивания в катушку, тем самым изменяя уставку его времени срабатывания. Скорость работы часового механизма напрямую зависит от тока, протекающего в катушке реле.

Установка времени – это настройка механизма выдержки времени на определенное значение в секундах. Реле имеет уставки тока 5, 6, 7, 8, 9, 10 А. РТВ и РТМ называют встроенными, так как они встраиваются непосредственно в приводы выключателей. Для непосредственного отключения выключателя эти реле должны развивать огромные усилия, что делает их конструкции громоздкими, а это влияет на точность.

Применение

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии. Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования. Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт.

Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

  • высокой долговечностью релейных элементов;
  • быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
  • способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления. К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение. Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению. Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Заключение

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше. Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов. Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

Максимальная токовая защита: принцип действия, виды, примеры схем

В силу разных причин аварии в электросетях случаются довольно часто. При коротком замыкании губительно действует на все электроприборы сверхток. Если не предпринять защитных мер, то последствием от неуправляемого увеличения тока может стать не только повреждение электроустановок на участке от места аварии до источника питания, но и выведение из строя всей энергосистемы. Во избежание негативных последствий, вызванных авариями, применяются разные схемы электрозащиты:

  • отсечка;
  • дифференциально-фазная;
  • высокоэффективная максимальная токовая защита электрических цепей (МТЗ).

Из перечисленных видов защиты самой распространённой является МТЗ. Этот простой и надёжный способ предотвращения опасных перегрузок линий нашёл широкое повсеместное применение благодаря обеспечению селективности, то есть, обладанию способностью избирательно реагировать на различные ситуации.

Устройство и принцип действия

Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.

Отличия от токовой отсечки

Из всех видов защиты по надёжности лидирует токовая отсечка. Примером может служить защита бытовой электросети устройствами с применением плавких предохранителей или пакетных автоматов. Метод токовых отсечек гарантирует обесточивания защищаемой цепи в аварийных ситуациях. Но для возобновления подачи электроэнергии необходимо устранить причину отсечения и заменить предохранитель, либо включить автомат.

Недостатком такой системы является то, что отключение может происходить не только вследствие КЗ, но и в результате даже кратковременного превышения параметров по току нагрузки. Кроме того, требуется участие человека для восстановления защиты. Эти недостатки не критичны в бытовой сети, но они неприемлемы при защите разветвлённых линий электропередач.

Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.

Именно эти два фактора кардинально отличают МТЗ от простых токовых отсечек, со всеми их недостатками.

Принцип действия МТЗ

Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.

Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.

Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.

Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.

Примеры использования защиты

  • с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
  • для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
  • для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
  • в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.

Задержка времени очень полезна при пуске двигателей. Дело в том, что на старте в цепях обмоток наблюдается значительное увеличение пусковых токов, которое системы защиты могут воспринимать как аварийную ситуацию. Благодаря небольшой задержке времени МТЗ игнорирует изменение параметров сети, возникающие при пуске или самозапуске электродвигателей. За короткое время показатели тока приближаются к норме и причина для аварийного отключения устраняется. Таким образом, предотвращается ложное срабатывание.

Пример подключения МТЗ электродвигателя иллюстрирует схема на рисунке 1. На этой схеме реле времени обеспечивает уверенный пуск электромотора до момента реагирования токового реле.

Рисунок 1. МТЗ с выдержкой времени

Аналогично работает задержка времени при кратковременных перегрузках в защищаемой сети, которые не связаны с аварийными КЗ. Отсечка действует лишь в тех случаях, когда на защищаемой линии возникает значительное превышение номинальных значений, которое по времени превосходит величину выдержки.

Для надёжности защиты на практике часто используют схемы двухступенчатой и даже трёхступенчатой защиты участков цепей. Стандартная трёхступенчатая защитная характеристика выглядит следующим образом (Рис. 2):

Рис. 2. Карта селективности стандартной трёхступенчатой защиты

На абсциссе отмечено значения тока, а на оси ординат время задержки в секундах. Кривая в виде гиперболы отображает снижение времени защиты от возрастания перегрузок. При достижении тока отметки 170 А включается отсчёт времени МТЗ. Задержка времени составляет 0,2 с, после чего на отметке 200 А происходит отключение. То есть, разрыв цепи происходит в случае отказа защиты остальных устройств.

Расчет тока срабатывания МТЗ

Стабильность работы и надёжность функционирования максимально-токовой защиты зависит от настройки параметров по току срабатывания. Расчёты должны обеспечивать гарантированное срабатывание реле при авариях, однако на её работу не должны влиять параметры тока нагрузки, а также кратковременные всплески, возникающие в режиме запуска двигателей.

Следует помнить, что слишком чувствительные реле могут вызывать ложные срабатывания. С другой стороны, заниженные параметры срабатывания не могут гарантировать безопасности стабильной работы электроприборов. Поэтому при расчетах уставок необходимо выбирать золотую середину.

Существует формула для расчёта среднего значения тока, на который реагирует электромагнитное реле [ 1 ]:

где Iс.з. – минимальный первичный ток, на который должна реагировать защита, а Iн. макс. – предельное значение тока нагрузки.

Ток возврата реле подбирается таким образом, чтобы его хватило повторного замыкания контактов в отработавшем устройстве. Для его определения используем формулу:

Здесь Iвз– ток возврата, kн. – коэффициент надёжности, kз – коэффициент самозапуска, Iраб. макс. величина максимального рабочего тока.

Для того чтобы токи возврата и срабатывания максимально приблизить, вводится коэффициент возврата, рассчитываемый по формуле:

kв = Iвз / Iс.з. с учётом которого Iс.з. = kн.×kз.×Iраб. макс. / kв

В идеальном случае kв = 1, но на практике этот коэффициент всегда меньший за единицу. Чувствительность защиты тем выше, чем выше значение kв.. Отсюда вывод: для повышения чувствительности необходимо подобрать kв в диапазоне, стремящимся к 1.

Виды максимально-токовых защит

В электрических сетях используют 4 разновидности МТЗ. Их применение диктуется условиями, которые требуется создать для уверенной работы электрооборудования.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени

В таких устройствах выдержка времени не меняется. Для задания уставок периода, достаточного для активации реле с независимыми характеристиками, учитывают ступени селективности. Каждая последующая выдержка (в сторону источника тока) увеличивается от предыдущей на промежуток времени, соответствующий ступени селективности. То есть, при расчётах необходимо соблюдать условия селективности.

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени

В данной защите процесс задания уставок МТЗ требует более сложных расчётов. Зависимые характеристики, в случаях с индукционными реле, выбирают по стандарту МЭК: tсз = A / (k n — 1), где A, n – коэффициенты чувствительности, k = Iраб / Iср — кратность тока.

Из формулы следует, что выдержка времени уже не является константой. Она зависит от нескольких параметров, в т. ч. и от силы тока, попадающего на обмотки реле, причём эта зависимость обратная. Однако выдержка не линейная, её характеристика приближается к гиперболе (рис. 3). Такие МТЗ используют для защиты от опасных перегрузок.

Рисунок 3. Характеристика МТЗ с зависимой выдержкой

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

В устройствах данного вида релейных защит совмещено две ступени защиты: зависимая часть с гиперболической характеристикой и независимая. Примечательно, что времятоковая характеристика независимой части является прямой, плавно сопряжённой с гиперболой. При малых кратностях критичных токов характеристика зависимого периода более крутая, а при больших – пологая кривая (применяется для защиты электромоторов большой мощности).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения

В данном виде дифференциальной защиты применена комбинация МТЗ с использованием влияния минимального напряжения. В электромеханическом реле произойдёт размыкание контактов только тогда, когда возрастание тока в сети приведёт к падению разницы потенциалов. Если падение превысит нижнюю границу напряжения уставки – это вызовет отработку защиты. Поскольку уставка задана на падение напряжения, то реле не среагирует на резкие скачки тока в сети.

Примеры и описание схем МТЗ

С целью защиты обмоток трансформаторов, а также других элементов сетей с односторонним питанием используются различные схемы.

МТЗ на постоянном оперативном токе.

Особенность данной схемы в том, что управление элементами защиты осуществляется выпрямленным током, который меняет полярность, реагируя на аварийные ситуации. Мониторинг изменения напряжения выполняют интегральные микроэлементы.

Для защиты линий от последствий междуфазных замыканий используют двухфазные схемы на двух, либо на одном токовом реле.

Однорелейная на оперативном токе

В данной защите используется токовое пусковое реле, которое реагирует на изменение разности потенциалов двух фаз. Однорелейная МТЗ реагирует на все межфазные КЗ.

Схема на 1 реле

Преимущества: одно токовое реле и всего два провода для подсоединения.

Недостатки:

  • сравнительно низкая чувствительность;
  • недостаточная надёжность – при отказе одного элемента защиты участок цепи остаётся незащищённым.

Однорелейка применяется в распределительных сетях, где напряжение не превышает 10 тыс. В, а также для безопасного запуска электромоторов.

Двухрелейная на оперативном токе

В данной схеме токовые цепи образуют неполную звезду. Двухрелейная МТЗ реагирует на аварийные междуфазные короткие замыкания.

Схема на 2 реле

К недостаткам этой схемы можно отнести ограниченную чувствительность. МТЗ выполненные по двухфазным схемам нашли широкое применение, особенно в сетях, где используется изолированная нейтраль. Но при добавлении промежуточных реле могут работать в сетях с глухозаземлённой нейтралью.

Трехрелейная

Схема очень надёжная. Она предотвращает последствия всех КЗ, реагируя также и на однофазные замыкания. Трехфазные схемы можно применять в случаях с глухозаземлённой нейтралью, вопреки тому, что там возможны ситуации с междуфазными так и однофазными замыканиями.

Из рисунка 4 можно понять схему работы трёхфазной, трёхлинейной МТЗ.

Рисунок 4. Схема трёхфазной трёхрелейной защиты

Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ изображена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема двухфазного трёхрелейного подключения МТЗ

На схема обозначены:

  • KA — реле тока;
  • KT — реле времени;
  • KL — промежуточное реле;
  • KH — указательное реле;
  • YAT — катушка отключения;
  • SQ — блок контакт, размыкающий цепь;
  • TA — трансформатор тока.

Реле напряжения

Введение.

Как известно перепады напряжения в электрической сети — это одна из основных причин выхода из строя электрических приборов. Особенно остро вопрос защиты электроприборов от перепадов напряжения стоит в жилых многоквартирных домах старой постройки, а так же частных жилых домах подключенных к старым линиям электропередач. Решением данного вопроса является установка реле напряжения.

Реле напряжения — это устройство осуществляющее непрерывный контроль величины напряжения электросети с целью обеспечения отключения нагрузки либо включения сигнализации в случае выхода значения напряжения за установленные приделы.

То есть в отличие от стабилизаторов напряжения которые поддерживают стабильный уровень напряжения в сети обеспечивая бесперебойность ее работы, реле напряжения защищает электрооборудование путем его отключения от сети при недопустимых значениях напряжения.

Таким образом назначение реле напряжения заключается в защите электрооборудования от перепадов напряжения сети которые могут возникнуть в следствие различных факторов таких как обрыв нуля, перекос фаз и т.д.

Устройство и принцип работы реле напряжения

Как видно на рисунке выше реле напряжения состоит из двух основных блоков: измерительного и исполнительного блока (реле).

При подаче на реле напряжения измерительный блок определяет его величину и в случае если измеренное значение напряжения электросети входит в установленный в настройках реле диапазон значений измерительный блок подает сигнал на исполнительный блок (реле) который, в свою очередь, замыкает силовой контакт включая тем самым нагрузку.

Измерительный блок осуществляет непрерывный контроль напряжения электросети, в случае снижения напряжения либо его повышения сверх установленного в настройках значения измерительный блок незамедлительно подает сигнал на исполнительный механизм (реле) который моментально отключает нагрузку. После восстановления значения напряжения измерительный блок через установленную в настройках выдержку времени (как правило может устанавливаться в диапазоне от 5 секунд до 15 минут) подает сигнал на исполнительный механизм который вновь включает нагрузку.

Читайте также:  Почему не горит лампа дневного света: как отремонтировать своими руками

Выбор реле напряжения

Выбор реле напряжения начинается с выбора его исполнения (типа).

Существуют следующие типы реле напряжений:

— По типу электросети: однофазные и трехфазные

— По способу установки: стационарные и переносные.

Как показано на картинке выше, реле напряжения стационарной установки делятся на две подгруппы:

— реле напряжения предназначенные для установки в электрощитках, как правило, применяются для защиты всех электроприборов подключаемых в сеть это же и является их главным достоинством, при установке общего реле напряжения во вводном электрощитке обеспечивается защита всей электросети, соответственно исчезает необходимость в установке нескольких реле напряжения, тем самым значительно снижается стоимость организации защиты электросети от перепадов напряжения.

— розеточные реле — реле напряжения встроенные в розетку, применяются в случае, если по каким либо причинам отсутствует возможность установить реле напряжения в электрощитке, а так же могут применятся совместно с вышеуказанными реле, в случае если существует необходимость задать индивидуальные настройки для конкретного оборудования. Например, т.к. холодильники после отключения питания рекомендуется включать не ранее чем через 5 минут, для их защиты не редко устанавливается дополнительное реле напряжения, таким образом после перепада и восстановления нормального значения напряжения общее реле включает нагрузку, к примеру, через 1 минуту, а розеточное реле установленное для подключения холодильника включит его только через 5.

Наконец переносные реле напряжения могут быть двух типов: вилка-розетка и удлинитель. Устройство данных реле аналогично розеточным стационарным и хоть они являются более громоздкими данные типы реле получили довольно широкое распространение благодаря трем важным достоинствам: отсутствие необходимости их монтажа; портативность, т.е. возможность взять их с собой в дорогу, для защиты от перенапряжений в любом месте, например на даче; а так же, как и в случае со стационарными розеточными реле — возможность задать индивидуальные настройки для конкретного оборудования.

— По типу защиты: простые, с защитой только от перепадов напряжения и с комбинированной защитой.

Примером реле с комбинированной защитой является вольт-амперное реле, которое контролирует не только напряжение, но и ток электросети тем самым защищая ее как от перепадов напряжения так и от перегрузок, т.е. дополнительно выполняет функцию ограничителя мощности.

ВАЖНО! Вольт-амперное реле не обеспечивает защиту сети от токов короткого замыкания и следовательно не может заменить собой автоматический выключатель!

Пример вольт-амперного реле:

Выбрав нужный тип реле из перечисленных выше можно приступать к определению его требуемых характеристик.

Основной характеристикой реле напряжения является его номинальный ток, значение номинального тока указывается на корпусе реле и в его паспорте.

Номинальный ток — это ток который реле способно пропускать через себя в течение длительного времени сохраняя при этом свою работоспособность. Отсюда вытекает главное условие выбора реле напряжения: номинальный ток реле напряжения должен быть больше либо равен току защищаемой электросети.

Iном. РН I сети

Стандартными значениями номинального тока реле являются: 10; 16; 25; 32; 40; 50; 63 и 75 Ампер (указанные значения являются наиболее распространенными)

Расчет тока электросети можно определить можно определить с помощью нашего онлайн калькулятора, либо рассчитать его самостоятельно следующим образом:

1) Определяем мощность сети путем суммирования мощностей всех электроприборов подключаемых в сеть защищаемую расчитываемым реле напряжения:

Pсети=(P1+ P2…+ Pn)*Кс, кВт

где: P1, P2, Pn — мощности отдельных электроприемников; Кс — коэффициент спроса (учитывает неодновременность включения электроприборов в сеть) Кс принимается от 0,65 до 0,8, в случае если в сеть подключается всего 1 электроприемник или группа электроприемников которые включаются в сеть одновременно Кс=1.

Примечание: Мощность сети определяется в киловаттах (1 килоВатт=1000Ватт)

2) Определяем ток сети умножив рассчитанную мощность сети на коэффициент перевода (Кп) равный: 1,52 -для сети 380 Вольт или 4,55 — для сети 220 Вольт:

Iсети=Pсетип, Ампер

Исходя из рассчитанного значения тока электросети выбираем ближайшее большее стандартное значение номинального тока реле напряжения.

Примечание: Следует помнить, что реле напряжения не защищает электросеть от сверхтоков (токов перегрузки и короткого замыкания), поэтому само реле напряжения должно быть защищено от них установленным последовательно с ним автоматическим выключателем, следовательно и номинальный ток реле напряжения можно принять исходя из номинального тока автомата исходя из условия, что номинальный ток реле должен быть больше или равен номинальному току установленного до него автомата:

Iном. РН I ном. АВ

4. Схемы подключения реле напряжения

Реле напряжения, в зависимости от производителя, могут иметь различные схемы подключения, поэтому перед их подключением необходимо обязательно ознакомится со схемой приведенной в паспорте реле либо нанесенной на его корпусе (при наличии). В данной статье мы приведем наиболее распространенные схемы подключения реле напряжения.

Однофазные реле, как правило подключаются в сеть напрямую, т.е. через их контакты проходит рабочий ток сети, так называемая схема непосредственного (прямого) включения:

Как видно в данной схеме реле напряжения защищено от сверхтоков установленным до него дифавтоматом. Ноль с дифавтомата подключается на нулевую шинку, к которой затем подключаются нулевые рабочие проводники, в том числе к ней подключается нулевой вывод реле напряжения, фаза в свою очередь с дифавтомата подключается напрямую на второй вывод реле, а нагрузка подключается к третьему. Внутри реле между вторым и третьим выводами, как показано на его корпусе, находится контакт управления, в случае если величина напряжения выйдет за заданные пределы, данный контакт разомкнется и отключит нагрузку.

Трехфазные реле, могут подключаться в сеть двумя способами: напрямую, в этом случае нагрузка сети отключается непосредственно контактами самого реле напряжения — схема непосредственного (прямого) включения, либо опосредовано в таком случае рабочая нагрузка электросети проходит не через контакты реле, а через контакты управляемого им магнитного пускателя (контактора) — схема косвенного (опосредованного) включения.

Схема подключения трехфазного реле напряжения непосредственного включения:

Трехфазные реле предназначенные для опосредованного (косвенного) включения в сеть, как правило, имеют номинальный ток не более 5-8 Ампер, т.к. рабочая нагрузка проходит не через реле, а через магнитный пускатель (контактор).

Схема подключения трехфазного реле напряжения косвенного (опосредованного) включения:

На приведенной выше схеме видно, что нагрузка электросети подключается через контактор катушка которого подключается к фазе через контакт управления реле напряжения, а к нулю напрямую от нулевой шины (катушка на 220 Вольт), в свою очередь трехфазное реле напряжения подключается параллельно контактору и контролирует величину напряжения сети по каждой фазе, при выходе значения напряжения за установленные пределы, реле размыкает свой контакт управления, обесточивая катушку контактора, что приводит к отключению им нагрузки.

После контактора так же могут устанавливаться трехполюсные и однополюсные автоматы, для разделения нагрузки на группы.

Схема подключения реле напряжения с применением контактора используется в случае необходимости коммутации (включения/отключения) больших нагрузок, т.е. если ток электросети превышает номинальный ток реле напряжения которое ее защищает. Как правило такая схема применяется при токах сети более 63 Ампер.

Настройка реле напряжения.

Все реле напряжения имеют три основные настройки:

  • Установка порога срабатывания реле по максимальному значению напряжения (Umax) — устанавливает максимально допустимое значение напряжения электросети превышение которого приведет к отключению нагрузки.
  • Установка порога срабатывания реле по минимальному значению напряжения (Umin) — устанавливает минимально допустимое значение напряжения электросети, снижение напряжения ниже данного значения приведет к отключению нагрузки.
  • Установка времени задержки включения — время (обычно устанавливается в секундах) через которое реле, после отключения нагрузки, повторно ее включит при восстановлении значения напряжения сети в установленных пределах. Время задержки включения для компрессорных приборов, таких как холодильники и кондиционеры, рекомендуется устанавливать не менее 300 секунд, для другого оборудования — согласно их руководства по эксплуатации.

Пример настройки реле напряжения производства ООО «НОВАТЕК-ЭЛЕКТРО»:

Реле напряжения такого типа настраиваются путем поворота регулировочных ручек.

Способы настройки индивидуальны для различных реле напряжения в зависимости от их производителя. Ниже приведены руководства по настройке наиболее распространенных марок реле напряжения:

Настройка реле напряжения digitop v-protector:

Настройка реле напряжения ZUBR (RBUZ):

Настройка реле напряжения F&F (ФиФ) Евроавтоматика

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Принцип действия реле тока – упрощенный вариант

Что такое реле тока? Такой вопрос часто возникает у студентов и электриков самоучек. Ответ на него достаточно прост, но в учебниках и многих статьях в интернете он содержит огромное количество формул и отсылок к разнообразным законам. В нашей статье мы постараемся объяснить, что это такое, и как оно работает буквально на пальцах.

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.

  • 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.

  • 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.

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

  • 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.

Назначение и способы подключения токового реле

Реле тока и напряжения, являются основными элементами практически всех основных защит. Поэтому, давайте более детально разберемся с их сферой применения и схемой подключения.

Назначение токового реле

И в первую очередь, давайте разберемся, а зачем собственно говоря нужно это токовое реле? Для ответа на этот вопрос нам следует немного погрузиться в теорию. Но мы постараемся сделать это максимально поверхностно и доступно.

  • Любая электроустановка имеет два основных параметра своей работы — это ток и напряжение. Контролируя эти два параметра, можно оценить работоспособность оборудования и вероятные неисправности.
  • Реле тока, как несложно догадаться, контролирует ток. И если его уменьшение говорит лишь о снижении нагрузки, то его увеличение в большинстве случаев говорит о серьезных неисправностях. Дабы не рассматривать вопрос более детально, давайте возьмем в качестве примера электродвигатель.

  • Электродвигатель имеет номинальный ток, например, 50А. Незначительное увеличение тока, допустим до 55А, сигнализирует о перегрузе. В этом случае, двигатель не должен отключаться немедленно, ведь перегруз может носить временный характер, и согласно ПУЭ, большинство электродвигателей допускается периодически перегружать.
  • Но длительный режим работы с повышенным номинальным током может сигнализировать о неисправности механической части или других проблемах. Поэтому, после нагрузки, через определенный промежуток времени, двигатель должен быть отключен.

  • Схема реле тока и реле времени позволяет обеспечить такую защиту. При увеличении тока выше номинального значения в 50А, срабатывает токовое реле. Своими контактами оно запускает в работу реле времени, которое отсчитывает допустимое время работы двигателя в перегаженном состоянии. Если за этот период времени токовое реле не отпало, то реле времени срабатывает и отключает электродвигатель.

Обратите внимание! Защита от перегруза должна быть отстроена от времени пуска двигателя. Как известно, при пуске пусковой ток может доходить до десятикратного номинального (обычно пяти- или шестикратное). Поэтому, для исключения ложного срабатывания защиты от перегруза, время срабатывания реле времени должно быть больше времени разворота двигателя.

  • Теперь возьмем другую ситуацию. На нашем двигателе происходит короткое замыкание. Его необходимо отключить в максимально сжатые сроки. Короткое замыкание характеризуется резким возрастанием тока. В зависимости от вида короткого замыкания, эти токи могут превышать значения 10-кратного номинального значения.
  • Исходя из этого, нам нужно поставить реле тока, схема которого будет реагировать на такой ток, и сразу же отключать его. Такую защиту называют токовой отсечкой. Когда защита мгновенно отключает электрооборудование при достижении определенного значения тока.

  • Но бывают короткие замыкания, которые имеют не такие большие токи. В этом случае, реле тока и схема его подключения несколько изменяется. Ее принцип действия похож на защиту от перегруза, только чем больше ток, тем быстрее она отключит наш электродвигатель. Достигается это за счет объединения в одном устройстве и реле времени и тока. Такая защита называется максимальной токовой.

  • Существуют так же защиты от однофазных замыканий на землю, защиты от токов обратной последовательности, дифференциальные защиты, дистанционные защиты и множество других релейных схем, которые используют реле тока.

Но это уже более специфические защиты, которые требуют более глубоко понимания процессов. Поэтому в нашей статье мы не будем их рассматривать.

Схемы подключения токовых реле

Разобрав устройство и назначение реле тока, можно перейти к вопросу их подключения. Существует два основных варианта – непосредственно или через трансформатор тока.

Давайте рассмотрим каждый из этих вариантов:

  • Непосредственно могут подключаться реле к электроустановкам напряжением до 1000В. Это связано с тем, что при большем напряжении размеры реле пришлось бы значительно увеличивать для обеспечения соответствующей изоляции и протекания больших токов. А из-за этого увеличилась бы и цена реле.

  • Потребители до 1000В обычно не самые ответственные, поэтому защита реализуется на одной или двух фазах. Но возможен вариант реализации защит и на всех трех фазах. Для этого просто последовательно с нагрузкой включается катушка токового реле на одной или нескольких фазах.

  • Многие токовые реле содержат две катушки. Для них может применяться последовательное или параллельное соединение обмоток реле тока. Это необходимо для изменения пределов срабатывания реле.
  • В качестве примера, возьмем реле РТ 40. При параллельном подключении катушек, ток срабатывания варьирует в пределах 0,1 – 100А. При последовательном подключении обмоток, предел срабатывания можно регулировать в пределах 0,2 – 200А.

Обратите внимание! Если вам необходим предел срабатывания в 0,1 – 100А, то в принципе вы можете вовсе не подключать вторую обмотку.

  • Значительно чаще, электрические схемы соединения реле тока предполагают использование трансформаторов тока. Эти устройства позволяют преобразовать любой ток до значений в 1 или 5 А.
Читайте также:  Замыкание электропроводки: что это такое, причины и методы поиска, предупреждение

  • Такие потребители обычно относятся к ответственным, поэтому токовые защиты реализуются по каждой фазе. Принцип подключения прост. Катушка реле просто подключаются к выводам трансформатора тока.

Внимание! Но тут следует помнить, что трансформаторы тока и вся вторичная коммутация работают в режиме близком к короткому замыканию. Поэтому разкорачивание таких цепей чревато повреждением трансформатора тока, а также серьезными последствиями для человека. Поэтому прежде чем выполнять какие-либо переключения в токовых цепях их следует закоротить перемычкой. Или же производить переключения на электрооборудовании, выведенном в ремонт.

Вывод

Реле тока и электрическая схема его подключения имеет множество нюансов. Если вдаваться в каждый, то получится полноценный учебник. Наша же цель была дать вам общие представления о данном реле максимально доступным языком. Поэтому некоторые вопросы в нашей статье раскрыты не полностью или же упрощенно. Более детально по каждому аспекту следует разбираться, исходя из существующих условий.

Электрические реле для автоматики инженерных систем: виды, отличия, особенности применения

Автор: Виктор Коробейников

Наша компания многие годы занимается созданием домашней автоматики и систем управления инженерным оборудованием, в которых важные функции включения, выключения устройств, приборов и самых различных агрегатов выполняют электрические реле. Производители предлагают множество коммутационных устройств с различными характеристиками, именно с этой целью здесь была собрана обобщенная информация о различных видах реле для изучения и рассмотрения.

Если вы решили автоматизировать систему освещения и другое инженерное оборудование в своем доме, офисе, коттедже, квартире или ресторане, то вам однозначно придется выбирать какие-либо реле, из приведенных в данной статье. Надеемся, что многим читателям эта информация откроет понимание некоторых важных вопросов, которые открываются вниманию заказчиков только после того, когда проект, а то и монтаж реле с автоматикой уже выполнены.

Реле предназначены для управления электрической цепью, они позволяют управлять инженерным оборудованием дистанционно.

Первое реле было изобретено американцем Джозефом Генри, и его работа основывалась на электромагнитном принципе действия. Это самый простой механизм действия, жив он и в наши дни. Его разберем первым.

1. Электромагнитное реле

Благодаря своей простоте, невысокой цене и относительной надежности электромагнитные реле получили максимальное распространение. Работа данного типа реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Над сердечником установлена подвижная пластина (якорь) с контактом. Напротив контакта установлены соответствующие парные неподвижные контакты.

В начальном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего напряжения на катушку якорь притягивается к сердечнику, преодолевая усилие пружины, и замыкает контакты. После отключения напряжения пружину ничто не сдерживает, и она возвращает якорь в исходное положение.

Электромагнитное реле чаще всего используется в схемах защиты электроустановок и в системах автоматики.

Достоинства электромагнитных реле

  • Низкая цена.
  • Способность коммутации (переключения) нагрузок мощностью до 4 кВт при достаточно малых размерах менее 10 см³.
  • Устойчивость к импульсным перенапряжениям.
  • Малое выделение тепла.
  • Максимальная электрическая изоляция.

Недостатки электромагнитных реле

  • Большая задержка с момента поступления управляющего напряжения до контакта.
  • Ограниченный механический ресурс.
  • Создание радиопомех при срабатывании.
  • Громкий щелчок при размыкании, замыкании контактов.
  • Необходимость хоть и редкого, но регулярного технического обслуживания.
  • Большое потребление электрического тока.

На наших объектах мы часто используем реле Finder. Их многие видели и знают.

Электромагнитные реле в системах автоматики

Электромагнитные реле работают, делают цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на него подается напряжение. Этот момент является определяющим в управлении электроснабжением потребителей.

Именно поэтому электромагнитное реле не может работать с кнопками, так как кнопка — это не выключатель с фиксацией, который «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Кнопка подает только кратковременный сигнал для включения, выключения. А вот если нажать клавишу выключателя в положение «включено», электрическая цепь будет замкнута до тех пор (и напряжение на реле будет подаваться, соответственно), пока кто-либо не изменит положение выключателя. Поэтому с фиксируемым выключателем электромагнитное реле работает, а с кнопкой — нет.

    Это раз, так как среди предлагаемой производителями электротехнической продукции и фурнитуры — огромное множество различных коммутирующих устройств, но не все они будут работать с этими реле.

! Во всех примерах здесь мы не рассматриваем простейшие ручные схемы управления освещением, когда нажал на фиксируемый выключатель, реле им удерживается, и свет включается, пока не нажать на клавишу фиксируемого выключателя в положение «выключено».

В системах управления освещения с автоматикой всегда применяются кнопки, а не фиксированные выключатели, поэтому на работу всех реле будем смотреть, принимая во внимание их взаимодействие с кнопками (или выключателями без фиксации).

Однако если подключить кнопки к контроллеру, а от контроллера — к реле, то все будет работать нормально. Контроллер будет подавать управляющее, удерживающее напряжение на реле, и цепь будет замкнута до тех пор, пока с кнопки на вход контроллера не поступит следующий, отключающий напряжение сигнал.

Если говорить о реле в общем, в контексте систем управления и автоматизации, то все реле, к примеру, для автоматизации систем освещения в проходных зонах, применяются только с контроллерами. Именно контроллер в данном случае является этим «запоминателем» состояния включения света. Причем в проходной зоне с 3–4-мя входами-выходами, в которой включением света управляют, к примеру, 3–4 выключателя (и более), расположенные у каждой двери (а еще и датчики), только контроллер может знать, что делать с включением, выключением света, если от одного из выключателей поступил управляющий сигнал.

Шум есть, но не критичный. Возможен монтаж реле на этаже

Шум от работы этих реле присутствует, но его величина не особенно критична, поэтому монтаж электромагнитных реле может производиться на этажах, то есть в данном случае возможна поэтажная разводка электропроводки.

2. Импульсное (поляризованное) реле

Здесь уже поинтереснее. Потребности людей в комфорте, безопасности, скорости срабатывания росли, и на замену электромеханическому реле пришло импульсное или поляризованное реле. Данный тип реле используется в большом количестве отраслей, благодаря своей надежности, относительно высокой скорости срабатывания и возможности управления им малыми токами.

Устройство импульсного реле схоже с устройством электромагнитного. Однако, катушка электромагнитного реле, находящегося в рабочем состоянии, должна быть всегда под напряжением, а катушка импульсного реле для устойчивого переключения получает только кратковременные импульсы. Благодаря чему потребляет энергию только в момент импульса и «запоминает», включено оно или нет, даже если напряжение исчезает (обычное реле так «не умеет», работает только при постоянной подаче тока).

Наибольшее распространение данный тип реле получил в области управления освещением.

Импульсные реле можно разделить на несколько типов:

  • электромагнитные;
  • индукционные;
  • магнитоэлектрические;
  • электродинамические;
  • электронные (будут выделены отдельно).

Принцип работы у всех этих вариаций схож с работой обычного электромагнитного реле. Разница лишь в способе замыкания.

Импульсные электромагнитные реле.
Эти реле применяются чаще остальных. У них простой метод работы, основанный на электромагнетизме в ферромагнитном сердечнике. Так же как и у электромагнитного реле, в катушке есть ток, сердечник превращается в магнит и замыкает, размыкает контакт, механизм контакта позволяет ему оставаться в этом положении до следующего импульса. Таким образом, импульсное реле не требует постоянной подачи напряжения и работает благодаря управляющим импульсам.

Индукционные реле.
Индукционные основаны на взаимодействии переменного тока и индуцированного в проводнике тока. Такое взаимодействие создает вращающий момент, который, в свою очередь, приводит в движение или диск, или замыкатель в рамке, или механизм реле со «стаканом». Чем выше ток, тем быстрее срабатывает механизм.

Применяется данное реле только в цепях переменного тока, как реле защиты.

Магнитоэлектрическое реле.
Катушка вращается в поле постоянного магнита. С катушкой связан контакт. При поступлении тока контакт замыкается, при его отсутствии пружины возвращают систему в исходное положение. Практически не используются, ибо время срабатывания долгое — порядка 0,1-0,2 с.

Электродинамические реле.
Две катушки. Одна жестко закреплена, другая подвижна. Индукция в рабочем зазоре создается не постоянным магнитом, а закрепленной катушкой на сердечнике. И тяговое усилие воздействует не на якорь, как мы привыкли, а на подвижную катушку.

Достоинства электромеханических импульсных реле

  • Потребляют ток только в момент переключения.
  • Управляются из разных мест, в т. ч. контроллерами.
  • Малое теплообразование.
  • Устойчивы к перенапряжениям цепи.
  • Повышенная помехоустойчивость.

Недостатки

  • Громкий щелчок в момент срабатывания, шумность работы.
  • Низкая функциональность.
  • Много подвижных частей.
  • Возникновение помех при коммутации.
  • Длительное время срабатывания.

Электронные реле.
Вынесены отдельно, ибо они являются переходным звеном от механических видов реле к твердотельным.

Конструкция у них с одной стороны сложна, а с другой стороны — самая простая из всех выше перечисленных. Данное реле также имеет подвижные механизмы, отличает данный тип только способ управления внутри самого реле. Это блок, в состав которого входит микроконтроллер с полупроводником на печатной плате. И это маленькое новшество дает огромное количество вариантов использования данного реле.

Можно программировать реле на включение, выключение при определенных параметрах времени, температуры, освещенности и т. д.

Плюсы электронных импульсных реле

  • Безопасность (на входе используются малые токи).
  • Низкое тепловыделение.
  • Возможность управления разного рода устройствами (датчики движения и т. п.).
  • Индикация состояния.

Недостатки

  • Высокая чувствительность к перепадам напряжения.
  • Восприимчивость к помехам.
  • Ложные срабатывания.
  • Высокая стоимость (за такую цену проще купить твердотельное реле).

Импульсные электромеханические реле гораздо более надежные и простые, чем электронные. Электронные реле зависимы от стабильности напряжения, постоянного питания, а также они «не любят» помехи в сети. Тем не менее, они более безопасны, чем механические.

О применении импульсных поляризованных реле в автоматике

Импульсное поляризованное реле работает, как триггер. Оно длительно находится в одном из двух устойчивых состояний (включено, выключено) и чередует их под воздействием внешних сигналов.

То есть свет включается и выключается этими реле следующим образом:

  • Подал на это реле сигнал управляющей кнопкой всего один раз, реле замкнуло цепь, и свет включился.
  • Нужно выключить свет, еще раз нажимаем на кнопку, на реле идет управляющий сигнал, реле переключается, цепь размыкается, свет гаснет.
  • Подавать управляющее напряжение на это реле постоянно, чтобы оно удерживало включенную электрическую цепь, не требуется.

Этот момент обеспечивает применение импульсных поляризованных реле в системах освещения, подсоединяя кнопку (нефиксируемый переключатель) включения, выключения света напрямую к источнику света через это реле. Дополнительных контроллеров, которые обеспечивают простейшее управление светом, подающие напряжение, как в случае с обычными электромагнитными реле, чтобы электрическая цепь удерживалась, здесь не требуется.

То есть в данном случае с импульсными поляризованными реле можно применять кнопки, которые не имеют функций фиксируемого выключателя. О кнопках и выключателях уже было написано выше, но повторим еще раз:

  • Выключатель с фиксацией «запоминает» внешнее воздействие (сигнал) человека. Если нажать клавишу выключателя в положение «включено», цепь будет замкнута до тех пор, пока кто-либо не изменит положение выключателя.
  • Кнопка таким свойством не обладает. Механическая кнопка самостоятельно возвращается в исходное положение, как только на нее перестают нажимать, или же, как в случае с электронной кнопкой — подает только кратковременный управляющий сигнал в момент нажатия.

Этот момент запоминания состояния переключения в данном типе реле делает их более универсальными в применении, но портит свойство превосходности их шумность.

Шумность срабатывания требует монтировать реле в удаленных от людей местах здания

Импульсные поляризованные реле громко щелкают при срабатывании, значительно громче любых других реле. Эти щелчки нельзя не заметить. Треск реле в электрическом щите или шкафу, установленном на этаже рядом со спальней, не даст вам спокойно жить и отдыхать.

Шумность срабатывания импульсных поляризованных реле накладывает свои ограничения на схему монтажа и электрической разводки. Электрический щит или шкаф с такими реле требуется убирать с этажей в подвал или какое-либо техническое помещение. То есть в случае применения импульсных поляризованных реле предпочтительна схема централизованного монтажа реле в одном шкафу в каком-либо техническом помещении, подальше от людей, но в этом случае усложняется процесс электрической разводки проводов в здании, так как вся проводка от реле к выключателям тянется по всему дому из этого помещения, где щелкают эти реле. А сложность разводки, сама электропроводка и ее монтаж по всему дому из удаленного подвального или технического помещения делают всю систему электрики дороже.

Эти моменты следует учитывать при выборе реле и схем монтажа электрических щитов.

3. Твердотельное реле

И вот, если мы соберем все плюсы механических и электронных импульсных реле, то получим достоинства твердотельных.

Суть работы твердотельного реле заключается в использовании эффекта воздействия света на pn-переход. В отличие от механических реле у твердотельных реле отсутствуют механические замыкания и размыкания контактов. Для этих целей в твердотельных реле используются полупроводниковые элементы.

Принцип работы

Мы подаем ток на светодиод, и он, в свою очередь, воздействует на pn-переход коммутационной сети, замыкая или размыкая ее.

Твердотельные реле делятся на два основных вида. Это реле постоянного и переменного тока.

Твердотельные реле постоянного тока

Твердотельные реле постоянного тока очень надежны. Их срок службы, по сравнению с механическими, практически бесконечен. Работают они при температурах от -30 +70 градусов Цельсия.

Твердотельные реле переменного тока

Основная особенность твердотельных реле переменного тока — это пониженный уровень электромагнитных помех, малый расход энергии, абсолютная бесшумность и практически мгновенное срабатывание.

Достоинства

  • Бесшумные.
  • Отсутствуют подвижные детали. Срок службы — десятки лет.
  • Коммутация с минимумом помех.
  • Практически мгновенное срабатывание.
  • Малое потребление электроэнергии.
  • Очень малые размеры, при этом могут работать с большими токами.
  • Широкая сфера применения. Благодаря минимальным размерам и большому количеству настроек срабатывания, используются практически везде.
  • Благодаря большому расстоянию между цепью управления и управляемой цепью обеспечивается надежная изоляция.
  • Очень прочные. Почти безразличны к вибрациям и ударам.

Недостатки

Казалось бы, давайте заменим все реле на твердотельные, и бед знать не будем, но здесь не все так просто. Два недостатка у твердотельных реле все же есть. И порой они становятся решающими.

При малых токах величина нагрева, конечно же, не существенна. Однако когда мы говорим о больших потребителях электричества, например, требуется коммутировать электрический обогреватель, то величина нагрева увеличиваются значительно. А если в цепи произойдет короткое замыкание, то полупроводники в твердотельных реле расплавятся очень быстро. Да, реле, конечно, может быть защищено от короткого замыкания и оснащено системой охлаждения, но при этом оно становится достаточно дорогим.

Абсолютная тишина. Можно монтировать на этаже

Полное отсутствие шума в процессе работы этих реле позволяет выполнять монтаж твердотельных реле, где угодно. Можно монтировать в электрических щитах на этажах, здесь ограничений нет.

Твердотельное реле в системах управления и автоматики

Как и электромагнитное реле, твердотельное реле работает, удерживает цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на реле подается напряжение. То есть это не тот случай, как с триггером или поляризованным реле, когда подал управляющее напряжение, и «забыл» — цепь будет замкнута сколько угодно долго до следующего отключающего сигнала. Для замыкания цепи на твердотельное реле должно подаваться напряжение постоянно, поэтому это реле не может работать с кнопками без контроллера.

Между кнопками включения света и твердотельным реле всегда требуется контроллер, который подает на реле удерживающее коммутацию напряжение.

Выводы

Представленная в статье информация и личное мнение пользователей уже созданных систем автоматики на базе различных реле не являются окончательным экспертным заключением в пользу применения того или иного их вида. Тем более, что в различных случаях и условиях выбор того или иного реле обусловлен влиянием совершенно различных критериев.

Ссылка на основную публикацию