Работа 19. Комбинированные токовые реле серии РТ-80, РТ-90

Содержание работы

1. Изучить принцип действия и устройство реле РТ-80.

2. Ознакомиться со схемой внутренних соединений и техническими данными реле РТ-80 (РТ-81, РТ-85, РТ-90).

3. Проверить шкалу токов срабатывания индукцион­ного элемента реле РТ-81.

4. Проверить шкалу кратностей отсечки реле.

5. Снять временные характеристики реле (время срабатывания реле в функции от тока в обмотке реле при заданной уставке выдержки времени и неизменной уставке тока).

6. Расчетным путем подобрать характеристику реле для заданных условий и настроить реле на заданную характеристику.

Общие сведения

Токовые реле серии РТ-80 (РТ-90) являются комбинированными и состоят из двух элементов: индукционного с вращающимся диском и электромагнитного с притягиваемым якорем, имеющих общий магнитопривод (рис. 7.12а).

При протекании тока по обмотке реле в зазоре между полюсами создаются магнитные потоки, сдвинутые в пространстве и по фазе (за счет наличия на части полюса короткозамкнутого витка), которые пронизывают находящийся в зазоре диск, создавая вращающий момент (рис. 7.12б).

Рис. 7.12. Комбинированное токовое реле РТ-80:
а – конструкция реле; б – силы, действующие на диск; 1 – электромагнит; 2 –короткозамкнутые витки; 3 – гайка упорного винта для регулировки поворота рамки; 4 – фасонный упорный винт; 5 –стальная скоба; 6 – пружина; 7 – ось рамки; 8 – регулировочный винт пружины; 9 – вращающийся диск; 10 – постоянный магнит; 11 – сегмент с контактным рычагом; 12 – червяк на оси диска; 13 – подвижная рамка; 14 – движок шкалы уставок времени; 15 – коромысло якоря; 16 – винт регулировки уставки выдержки времени; 17 – контакты; 18 – регулировочный винт отсечки; 19 – якорь; 20 – контактная колодка; 21 – контактные винты; 22 – обмотка реле; F_Э – электромагнитная сила; F' – притягивающая сила стальной скобы; F_M – сила постоянного магнита; F_п – противодействующая сила пружины

При токе, равном 20…80 % тока срабатывания, диск начинает вращаться и вращать укрепленный на одной с ним оси червяк. Однако рамка оттянута пружиной в крайнее положение, и поэтому червяк не входит в зацепление с зубчатым сектором.

При определенной силе тока в обмотке реле рамка с диском поворачивается, червяк входит в зацепление с зубчатым сектором и последний начинает подниматься. По истечении некоторого времени сектор упирается своим рычагом в коромысло якоря, поворачивая его. Правый конец якоря притягивается к магнитопроводу, а своим левым концом замыкает (или размыкает) контакты реле.

Скорость вращения диска зависит от протекающего по обмотке тока, поэтому реле имеет зависимую часть характеристики. Независимая часть наступает при насыщении магнитопровода токами, 6…8-кратными току срабатывания (рис. 7.13а).

Если к реле подвести сразу большой ток, достаточный для притягивания электромагнитного элемента к магнитопроводу, то реле будет срабатывать без выдержки времени (отсечка).

Рис. 7.13. Характеристики выдержек времени реле:
а – РТ-81, РТ-85; б – РТ-90:
1 – при уставке 0,5 с; 2 – при уставке 1 с; 3 – при уставке 2 с; 4 – при уставке 3 с; 5 – при уставке 4 с; 6 – при уставке 0,5 с; 7 –при уставке 4 с

Особенностью реле является описанное сцепление червяка с сегментом, благодаря чему реле имеет небольшое время инерционного выбега, так как после исчезновения тока в реле червяк быстро расцепляется с сегментом и вращение диска по инерции не может привести к замыканию контактов реле.

Сочетание работы индукционного элемента с электромагнитным клапанного типа в момент замыкания контактов обусловливает большой избыточный момент и хорошее нажатие контактов за счет уменьшения воз­душного зазора. Реле типа РТ-85, РТ-86 выполняют с мощными контактами, позволяющими размыкать токи до 150 А.

Реле имеет три регулируемые уставки.

Уставку тока срабатывания I_у регулируют изменением числа витков катушки электромагнита, переставляя штепсель на специальной штепсельной колодке. В целях предотвращения размыкания вторичной цепи трансформатора тока, к которому подключается обмотка реле, переключение на новую уставку производится в следующем порядке: при помощи дополнительного штепселя устанавливают требуемую новую уставку, и лишь затем перемещают штепсель с прежней уставки на запасное холостое гнездо колодки.

При изменении I_у изменяется также ток срабатывания электромагнитного элемента – отсечки.

Уставку кратности отсечки, нанесенную на регулировочном винте, изменяющем зазор между якорем и электромагнитом, регулируют в пределах от 2 до 8:

Уставку выдержки времени t_у, отсчитываемую по независимой части характеристики реле, наносят на шкале времени и регулируют винтом, изменяющим величину перемещения сегмента с рычагом, вызывающим за­мыкание (или размыкание) контактов реле.

Потребление реле при срабатывании индукционного элемента в минимальной уставке тока составляет 10…15 В·А. Коэффициент возврата реле (для элемента с выдержкой времени) не менее 0,8.

Варианты исполнения. Реле серии РТ-80 выпускают в нескольких исполнениях на различные пределы уставок тока (2…5 А через 0,5 А, 4…10 А через 1 А), уставок выдержки времени (0,5…4; 1…4; 2…16; 4…16 с) с различным выполнением контактов. Реле типа РТ-81 и РТ-82 имеют один замыкающий или один размыкающий контакт.

У реле РТ-83, РТ-84 индукционный и электромагнитный элементы имеют отдельные контакты. Реле типа РТ-85, РТ-86 имеют размыкающие и замыкающие контакты с общей точкой (рис. 7.14), так называемый пе­реключающий контакт без размыкания цепи. При срабатывании реле вначале замыкается один контакт и лишь затем размыкается другой, чем обеспечивается подключение отключающего электромагнита без разрыва цепи в схемах на оперативном переменном токе.

Рис. 7.14. Кинематическая схема переключающего контакта усиленного исполнения

Эти контакты способны шунтировать и дешунтировать цепь с сопротивлением до 4,5 Ом при токе до 150 А. У реле РТ-83, РТ-84 и РТ-86 имеются, кроме основных, также сигнальные контакты.

Реле серии РТ-90 в отличие от РТ-80 имеют мало зависимую от тока выдержку времени (см. рис. 7.13б) и в три раза большую потребляемую мощность.

Благодаря универсальности реле серии РТ-80, включающего в себя мгновенное токовое реле, реле с выдержкой времени, указательный флажок и не требующего промежуточных реле для усиления контактов, оно очень широко используется в схемах защит систем сельского электроснабжения.

Испытания реле. При испытании реле РТ-80 проверяют указанные уставки, а также определяют коэффициент возврата реле и время возврата реле в исходное положение.

Ток срабатывания индукционного элемента измеряют при плавном увеличении тока в реле в момент зацепления сектора с червяком, а ток возврата – при плавном снижении тока в момент расцепления этих элементов.

После срабатывания реле и притягивания якоря к сердечнику электромагнита сила тока в обмотке несколько изменится из-за увеличения ее сопротивления. Поэтому в процессе регулирования тока якорь должен удерживаться в непритянутом состоянии (для этого в воздушный зазор можно вставить бумажную прокладку).

Ток срабатывания электромагнитного элемента проверяют путем подачи тока в реле броском.

Выдержка времени реле зависит от трех факторов: от уставки выдержки времени, уставки тока и силы тока, действительно протекающего в реле.

На табличке реле нанесены две крайние характеристики, соответствующие минимальной и максимальной уставкам выдержки времени.

Схема испытаний. На стенде установлены реле РТ-80 и аппаратура в соответствии со схемой испытаний (рис. 7.15). Токи в реле можно регулировать в широких пределах при помощи автотрансформатора. Измеряют ток многопредельным лабораторным трансформатором тока ЛТТ и амперметра. Электрический секундомер С, получая питание одновременно с реле, останавливается при шунтировании обмотки мотора замыкающими контактами реле при его срабатывании.

.

Рис. 7.15. Схема испытаний реле типа РТ-80

Указания к выполнению работы. 1. Изучить принцип действия и устройство реле (см. рис. 7.12), обратив внимание на магнитную систему, короткозамкнутые витки, диск, подвижную рамку, оттягивающую пружину, постоянный магнит, червяк на оси диска, зубчатый сегмент, рычаг якоря, якорь электромагнита мгновенного действия, контакты реле, винт регулировки времени действия, устройство регулировки тока срабатывания, винт регулировки отсечки, ограничитель возврата рамки.

2. Для элемента с выдержкой времени собрать схему (см. рис. 7.15), не подключая секундомера. Поставить уставку тока I_у на реле и при плавном увеличении тока от нуля определить ток, при котором срабатывает реле, когда червяк входит в зацепление с зубчатым сегментом.

На каждой уставке сделать три измерения, подсчитать среднее значение и разброс точек относительно уставки. Оценить погрешность реле. Опыт провести для трех уставок тока: минимальной, максимальной и про­межуточной.

Влияние отсечки исключить (k_отс = 8). Уставку выдержки времени принять максимальной.

3. Проверить шкалу кратностей отсечки. Измерить ток срабатывания отсечки для кратностей 2, 4, 6 и 8 при начальной уставке тока срабатывания I_{у. мин}.

Для того чтобы четко определить срабатывание отсечки, уставку выдержки времени индукционного элемента принять максимальной.

Опыт проводить в следующем порядке.

Поставить исходные уставки I_{у. мин}, t_{у. макс} и проверяемую уставку k_отс.

Вставить бумажную прокладку в воздушный зазор между притягиваемым якорем и электромагнитом и после этого включить рубильник. Отрегулировать силу тока в реле на несколько меньшее значение, чем требуется для срабатывания отсечки по расчетным данным: I_{с. отс} = К_отс I_у. Затем отключить рубильник, вынуть прокладку из воздушного зазора и, броском подавая ток в реле, проверить действие отсечки. Если отсечка не срабатывает, повторить опыт, несколько увеличивая ток.

Найденное таким образом наименьшее значение тока, при котором срабатывает электромагнитный элемент без выдержки времени, является током срабатывания отсечки, а отношение его к уставке индукционного элемента I_у – кратностью отсечки:

4.Снять временные характеристики реле – зависимость времени срабатывания от тока в обмотке при заданной уставке выдержки времени.

Рекомендуется снять три характеристики при следующих уставках на реле: t_{у. мин}, I_{у. мин}, k_jnc = 8; t_у.2, I_у.2, k_отс = 4; t_{у. макс}, I_{у. макс}, k_отс = 6.

Порядок проведения опыта следующий. Включить рубильник и, не обращая внимания на вращение электрического секундомера, установить требуемый ток (при наличии прокладки в воздушном зазоре между якорем и электромагнитом). Затем отключить рубильник, вернуть стрелки секундомера на нуль и удалить прокладку из воздушного зазора. После того как подвижная система реле вернется в исходное положение, снова подать питание. По прошествии времени t_с.р реле сработает и остановит секундомер.

Необходимо помнить, что уставка выдержки времени, указанная на шкале, соответствует времени срабатывания в независимой части характеристики. Поэтому время срабатывания реле может быть больше уставки вплоть до токов, 6…8-кратных от тока срабатывания. Токи в реле рекомендуется изменять в пределах от (1,2…1,5) I_у до значения, превышающего ток сраба­тывания отсечки. Для каждого значения тока выдержку времени измерить три раза, подсчитать погрешность выдержки времени в независимой части характеристик. По экспериментальным данным построить все три временные характеристики в одинаковом масштабе и в общих координатах двух видов:

в функции от тока в реле t_c.р = f(I_p);

в функции от кратности тока в реле к току уставки:

Последние сравнить с данными на табличке реле.

Проанализировать результаты опыта, объяснить совпадение отдельных кривых или только начала и независимых частей характеристик; сделать выводы о влиянии регулирования отдельных уставок на другие параметры реле (I_у на I_с.р, на t_с.р, на I_с.отс и т.п.).

5. Подобрать уставку t_у и отрегулировать реле на заданную характеристику по одной контрольной точке. Порядок подбора показан в приведенном далее примере. Исходные данные индивидуальные для каждой бригады.

Пример. Подобрать характеристики и уставки выдержки времени реле РТ-81.

Дано: I_у = 4 А.

Подобрать уставку выдержки времени на реле РТ-81/1 таким образом, чтобы при токе в реле I_р = 8 А время срабатывания защиты составило

I_с.з = 2,0 с.

1. Определяем кратность тока в реле к току уставки:

2. Отложив t_с.р = 2 с и в координатах временных характеристик, находим контрольную точку, через которую должна пройти искомая характеристика.

3. Определяем уставку выдержки времени t_у. Если контрольная точка попадает в независимую часть характеристик, то t_у сразу устанавливаем по шкале уставок выдержек времени t_у = t_с.р.

Если же контрольная точка попадает в зависимую часть, то поступаем следующим образом: путем интерполяции по заданным на реле характеристикам проводим характеристику через эту точку и по независимой части при I_р = (6…8) I_у отсчитываем время, соответствующее выдержке времени по шкале t_у = n (с) [в данном случае n = 1 с].

4. Далее устанавливаем t_y – n (с) по шкале, подаем ток, равный 8 А, в реле и замеряем фактическое время срабатывания реле. Регулируя положение указателя, добиваемся точного совпадения времени срабатывания реле со временем заданной контрольной точки.

Затем снимаем 4…5 точек характеристики при принятой уставке t_y.

Контрольные вопросы и задания

1. Объяснить принцип действия реле РТ-80. Чем обеспечиваются вращающий и тормозные моменты реле? Почему реле РТ-80 имеет ограниченно зависимую временную характеристику? Что такое инерционный выбег реле? За счет чего обеспечивается малое время инерционного выбега реле РТ-80? Какие преимущества дало сочетание электромагнитного и индукционного принципа?

2. Какие шкалы уставок имеют реле РТ и как они регулируются? Объяснить очередность переключения уставки тока I_у для предотвращения разрыва цепи трансформатора тока. Как регулируется ток срабатывания отсечки? По какой части временной характеристики ведется отсчет уставки выдержки времени? Как регулируется уставка? Какие значения коэффициента возврата допускаются для индукционного элемента?

3. Почему в схемах защит с реле РТ-80 не требуется промежуточных и сигнальных реле?

4. Объясните устройство контактной системы реле РТ-81 и РТ-85, объясните работу переключающего контакта. Какие токи может размыкать усиленный контакт реле РТ-85?

5. Как настроить реле РТ-81/1, чтобы при I_у = 6 А оно срабатывало без выдержки времени при токе в обмотке реле I_р = 24 А? Как нужно установить винт отсечки, если последняя не используется?

6. Каким образом подбирается требуемая временная характеристика на реле по контрольной точке?

7. Каким образом регулировка отдельных уставок влияет на другие показатели реле? Как изменяется ток срабатывания отсечки, если при неизменном k_отсток уставки реле I_у увеличить с 4 до 6 А? Как изменится время срабатывания реле при этом?

8. Сравните реле РТ-80 с электромагнитными реле тока по основным показателям: потреблению, точности работы, значениям коэффициента возврата, пределам и способам регулирования уставок тока, мощности контактов реле.

9. Перечислите особенности реле серии РТ-90.

Работа 20. Вторичные реле прямого действия

Содержание работы

1. Изучить устройство реле тока РТМ и РТВ с механическим реле времени.

2. Проверить шкалу токов срабатывания реле РТВ.

3. Снять временные характеристики реле РТВ при различных уставках выдержек времени.

4. Отрегулировать реле на заданную характеристику.

Общие сведения

Реле прямого действия, непосредственно воздействующие на приводы выключателя, встраивают от двух до четырех штук и более в приводы многих типов и выполняют с выдержкой времени или без нее.

Реле максимального тока с механической выдержкой времени РТВ, выполненное на электромагнитной системе соленоидного типа (рис. 7.16), обладает ограниченно зависимой временной характеристикой.

Рис. 7.16. Встроенное реле типа РТВ:
1 – обмотка; 2 – ударник; 3 – неподвижный полюс (стоп); 4 – отключаю­щий валик; 5 – рычаг отключающего валика; 6 – поворотный переключа­тель отпаек; 7 – стопорное кольцо; 8 – спиральная пружина; 9 – тяга связи часового механизма и сердечника; 10 – установочный винт для изменения выдержки времени; 11 – пластина; 12 – рычаг; 13 – часовой механизм; 14 – корпус часового механизма; 15 – сердечник

При появлении в катушке реле достаточной силы якорь притягивается к неподвижному полюсу. Усилие через пружину как жесткую связь передается на ударник и толкает его вверх. Движению ударника препятствует часовой механизм, с которым он связан при помощи тяги. Скорость движения определяется силой тока в реле, что обусловливает зависимую часть харак­теристики (рис. 7.17).

Рис. 7.17. Характеристики времени срабатывания реле типа РТВ при разных уставках по времени

По истечении выдержки времени ударник освобождается и, ударяя по рычагу отключающего валика, освобождает механизм выключателя.

Начиная с токов, примерно 3-кратных току срабатывания, развивается усилие, достаточное для сжатия пружины, благодаря чему сердечник втягивается мгновенно. В этом случае скорость движения ударника определяется свойствами пружины и тормозным действием механизма и не зависит от силы тока в. реле, что обеспечивает независимую часть характеристики.

Уставку тока срабатывания I_у регулируют изменением числа витков обмотки реле при помощи штепсельного или поворотного переключателя (для исследуемых реле в пределах 5…10 А или 5…15 А). При необходимости большие уставки получают путем подбора наружных ответвлений с числом ω_уст = ω_расч. При этом

где F_м.с.р – магнитодвижущая сила срабатывания реле.

По техническим данным для реле РТВ F_м.с.р = 1500 А, для РТМ F_м.с.р = 1350 А.

Уставку выдержки времени регулируют при помощи установочного винта на часовом механизме.

Реле РТВ имеют большое потребление (20…50 В·А) и значительные погрешности по току (±10 %) и выдержкам времени (±0,3…0,5 с в независимой части).

Коэффициент возврата реле зависит от времени действия реле. В расчетах учитывается коэффициент возврата в конце сцепления с часовым механизмом: 0,5 при максимальной уставке выдержки времени, 0,7…0,8 при минимальной.

Варианты исполнения. Реле РТВ отличаются пределами уставок и временными характеристиками.

Реле РТВ, встраиваемые в приводы ППМ-10 и в приводы выключателей ВМП-10П, имеют пределы регулирования уставок тока 5…10 (через 1 А), 11…20 (через 2 А) и 20…35 А.

Реле привода ПП-61 и ПП-67 имеют три модификации: PTB-I и PTB-IV с уставками 5; 6; 7,5 и 10 А; реле РТВ-II и РТВ-V-10; 12,5; 15; 17.5А; реле РТВ-III и PTB-VI – 20, 25, 30 и 35 А. При этом в отличие от описанных временные характеристики реле PTB-I, РТВ-II и РТВ-III имеют независимую часть при кратности тока в реле 1,6…1,8 и более.

Реле максимального тока мгновенного действия РТМ не имеет часового механизма и отличается от РТВ широкой шкалой уставок токов срабатывания (до 150 А). Есть конструкции реле мгновенного действия, у которых ток срабатывания регулируется плавно изменением начального расстояния от сердечника до неподвижного полюса.

Благодаря простоте схем защит с реле РТМ и РТВ прямого действия, эти реле находят применение для защит в системах сельскою электроснабжения.

Электромагнитные соленоидные приводы ПС-10, ГГС-30 не имеют встроенных катушек-реле. Для выполнения защиты с питанием оперативных цепей непосредственно от трансформаторов тока применяют специальную приставку к приводу,

Кроме указанных ранее, используют реле минимального напряжения мгновенного действия РНМ и с выдержкой времени РНВ.

Испытания реле. При испытаниях реле типа РТВ проверяют шкалу токов срабатывания и снимают временные характеристики, которые могут значительно отличаться даже для реле одного типа.

Особенностью реле РТВ, которую необходимо учитывать при испытаниях, является сильная зависимость его сопротивления от положения сердечника внутри катушки и от протекающего тока. По этой причине питание реле РТВ в схеме испытаний (рис. 7.18) осуществляется от вторичной обмотки трансформатора тока, значение вторичного тока которого мало изменяется с измененным вторичной нагрузки. При этом значение первичного тока следует поддерживать постоянным. Вторичные обмотки трансформаторов тока включены параллельно для снижения коэффициента трансформации.

Рис 7.18. Схема испытаний реле РТВ:
Р – рубильник питания стенда; К – контактор; ЛТТ – многопредельный лабораторный трансформатор тока; ТТ – высоковольтный трансформатор тока с двумя сердечниками; РТВ – токовое реле с механической выдержкой времени, встроенное в привод выключателя; 1ВК, 3ВК – замыкающие вспомогательные контакты привода выключателя (разомкнутые при положении «Отключено» и замыкающиеся при включении); 2ВК – размыкающие вспомогательные контакты привода включателя (размыкающиеся при положении «Включено»); ЛЗ, ЛК – зеленая и красная лампы сигнализации положений «Отключено» и «Включено»

Ток срабатывания реле определяют при плавном увеличении тока в реле. Измеряют наибольшее значение, при котором сердечник освобождает защелку привода.

Ток возврата определяют при плавном снижении тока в реле в конце хода зацепления с часовым механизмом.

Время срабатывания защиты с реле РТВ измеряют с момента подачи тока в обмотку до момента размыкания контактов выключателя, к которым непосредственно и присоединяют цепь питания секундомера. В ла­бораторной схеме используют вспомогательные контакты привода, размыкающие в положении «Отключено» цепь катушки контактора, который выполняет роль выключателя. В зависимости от имеющейся аппаратуры вместо контактов К контактора могут быть использованы главные контакты выключателя, управляемого приводом с реле РТВ, что наиболее соответствует ре­альным условиям, или непосредственно вспомогательные контакты привода, размыкающиеся в положении «Отключено» (например, 3 ВК и 4 ВК), что вносит незначительную ошибку.