Дослідження індукційного реле струму

Призначення та мета роботи

Вивчити принцип дії, конструктивне виконання і способи перевіркиіндукційних реле струму; дослідити основні характеристики і параметри цих реле.

 

Теоретичні відомості

Індукційні максимальні реле струму (наприклад» серії РТ-80) вико­ристовують для захисту електроустановок при перевантаженнях і КЗ. Реле, конструкцію якого приведено на рис. 3.1., є комбінованими і складається з двох елементів: індукційного з обмежено залежною витримкою часу і електромагнітного миттєвої дії (відсічки). Де­ які реле мають і елемент сигналізації з сигнальним прапорцем, який свідчить про спрацьовування реле.

Розімкнутий магнітопровід реле має складну конфігурацію з двома паралельни­ми гілками і ділить створюваний обмоткою реле магнітний потік на дві складові, одна з яких підводиться до індукційного елементу, а друга - до електромагнітного.

Рис. 3.1. Конструкція індукційного реле струму

1— розімкнутий магнітопровід, 2 — короткозамкнуті витки, 3 — упорний гвинт, 4 — обмежувач, 5 — скоба,, 6 — пружина, 7 – гвинт пружини, 8 - диск, 9 - постійний магніт, 10 — рамка, 11 – зубчатий сегмент, 12 – черв’як, 14 – фігурний важіль, 15 — штовхач, 16 — контакти, 17 – гвинт регулювання відсічки, 18 – якір відсічки, 19 – штепсель регулювання струму спрацювання, 20 – штепсельна колодка, 21 – резервний штепсель регулювання струму спрацювання, 22 - обмотка, 23 – шунт магнітопроводу.

 

Принцип дії індукційного реле заснований на взаємодії двох магнітних потоків з вихровими струмами, які індукуються в рухомій сис- темі реле. Індукційний елемент має електромагніт з короткозамкнутими витками (рис. 3.2.). Ця конструкція забезпечує створення двох зсунутих по фазі і заміщених в просторі магнітних потоків Ф1 і Ф2.

Потік Фр утворюється струмом Ір, що протікає по обмотці реле. Частина магнітного потоку (Фр) замикається через магнітопровід з короткозамкнутими витками, перетинаючи диск, інша частина потоку диск не перетинає і замикається через шунт магнітопроводу.

Рис. 3.2. Рис. 3.3.

В короткозамкнутих витках індукується струм Ін, який утворює свій магнітний потік Фк, що відстає по фазі від Фр. Взаємодіючи, потоки Фр та Фк утворюють потоки Ф1 ті Ф2, які перетинають диск в різних перерізах (рис. 3.2): ; . Таким чином диск перетинають два зсунуті по фазі і в просторі магнітні потоки. Потоки викликають появу у диску е.р.с. ЕІ та ЕІІ. Е.р.с. утворюють вихреві струми у диску ІІ та ІІІ, що за рахунок в основному активного опору диску співпадають по фазі з відповідними е.р.с. (рис. 3.3.). Виникає біжуче магнітне поле, під дією якого утворюється електромагнітна сила Fе, що діє на алюмінієвий лиск, який обертається навколо осі в підшипниках, розміщених на ру­хомій рамці. Електромагнітна сила створює обертаючий момент: , де φ- кут між потоками; k - коефіцієнт пропорційності. Оскільки обидва магнітні потоки пропорційні струму Ір і кут φ при зміні струму Ір залишається незмінним, вираз для обертаючого моменту можемо представити у вигляді:

 

Зазначимо, що із збільшенням струму в обмотці реле обертаючий момент зростає спочатку пропорційно квадрату струму, а потім, з початком насичення магнітопроводу, зростання його різко вповільнюється за рахунок обмеження магнітного потоку при насиченні. Відповідно до цього час спрацьовування спочатку різко зменшується (залежна частина харак­теристики), а потім стає майже незмінним (незалежна частина). За ДСТУ для реле РТ- 80 незалежною частиною характеристики вважається та її частина, при якій затримка часу збільшується не більше ніж на 25 % зна­чення, виміряного при 20-кратному струмі спрацьовування. Незалежна частина характеристики починається приблизно при 8 - кратному струмі спрацьовування.

Для дії реле необхідно, щоб черв’як, який знаходиться на осі диска, зчепився із зубчатим сегментом і підняв його до замикання контактів реле. Електромагнітній силі Fe протидіє сила пружності Fn, яка перешкоджає зчепленню сегмента з черв’яком при струмі, меншому від струму спрацьовування реле. При деякому струмі в реле (20-30 % Ісп індукційного елементу) обертаючий момент переборює сили тертя і диск починає обертатися.

Протилежний магнітопроводу кінець диска проходить між полюсами постійного магніту. При обертанні диска створюються гальмівний момент від постійного магніту і момент від струмів різання, які перешкоджають обертанню диска. При струмі в реле, більшому ніж струм спрацьовування індукційного елемента (Ір>Ісп.і.), сума обертаючого і гальмівного моментів переборює момент протидіючої пружини (Ме - Мт > Мп).

При цьому рамка переміщується, зчеплюючи черв’як із зубчатим сегментом. Після зчеплення рух рамки вгамовується, але диск продовжує обертатись і за допомогою черв’яка піднімає сегмент угору. Сегмент піднімає коромисло, зв'язане з якорем, і замикає контакти реле. При струмі в реле, меншому ніж струм повернення, момент протидіючої пружини переборює електромагнітний момент, і рамка повертається в початкове положення, розчіплюючи черв’як з сегментом. Сегмент падає на упор, контакти роз'єднуються.

Надійне зчеплення черв’ячної передачі забезпечується стальною пластинкою, яка закріплена на рамці і притягується до магнітної системи під дією потоків розсіювання. Підгинанням цієї пластинки регулюють коефіцієнт повернення реле.

Струм спрацьовування індукційного елементу регулюється східчасто шляхом зміни кількості витків обмотки реле за допомогою штепселя.

Для збільшення струму спрацьовування зменшують кількість витків. Для заміни уставок струму спрацьовування індукційного елемента без розриву ланцюга трансформатора струму реле має резервний штепсель з пластмасовою голівкою, який знаходиться в холостому гнізді штепсельної колодки. При заміні уставки необхідно спочатку вкрутити запасний штепсель в потрібне гніздо, а потім перенести другий штепсель в пусте гніздо.

Час спрацьовування регулюється зміною початкового положення зубчатого сегмента. Чим нижче початкове положення, тим довший шлях потрібно пройти сегменту до коромисла якоря, тим більший час спрацьовування. Шкала витримок часу спрацьовування відповідає десятикратному струму спрацьовування.

Основою електромагнітного елементу є якір, який представляє собою незрівноважене коромисло. На якір діють потоки розсіювання електромагніту. При малих струмах під дією протидіючого моменту Мя, визваного незрівноваженістю якоря, останній хоче повернутися проти го­динникової стрілки і притуляється до регулюючого гвинта. Відсічка не працює, контакти реле не замикаються. При струмах спрацьовування відсічки (Ісп.відс. = (4-8) Ісп.і.) праве плече якоря притягується до елек­тромагніту, і коромисло миттєво замикає контакти реле. Відсічка спрацьовує.

При струмах в реле, близьких до струму спрацьовування відсічки, якір зазнає відносно великих вібрацій. Це спричиняє значний розкид струму спрацьовування відсічки. Для зменшення вібрації на правому плечі якоря розміщено короткозамкнутий виток. Тут же встановлено немагнітну заклепку, яка запобігає залипанню якоря.

Струм спрацьовування електромагнітного елементу регулюється шля­хом зміни довжини повітряного зазору між якорем і електромагнітом за допомогою регулюючого гвинта, на якому нанесено шкалу уставок крат­ності струму спрацьовування відсічки до струму спрацьовування індукційного елемента. Для збільшення струму спрацьовування відсічки повітряний зазор збільшують.

Таким чином, можна виділити наступні основні елементи в конст­рукції індукційного реле струму: електромагніт з обмоткою реле, якір з коромислом для замкнення контактів, рамку зі стальною пружинячою пластинкою і диском, на осі якого закріплено черв’як, зубчатий сегмент, який управляє роботою контактів, постійний магніт, вихідні контакти, штепсельна колодка для змінення кількості витків обмотки зі шкалою уста­вок струму, регулюючий гвинт зміни величини повітряного зазору між якорем і електромагнітом зі шкалою кратності струму, зажим фіксації по­чаткового положення сегмента на шкалі витримки часу.

Більш детально конструктивні особливості реле описано в [1,3], яку необхідно використовувати при домашній підготовці до роботи.

Наведемо деякі технічні дані реле РТ-85 [1,6]. Похибка струму спрацьовування індукційного елемента відносно уставки не перевищує ±5%. Струм початку вільного обертання диска складає не більше 30% струму спрацьовування індукційного елемента. Діапазон струму спрацьо­вування (виражене в процентах відношення найбільшої різниці виміряних величин до напівсуми цих величин) не перевищує 4%. Незалежна частина характеристики починається при 8-10 - кратному струмі уставки. Ко­ефіцієнт повернення реле не менше 0,8. Час спрацьовування при 4- кратному струмі уставки не перевищує значень: 6 сек /при tуст. = 4 сек/; 4,6 с /3 с /; 3,1 с /2 с/; 1 с /1,65 с/; 0,5 с /0,9 с/. Відхилення часу спрацьовування індукційного елемента від уставки при 10-кратному струмі уставки не повинно перевищувати значень: ± 0,25 с /при tуст. = 4 с/; ± 0,2 с /3 с/; ± 0,2 с /2 с/; ±0,15 с / 1 с/; ±0,1 с/0,5 с/.

При невідповідності шкал уставок дійсним значенням проводиться регулювання реле. Регулювання часу спрацьовування індукційного еле­менту при 10-кратному струмі уставки проводиться підбором положення постійного магніту. Регулювання струму спрацьовування індукційного елемента проводиться підбором натягу пружини повернення. Регулювання струму повернення проводиться підгинанням стальної пластинки на ру­хомій рамці. Чим ближче пластинка до магнітопроводу, тим менший струм повернення.

Порядок виконання роботи

3.1. Вивчити принцип дії, конструкцію і схему внутрішніх з'єднань індукційного реле струму (на основі домашньої підготовки, використо­вуючи методичні вказівки та рекомендовану літературу). Чітко виділить основні елементи конструкції реле (наприклад, серії РТ-80).

3.2. Дослідити параметри спрацьовування і повернення індукційного еле­мента реле струму типу РТ-80.

Дослідження провести для 4-5 уставок струму спрацьовування індукційного елементу реле. За струм спрацьовування індукційного елементу приймаємо струм, при якому починає обертатися диск і відбувається за­чеплення зубчатого сегменту з черв’яком. За струм повернення - струм, при якому проходить розчеплення черв’яка і зубчатого сегменту. При про­веденні досліджень встановити максимальну витримку часу (tуст. = 4 сек).

Для визначення струмів дії реле скласти схему з використанням пристрою перевірки захистів ППЗ (рис. 3.4.).

Рис.3.4 Схема експериментальних досліджень

 

Струм спрацьовування і струм повернення Ісп, Іп визначають як середнє арифметичне із трьох вимірів. Визначити коефіцієнт повернення Кп = Іп / Ісп. Результати вимірювань занести до табл. 3.1. Для однієї з уставок визначити струм початку обертання диска Іпоч.об.

 

Таблиця 3.1

Тип реле -	tуст. макс.=
Іуст, А
Іпоч.об, А
Ісп, А
Іп, А
Кп

3.3. Дослідити залежність часу спрацьовування реле tсп від струму в обмотці реле Ір.

Для дослідження використовують схему попереднього досліду (рис.3.4) і електросекундомір ППЗ, Уставки по струму спрацьовування індукційного елемента Іуст.і, по часу спрацьовування tycт, по струму спрацьовування відсічки Іуст.відс. (або кратність Квідс. струму спрацьовування відсічки до струму спрацьовування індукційного елемента) вибираються з табл. 3.2 відповідно до номеру бригади.

 

Таблиця 3.2

№ бриг.
Іуст.і	2.0	2.5	3.0	4.0	2.0	2.5	3.0	4.0
Квідс.
tycт	0.5	І

 

Дослідження провести при виведеній відсічці (регулюючий гвинт відсічки вивернути до упору проти годинникової стрілки) і при введеній. Заміри часу проводити по три рази для кожного значення струму. Межа зміни струму в обмотці реле Ір=3-12,5 А. Результати записати в табл.3.3. Побудувати залежність tc=f(Ір/Iуст), порівняти їх та зробити висновки.

 

Таблиця 3.3

	Іуст.і= _ ___, tуст =
Ір, А
К=Ір/Іус
Відсічку виведено	t1, c
t2, c
t3, c
tcер, c
Відсічку введено Іуст.від.=	t1, с
t2, c
t3,c
tcер, c

 

3.4. Визначити параметри спрацьовування струмової відсічки. Перевірити шкалу кратності уставок струмової відсічки. Значення уставок струмової відсічки задає викладач. Струми спрацьовування та повернення визначаються як середнє арифметичне з трьох вимірювань. Результати записати до табл.3.4. При визначенні струму спрацьовування відсічки рухома рамка індукційного елемента блокується.

 

Таблиця 3.4

Коеф. відсічки
Іуст.відс., А
Ісп, А
Іп, А
Кп

 

Контрольні запитання

1. Принцип дії, конструкція і схема внутрішніх з'єднань індукційного реле струму (наприклад, серії РТ-80).
2. Аналіз сил та моментів, що діють на диск індукційного елемента і якір електромагнітного елемента.
3. Характеристика витримки часу індукційного реле струму.
4. Коли час дії реле РТ-80, що працює в залежній частині характеристики, більший - при включеній чи виведеній відсічці? Дати пояснення.
5. Яким чином отримують обмежено - залежну характеристику в реле РТ-80? Як проводиться зміна часу дії реле в незалежній частині характеристики?
6. Як регулюється величина струму спрацьовування індукційного елемента реле РТ-80?
7. Як регулюється величина струму спрацьовування відсічки реле РТ-80?
8. Використовуючи конструкцію індукційного реле струму, вказати шляхи регулювання коефіцієнта повернення реле?
9. Чи можна виконати індукційне реле, яке реагує на постійний струм?

 

 

Лабораторна робота № 4