Основні теоретичні відомості по реле індукційного типу

В експлуатації все ще знаходиться досить велика кількість реле направлення потужності типів ИМБ та РБМ, виконаних на індукційному принципі. Конструктивно ці реле майже однакові, їх магнітопровід має квадратну форму, набраний з листової сталі (рис.4.1) з чотирма виступаючими полюсами. Між полюсами для зменшення опору магнітному потоку розміщений нерухомий стальний сердечник. В повітряний зазор між полюсами та сердечником вставлений рухомий елемент реле – алюмінієвий порожнистий циліндр 3 (барабанчик) який обертається навколо осі. Величина повітряного зазору в реле типу ИМБ - 2мм, а в реле РБМ - 1мм, тому його чутливість та швидкодія більші. Послідовна обмотка реле має дві секції 5, які намотані на протилежних полюсах. Секції з'єднані послідовно. Живлення секцій здійснюється від трансформатора струму лінії, що захищається.

Рис.4.1 Конструкція реле типу ИМБ (РБМ)

1 - ярмо; 2 - сердечник, зрізаний по твірні; 3 - рухомий алюмінієвий циліндр (барабанчик); 4 - чотири котушки паралельної обмотки; 5 - дві котушки послідовної обмотки; 6 - вісь; 7 - рухомий контакт; 8 - пружина; 9 - спіральна пружина; 10 - нижній підп’ятник; 11 - верхній підп'ятник

 

Паралельна обмотка реле, виконана з чотирьох секцій 4, з’єднаних також послідовно. Секції розміщені на ярмі 1. Таке розміщення цієї обмотки порівняно з розміщенням на полюсах дозволяє збільшити загальну кількість витків паралельної обмотки, що в свою чергу веде до збільшення намагнічуючої сили і потоку, що відповідно підвищує чутливість реле. Живлення паралельної обмотки здійснюється від трансформатора напруги лінії, що захищається. Реле направлення потужності в залежності від призначення можуть мати один або два контакти, що замикаються (реле односторонньої чи двосторонньої дії). Перші використовуються в схемах направлених захистів для визначення знаку потужності при коротких замиканнях (РБМ-171, ИМБ-І71А, ИМБ-178А, РБМ-178), інші – в схемах направлених поперечних захистів паралельних ліній (РБМ-271, РБМ-277, РБМ-278).

Струми, що проходять по його обмотках, створюють магнітні потоки та зсунуті в просторі на 90° за рахунок розміщення обмотки на магнітопроводі і по фазі на деякий кут ψ. Кожен із потоків двічі пронизує алюмінієвий циліндр і індукує в ньому вихрові струми (струми Фуко).

З теорії індукційних прикладів відомо, що обертаючий момент, що діє на рухому систему, визначається виразом

(4.1)

При відсутності насичення магнітної системи потік буде пропорційним струму в послідовній обмотці , а потік – пропорційним . Тоді

 

(4.2)

Схеми внутрішніх з'єднань основних типів реле приведені на рис. 4.2. Векторна діаграма реле направлення потужності приведена на рис. 4.3.

 

а) б) в)

Рис.4.2. Схеми внутрішніх з'єднань реле на­правлення потужності: а) – реле типу РБМ-171/1; б) – реле типу РБМ-271; в) – реле типу РБМ-277 (278)

Нехтуючи втратами в сталі, вектори потоків та можуть бути представлені збіжними по фазі з векторами відповідних струмів і . Величина кута визначається тільки параметрами паралельного ланцюга реле і для кожного типу реле є незмінною. Тоді, в залежності від положення вектора по відношенню до вектора , що визначається кутом , створюються дві області, які характеризуються позитивними і негативними значеннями моменту. Лінія переходу від по­зитивних моментів до негативних буде при ψ = 0° і ψ = 180°, коли вектор струму є збіжними, або в протифазі, з вектором (на рис.4.3 вектор для розглянутих випадків показаний пунктиром). При цих кутах, як видно з виразу (4.1) величина обертаючого моменту буде дорівнювати ну­лю:

(4.3)

Тому лінія зміни знака моменту ще називається лінією нульових мо­ментів. На векторній діаграмі кут доповнює до 90° кут (кут між век­торами струму в паралельній обмотці і напругою, підведеною до неї ).

 

Рис.4.3. Векторна діаграма реле направлення потужності змішаного типу

 

Кут може мати вираз , або , і вираз обертаючого моменту набуде вигляду , тобто

(4.4)

В залежності від значення кута розрізняються три типи реле:

1)реле активного типу (косинусне реле, при )

(4.5)

2)реле реактивного типу (синусне реле, при )

(4.6)

3) реле змішаного типу (при 0 < < 90°), для якого

(4.7)

На рис.4.3 приведена векторна діаграма для реле змішаного типу.

Обертаючий момент в індукційних приладах направлений в бік відстаючого потоку, тому контактна система виконана так, що у випадку, коли потік випереджає по фазі потік , обертаючий момент направлений в бік замикання контактів, реле спрацьовує ( – зона дії). Якщо потік відстає по фазі від потоку – реле не діє; момент направлений в бік розмикання контактів ( – зона не дії).

Із векторної діаграми і виразу (4.7) виходить, якщо або , тобто коли вектор струму випереджає вектор напруги на кут , при одних і тих значеннях струму і напруги, обертаючий момент на реле найбільший ():

Кут (внутрішній), при якому утворюється максимальний обертаючий момент на реле, називається кутом максимальної чутливості і позначається , а лінія, що проходить під цим кутом по відношенню до вектора напруги , називається лінією максимальних моментів.

Для реле типів РБМ-171/1 і РБМ-171/2, при підключенні їх до трансформатора напруги клемами 8-7 (риб.4.2,а), послідовно з обмоткою напруги включено опір R1. В цьому випадку і . Кут максимальної чутливості .

Коли це реле підключене до трансформатора напруги клемами 8-1, послідовно з об­моткою напруги реле буде включено два опори: R1 та R2. В цьому випадку кут , а кут максимальної чутливості . Такі значення кута максимальної чутливості мають реле типів РБМ-271/1 і РБМ-271/2.

Реле типів РБМ-171 і РБМ-271 включаються за 90°-ю схемою в комплектах захистів від міжфазних коротких замикань, де вони викори­стовуються як органи направлення потужності. В інших захистах вжива­ються інші схеми живлення і включення реле.

Короткі технічні характеристики реле потужності РБМ-171:

Реле випускається на номінальну напругу 100 В змінного струму ІН=5А та ІН=1 А. Реле не замикає контакти при струмах до 30 Ін і відсутності напруги. Коефіцієнт повернення не менший за 0,6. Час спрацювання реле не перевищує 0,04 сек. при куті максимальної чутливості і потужності, яка втричі перевищує потужність спрацювання. Час повернення при зниженні до нуля струму й напруги не перевищує 0,05сек. Для отримання кута максимальної чутливості "-30°" обмотка напруги живиться від зажимів 7-8, для отримання кута "-45°" - від зажимів 1-8.