Глава XV
РЕЛЕ ЗАЩИТЫ
§ 62. Общие положения
Реле является основным элементом релейной защиты. Реле имеет три органа: воспринимающий, промежуточный и исполнительный. Например, в электромагнитном реле воспринимающим органом является катушка, промежуточным — сердечник с якорем, исполнительным — контакты.
Реле могут быть классифицированы: 1) по принципу действия — электромагнитные, индукционные и реагирующие на неэлектрические параметры; 2) по роду электрических величин, вызывающих срабатывание, — токовые, напряжения, мощности, сопротивления; 3) по роду неэлектрических величин, вызывающих срабатывание,— реле температуры, времени, потока воздуха, потока воды, газовые и т. п.; 4) по способу включения воспринимающего органа — первичные и вторичные (см. § 59); 5) по способу воздействия на выключатель — прямого и косвенного действия; 6) по роду контактов — с замыкающими и размыкающими цепь контактами; 7) по назначению в устройствах защиты — токовые, напряжения, мощности, времени, сигнальные, промежуточные.
§ 63. Реле защиты электромагнитного типа
Электромагнитные реле по конструктивному выполнению магнитных систем могут быть с угловым перемещением якоря — клапанные, или поворотные, и с линейным перемещением якоря — втяжные.
По назначению в схемах защиты электромагнитные реле делятся на токовые, реле напряжения, промежуточные, указательные реле и реле времени.
Сила, действующая на якорь электромагнитного реле, пропорциональна квадрату магнитного потока в воздушном зазоре:
Магнитный поток, в свою очередь, может быть выражен отношением ампер-витков к магнитному сопротивлению:
следовательно:
. (63-1)
Сила притяжения якоря в электромагнитном реле пропорциональна квадрату тока реле лишь в том случае, если магнитное сопротивление неизменно. Но последнее зависит от величины воздушного зазора между якорем и сердечником и от насыщения стали магнитопровода.
Рис. 63-1. Схема конструкции электромагнитного токового реле типа PT-40 (ЭТ-520): 1 — электромагнит; 2 — катушка; 3 — якорь; 4 — пружина; 5 — контактный мостик; 6 — неподвижные контакты; 7 — шкала; 8 — рычаг указателя уставки
Если подставить это выражение в уравнение (63—1) и пренебречь магнитным сопротивлением стали, то
(63-2)
Таким образом, сила притяжения якоря в клапанном реле пропорциональна квадрату тока и обратно пропорциональна квадрату величины воздушного зазора.
В электромагнитном реле переменного тока при изменении силы притяжения якоря в течение периода может возникать вибрация якоря, которая вызывает в свою очередь вибрацию контактов. Для устранения этого вредного явления на расщепленные концы сердечников надевают короткозамкнутый виток.
Конструкция наиболее употребительного токового электромагнитного реле типа РТ-40 изображена на рис. 63-1. Обмотка реле секционирована, что позволяет изменять уставку тока реле в два раза путем переключения с последовательного на параллельное соединение. Плавное изменение уставки производится изменением натяжения пружины. Время срабатывания этого реле равно 0,02-0,03 сек при токе 2Iуст, мощность катушек 0,1 ВА. Высокий коэффициент возврата (порядка 0,85) достигается тем, что лепестковый якорь имеет малое сечение и при повороте оказывает небольшое влияние на магнитное сопротивление воздушного зазора.
Электромагнитные реле напряжения типа ЭН-520 устроены аналогичным образом. Если принять, что в этом случае 
, a zp=const, то вращающий момент на якоре будет пропорционален квадрату напряжения:
Реле тока прямого действия типа РТМ встраивается в привод. Реле питается от вторичной обмотки трансформатора тока и воздействует ударником непосредственно на отключающий рычаг привода.
Разрез реле РТМ изображен на рис. 63-2.
Изменение уставки реле (тока срабатывания) производится включением того или иного числа витков его обмотки. Для этого реле снабжается переключателем поворотного или штепсельного типа. Мощность срабатывания реле РТМ около 50 ВА.
Рис. 63-2. Встроенное реле тока прямого действия типа РТМ:
1 — отключающий рычаг привода; 2 — ударник; 3 — латунная гильза; 4 — сердечник; 5 — катушка; 6 — чугунный корпус привода
Реле тока прямого действия с выдержкой времени типа РТВ (рис. 63-3), так же как и РТМ, встроено в привод, но благодаря наличию часового механизма обладает ограниченно-зависимой характеристикой. При прохождении через катушку реле тока более тока срабатывания сердечник 4 втягивается и сжимает пружину 10, которая давит на стопорное кольцо 11. Но движению вверх ударника 2 препятствует часовой механизм.
Дело в том, что усилие от ударника через зубчатую рейку и систему зубчаток приводит в действие анкерный механизм. По мере качания анкера зубчатая рейка, связанная с ударником, перепускается поочередно на один зубец и ударник медленно поднимается. В конце хода ударника зубцов на рейке нет, поэтому ударник под действием пружины бьет по отключающему механизму.
Рис. 63-3. Встроенные реле тока прямого действия с выдержкой времени типа РТВ:
1 — отключающий рычаг привода; 2 — ударник; 3 — катушка; 4 — сердечник; 5 — часовой механизм выдержки времени; 6, 7, 8 — рычаг, пластина и установочный винт, регулирующие выдержку времени; 9 — ударник тяги; 10 — пружина; 11 — стопорное кольцо; 12 — переключатель
В интервале от тока срабатывания до трехкратного его значения пружина сжимается не полностью. В этих пределах тока реле имеет зависимую характеристику. При токах реле более трехкратного тока срабатывания пружина полностью сжимается и реле будет иметь независимую выдержку времени.
Изменение тока уставки производится так же, как и в реле РТМ, при помощи переключателя 12 (рис. 63-3). Регулировка выдержки времени производится установочным винтом 8.
Рис. 63-4. Схема конструкции указательного реле типа ЭС-21:
1 — якорь; 2 — пружина; 3 — магнитопровод; 4 — катушка; 5, 6 — контакты; 7 — ручка для завода флажка; 8 — флажок; 9 — крышка реле; 10 — окошечко
Установочный винт посредством, пластины 7 связан с рычагом 6. Перемещение этого рычага изменяет выдержку времени.
Указательные реле служат для визуального наблюдения и для световой и звуковой сигнализации о действии той или иной защиты. Работа этих реле позволяет быстро обнаружить, какая защита сработала, а это облегчает правильный анализ повреждений в установке.
Схема конструкции указательного реле типа ЭС-21 приведена на рис. 63-4. Реле показано при нормальном режиме, когда по катушке 4 ток не протекает. В этом положении флажок 8 поднят и удерживается выступом якоря 1. При протекании через катушку указательного реле тока отключающей катушки масляного выключателя якорь притягивается и флажок падает. В этом положении он виден через окошко 10 в крышке реле 9. Одновременно с падением флажка замыкаются контакты 6. Флажок поднимается рукояткой 7, расположенной на крышке реле.
Реле времени служат для замедления действия защиты и являются весьма важным аппаратом, обеспечивающим селективность работы защиты. В релейных защитах, не связанных с посадкой напряжения на шинах собственных нужд подстанции, могут быть использованы реле времени типа ЭВ-100 на постоянном токе и ЭВ-200 на переменном токе.
Эти реле имеют мгновенно переключающиеся контакты и контакты, замыкающиеся с выдержкой времени. Выдержка времени осуществляется анкерным механизмом и может изменяться в пределах от 0,1-1,3 до 2-7-20 сек.
Устройство реле времени типа ЭВ-122 изображено на рис. 63-5.
Рис. 63-5. Устройство реле времени типа ЭВ-122
Под действием тока в обмотке 24 сердечник 22 втягивается. Палец 16 теряет упор и зубчатый сектор 12 под действием пружины 7 со скобой 6 начинает вращаться, вследствие чего шестерня 11 с осью и подвижным контактом 10 начнет вращаться против часовой стрелки до замыкания контактов 10 и 9. Ось с шестерней 11 связана фрикционной передачей 5 с часовым механизмом (детали 1—4 и 13—15), с помощью которого создается выдержка времени. Если ток в обмотке 24 прекратится до замыкания контактов 10—9, то происходит расцепление шестерни 11 с шестерней 4 и система мгновенно возвращается в исходное положение под действием пружины 21.
Регулирование времени срабатывания реле осуществляется изменением расстояния между подвижным и неподвижным контактами 10 и 9. Для этого колодку с неподвижным контактом 9 перемещают по шкале 8 на определенное деление.
Реле ЭВ имеют также переключающиеся контакты мгновенного действия 17, 19 и 20, которые изменяют свое положение под действием поводка 18.
Для защиты на оперативном переменном токе, когда при коротком замыканий возможна посадка напряжения на шинах собственных нужд, применяется последовательное реле времени типа РВМ-12 и РВМ-13 (реле времени моторное).
Реле состоит из двух насыщающихся трансформаторов ТР (рис. 63-6), включаемых во вторичные цепи одного или двух трансформаторов тока. При замыкании цепей 9—11 или 11—13 электродвигатель начинает вращаться и через редуктор приводит в действие контакты. Пределы регулирования времени 0,5-4 и 1,0-10 сек.
Рис. 63-6. Схема соединений последовательного реле времени РВМ-12 и РВМ-13:
Рис. 63-7. Схема соединений· промежуточного реле типа РП-341:
Тр — насыщающийся трансформатор; Р — катушка реле; Κ1, Κ2 — контакты реле для силовых и оперативных цепей; В — выпрямитель; ТТ — трансформатор тока; С — конденсатор; Тр — насыщающиеся трансформаторы; Д — электродвигатель; ТТ — трансформатор тока; С — конденсаторы
Промежуточные реле в устройствах защиты, так же как и в устройствах автоматики, служат для повторения действия основных реле. В этом возникает необходимость в случае увеличения числа контактов или увеличения их мощности.
В качестве промежуточных реле постоянного тока применяются электромагнитные клапанные реле типа ЭП-1 для последовательного включения на токи 0,1254-3,8 а и параллельного включения на напряжение 12-110 в.
На переменном токе промежуточные реле выпускаются типов ЭП-41 и ЭП-43 на напряжение 12-500 в. Приведенные типы реле не являются единственными, имеются и другие.
В релейных защитах на оперативном переменном токе для увеличения мощности контактов применяется промежуточное реле типа РП-341, схема которого изображена на рис. 63-7.
Вторичная обмотка трансформатора тока ТТ включается через зажимы 8—14 последовательно с обмоткой насыщающегося трансформатора Тр. Однако через обмотку реле Р ток потечет лишь после того, как внешнее пусковое реле замкнет контакт в цепи зажимов 11—13. Если пусковое реле имеет размыкающиеся контакты, то они подключаются к зажимам 7—9, а зажимы 11—13 в этом случае закорачиваются.
При срабатывании реле Р его контакты Р1-Р4 меняют положение, при этом сначала замыкается контакт Р4, а лишь после этого размыкается контакт Р1.
Усиленные переключающие контакты Р1 и Р4 способны шунтировать и дешунтировать отключающие катушки приводов выключателей при переменном токе до 150 а. Схема включения усиленных контактов изображена на рис. 59-1, г.
Ток срабатывания реле 2,5 а при последовательном соединении обмоток насыщающего трансформатора и 5 а — при параллельном соединении, потребляемая мощность 6 Вт, собственное время срабатывания 0,05 сек.