Индукционные реле в устройствах релейной защиты получили весьма широкое распространение. На этом принципе работают реле тока, напряжения, мощности и другие реле.
Принцип действия индукционных реле аналогичен принципу действия индукционных измерительных приборов. В качестве подвижной системы ротора в индукционных реле служит медный или алюминиевый .цилиндр или диск. Этот диск, поворачиваясь, замыкает контакты.
Вращающий момент на роторе
(64-1)
где k — коэффициент пропорциональности;
Φ1, Ф2 — магнитные потоки от токовой обмотки и обмотки напряжения;
ψ — угол сдвига между магнитными потоками Φ1 и Ф2.
На основании выражения (64-1) можно сделать следующие выводы:
- результирующее направление вращения диска зависит от знака sin ψ: если поток Ф2 опережает Ф2 то sin φ положителен. Результирующая сила, поворачивающая ротор, будет всегда направлена от оси опережающего потока к оси отстающего потока;
- для изменения направления вращения диска достаточно в одной из обмоток реле изменить направление тока;
- величина силы пропорциональна магнитным потокам (токам в обмотках), их частоте и увеличивается с увеличением угла ψ в пределах до 90°;
- вращающий момент в диске может быть получен только при наличии двух магнитных потоков, сдвинутых на угол ψ>0;
- индукционные реле работают только на переменном токе.
Время действия индукционных реле зависит от скорости вращения подвижной системы и от угла поворота до замыкания контакта.
Скорость вращения подвижной системы зависит от величины магнитного потока, а следовательно, от тока в электромагнитах. Таким образом, в индукционных реле легко может быть получена зависимая характеристика. Независимая часть характеристики получается за счет насыщения сердечника электромагнитов.
Для увеличения выдержки времени иногда применяют постоянные магниты. При вращении диска эти магниты наводят в диске токи, взаимодействие которых с магнитным потоком создает тормозной момент. Тот же постоянный магнит служит для устранения инерционного вращения диска после исчезновения тока в электромагнитах.
Быстродействие индукционных реле достигается за счет уменьшения угла поворота и уменьшения момента инерции подвижной системы. Например, индукционные реле с цилиндрическим ротором благодаря малому диаметру ротора имеют время действия около 0,02—0,04 сек, т. е. по времени действия не отличаются от электромагнитных реле.
Наконец, необходимо отметить еще одну важную особенность в работе индукционных реле. Момент сопротивления ротора при закручивании пружины возрастает, а момент электромагнитных сил при неизменном токе остается постоянным. В результате диск остановится, не дойдя до контакта, или нажим на контакты будет очень слабым. Для устранения этого недостатка в диске делают радиальные надрезы таким образом, чтобы по мере поворота диска длина надрезов в зоне магнитного потока уменьшалась, а момент вращения увеличивался.
Наиболее употребительными индукционными реле на тяговых подстанциях являются реле серии РТ-80 и ИМБ-170.
Индукционное токовое реле серии РТ-80 (рис. 64-1) состоит из комбинации двух элементов: индукционного и электромагнитного. Первый обеспечивает ограниченно-зависимую характеристику времени действия, а второй — независимую характеристику и отсечку (см. рис. 59-2, д).
Индукционный элемент реле имеет электромагниты 1 и диск 5, вращающийся в центрах рамы 10. Электромагнитная сила F3 в диске возникает вследствие того, что полюсные наконечники электромагнита снабжены короткозамкнутыми витками 2, которые создают потоки Φ1 и Ф2, сдвинутые на угол ψ. Рама 10, на которой крепится диск, вращается в центрах и оттягивается пружиной 4. Под действием силы диск может вращаться и одновременно поворачиваться вокруг оси 9. При этом червяк 8 диска входит в зацепление с зубчатым сегментом 7 и поднимает последний до тех пор, пока не повернет коромысло 12, которое, в свою очередь, замыкает контакты 14. При повороте коромысла 12 зазор между якорем 16 и сердечником 1 уменьшается и сердечник притягивается. Этим обеспечивается надежное нажатие на контакты.
Рис. 64-1. Схема конструкции токового реле типа РТ-80
Время срабатывания реле регулируется винтом 13, изменяющим высоту упора 11, на котором покоится сегмент 7. Ток уставки регулируется изменением числа витков катушки 19 при помощи штепселей 17, вставляемых в гнезда планки 18.
Для обеспечения надежного сцепления червяка с сегментом и преодоления силы пружины 4 рама 10 снабжается скобой 5, которая, притягиваясь к электромагниту 1, создает момент, компенсирующий момент пружины.
Электромагнитный элемент реле состоит из якоря 16 и сердечника 1. На якорь действуют потоки рассеяния электромагнитного реле. При токах в реле, превышающих в 4-16 раз ток уставки, якорь притягивается и мгновенно замыкает контакты. Ток отсечки регулируется изменением воздушного зазора при помощи винта 15. Постоянный магнит 6 служит для торможения диска при отключении тока.
В зависимости от времени срабатывания и мощности контактов реле имеют различные модификации. Реле типов РТ-81, PT-82, PT-83, РТ-84 имеют мощность контактов до 50 а, а РТ-85, РТ-86 — до 150 а.
Индукционное реле максимального тока типа РТ-90 применяется для защиты установок от перегрузки и коротких замыканий. Реле выполнен· на основе реле РТ-80, но имеет мало зависимую оттока выдержку времени (рис. 64-2,а). По существу эта независимая характеристика и включает как бы три реле — токовое реле, реагирующее на перегрузку, реле времени и реле токовой отсечки.
Рис. 64-2. Реле РТ-90:
а — временные характеристики; б — схема соединения
Реле РТ-91 имеет контакты на 50 а, а реле РТ-95 — на 150 а, потребляемая мощность около 25 Вт. Пределы изменения характеристик в зоне I—II производятся изменением числа витков катушки (рис. 64-2,б).