серии РТ – 80

Лабораторная работа 5

Испытание индукционных реле тока

серии РТ – 80

Цель работы: изучение конструкции реле серии РТ – 80, его характеристик и принципа действия. Выяснение возможности регулировки времени срабатывания в зависимой и независимой частях характеристик.

Индукционное максимальное реле тока РТ – 80 применяется для защиты электроустановок при перегрузках и коротких замыканиях (КЗ). Реле является комбинированным и состоит из трех элементов:

- индукционного элемента, срабатывание которого происходит с установленной выдержкой времени, при превышении контролируемым током (током нагрузки) заданной уставки по току;

- электромагнитного элемента мгновенного действия (отсечки), срабатывание которого происходит при превышении контролируемым током I_кз (током КЗ) установленной кратности (во сколько раз) по отношении к номинальному току. В лабораторной работе отрабатывается методика установки кратности;

- сигнализирующего элемента о срабатывании реле, действие которого происходит путём выталкивания механического указателя (указательного элемента) при срабатывании реле.

Реле производятся с 1901 года, в России - с 1902 года на электротехническом заводе г. Рига (Латвия тогда входила в состав России). В настоящее время в серии РТ – 80 выпускают 12 различных исполнений. Схематический вид реле приведен на рис. 1.

Принцип действия. Реле РТ – 80 выполнено на индукционном принципе в комбинации с электромагнитным элементом и имеет ограниченно зависимую характеристику выдержки времени. Индукционный элемент позволяет с помощью вращающегося диска и несложной кинематики осуществлять выдержку времени. Электромагнитный элемент позволяет при токах КЗ осуществлять мгновенное срабатывание реле, то есть производить отсечку защищаемого оборудования от источника электроэнергии.

Вращающий момент, действующий на диск индукционной системы, создается за счет взаимодействия между сдвинутыми в пространстве и по фазе магнитными потоками и индуктированными в диске токами.

Для получения двух магнитных потоков, сдвинутых в пространстве и по фазе, полюсы электромагнита расщепляются на две части, на одну из которых насаживаются короткозамкнутые витки (экранируют). Витки изготавливают из толстой медной проволоки. По существу – это медное кольцо, и ток, который протекает по кольцу, отстаёт от э.д.с. на 90°, то есть носит индуктивный характер. Поэтому потоки, выходящие соответственно из экранированной и неэкранированной частей полюса, создают в диске э.д.с., сдвинутые во времени и в пространстве.

Индуцированные э.д.с. создают в диске токи, которые, взаимодействуя с магнитными потоками, обуславливают появление вращающего момента М_вр. М_вр пропорционален квадрату тока и направлен по правилу левой руки от оси опережающего к оси отстающего потока. Таким образом, диск реле вращается от оси неэкранированной части к оси экранированной части полюса. При изменении уставок тока срабатывания величина вращающего момента М_вр также меняется. Это приводит к разным скоростям вращения диска, и увеличению погрешности в отсчёте времени, что нежелательно.

Для стабилизации скорости вращения диска на реле устанавливают постоянный магнит, который создаёт тормозной момент. Чем выше скорость вращения диска, тем большая э.д.с., согласно правилу Ленца, индуцируется в диске под полюсами постоянного магнита. Под действием этой э.д.с. в диске возникают более сильные вихревые токи, которые взаимодействуя с магнитными потоками постоянного магнита, создают тормозной момент пропорциональный скорости вращения диска.

Ограниченно зависимая выдержка времени создается насыщением магнитной системы при заданной кратности тока I_р. Для разных реле серии РТ – 80 этот ток находится в диапазоне (2 – 16) I_ср.

Устройство и работа реле.Устройствореле приведено на рис. 1. Основной элемент реле – катушка с устройством регулировки тока срабатывания 21. Катушка имеет сердечник электромагнита 1, в зазоре которого проходит край алюминиевого диска. Полюсы электромагнита расщеплены на две части, на одну из которых нанизаны короткозамкнутые витки 2, расположенные напротив друг друга с обеих сторон диска. Алюминиевый диск 3, насаженный вместе с червяком 4 на ось, укрепленную в подвижной рамке 8, начинает вращаться при токах, равных 20-30 % тока срабатывания реле. Реле при этом не срабатывает, так как пружина 9 удерживает рамку, имеющую свою неподвижную ось вращения, в оттянутом положении и червяк на оси диска не зацеплен с зубчатым сектором 5.

На рамку действуют две силы: F₁ и F₂. Сила F₁ создаётся электромагнитом 1, сила F₂ – пружиной 9, противодействующим движению рамки. При возрастании тока в реле до величины тока срабатывания равнодействующая сил F₁ и F₂ преодолевает натяжение пружины и поворачивает вокруг оси рамку 8, производя сцепление червячка 4 с зубчатым сектором 5. Сектор начинает подниматься, и через определенное время его рычаг 6 достигает коромысла якоря отсечки 16.

При дальнейшем подъеме по мере вращения диска сектор 5 поднимает коромысло 16, уменьшая тем самым зазор между правой стороной коромысла и сердечником электромагнита 1.

Как только зазор уменьшится до величины, соответствующей срабатыванию при данном значении тока в реле, якорь 15 притягивается к сердечнику электромагнита 1 и изоляционный упор 17, укрепленный на коромысле якоря 15, замкнет (или разомкнет, если контакты размыкающиеся) главные контакты реле 18. Одновременно коромысло вытолкнет механический указатель срабатывания реле (на рис. 1 не показан).

Для предотвращения ослабления сцепления червячной передачи под действием тяжести коромысла (с момента начала его подъема рычагом сектора) имеется стальная скобка 14, укрепленная на рамке 8. Она притягивается к электромагниту 1 за счет потоков рассеяния и обеспечивает дополнительное усилие, действующие в сторону сцепления червячной передачи. Коромысло совместно с электромагнитом 1 образует электромагнитный элемент реле (отсечка) с притягиваемым якорем.

В случае, если ток в реле превышает ток срабатывания отсечки, якорь отсечки сразу притягивается к электромагниту. При этом реле действует мгновенно.

Рис. 1 Схематический вид реле серии РТ – 80.

1 – электромагнит; 2 – короткозамкнутые витки; 3 – алюминиевый диск; 4 – червяк на оси диска; 5 – зубчатый сектор; 6 – рычаг зубчатого сектора (на реле типов РТ – 83, РТ – 84,

РТ – 86 рычаг ускорен); 7 – постоянный магнит; 8 – подвижная рамка; 9 – пружина оттягивающая рамку; 10 – плоская пружина; 11, 12 – регулировочные винты; 13 – упорный винт рамки; 14 – стальная скобка; 15 – якорь отсечки; 16 – коромысло якоря; 17 –изоляционный упор; 18 – главные контакты; 19 – сигнальные контакты (только на реле типов РТ – 83, РТ – 84, РТ – 86); 20 – устройство регулировки времени действия; 21 – устройство регулировки тока срабатывания; 22 – регулировочная головка элемента отсечки; 23 – шкала отсечки; 24 – упорная пластинка; 25 – скоба подвижной рамки; 26 – короткозамкнутый виток якоря отсечки.

Для устранения вибрации якоря, вызывающей неустойчивое замыкание контактов 18, на правом его конце насажен короткозамкнутый виток 26.

По количеству и типу контактов реле выполняются:

- РТ – 81Б/1, РТ – 81Б/2, РТ – 82Б/1, РТ – 82Б/2 – с одним нормально открытым контактом (перестановкой скобы, на которой укреплен неподвижный контакт, и пластины подвижного контакта можно получить нормально закрытый контакт);

- РТ – 83, РТ – 84, РТ – 86 имеют дополнительные сигнальные контакты.

Регулировка коэффициента возврата.Величина коэффициента возврата зависит от глубины зацепления передачи, натяжения пружины 9, трения в подпятниках рамки и зазора между стальной скобой 14 и сердечником электромагнита 1 при втянутом положении рамки. Если коэффициент возврата при проверке реле окажется ниже требуемой величины, то следует проверить возможность уменьшения глубины зацепления червячной передачи.

При уменьшении глубины зацепления необходимо повторно проверить срабатывание реле при максимальной уставке по времени, чтобы убедиться в надежности зацепления передачи при токе срабатывания по всей дуге сектора. Если сектор плавно поднимается вверх, не останавливаясь и не соскакивая вниз вплоть до срабатывания реле, можно закрепить гайку винта упора и приступить к проверке возврата реле. Если глубина зацепления нормальна и уменьшать ее нельзя, следует отогнуть на 2 - 3 мм от сердечника электромагнита стальную скобу рамки, после чего опять проверить работу передачи, чтобы убедиться, что сектор не соскакивает в начале подъема коромысла, а также проверить, не увеличился ли ток срабатывания. Если ток срабатывания увеличился относительно уставки, то следует дополнительно ослабить натяжение пружины 9.

Всю регулировку возврата реле следует вести при минимальной уставке по току, так как коэффициент возврата реле почти не зависит от уставок.

Проверка коэффициента возврата при включении нового реле должна производиться двумя способами: при плавном снижении тока в реле в момент подхода рычага сектора к коромыслу отсечки и при сбросе тока до величины тока возврата в момент подхода рычага сектора почти вплотную к коромыслу отсечки. Величина сбрасываемого тока должна быть равна пятикратному току уставки.

Коэффициент возврата при этом обычно оказывается несколько ниже, чем при плавном снижении тока, однако он не должен быть ниже 0,8. проверка возврата реле толчком введена на заводе изготовители при калибровке реле после обнаружения в эксплуатации случаев застревания сектора в верхнем положении при внезапном снятии тока. Поэтому такая проверка при включении нового реле является обязательной. Электромагнитный элемент отсечки должен находиться в положении, соответствующем выведенной отсечке, т.е. создавать максимальный момент, противодействующий подъему сектора.

Закончив регулировку тока срабатывания и возврата, нужно тщательно затянуть крепящие гайки регулировочных винтов 11, 12 и упорного винта 13, а также, если смещался магнит, регулировочные винты постоянного магнита 7.

Коммутационная способность контактов. Нормально открытые контакты реле типов РТ - 80Б, РТ - 83 и РТ - 84 способны включить цепь постоянного тока 5А при напряжении 220В, но разрыв включенной цепи должен быть произведен другими контактами, например контактами на валу масляного выключателя.

Нормально закрытые контакты этих реле способны разорвать переменный ток 2А при напряжении до 220В.

Нормально закрытые контакты реле типов РТ – 85, РТ - 85 и РТ - 95 способны дешунтировать катушку высоковольтного выключателя при токах до 150А и напряжении до 220В.

Снятие токовременных характеристик. Реле серии РТ–80 применяются для защиты объектов (распределительных сетей 6-10 кВ, понижающих силовых трансформаторов 35-110 кВ, высоковольтных электродвигателей и др.) от перегрузок и КЗ. В эксплуатации уставки по току - I_у (ток срабатывания реле) определяются параметрами защищаемого объекта: напряжением, мощностью, коэффициентами трансформаторов тока. В лаборатории ток уставки I_У, указывается преподавателем. Ток начала движения диска - ток троганья диска I_тр индукционного элемента будет соответствовать току, равному 20-30 % тока уставки.

Аналогично, выдержка времени в эксплуатации зависит от селективности защиты, и определяются схемой включения защищаемого объекта. В лаборатории ставка по времени - t_у, также указывается преподавателем.

Для обеспечения селективности защиты необходимо знать пределы регулировки реле и вид характеристики. Характеристика времени срабатывания реле, как функция кратности тока - токовременная характеристика реле, приведена на лицевой панели прибора и имеет вид гиперболы. На панели прибора приведены две токовременных характеристики – верхняя, снятая при максимальном времени уставки t_{у max}, нижняя - при минимальном времени уставки t_{у min}. На рис. 2 приведена токовременная характеристика реле.

Рис 2. Токовременная характеристика реле серии РТ - 80.

Характеристика состоит из двух частей - зависимой от тока (падающей или гиперболической, от начала координат до точки А) и независимой от тока (горизонтальной, вправо от точки А). Такая характеристика называется ограниченно зависимой.

Общее представление о пределах регулирования дают характеристики, снятые при предельных уставках времени и тока согласно данным в табл. 1.

Основные достоинства и недостатки реле Достоинствами реле семейства РТ – 80 являются:

- малая инерционная погрешность и быстрый возврат в начальное положение после отключения аварийного режима;

- отсутствие "памяти", то есть поведение реле не зависит от предшествующего режима;

- простота диагностики исправного состояния в процессе эксплуатации реле по факту вращения диска в нормальном режиме работы;

- стабильность характеристики выдержки времени реле, которая не меняется при регулировании уставки по току срабатывания;

- возможность в широких пределах регулировать ток срабатывания отсечки, а в случае надобности и выводить ее из действия.

К конструктивным недостаткам реле серии РТ - 80 следует отнести: большой разброс (до 10 - 15 % к уставке) тока срабатывания отсечки при уставках 4-16 кратной величины.

Схема внутренних соединений приведена на рис. 2. Для испытываемых реле (РТ-80, РТ-90) схемы внутренних соединений приведены в справочнике [1] или на реле.

Рис. 2. Схема внутренних соединений.

Испытание реле. Ознакомиться с конструктивным выполнением реле, взаимодействием элементов и способами регулировки. Ознакомиться со схемой стенда. Для снятия токовременной характеристики - подключить лабораторный трансформатор (ЛАТР) и реле согласно схеме рис.3. При этом контакты стенда 14 и 16, должны быть закорочены. Выключатели стенда должны находиться в положении «ОТКЛ.»

На испытуемом реле устанавливать ток уставки I_У, указанный преподавателем. При увеличении тока от ЛАТР‘а, зафиксировать ток начала движения диска - ток троганья диска I_тр., ток срабатывания I_ср, при котором зубчатый сектор соприкасается с червяком диска и ток возврата I_возв, при котором зубчатый сектор выходит из зацепления с червяком диска. Произвести проверку уставок по току срабатывания.

Результаты измерения токов срабатывания и времени срабатывания реле (при минимальной уставке по времени) занести в табл. 1.

Рис. 3. Схема подключений на стенде.

Токи уставки, I_У =

Ток троганья диска I_тр =

Ток срабатывания I_ср =

Ток возврата I_возв =

Коэффициент возврата находится в пределах (0,7-0,9).

Табл. 1.

Ход работы. При собранной схеме 3, включаем ГВ и ВТ и с помощью ЛАТРа устанавливаем заданный в табл.1 ток реле I_Р (по показанию амперметра). Отключаем ключ ГВ, ставим в исходное положение секундомер. Ключ ВС включаем. Снова включить ГВ. Снять показания секундомера и занести в табл. 1.

Для каждого значения тока реле время срабатывания определять 3 раза, которое, вместе с вычисленной средней величиной, заносятся в табл. 1.

Построить кривую рис. 2 среднего времени срабатывания от кратности t_ср. = f(I_Р /I_ср).