Что такое дифференциальное реле

Дифференциальное реле: предназначение, область применения и конструктивные особенности

Устройства защитного отключения – коротко УЗО, дифференциальные реле и дифференциальные автоматы – это по сути одни и те же устройства, незначительно отличающиеся друг от друга по принципу срабатывания и конструктивному наполнению.

Под дифференциальным реле понимается прибор, предназначенный для защиты людей от поражения электротоком при непосредственном прикосновении к какой-либо токоведущей поверхности. Это может быть неизолированный провод, электрический аппарат, корпус которого попал под напряжение и даже влажная древесина.

Устройства, способные защитить от пожаров на оборудовании с поврежденной изоляцией и неисправной электропроводкой в среде специалистов-электриков называются дифреле, цена на которые может разниться в зависимости от типа прибора. Но, так или иначе, УЗО размыкают цепь при возникновении в проводке дисбаланса тока в результате его утечки и останавливают подачу электроэнергии за 10-20 миллисекунд – такова инерция устройства.

Промышленность выпускает дифреле двух разновидностей:

1.Тип АС. Такие реле призваны реагировать на утечку синусоидальных – переменных токов.

2.Тип А. Предназначены для установки в тех электроцепях, которые питают оборудование, имеющее в своем составе выпрямители либо тиристоры. То есть там, где в случае пробоя изоляции возникает утечка как постоянного, так и переменного тока. Указание об установке именно таких реле встречается в инструкциях по эксплуатации некоторых бытовых приборов.

Чем дифреле отличается от дифавтомата

Дифреле или УЗО с дифференциальным автоматом имеет некое сходство, особенно внешнее, но вот принцип действия этих приборов существенно разнится. Дифференциальное реле предполагает проведение моментального векторного анализа тока в отношении фаза – 0. Если сумма векторов отлична от нуля, то механизм получает сигнал на размыкание цепи, то есть реагирует на утечку электротока. Дифавтомат же реагирует на так называемые сверхтоки, возникающие при перегрузке и коротком замыкании, хотя некоторые из этих приборов реагируют и на утекание тока в землю, выполняя функции автомата и реле одновременно.

Поскольку дифреле и дифавтомат невероятно схожи, отличить их дилетанту-электромонтеру достаточно сложно – необходимо знать маркировку. Да и установку приборов, способных защищать от возгораний и как следствие, обеспечивать безопасность жизни и здоровья, лучше доверять квалифицированным мастерам. Данные агрегаты монтируются после вводного счетчика в электрощите на закрепленной DIN-рейке. При напряжении 220В они имеют две клеммы на входе и две на выходе. На промышленных предприятиях и в местах, где предусмотрено напряжение в 380В, на входе и выходе устанавливается по четыре клеммы.

Источник

ООО Свой Мастер & PoliStyle

Статьи:

Чем отличается УЗО, дифференциальное реле и диффавтомат?

Внешне, дифференциальное реле и дифференциальный автомат, очень схожи. При покупке может возникнуть вопрос как различить внешне УЗО, дифференциальное реле и диффавтомат. Отмечу сразу, что УЗО и дифференциальное реле это одно и то же устройство. УЗО-устройство защитного отключения, термин стран СНГ, а понятие дифференциальное реле и диффавтомат пришло к нам из стран Европы.

Что такое дифференциальное реле? Напомню, что дифференциальное реле срабатывает только на ток утечки, и некоторые виды на ток короткого замыкания. Диффавтомат срабатывает ещё от перегрузки и токов к.з. То есть при увеличении количества подключаемых приборов, он может сработать и защитить электрическую проводку от возгорания.

Рис. 1 Дифференциальное реле (Диффреле).

2. Флажок включения/выключения.

3. Кнопка «Теst» тестирования.

5. УЗО разомкнет цепь при возникновении токов утечки свыше 0,03А.

6. Предназначен для цепей переменного тока.

7. Данное УЗО сможет пропустить ток не более 25A, но не сработает на перегрузку, т.к. не указан класс защиты.

8. Для переменного напряжения 230В.

10. Рассчитано на ток 25 Ампер.

11. Дифференциальное реле двухполюсное, т.е. имеет два входа и два выхода.

Рис.2 Дифференциальный автомат (диффавтомат).

2. Флажок включения/выключения.

3. Кнопка «Теst» для ежемесячного тестирования.

4. Предназначен для цепей переменного тока.

5. УЗО разомкнет цепь при возникновении токов утечки свыше 0,01А.

6. Данное УЗО сможет пропустить ток не более 10A, сработает на перегрузку (т.к. указан класс защиты С), и на короткое замыкание в цепи.

7. Для переменного напряжения 230В.

10. Рассчитан на ток 10 Ампер.

11. Диффавтомат двухполюсный 1+N, т.е. имеет два входа сверху атомата (фаза и ноль) и два выхода снизу автомата (фаза и ноль).

12. Класс защиты, в данном случае «C».

Чтобы различить УЗО и диффавтомат немецкой фирмы Мёллер, то нужно в первую очередь смотреть на различающие надписи. На рис.1 надпись на синем фоне-диффреле, на рис. 2 надпись на жёлтом фоне-диффавтомат.

Ещё проще, у диффавтомата есть надпись класса защиты С или B и рядом числовое значение величины тока, на который он рассчитан (рис.2 п.6). На диффреле просто In и рядом величина тока. Это касается обозначения на изделиях всех производителей.

Ещё проще, у всех производителей флажок включения/выключения и кнопка «Теst» расположены с разных сторон. У Мёллера у диффреле тест слева, а флажок-справа, а у диффавтомата всё наоборот.

На рисунке ниже отображены различия между дифреле (УЗО) и дифавтоматами.

Источник

Реле для бытовых электросетей: виды, назначение и принцип работ

В статье рассматривается устройство современных реле, применение в быту и подключение реле контроля напряжения, дифференциального реле, реле времени, реле приоритетного контроля мощности, реле контроля освещенности, реле контроля температуры, силовые реле или контакторы.

Что такое реле

Реле — это устройство, способное при возникновении контролируемого им условия коммутировать (разрывать или соединять) различные элементы электросети. В домашней электросети различные типы реле используются для организации автоматического выполнения операций, требующих включения-отключения электроприборов, а также ряда защитных функций.

Современное реле, использующееся в быту, обычно состоит из трёх элементов, собранных в одном корпусе:

В зависимости от используемого типа датчика и модуля обработки наиболее распространёнными являются следующие типы реле:

Рассмотрим все указанные выше виды реле более подробно.

Описание и принцип действия реле контроля напряжения

Поскольку качество электроснабжения в большинстве городов России остается довольно низким, то приходится самостоятельно решать вопрос защиты бытовой техники от резких скачков в питающей электросети. Большинство реле контроля напряжения выполняется на базе микроконтроллера с высоким быстродействием, в функции которого входит постоянное отслеживание величины питающего напряжения. При превышении напряжением заданного минимального или максимального порога производит защитное отключение подключенного через реле оборудования от электросети.

Стандартным порогом срабатывания реле контроля напряжения является минимальное напряжение питающей сети менее 170 В и максимальное — 250 В. После отключения прибор продолжает контроль питающей сети, после стабилизации напряжения на безопасном уровне включается выдержка времени, после чего реле автоматически подключает защищаемую электросеть к питающей энергосистеме.

Структурная схема реле контроля напряжения

Данные приборы рекомендуют устанавливать непосредственно после вводного автомата и счетчика, благодаря чему одним реле защищается вся внутренняя электросеть.

Подключение реле контроля напряжения (барьер с креплением на DIN рейку)

Выбор мощности данного реле производится с учётом возникновения бросков тока при одновременном отключении большого количества электроприборов, особенно работающих двигателей. Наиболее оптимальным является 4-х или 5-ти кратное превышение коммутационного тока реле контроля напряжения на вводном автоматическом выключателе.

В том случае, если необходимо защитить только отдельный бытовой прибор или маленькую группу, можно использовать реле контроля напряжения, выполненное в корпусе под стандартную розетку или размещённое в корпусе удлинителя.

При покупке данного типа реле имеет смысл отдавать предпочтение более дорогим моделям с индикацией величины сетевого напряжения и возможностью самостоятельного изменения верхней и нижней границы срабатывания защиты.

При выборе реле контроля напряжения можно остановиться на различных проверенных временем производителях из СНГ. Объясняется это просто — проблемы с элетроснабжением у нас общие.

Описание и принцип действия дифференциального реле (УЗО)

Данное реле используется в связи с необходимостью защитить человека от поражающего воздействия электрического тока. При соприкосновении человека с оголенной проводкой или корпусом электроприбора, находящемся под напряжением, через его тело начинает протекать ток «утечки».

Как известно в сетях 220 В, 50 Гц при протекании через человеческое тело тока в 8–10 мА ощущаются очень сильная боль и спазмы, а 100 мА через 2–3 секунды вызывает остановку сердца у взрослого человека. Именно для защиты от протекания токов утечки в электросетях предназначено реле дифференциальной защиты.

По внутреннему устройству они могут быть как электронными с возможностью регулирования тока срабатывания защиты, так и электромеханическими. Для домашних целей целесообразно отдавать предпочтение электронным, поскольку они могут гарантировать отключение электроэнергии при токе утечки в 2–3 мА, чем спасут жизнь, как взрослому, так и шаловливому ребенку.

Принципиальное устройство дифференциального реле

Принцип действия электронного однофазного дифференциального реле довольно прост. Электроникой контролируется ток, протекающий по нулевому проводу (N) и по «фазе» (L), в случае возникновения разницы между ними, превышающей заданную величину, подаётся команда на отключение электропитания.

В дифференциальное реле может встраиваться тепловая и максимальная токовая защита, что позволяет использовать его вместо вводного разъединителя или автоматического выключателя. Во время коммутации важно правильно подключить к реле «фазу» и «ноль», в случае ошибки дифференциальное реле или УЗО работать не будет.

Смонтированное в распределительную коробку УЗО

В отношении дифференциальных реле или УЗО есть важное правило — ток срабатывания должен быть меньше смертельного для человека. Надёжны как многие производители из СНГ, так и такие известные бренды, как АВВ или Siemens.

Описание и принцип действия реле времени, программируемые реле-таймеры

В каждом доме есть электроприборы, использование которых можно было бы оптимизировать с помощью автоматического включения или отключения с определённой выдержкой времени.

Наиболее простым примером использования реле времени может стать организация включения-выключения нагнетающего компрессора для аквариумов. Реле времени можно применять для автоматического отключения света в общем коридоре после его включения, незаменимо реле времени при организации автоматического полива, а также в других системах автоматики.

Имеющиеся в продаже реле времени могут быть как цифровыми, так и электромеханическими. Благодаря наличию информативного экрана и микроконтроллерной системы управления ряд моделей может поддерживать одновременный отсчет нескольких заданий, а также работать в цикличном режиме с привязкой к времени суток, что может использоваться в различных системах автоматизации.

Функциональная схема простейшего электронное реле времени

Электронное и электромеханическое реле времени

Цена данных реле очень сильно зависит от их возможностей, выбирать нужно под конкретный случай с учётом точности регулировки, максимальной выдержки, необходимого количества каналов.

Описание и принцип действия реле приоритетного контроля мощности (тока)

Повышение интеллектуальности бытовых сетей стало возможным с использованием реле контроля мощности. Данное оборудование используется для ограничения максимальной нагрузки в слабых по мощности электросетях.

Функционально данное реле состоит из нескольких контролируемых линий. Каждая линия на центральный процессор передает данные по току в нагрузке, при превышении суммарной мощностью защитного порога происходит автоматическое отключение одной из выходных линий. При этом одна из линий имеет приоритет над всеми остальными, её отключение производится только в случае возникновения аварийного тока. После снижения потребления электроэнергии по главной линии производится автоматическое включение второстепенных потребителей.

Функциональная схема реле приоритетного контроля мощности потребления

Максимальная мощность срабатывания защиты может регулироваться с помощью вынесенного на лицевую панель реле регулятора.

Описание и принцип действия реле контроля температуры

Во многие бытовые нагревательные приборы уже встроено реле контроля температуры, но поскольку оно находится на минимальном удалении от нагревательного прибора, точность поддержания им требуемой температуры довольно невысокая. Использование отдельного реле контроля температуры позволяет добиться оптимальной температуры в помещении, его можно использовать для автоматического включения-отключения обогревателей, вентиляторов, кондиционеров, холодильных установок.

Многие из данных приборов имеют встроенные экраны и табло, показывающие текущую температуру в контролируемом помещении и величину задания. Данные реле могут комбинироваться с реле времени, благодаря чему можно настраивать автоматический переход на пониженную или повышенную температуру задания в зависимости от времени суток или дня недели.

Подключение простейшего реле контроля температуры

Датчик температуры может поставляться как отдельно, так и встроенный в реле, при этом может использоваться различный тип датчиков, подключаемых с помощью 2-х или 3-х проводов.

Реле контроля температуры в корпусе для подключения к стандартной розетке

Описание и принцип действия реле контроля освещенности (сумеречное реле)

Автоматическое управление освещением позволяет в значительной степени экономить электроэнергию, благодаря возможности своевременного включения-отключения источников света. Для этих целей можно использовать готовые реле, к которым подключаются датчики освещённости, расположенные в контролируемом помещении.

Подключение простейшего реле контроля освещённости

В ряде моделей может быть предусмотрена регулировка чувствительности используемого фотоэлемента для более раннего или позднего включения освещения.

Мощные реле — контакторы

Так как большинство рассмотренных выше реле предназначены для коммутации нагрузки мощностью от сотен ватт до десяти киловатт, для увеличения мощности коммутации используются дополнительные коммутационные реле большой мощности — контакторы. С их помощью можно коммутировать нагрузку в несколько сотен киловатт, благодаря чему расширяются возможности рассмотренных ранее реле.

Использование различных типов реле позволяет оптимизировать работу многих электроприборов, защитить от их случайного выхода из строя, спасти собственную жизнь. На их базе можно создать большое количество систем малой автоматизации, таких как устройства поддержания оптимального микроклимата, системы полива, автоматического открывания дверей, включения-отключения света и многие другие. Компактные размеры и стандартные габариты корпуса позволяют подключать их непосредственно к стандартным розеткам или использовать для их установки готовые электромонтажные коробки, что значительно снижает стоимость автоматики в целом.

Источник

Принцип действия дифференциальных реле РНТ, ДЗТ, РНТМ, ДЗТМ

До середины 70-х годов в России единственными серийно выпускаемыми реле специально для дифференциальных защит были реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами. Сущность работы этих реле заключается в том, что апериодическая составляющая, присущая броску тока намагничивания и току небаланса, вызывает насыщение магнитопровода промежуточного трансформатора реле и резкое уменьшение сопротивления его ветви намагничивания и, тем самым, ухудшение трансформации в исполнительный орган реле.

Принцип действия дифференциальных реле с промежуточными трансформаторами поясняется на рис. 2.1 [5], где B_ср – индукция в сердечнике трансформатора, соответствующая срабатыванию исполнительного органа; В_нас и В_ост – индукция насыщения и остаточная индукция.

Предположим, что вторичный ток – ток в исполнительном реле − незначителен и весь первичный ток является током намагничивания. Этому случаю соответствует ток, показанный на рисунке сплошной линией.

Пунктирной линией показан первичный ток с учетом размагничивающего действия вторичного тока, считая последний чисто индуктивным.

Рис. 2.1. Изменение индукции насыщающегося трансформатора при синусоидальном периодическом токе (а) и при броске тока намагничивания (б)

Из рис. 2.1 видно, что при подаче на вход реле синусоидального периодического тока − ЭДС на вторичной обмотке, соответствующая срабатыванию реле, будет пропорциональна изменению индукции за один период:

(2 – 1)

Подача на вход реле большего тока вызовет большее изменение индукции за период и обеспечит надежное срабатывание исполнительного реле.
При подаче на вход реле апериодического броска тока намагничивания (рис. 2.1, б), когда остаточная индукция неблагоприятна (−Bост), ЭДС на вторичной обмотке будет пропорциональна удвоенному значению индукции насыщения:

(2 – 2)

При благоприятной остаточной индукции (+Bост) и в последующие периоды ЭДС на вторичной обмотке насыщающегося трансформатора:

(2 – 3)

Для того, чтобы отстроиться от первого броска тока намагничивания при неблагоприятной остаточной индукции, необходимо:

(2 – 4)

Можно принять B_нас = 2Тл, тогда B_сраб > 1Тл
Выпускаются две разновидности реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами: усиленной отстройки серии РНТ-560 и реле с торможением серии ДЗТ. Для этих реле принята величина индукции срабатывания B_ср = 1,2 Тл.

Принцип действия дифференциальных реле серии РНТ

Трансформаторы тока могут преобразовывать без заметной погрешности однополярные броски тока в течение нескольких периодов. В дальнейшем трансформаторы тока насыщаются, апериодическая составляющая полностью поглощается их ветвью намагничивания и во вторичном токе появляются отрицательные полуволны. Изменение потока в магнитопроводе насыщающегося трансформатора становится весьма значительным, что может привести к срабатыванию реле.

Для предотвращения ложной работы защиты необходимо усилить действие апериодической составляющей или ослабить действие периодической составляющей при наличии апериодической.

Последнее можно получить путем намотки на сердечник промежуточного насыщающегося трансформатора дополнительной размагничивающей обмотки. Эта обмотка будет частично ослаблять действие периодической составляющей, в результате чего результирующая кривая тока как бы смещается относительно оси времени [6]. При этом обратные полуволны уменьшаются, а изменение потока будет малым, и реле ложно не сработает (рис. 2.2). При периодическом синусоидальном токе желательно компенсировать это размагничивающее действие.

Для выполнения этих функций в реле РНТ предусмотрена короткозамкнутая обмотка, намотанная на специальном промежуточном насыщающемся трансформаторе (рис. 2.3).

Магнитопровод насыщающегося трансформатора выполнен трехстержневым, сечение его среднего стержня в два раза больше сечений крайних стержней. На среднем стержне намотана первичная обмотка W₁, состоящая из уравнительных и рабочих обмоток. Обмотки имеют дополнительные отводы для выравнивания коэффициентов трансформации токов плеч защиты и для ступенчатого регулирования тока срабатывания. На среднем и правом стержнях магнитопровода расположены обмотки W’_КЗ и W’’_КЗ, образующие с последовательно включенным регулируемым резистором R короткозамкнутый контур. Число витков короткозамкнутой обмотки на правом стержне в два раза больше числа витков на среднем стержне.
С помощью резистора R = 0 −10 Ом меняется степень отстройки от переходного режима. Наибольшая степень отстройки будет при R = 0.

Рис. 2.2. Влияние дополнительного размагничивания

На левом стержне магнитопровода расположена вторичная обмотка, в цепи которой включен и исполнительный орган – реле РТ- 40 с регулировочном резистором R1.
Значения индукции, при которой срабатывает исполнительный орган, приняты равными 1,2 Тл для левого стержня и 0,4 Тл для среднего и правого стержней.

Рис. 2.3. Упрощенная схема реле РНТ

Принцип работы реле РНТ с усиленной отстройкой от апериодических токов может быть рассмотрен в двух режимах работы: при подаче на вход реле синусоидального тока и при подаче тока с апериодической составляющей.

При подаче синусоидального тока в первичную обмотку последний трансформируется во вторичную обмотку на левом стержне и в короткозамкнутую обмотку на среднем стержне, откуда он поступает в короткозамкнутую обмотку на правом стержне.

Магнитный поток, образованный в короткозамкнутой обмотке правого стержня, не только полностью размагничивает поток среднего стержня, но и изменяет направление потока правого стержня.

Поток правого стержня, суммируясь с магнитным потоком среднего стержня, направляется в левый стержень. Таким образом, часть первичного тока попадает во вторичную обмотку и в исполнительный орган путем двойной трансформации через короткозамкнутую обмотку.

Основные соотношения между токами и магнитными потоками могут быть получены при рассмотрении потоков в стержнях для режима, когда активное сопротивление в короткозамкнутой цепи равно нулю.

В этом случае магнитный поток от тока короткозамкнутой обмотки среднего стержня направлен примерно на 180 0 к потоку в среднем стержне.
Составим уравнение МДС по замкнутому контуру среднего и правого стержней с учетом того, что в условиях срабатывания индукция в этих стержнях мала и можно пренебречь МДС намагничивания стержней:

(2 – 5)

где I₁, I_кз − ток в первичной и короткозамкнутой обмотках;
W₁ − число витков первичной обмотки;
W’_кз,W”_кз − число витков в короткозамкнутых обмотках среднего и правого стержней.
Размагничивающее действие короткозамкнутой обмотки можно оценить условным первичным током, который создал бы тот же результирующий поток среднего стержня при отсутствии короткозамкнутой обмотки:

(2 – 6)

Тогда из (2 – 5, 2– 6) при W”_кз = 2W’_кз получим:

(2 – 7)

Таким образом, короткозамкнутая обмотка на среднем стержне уменьшает магнитный поток на 33%.
Так как в короткозамкнутой цепи активное сопротивление принято равным нулю, то индуктируемая ЭДС в катушке с W’_кз на среднем стержне будет равна ЭДС в катушке с W’’_кз:

или

где Ф_ср, Ф_пр − магнитные потоки в среднем и правом стержнях;
ω − угловая частота.
При W’’_кз = 2W’_кз получаем:

(2 – 8 )

Потоки в магнитопроводе реле связаны уравнением:

(2 – 9)

Из (2 – 8 ) и (2 – 9) следует:

(2 – 10)

Следовательно, короткозамкнутая обмотка на правом стержне добавляет во вторичную обмотку одну третью часть магнитного потока, т.е. третья часть магнитного потока, необходимого для срабатывания реле, создается путем двойной трансформации.

При подаче в первичную обмотку тока с апериодической составляющей последняя практически не трансформируется в короткозамкнутую цепь.

Апериодический ток (рис. 2.3) создает в среднем стержне магнитный поток, который разветвляется в левый и правый стержни, насыщает их и ухудшает трансформацию из первичной обмотки непосредственно во вторичную обмотку, как в обычном промежуточном насыщающемся трансформаторе, и, кроме того, ухудшает трансформацию из первичной обмотки в короткозамкнутую цепь и из нее во вторичную обмотку, таким образом, усиленная отстройка от апериодической составляющей достигается за счет особенно сильного ослабления доли двойной трансформации.

Влияние величины активного сопротивления в короткозамкнутой цепи сказывается в основном на доле двойной трансформации.

Если принять, что ток в короткозамкнутой цепи чисто активный, то магнитный поток короткозамкнутой обмотки будет перпендикулярен результирующему потоку среднего стержня, а если чисто индуктивный, то они будут совпадать. При срабатывании реле индукция в среднем и правом стержнях мала и вне зависимости от сопротивления короткозамкнутой цепи добавочный поток из левого стержня составит по величине одну треть от потока левого стержня (2.10).

Для чисто активного тока в короткозамкнутой цепи из прямоугольного треугольника, составленного из магнитных потоков правого и среднего стержней, можно получить, что доля потока правого стержня составит всего 12% от суммарного потока в левом стержне, т.е. двойная трансформация тока будет составлять 12% общего тока и мало влиять на отстройку от апериодической составляющей.

Опытное определение доли магнитного потока правого стержня действительно составило 33% при R = 0 и 15% при R = 100 Ом.
Таким образом, уменьшение величины активного сопротивления в короткозамкнутой цепи усиливает отстройку от переходных токов с большой апериодической составляющей.

Принцип действия дифференциальных реле серии ДЗТ

Реле серии РНТ не всегда может быть выполнено достаточно чувствительным из-за необходимости отстройки от периодического тока небаланса. Этот недостаток устранен в реле серий ДЗТ, в которых использован принцип магнитного торможения в сочетании с промежуточным насыщающимся трансформатором, аналогичным реле РНТ, но без короткозамкнутой обмотки.

Исключение короткозамкнутой цепи несколько ухудшает отстройку реле от апериодической составляющей переходного режима, что учитывается в расчетах большим коэффициентом отстройки от бросков тока намагничивания и переходных токов небаланса.

Дифференциальные реле с промежуточным насыщающимся трансформатором и с торможением кроме рабочих (уравнительных) обмоток, к которым подводится ток дифференциальной цепи, имеет одну (реле серии ДЗТ-11), три (реле серии ДЗТ-13, ДЗТ-23), четыре (реле серии ДЗТ-14, ДЗТ- 24) тормозных обмотки к которым подводится фазный ток одного (ДЗТ-11) или нескольких (ДЗТ-13,14,23,24) плеч дифференциальной защиты.

Рис. 2.4. Упрощенная схема реле ДЗТ-11

Магнитопровод насыщающегося трансформатора реле серии ДЗТ-11 (рис. 2.4) – трехстержневой с сечением среднего стержня в два раза больше крайних, т.е. такой же, как и у реле РНТ.

На среднем стержне расположены рабочие и уравнительные обмотки с отпайками для выравнивания коэффициентов трансформации плеч дифференциальной защиты и для ступенчатого регулирования тока срабатывания. На крайних стержнях расположены вторичные и тормозные обмотки. Вторичные обмотки на каждом стержне имеют одинаковое число витков и намотаны таким образом, чтобы ЭДС, наводимые в них от магнитного потока среднего стержня, складывались.

При протекании тока в тормозной обмотке создается тормозной магнитный поток, который замыкается только по крайним стержням, не попадая в средний стержень.

Тормозной поток наводит во вторичных обмотках ЭДС равные по величине и противоположные по фазе.

Поэтому результирующая ЭДС во вторичной обмотке от действия тормозного тока равна нулю. Тормозные обмотки имеют отпайки для регулировки величины тормозного воздействия, переключения выполнены таким образом, чтобы числа витков тормозной обмотки на левом и правом стержнях оставались одинаковыми. Маркировка и расчет числа витков тормозной обмотки производятся по числу включенных витков одного стержня насыщающегося трансформатора.

Эффект торможения заключается в том, что при протекании тормозного тока происходит подмагничивание крайних стержней, увеличивается магнитное сопротивление потоку рабочей обмотки и для создания рабочего потока, соответствующего срабатыванию реле, требуется больший рабочий ток. Таким образом, тормозной ток ухудшает трансформацию между рабочей (уравнительной) и вторичной обмотками, автоматически увеличивая ток срабатывания.

Реле серии ДЗТ-13 [7] с тремя тормозными обмотками выполнено с тремя трехстержневыми магнитопроводами, средние стержни которых схвачены общей катушкой, содержащей рабочие обмотки. Каждый из магнитопроводов имеет на крайних стержнях отдельные катушки со вторичными и тормозными обмотками. Так же, как и в ДЗТ-11, при изменении числа тормозных витков каждый стержень охватывается одинаковым числом витков, и обмотки соединяются так, что создаваемый ими магнитный поток замыкается только по крайним стержням, подмагничивая их.

Вторичные обмотки намотаны так, что ЭДС, наводимая тормозным потоком равна нулю, а наводимая рабочим потоком складывается.

Схема расположения обмоток на магнитопроводах насыщающихся трансформаторов реле серии ДЗТ-13 показана на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема расположения обмоток на магнитопроводах реле серии ДЗТ-13

Каждая вторичная обмотка шунтируется регулируемыми резисторами R.

От части вторичных обмоток, соединенных параллельно, подключен исполнительный орган – реле РТ- 40. Принципиальные схемы реле серии ДЗТ приведены в [5, 7].
Для того чтобы выяснить принцип торможения для реле с несколькими тормозными обмотками, предположим, что тормозной ток протекает только по одной обмотке. Дифференциальный ток, протекая по рабочей обмотке, охватывающей средние стержни всех магнитопроводов, наводит на всех вторичных обмотках ЭДС. Однако эти ЭДС будут различны.

На вторичной обмотке магнитопровода, по тормозной обмотке которого протекает ток, ЭДС будет меньше из-за подмагничивания (насыщения) стержней магнитопровода (увеличения их магнитного сопротивления и уменьшения соответственно магнитного потока).

Под воздействием разности ЭДС часть тока от вторичной обмотки с большей ЭДС будет ответвляться в обмотку с меньшей ЭДС, не попадая в обмотку исполнительного органа. Это ответвление вторичного тока в обмотку с меньшей ЭДС приводит к увеличению тока срабатывания реле.

Если тормозной ток, протекающий по одной обмотке, распределить по нескольким тормозным обмоткам, то суммарный тормозной эффект будет меньше.

Это объясняется тем, что степень подмагничивания (насыщения) каждого магнитопровода будет меньше, чем степень подмагничивания одного суммарным тормозным током.

На рисунках введены следующие обозначения:
F_р и F_т − рабочие и тормозные ЭДС;
F_Σлев = F_р + F_т − суммарная ЭДС в левом стержне для рассматриваемого момента времени;
F_Σпр = F_р — F_т − суммарная МДС в правом стержне для того же момента времени;
Е_лев, Е_пр − ЭДС вторичной обмотки левого, правого стержней;
E_Σ = E_лев + E_пр − суммарная ЭДС вторичной обмотки.

Рис. 2.6. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ при отсутствии тормозной МДС:
а – зависимость магнитной индукции от МДС;
б – векторная диаграмма МДС в стержнях НТТ

На рис. 2.6 при отсутствии тока в тормозной обмотке суммарная ЭДС в условиях срабатывания будет равна Е’_Σ = Е’_лев + Е’_пр = Е_ср. При протекании тока по тормозной обмотке, совпадающего по фазе с рабочим током (рис. 2.7), из-за насыщения стали левого стержня Е”_Σ = Е”_лев + Е”_пр

Рис. 2.7. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ в зависимости от величин совпадающих по фазе МДС рабочей и тормозной обмоток:
а − в левом стержне;
б − в правом стержне;
в − суммарная ЭДС вторичной обмотки

Рис. 2.8. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ в зависимости от совпадающих по фазе, но значительно различающихся по величине МДС рабочей и тормозных обмоток:
а – в левом стержне;
б – в правом стержне;
в – суммарная ЭДС вторичной обмотки

Например вдвое, индукция в левом стержне из-за насыщения возрастет незначительно и незначительно возрастет и ЭДС на вторичной обмотке левого стержня. В правом стержне изменится не только величина, но и знак суммарной МДС Е”_Σпр и соответственно изменится знак и ЭДС, наводимой во вторичной обмотке правого стержня.

Результирующая ЭДС будет теперь определяться разностью ЭДС левого и правого стержней и заведомо будет меньше ЭДС срабатывания Е_ср.

Следовательно, для срабатывания реле потребуется еще больший рабочий ток. Если токи рабочей и тормозной обмоток сдвинуты по фазе на 90 0 (рис. 2.9), торможение оказывается меньше, чем при совпадении фаз рабочих и тормозных токов.

Рис. 2.9. Изменение магнитной индукции в крайних стержнях НТТ в зависимости от МДС рабочей и тормозной обмоток, сдвинутых по фазе на 90°:
а – в левом стержне;
б – в правом стержне;
в – МДС в левом стержне;
г – МДС в правом стержне;
д – суммарная ЭДС вторичной обмотки

Из рис. 2.6 − 2.9 можно сделать вывод, что при одинаковых значениях рабочих и тормозных МДС Е”_Σ

Рис. 2.10. Тормозные характеристики реле ДЗТ:

1 – зона срабатывания реле;
2 – зона срабатывания или торможения в зависимости от угла
между векторами тормозного и рабочего токов;
3 – зона торможения (не срабатывания реле)

Верхняя граничная характеристика используется для определения чувствительности реле (т.е. при условии максимального торможения), а нижняя характеристика – для выбора тормозных витков (т.е. в условиях наименьшего тормозного эффекта).

У реле с несколькими тормозными обмотками разброс тормозных характеристик зависит еще и от схемы питания тормозных обмоток.

Верхняя граничная тормозная характеристика определяется при соединении тормозных обмоток по такой схеме:

Нижняя граничная тормозная характеристика определяется при соединении обмоток по схеме:

Оценку поведения дифференциальных защит с торможением принято определять по величине коэффициента торможения k_торм, представляющего собой отношение тока срабатывания к тормозному току:

(2 – 11)

При выбранном числе тормозных и рабочих витков коэффициент торможения определяется по тормозным характеристикам по следующим выражениям:
– для реле серий ДЗТ-11

(2 –12)

– для реле с несколькими тормозными обмотками

(2 – 13)

где F_ср – МДС срабатывания, определяемая по тормозной характеристике;
F_торм – МДС торможения;
W_раб, W_торм – число витков рабочей, тормозной обмоток.
Для реле с несколькими тормозными обмотками в числителе введен коэффициент 2,0 в связи с тем, что при определении тормозной характеристики две тормозные обмотки с одинаковым числом витков включены последовательно.

Основные технические данные дифференциальных реле серий РНТ и ДЗТ

Реле серий РНТ и ДЗТ (при отсутствии торможения) выпускаются с МДС срабатывания, равной (100 ± 5) А (реле прежних выпусков типа РНТ-562 и ДЗТ-1, ДЗТ-3 имели МДС срабатывания 60 А). Реле имеет ступенчатое регулирование тока срабатывания. Диапазон регулирования тока срабатывания каждого реле определяется количеством витков рабочих (уравнительных) обмоток, которые можно выставить на реле.

Ток срабатывания исполнительного реле – реле РТ-40 – при синусоидальном входном токе составляет 0,16 – 0,17А, напряжение срабатывания – 3,5 – 3, 6 В.

Индукция срабатывания реле выбрана такой величины, чтобы обеспечить при двукратном токе срабатывания реле ток в исполнительном реле РТ-40 не менее 1,2 от тока срабатывания реле РТ-40 и при пятикратном токе срабатывания реле – не менее 1,35 от тока срабатывания реле РТ-40. Для реле Д3Т эти коэффициенты обеспечиваются при К_т = 0,35.

Время действия реле при токе, равном трехкратному току срабатывания, не превышает 0,04 с, а при двукратном токе – 0,05 с (для реле Д3Т при К_т = 0,35).

Разрывная мощность контакта реле в цепи постоянного тока с индуктивной нагрузкой (постоянная времени не более 5 мс) равна 60 Вт при напряжении до 250 В или токе до 2 А. Минимальное напряжение на контактах должно быть не менее 24 В.

Термическая стойкость обмоток с числом витков менее 100 находится в пределах 5 – 10 А, а с числом витков более 100 от 0,7 – 2,5 А (следует уточнять по паспортным данным).

Потребление обмоток реле определяется числом используемых витков и величиной тока, при котором необходимо определить потребление (зависимость мощности, потребляемой обмотками реле от тока в обмотке, даны в информациях завода-изготовителя).

Принцип действия дифференциальных реле серий РНТМ и ДЗТМ

Основными недостатками реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами являются замедление срабатывания при наличии апериодической составляющей в переходном токе короткого замыкания в зоне действия и невозможность по условию отстройки от периодического броска тока намагничивания выполнить ток срабатывания дифференциальной защиты меньше номинального тока силового трансформатора.

В [6] были предложены схемные решения повышения чувствительности реле РНТ. Однако эти предложения не нашли применения на практике.

Проведенные исследования [8] показали, что общей отличительной особенностью бросков тока намагничивания и токов небаланса при насыщении трансформаторов тока в переходных и установившихся режимах внешнего короткого замыкания является несинусоидальность их формы тока, что выявило возможность дополнения реле с промежуточным насыщающимся трансформатором полупроводниковым устройством детектирования искажения формы дифференциального тока.

Полупроводниковое устройство автоматически увеличивает ток срабатывания реле РНТ или ДЗТ при искажении формы кривой дифференциального тока, что позволяет значительно повысить чувствительность реле при внутреннем синусоидальном токе короткого замыкания.

Модернизированные реле РНТМ и ДЗТМ состоят из собственно реле РТН и ДЗТ и полупроводникового устройства, не требующего постороннего источника питания.

Входным элементом устройства детектирования искажения формы дифференциального тока (в дальнейшем − устройство детектирования) является трансреактор TAV, первичная обмотка которого включается в цепь дифференциального тока реле. Для реле серий РНТ и ДЗТ нет электрической дифференциальной цепи, т. к. в реле осуществляется магнитное суммирование. Однако в реле РНТ имеется цепь, по которой протекает ток, пропорциональный дифференциальному току – это цепь короткозамкнутых обмоток. Поэтому первичную обмотку трансреактора следует подключить в цепь короткозамкнутых обмоток.

В реле серий ДЗТ отсутствует цепь с дифференциальным током, поэтому формирование тока, пропорционального дифференциальному току, должно осуществляться на самом трансреакторе.

Для этого первичная обмотка трансреактора имеет ответвления для выравнивания вторичных токов, и необходимые для выравнивания числа витков трансреактора подключаются последовательно с соответствующими рабочими обмотками насыщающегося трансформатора реле ДЗТ. Для упрощения предусматривается лишь грубое выравнивание, учитывая, что отстройка от токов небаланса осуществляется магнитным торможением самого реле ДЗТ.

Единственное требование, которое предъявляется к выбору числа витков трансреактора, – это обеспечение отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение с любой стороны.

Устройство детектирования должно иметь ток срабатывания меньше тока срабатывания самого ДЗТ со всех сторон защиты.

Наиболее простым способом увеличения тока срабатывания реле РНТ, ДЗТ является шунтирование исполнительного органа реле РТ-40 резистором.

Подключение шунтирующего резистора осуществляется симистором управляемым устройством детектирования.

Падение напряжения на открытом симисторе в несколько раз меньше напряжения срабатывания реле РТ-40, что позволяет включить последовательно с симистором переменный резистор для регулирования степени загрубления реле.

Принцип действия устройства детектирования основан на сравнении двух напряжений: первого – безынерционного пропорционального дифференциальному току, и второго – тоже пропорционального дифференциальному току, но с небольшой задержкой (инерционный элемент). При синусоидальном входном токе первое напряжение всегда больше второго, а при искажении формы входного тока в момент появления пауз или в полупериод с резким снижением тока второе напряжение за счет задержки окажется больше первого, что приведет к срабатыванию устройства детектирования и к увеличению тока срабатывания реле.

Принципиальная схема модернизированного реле РНТМ-565 приведена на рис. 2.11, а диаграмма токов и напряжений устройства детектирования – на рис. 2.12.

Рис. 2.11. Принципиальная схема реле РНТМ-565

Рис. 2.12. Диаграмма токов и напряжений устройства детектирования реле РНТМ ДЗТМ:

а – внутреннее КЗ с синусоидальным током;
б – бросок тока намагничивания;
в – внешнее КЗ при насыщении трансформаторов тока

Устройство детектирования состоит из следующих узлов: входного устройства – трансреактора ТАV, схемы расщепления (конденсаторы С1, С2 и резисторы R1, R2), выпрямительного моста VS1, корректирующего элемента (конденсатор С3 и резистор R3), инерционного элемента (конденсатор С4, диод VD3 и резистор R4), схемы сравнения (транзисторVT1, диод VD4 и резисторы R5, R6), расширителя импульсов (транзисторVT2, диод VD5, конденсатор C5 и резисторы R7, R8, R9), полупроводникового ключа ( Устройство детектирования состоит из следующих узлов: входного устройства – трансреактора ТАV, схемы расщепления (конденсаторы С1, С2 и резисторы R1, R2), выпрямительного моста VS1, корректирующего элемента (конденсатор С3 и резистор R3), инерционного элемента (конденсатор С4, диод VD3 и резистор R4), схемы сравнения (транзисторVT1, диод VD4 и резисторы R5, R6), расширителя импульсов (транзисторVT2, диод VD5, конденсатор C5 и резисторы R7, R8, R9), полупроводникового ключа ( транзистор VT3, диод VD6, конденсатор C6, резистор R10, выпрямительный мост VS2).

Схема работает следующим образом. При внутреннем КЗ и синусоидальном токе (рис. 2.12, а) напряжения U₁ и U₂ имеют сглаженную форму и напряжение U₁ больше напряжения U₂ на величину падения напряжения на диодах VD3 и VD4 (U₁ ≈ 1,2U₂). Напряжение на переходе «эмиттер – база» транзистора VT1 имеет обратную полярность, транзистор VT1 постоянно закрыт и устройство детектирования не работает.

При броске тока намагничивания в дифференциальном токе возникают паузы или при одновременном насыщении трансформаторов тока во второй полупериод появляются отрицательные полуволны, но значительно меньшей величины и несинусоидальной формы («трансформированный» бросок тока намагничивания). При возникновении пауз в дифференциальном токе или в полупериоды «трансформированного» броска тока намагничивания (рис. 2.12, б) появляются интервалы времени, когда напряжение U₂ на емкости инерционного элемента C4 превышает напряжение U₁ на выходе корректирующего элемента. Напряжение на базе транзистора VT1 становится более отрицательным по отношению к эмиттеру, и транзистор VT1 открывается, с конденсатора C4 на резистор R6 подается напряжение, длительность импульсов которого зависит от длительности пауз.

Расширитель импульсов преобразует импульсы напряжения на резисторе R6 в постоянное напряжение U₄ на вход полупроводникового ключа.

Если напряжение U₄ превышает порог срабатывания, транзистор VT3 открывается и через выпрямитель VS2 напряжение подается на управляющий электрод симистора VD7. Симистор открывается и подключает резистор R′ш параллельно обмотке реле РТ-40. Степень загрубления определяется величиной резистора R′ш и может изменяться в пределах от двух до пяти.

При значительном увеличении напряжения на входе расширителя импульсов увеличивается падение напряжения на резисторе R8, транзистор VT2 открывается, подключая параллельно конденсатору C5 резистор R7, тем самым уменьшается постоянная времени разряда конденсатора C5.

Это необходимо для исключения задержки на возврат устройства детектирования после исчезновения искажения формы дифференциального тока при большом входном сигнале на входе расширителя импульсов.
Аналогично будет работать устройство детектирования в режиме внешнего короткого замыкания и насыщении трансформаторов (рис. 2. 12, в), когда дифференциальный ток будет иметь форму импульсов и пауз.

Конденсатор C3 корректирующего элемента предназначен для исключения излишнего срабатывания устройства детектирования в режиме внутреннего короткого замыкания и полной погрешности трансформаторов тока до 20%, при большей погрешности устройство детектирования может сработать, но задержки срабатывания не произойдет, так как ток в реле будет превышать увеличенный за счет подключения резистора R′ш ток срабатывания.

В дифференциальных защитах понижающих трансформаторов из-за регулирования напряжения под нагрузкой, неточности установки расчетного числа витков возможно протекание периодических токов небаланса, что может привести к отказу срабатывания устройства детектирования. Для предотвращения этого в реле РНТМ введен канал загрубления по току плеча, состоящий из промежуточного трансреактора TA2, переменного резистора R11, выпрямительного моста VS3, конденсатора C7, стабилитрона VD11, резисторов R12, R13, диода VD12. Первичная обмотка трансреактора TA2, уравнительная обмотка W_1ур и рабочая обмотка W_р насыщающегося трансформатора включается в плечо защиты со стороны низшего напряжения силового трансформатора (со стороны тупикового питания нагрузки).

При превышении током плеча предельного значения тока нагрузки силового трансформатора с учетом возможной его перегрузки выходное напряжение канала загрубления поступает на вход полупроводникового ключа, который срабатывает и загрубляет реле РНТМ.

При внутреннем коротком замыкании ток по первичной обмотке трансреактора на протекает, канал загрубления не работает.

Порог срабатывания канала загрубления по току плеча определяется стабилитроном VD11, а ток срабатывания регулируется переменным резистором R11. Стабилитроны VD1, VD2, VD8-10 предназначены для защиты полупроводникового устройства от перенапряжений.

Модернизированное реле ДЗТМ состоит из реле ДЗТ-10 и полупроводникового устройства, аналогичного устройству реле РНТМ, но без канала загрубления.

Таким образом, реле серий РНТМ и ДЗТМ имеют два тока срабатывания: низший ток срабатывания I_с.р.1, когда устройство детектирования не работает, для дифференциальных защит трансформаторов может быть принят (0,3 – 0,5)I_ном трансформатора; высший ток срабатывания I_с.р.2 при токах небаланса в режиме внешнего короткого замыкания и бросков тока намагничивания, когда срабатывает устройство детектирования для дифференциальных защит трансформаторов (1,2 – 2,0)I_ном трансформатора.

Реле РНТМ и ДЗТМ имеют меньшую задержку на срабатывание при внутреннем коротком замыкании с апериодической составляющей благодаря меньшему току срабатывания.

Реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами реагирует на значение отрицательной полуволны, увеличивающейся в течение переходного короткого замыкания, поэтому условия срабатывания наступают тем раньше, чем меньше ток срабатывания.

Для контроля исправности устройства детектирования и установки токов срабатывания служит накладка, имеющая три положения: «нейтральное», «работа» и «проверка». При установке накладки в положение «проверка» (5’ – 4’) происходит срабатывание устройства детектирования при синусоидальном входном токе, реле РНТМ, ДЗТМ загрубляется и при помощи переменного резистора R′ш выставляется требуемый высший ток срабатывания. При переводе накладки в положение «работа» устройство детектирования не срабатывает при синусоидальном токе. В этом режиме выставляется низший ток срабатывания установкой штепсельных винтов на промежуточном насыщающемся трансформаторе. В нейтральное положение накладка устанавливается во время регулировки канала загрубления.

Для защит с реле РНТ и ДЗТ, уже находящихся в эксплуатации, разработано автономное бесконтактное устройство (УБ) для детектирования искажения формы дифференциального тока, принцип действия которого аналогичен принципу действия устройства в реле РНТМ. Несмотря на положительный опыт эксплуатации, в широкое серийное производство приставка не была внедрена.

Регулировку и проверку реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами следует выполнять в соответствии с рекомендациями [5] и [7]. Особо следует обратить внимание на необходимость обеспечения синусоидальной формы кривой тока, подаваемого в первичную обмотку насыщающегося трансформатора. При использовании источника с синусоидальным напряжением необходимо последовательно с обмоткой реле включить добавочный резистор с минимальным сопротивлением в семь – десять раз больше полного сопротивления обмотки при токе срабатывания.

Источник