Реле максимального тока

Существующие промышленные электросети нуждаются в защите своих цепей от перегрузок и коротких замыканий. С этой целью для защиты силовых трансформаторов, агрегатов, электродвигателей приводов насосов и многого другого промышленного оборудования применяют релейную защиту включающую в себя реле максимального тока.

Каждый элемент цепи, будь то проводник, источник питания (силовой трансформатор), приёмник тока (электродвигатели, приборы учёта, нагреватели и т.п.) имеет свой максимально допустимый ток нагрузки. Превышение которого может повлечь за собой пробой изоляции или расплавление проводника, межвитковое замыкание в электродвигателе, перегрузку трансформатора. То есть вызывает аварийный режим работы, что ведёт к выходу из строя всей сети.

Для того, чтобы предотвратить работу электроприборов в аварийном режиме на производстве широко применяют реле максимального тока .

Назначение, устройство и классификация токовых реле

Как видно из названия, это реле предназначено для ограничения максимального тока в сети, для отключения потребителей при превышении порогового значения потребляемого тока. Рассматриваемое реле установленное в релейном шкафу силового трансформатора кроме защиты его от перегрузки по току так же обеспечивает защиту от токов короткого замыкания, возникающих в следствии какой либо технической неисправности.

Релейная защита имеет определённое и очень нужное свойство – селективность. Которое являет собой способность отключать поврежденный участок цепи максимально локально. То есть самым близко расположенным выключателем. Не задействуя при этом автоматический выключатель питающий всю цепь и оставляя в работе остальные участки цепи. Это свойство прекрасно обеспечивает реле максимального тока.

Токовые реле подразделяются на первичные и вторичные. Первичные токовые реле встраиваются непосредственно в привод выключателя, являясь его неотъемлемой частью. Используются главным образом в сетях напряжением до 1 кВ.

Вторичные реле подключаются через трансформатор тока, устанавливаемый непосредственно на шину питания или жилу питающего кабеля. Трансформатор тока преобразует ток в меньшую сторону до величины, воспринимаемой токовым реле. И так как ток поступающий на контакты реле пропорционален току протекающему в контролируемом проводнике, то для контроля за величиной этого тока можно использовать реле с небольшим токовым диапазоном. Например, трансформатор тока с кратностью 100/5 позволяет контролировать величину тока в сети до 100 А, используя для этого токовое реле с допустимой величиной максимального тока равной 5 А.

Реле максимального тока РТМ

Реле максимального тока РТ-40

Вторичные реле максимального тока сами по себе делятся еще на несколько подгрупп. Это электромагнитные реле, индукционные реле, дифференциальные реле, реле на интегральных микросхемах. Все эти типы реле широко распространены и используются практически везде. Работа электромагнитного токового реле была описана выше.

Дифференциальное реле основано на принципе сравнения величины тока до и после потребителя, чаще силового трансформатора. В нормальном режиме работы ток до и после защищаемого трансформатора одинаков, но при возникновении на трансформаторе короткого замыкания этот баланс нарушается. При этом реле замыкает свои контакты тем самым подав команду на отключение повреждённого участка.

Дифференциальные реле имеют повсеместное применение как на производстве так и в быту. В виде УЗО (устройство защитного отключения) предупреждают токовые утечки в проводниках и приборах. Таких как светильники, водонагреватели, оргтехника, защищая человека от поражения электрическим током при прямом контакте с корпусом электроприбора.

Реле максимального тока на интегральных микросхемах (электронные реле тока) соответственно выполняется на полупроводниковой базе. Главным достоинством подобных реле является стабильная работа в условиях повышенной вибрации.

Выбор реле максимального тока

Реле максимального тока выбирается в зависимости от технического задания, величины измеряемого тока, питающего напряжения, регулировочных характеристик, порога максимально допустимого тока нагрузки, необходимости наличия механизма задержки времени включения, условий эксплуатации. Выбранное по основным показателям реле можно легко настроить под необходимые нужды. Плавно изменяя уставки.

Обычно реле максимального тока имеют небольшие габариты, благодаря чему легко встраиваются в шкафы релейной защиты, имеют широкую взаимозаменяемость, простоту и надежность конструкции. Некоторые модели реле позволяют подсоединить к ним дополнительные блок-контакты (замыкающие или размыкающие, в зависимости от поставленных задач), что позволяет упростить схему цепи и выдавать дополнительные управляющие сигналы.

Современные токовые реле позволяют непосредственно контролировать измеряемую величину на встроенном светодиодном экране. Имеют широкий диапазон настройки и являются весьма удобным прибором контроля.

Разновидности реле тока и принципы их работы

Различные автоматические устройства, окружающие человека, построены на двух принципах работы или их совмещении. Речь идет о механике и электрике. Последние, в своей основе используют электрический ток, движение которого в линиях питания контролируется управляющими аппаратами. К ним принадлежат автоматические и ручные выключатели, реостаты и конденсаторы. В свою очередь, к первым из перечисленных относятся реле различного вида: времени, освещения, тока.

Различные виды реле:

Принцип работы упомянутых автоматов размыкания — в простом соединении и отключении линии течения энергии к потребителю. Функциональность как отдельного устройства обусловлена тем, что первоначальный импульс смены состояния может быть очень малой мощности — всего несколько милливольт и микроампер, или гигантским, выходящим за рамки устойчивости подключенных потребителей. Тем не менее, автомат без каких-либо проблем изменит состояние линии. Первый нюанс, относящийся к реле, важен и в том случае, когда для контроля течения тока используются датчики, часовые механизмы или любые другие маломощные устройства, которые не способны производить какие-либо действия за исключением измерений.

Реле тока применяются как часть защитной аппаратуры, предохраняющей конечных потребителей от резких изменений в сети питания. Речь идет о скачках ампер вверх, и непосредственное их падения ниже рабочего уровня. Автоматические реле тока в такие моменты отключают питание линии, защищая клиентские устройства от форс-мажорных обстоятельств.

Большая часть людей непосредственно сталкивается с оборудованием настоящего плана. Достаточно вспомнить автоматические выключатели, находящиеся на вводе электролиний в любые помещения. Они представляют собой один из вариантов реле тока, рассчитанных на стандартные параметры сети 220 В. В том случае, если происходит резкое повышение нагрузки на канале питания, расположенном после автомата, он отключит движение электричества в направлении излишнего потребления. Происходит подобное обычно при коротком замыкании, которое способно вызвать пожар. Блокирование течение тока в такой ситуации спасет не только технику на линии, но и имущество владельца.

Принцип действия и устройство

Использование реле тока:

Реле тока бывают минимального и максимального значения срабатывания. Первые отключают линию при падении величины потребления ниже определенного уровня, вторые при характеристиках сопротивления свыше заданного значения. Физически они представлены на рынке в трех типах исполнения: электромагнитном, электронном и цифровом. Современные модели объединяют в одном устройстве все виды реле тока.

Электромагнитные

Наиболее простой в изготовлении тип, отличающийся надежностью, ценой и неприхотливостью в эксплуатации. Основой функциональности для него служит борьба двух сил — механической (стремящейся передвинуть контактный толкатель в одну сторону) и электромагнитной (смещающей его в противоположную). Первая обуславливается обычной пружиной с возможностью регулирования тяги. Вторая — обмоткой, расположенной вокруг подвижного элемента.

Устройство электромагнитного реле тока:

Для реле минимального тока контактор изначально разомкнут действием пружины. При поступлении питания, электромагнит преодолевает механическую силу, соединяя линию. Как только сила тока упадет ниже определенного уровня, мощности катушки станет не достаточно для преодоления действия пружины и контакт вновь разомкнется.

В реле, срабатывающих на максимальный ток, ситуация противоположна. Изначально линия под действием механической силы соединена. Катушка пытается ее разомкнуть, но пока течение тока по ней идущего — слабое — преодолеть механическое сопротивление подвижный элемент не может.

• зависимость от исправности механической части;
• неточность измерения;
• низкая скорость отсечки;
• деградация чувствительности со временем по причине износа пружины;

Механическое аппараты названого класса не универсальны, они делятся на реле максимального тока и минимального.

Электронные

В отличие от предыдущего типа не нуждаются в подвижных деталях. Всё внутреннее устройство состоит из:

• управляющего контура из одного или двух транзисторов, или тиристоров, ограничивающих резистор;
• последовательности элементов, преобразующих токи для питания схемы;
• модуль выполнения отключения.

Последний может иметь и механическую, и электронную структуру. К примеру, простая конструкция автомата ниже:

Верхний предел срабатывания реле максимального тока устанавливается резистором R2. Нижний R3. Последний для приведенной схемы составляет 0.2–0.3 А.

Нагрузка линии X1 понижает напряжение на R3, часть остатка которого уходит на R2, где гасится сопротивлением резистора. Если же количество ампер превысит заданный предел и ток пойдет дальше, откроется база транзистора V3. Это послужит причиной срабатывания реле отключения K1. Которое размыкая контакты K1.1 и K1.2, разорвет цепь питания нагрузки. Для приведения аппарата вновь в нейтральное состояние прохождения тока, служит кнопка S1 «Сброс».

Что касается остальных составляющих схемы, связка стабилитрона V1, диода V2, резистора R1 и конденсатора C1, служит стабилизированным источником питания остальных элементов конструкции. V4 предохраняет эмиттер транзистора от обратного хода энергии в случае смены полярности в цепях. Названое событие обычно происходит в моменты активации электромагнитного реле отключения K1.

Одна из промышленных моделей электронных реле тока:

• универсальность устройства — реле максимального тока и минимального соединены в общую, относительно простая конструкция;
• автомат защиты обладает хорошей чувствительностью.

• меньшая надежность по сравнению с электромагнитными;
• расширение функций только за счет усложнения схемы.

Цифровые

Дальнейшее развитие электронных реле тока привело к появлению цифровых моделей. Информацию о потреблении прибор хранит в цифровом виде. Получает он ее за счет преобразования показаний аналогового датчика в бинарный код. При слишком большой разнице, выходящей за установленные пользователем пределы, происходит отключение линии нагрузки. Если потребление нормализуется, автомат обратно её активирует. Не редкость оснащение цифровых реле тока возможностью связи с другим оборудованием, что позволяет легко интегрировать их в системы «умного дома».

План-схема цифрового реле тока и фотография конечного устройства:

• функциональность;
• возможность удаленного контроля сети;
• установка параметров устройства;
• точность измерений.

Недостатки не выявлены.

Практическое использование

Нюанс применения реле максимального тока среди остальных устройств защиты — возможность ручной установки параметров по максимальным и минимальным лимитам тока в исходящей линии, превышение которых приводит к ее блокировке. Особенно важными эти аппараты становятся в случаях, когда сама нагрузка периодически возрастает до больших рабочих величин, например, в случаях электродвигателей. Их запуск — это быстрое, но плавное повышение потребления с последующим снижением до нормативов мощности. Автомат защиты должен определять названый фактор не выключаясь, при этом реагировать на короткие замыкания. Последние похожи на устройства, срабатывающие по повышению сопротивления линии, куда начинает в больших количествах течь электроэнергия. Разница заключается только в моменте усиления нагрузки. Он не плавен, как в случае электромотора, а пилообразен. То есть, резко увеличивается до максимума и не уменьшается со временем.

Хорошо видны регуляторы пиковой мощности и установки пауз на включение и отключение:

Еще одно преимущество применения реле тока — наличие среди настроек задания паузы включения. Дело в том, что в момент присоединения какой-либо нагрузки к линии происходит скачок потребления. Автомат должен не сразу отключить питание, а подождать определенный промежуток времени с целью проверки последующей нормализации характеристик потребления. И уже в том случае, если сопротивление нагрузки остается высоким — отключить подачу электроэнергии.

Между разрывом прохождения тока и его возобновлением должна быть пауза, иначе клиентское устройство может выйти из строя. Особенно это касается трансформаторной техники и электромоторов. То есть, всего оборудования, где присутствует обмотка возбуждения.

Схемы подключения реле тока

Как и во всех случаях использования классической электропроводки, есть трехфазовое питание и рассчитанное на одну линию. Соответственно делятся по подключению и защитные реле тока.

Простое подключение трехфазового реле тока:

Для одной фазы картина будет немного иной. На схеме далее, следует обратить внимание на соединение замеряемой линии напрямую и через токовый трансформатор к автомату. Во втором случае ширина рабочего диапазона увеличивается. Использование нагрузки в обоих вариантах цепи замера обязательно, так как производится определение количества ампер линии, для которого нужно обеспечить течение в ней тока.

Развитие технологий привело к разделению устройств потребления на приоритетные и второстепенные. К первым относятся компьютеры, телевизоры, приставки и все оборудование, отключение которого не желательно. Ко второму относится остальная аппаратура, разрыв контакта питания которой от линии допустимо. Многие реле тока позволяют управлять двумя видами устройств раздельно — приоритетными и второстепенными.

Схема подключения приоритетной и второстепенной нагрузки:

Последняя схема интересна еще и тем, что в качестве измерителя течения тока используется индукционный метод, для которого достаточно расположить линию снабжения потребителей электроэнергией между соответствующими датчиками. То есть, раздельная нагрузка не нужна — в ее роли выступают приоритетные устройства, а отдельный токовый трансформатор заменен на встроенный. Причем его второй обмоткой выступает сам канал питания клиентского оборудования.

И схема, относящаяся конкретно к защитным цепям электродвигателя. Ее основная ниша применения —производство, так как мощные трехфазовые моторы в быту используются редко.

Схема защиты электродвигателя с помощью реле максимального тока:

Каждая конкретная модель реле тока, в зависимости от своих функциональных возможностей и внутреннего устройства, имеет нюансы подключения. Желательно с ними ознакомиться в инструкции по эксплуатации, во избежание последующих аварийных ситуаций.

Реле тока — это автомат, защищающий оборудование от перепадов электроэнергии. Срабатывание его обуславливается скачками ампер, которые происходят в результате коротких замыканий, слишком высоких нагрузок или иных форс-мажорных обстоятельств. При этом реле аналогичного вида не чувствительны к временному поднятию силы тока.

Видео по теме