Реле защиты (реле напряжения, максимального и минимального тока, обрыва поля, обратного тока)

В электроприводах судовых и заводских машин и механизмов аппаратура защиты должна обеспечивать отключение электродвигателя от сети или автоматическое переключение его на безопасный режим (перевод на меньшую частоту вращения) с целью предотвращения нарушения нормальных условий работы двигателя или машины.

К аппаратуре защиты относятся различного рода реле, автоматические выключатели и предохранители.

Реле защиты — электромагнитные реле напряжения, максимального и минимального тока, контроля цепи (реле обрыва поля), обратного тока и др. Функции реле защиты могут выполнять реле контроля неэлектрических величин, реагирующие на предельные значения давления, температуры, частоты вращения и т.д.

Реле напряжения используют для минимальной защиты. Минимальная защита обеспечивает автоматическое отключение электропотребителя при понижении напряжения сети ниже допустимого значения. Широкое применение в качестве реле напряжения получили электромагнитные реле типов РЭ-510Т, РЭМ-23, РЭМ-231, РЭМ-232, РЭВ-261 и ряд других. Их электромагнитные системы имеют катушки на номинальные напряжения 24, 55, 110 и 220 В. Напряжение втягивания реле можно регулировать до 60 % номинального. Время срабатывания реле не превышает 0,1 с.

Реле максимального тока применяют для защиты двигателей постоянного тока от чрезмерных значений тока, опасных для коллекторов, а также для защиты короткозамкнутых асинхронных двигателей и двигателей с фазным ротором. Реле максимального тока мгновенного действия срабатывают в течение сотых долей секунды при возрастании тока в цепи катушки выше установленного значения.

Токи уставки (номинальные токи) максимальных реле должны превышать значения нормальных пусковых токов и кратковременных импульсов тока, протекающих в цепи в моменты переходных процессов. Ток уставки максимальных реле постоянного тока выбирают обычно в пределах 2,5—4-кратного значения номинального тока электродвигателя.

Максимальные реле выполняют с самовозвратом, механическим возвратом (с защелкой) и электромагнитным возвратом. У мгновенного максимального реле постоянного тока с самовозвратом серии РМ (рис. 1) настройка реле на ток срабатывания осуществляется сжатием пружины 4 или изменением зазора между якорем 3 и сердечником 2. Катушка реле 1 включается последовательно в силовую цепь электропотребителя, имеет малое число витков, рассчитана на номинальный ток срабатывания электромагнитной системы реле. Катушки максимальных реле серий РЭ и РМ имеют следующие номинальные токи: 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 25; 40; 80; 160; 320; 630 А.

Рис. 1. Реле максимального тока

Аппараты управления двигателями (пусковые реостаты, контроллеры) снабжены максимальными реле мгновенного действия с самовозвратом, которые обеспечивают максимальную защиту. В случае возникновения недопустимо больших токов или режима короткого замыкания срабатывает реле, обесточив размыканием своего контакта катушку контактора. Двигатель отключается. Для повторного запуска двигателя рычаг управления необходимо переместить в нулевое положение и повторить весь процесс пуска. При уменьшении приложенного напряжения ток, потребляемый электродвигателем, возрастает, так как при этом противо-э. д. с. якоря уменьшается быстрее, чем приложенное напряжение от питающей сети. Увеличение тока двигателя может вызвать перегрев его якоря. Защиту двигателя от перегрева при пониженном напряжении обеспечивает минимальная защита: с уменьшением приложенного напряжения ниже 20 % номинального двигатель отключается от сети. При полном исчезновении напряжения в питающей сети двигатель также автоматически выключается. Если напряжение вновь появится, самостоятельный пуск не произойдет, так как катушка контактора получит питание только при возврате рычага управления в положение 1 «Пуск» (нулевое блокирование).

При отсутствии в аппаратах управления нулевого блокирования следует применять максимальные реле с ручным возвратом, а в системах дистанционного или автоматического управления — реле с электромагнитным возвратом, чтобы не происходило повторного включения двигателя.

К реле тока относятся грузовые реле, срабатывающие при заданном значении тока. Они в основном применяются для ограничения тока путем ввода в цепь якоря электродвигателя резисторов, т. е. обеспечивают автоматический перевод электродвигателя на безопасный режим работы без его выключения.

Электротепловые реле предназначены для защиты двигателей от перегрузки. Главным элементом реле является пластинка, изготовленная из двух разнородных металлов, коэффициенты линейного расширения которых различны. Тепловое воздействие тока на этот элемент может осуществляться непосредственно, косвенно или комбинированно. Схема действия электротеплового реле типа ТРТ показана на рис. 2. При протекании номинального тока по нагревательному элементу 6 его биметаллическая пластинка несколько выпрямляется вследствие нагрева, усиливая прижатие подвижных и неподвижных контактов 4. Если ток в элементе превысит допустимые пределы I > Iном, увеличиваются нагрев биметалла и изгиб пластинки. При токе срабатывания реле I > Iном пластинка элемента 6, изгибаясь, освобождает контактный рычаг 5, который под действием пружины развернется и разомкнет контакты в цепи управления. После остывания пластинки через 20—40 с реле приводится в начальное положение кнопкой 3 «Возврат». Ток уставки регулируется с помощью механизма уставки 2. Все детали реле смонтированы в пластмассовом корпусе 1.

Рис. 2. Электротепловое реле

Для защиты двигателей переменного тока электротепловые реле встраивают в магнитные пускатели, для двигателей постоянного тока— в установочные автоматы.

Реле обрыва поля (РОП) используются в схемах управления двигателями постоянного тока с параллельным возбуждением для защиты от разноса. Втягивающая катушка такого реле включена последовательно с параллельной обмоткой возбуждения двигателя. При обрыве цепи обесточивается и катушка реле, подается сигнал на отключение двигателя от сети. Аналогично работают реле обрыва фазы в цепях трехфазного переменного тока.

За последние годы промышленность освоила производство многих новых магнитных и изоляционных материалов, что позволило повысить срок службы и надежность низковольтной аппаратуры. Выпускаются унифицированные аппараты, магнитные усилители, управляемые и неуправляемые полупроводниковые вентили, логические магнитные и транзисторные элементы и разработанные на их базе комплектные устройства автоматического управления.

Применение на судах бесконтактных устройств на базе тиристоров, кремниевых вентилей, транзисторов, симисторов и т. п. существенно повышает эффективность систем автоматического управления. В качестве элементов автоматического управления в судовом электрооборудовании широко используют контакторы, реле, магнитные усилители, различной конструкции датчики электрических и неэлектрических сигналов, сельсины и другие аппараты, осуществляющие контроль и изменение режимов работы автоматизированных систем.

Комплектные аппараты — несколько электрических аппаратов, смонтированных на общем основании и служащих для пуска, остановки, защиты и резерва электрических двигателей.

Магнитный пускатель — комплектный аппарат, состоящий из контакторов, двух электротепловых реле и кнопочных выключателей, смонтированных на общем основании и защищенных кожухом. Магнитные пускатели обеспечивают управление и защиту (максимальную, минимальную и нулевую) электродвигателей.

Комплектное устройство управления (магнитная станция)—конструкция, содержащая коммутационные, защитные, регулирующие, сигнализирующие и другие аппараты,соединенные по схеме автоматического управления электроприводом. Все аппараты и приборы в комплектном устройстве установлены на общем металлическом или изоляционном основании (панели, щите). При наличии нескольких автоматических выключателей в комплектном устройстве необходимо соблюдать условия селективности максимальной токовой защиты.