При реализации схем релейной защиты и автоматики (РЗА) часто возникает ситуация, когда нагрузочной способности и количества контактов реле, реагирующих на параметры сети (напряжение, ток, величина мощности и ее направление и т.п.) недостаточно для полноценной работы устройства. В этом случае применяют промежуточные реле (РП).
Особенности и сфера применения
Промежуточные реле (реле-повторители) используются для усиления нагрузочной способности и «размножения» контактов основного реле для управления сильноточными цепями и несколькими независимыми цепями. Они включаются между реле тока, напряжения и т.п. и нагрузкой (отсюда название – промежуточное) и повторяют его состояние (отсюда реле-повторитель). Срабатывая при малом токе, они не дают подгореть или привариться контактам устройства, формирующего основной сигнал, при коммутации мощных нагрузок.
Можно сказать, что РП служит своеобразным «усилителем» исходного сигнала (иногда применяют термин «дискретный усилитель).
Основные принципы работы
Принцип действия промежуточного реле не отличается от принципа работы обычного реле или контактора. При подаче питания оно должно сработать и переключить одну или несколько имеющихся контактных групп. При исчезновении питания оно должно отпустить. В этом состоит главное назначение промежуточного реле – больше от него ничего не требуется.
Виды и модели
Промежуточные реле для устройств РЗА выпускаются в основном электромеханической системы. В этот класс входят два типа:
- С поворотным якорем.
- С втягивающимся якорем.
Несмотря на то, что достоинством РП является быстродействие, в некоторых случаях применяются промежуточные реле с задержкой на отпадание или включение. Это достигается различными способами – размещением на якоре короткозамкнутой обмотки, использованием RC-цепочек и т.п. Этими методами достигается замедление до 0,5 секунд. Проблема электромеханических реле с замедлением в том, что время задержки у них нестабильно.
По роду тока РП различаются на реле:
- постоянного тока;
- переменного тока;
- универсальные.
Каждый тип используется в соответствующих цепях. Однако реле постоянного тока можно применять и на переменном токе через диодный мост. Такое включение даже лучше – уменьшается вибрация, дребезжание и гудение обмоток.
В сетях переменного тока до 1000 вольт в качестве РП часто применяют контакторы (магнитные пускатели).
Технические параметры
Технические параметры промежуточных реле определяются условиями их применения и назначением. Так, коэффициент возврата (очень важная характеристика для реле, реагирующих на уровень тока, напряжения, мощности и т.п.) в данном случае не имеет никакого значения, так как задача РП – сработать при подаче сигнала и отпустить при его исчезновении.
Зато на первый план выходит быстродействие – чтобы не вносить в схему защиты ненужного замедления (иногда счет идет на десятые доли секунды). Обычные промежуточные реле должны срабатывать за время, не более 0,02..0,1 секунды.
Существуют и быстродействующие РП – их время срабатывания не превышает 0,02 секунды.
Промежуточные реле должны обеспечивать работу нескольких, не связанных между собой, электрических цепей, поэтому важно количество независимых групп контактов. В этих цепях могут быть достаточно мощные нагрузки (катушки электромагнитов включения или отключения высоковольтных выключателей и т.п.), поэтому имеет значение и нагрузочная способность контактов. Если РП используется непосредственно для управления выключателями, мощность контактной системы должна быть рассчитана не менее чем на 1500 ватт, а для управления цепями РЗА бывает достаточно и 50 ватт.
Не менее существенная характеристика – напряжение срабатывания. Оно должно соответствовать уровню оперативного напряжения в схеме РЗА (+220 В, ~220 В, 24 В и т.п.).
Имеет значение и ток срабатывания. Потребляемая от источника мощность должна быть минимальной, а электромагнитная сила при этом должна быть достаточной для надежной работы контактной системы. Обычно потребление обмоток ограничивают уровнем 3..6 ватт, а для обеспечения надежности работы применяют механическую систему с поворотным якорем.
Примеры подключения
Чаще всего применяется схема параллельного подключения промежуточного реле. В этом случае катушка промежуточного реле подключается к шинам оперативного питания последовательно с контактами реле – источника сигнала на полное напряжение шинок управления. Контакты РП подключают последовательно с нагрузками.
В этом примере при достижении в цепи предельного значения тока сначала срабатывает токовое реле КА. Его контакты собирают цепь включения промежуточного реле KL, а его контактная система KL1..KL3 подает оперативное напряжение в соответствующие цепи РЗА.
Реже используется схема последовательного подключения. Для такого варианта характерно подключение катушки промежуточного реле последовательно с катушками исполнительных механизмов (на ток цепи). В этом случае к обмотке РП предъявляются дополнительные требования по минимальному сопротивлению обмотки для минимизации падения напряжения на ней – потери на катушке реле не должны превышать 10% от напряжения шинок управления. В остальном реле параллельного действия не отличаются от реле последовательного действия.
На приведенном примере реле тока сначала запускает реле времени КТ. Отработав заданный период, контакты КТ подают напряжение в последовательную цепь из промежуточного реле KL и (через блок-контакты Q1) катушки отключения выключателя YAT. Контакты KL можно использовать для схем сигнализации и автоматики.
В этом варианте контактная система РП используется только для размножения, а не для усиления контактов. Контакты КТ должны быть рассчитаны на полный ток катушки отключения выключателя.
Иногда применяются реле с двумя обмотками – основной (обмоткой напряжения) и обмоткой удержания (токовой). Основная обмотка может быть включена по параллельной схеме, а дополнительная – по последовательной. Сначала реле срабатывает от параллельной обмотки – импульс может быть кратковременным. Во включенном состоянии реле удерживается током до окончания отключения выключателя. Такая сложная система позволяет увеличить надежность защиты, снизить потребляемую мощность (для удержания нужен намного меньший ток, чем для срабатывания) и разгрузить источник оперативного напряжения в аварийной ситуации.
Например, реле РП16-2 имеет одну основную катушку и две удерживающих по току.
И еще один пример – использование магнитного пускателя в качестве промежуточного реле в сети 380 вольт. Напряжение на силовых шинах контролируется с помощью реле напряжения. Нагрузочная способность его контактов недостаточна для управления мощной нагрузкой, а для включения и выключения пускателя – вполне. А пускатель, в свою очередь, своими мощными контактами коммутирует нагрузку.
Промежуточное реле не реагирует на изменение параметров электрической сети, не всегда способно отключить нагрузку непосредственно. Его задача проще – обеспечить нормальную работу других устройств. Но без РП нормальную работу систем РЗА не построить, даже с использованием самых современных микропроцессорных модулей – для управления, например, соленоидами выключателей так же, как и на ранних стадиях развития электротехники, все равно используются внешние промежуточные реле.
