Повышение тока в электрических цепях (в результате короткого замыкания или перегрузки) сверх нормы может привести к тяжелым последствиям. По этой причине контроль уровня протекающего тока является важной задачей. Для этих целей используются реле тока (РТ), срабатывающие при достижении током заданного порога.
Особенности и назначение
Реле тока выдает дискретный сигнал при достижении током в цепи значения, равного установленному. Сформированный сигнал можно использовать:
- для отключения выключателя сети;
- для сигнализации;
- для использования в схеме автоматики.
Как правило, уставку срабатывания можно изменять в определенных пределах.
В отличие от других типов реле, РТ включается на измерение тока, то есть в разрыв цепи. По этой причине оно должно длительно выдерживать рабочий ток потребителя и кратковременно – ток короткого замыкания.
Технические параметры
К техническим параметрам реле, определяющим выбор, относят в первую очередь ток срабатывания. У большинства РТ он регулируется, что позволяет выбрать порог. Требуемый уровень срабатывания должен находиться в диапазоне регулирования.
Если реле имеет задержку срабатывания по времени, надо смотреть и на ее диапазон регулировки.
Немаловажный критерий выбора – количество контактов и их нагрузочная способность. От этого зависит схема подключения РТ – необходимость дополнительных реле и т.п. В остальном надо руководствоваться обычными параметрами для подобных устройств – быстродействием, габаритами, сопротивлением измерительного органа, климатическим исполнением и т.д.
Типы токовых реле
Признаки классификации токовых реле могут быть разными. В первую очередь, РТ можно разделить по роду рабочего тока:
- реле переменного тока;
- реле постоянного тока.
Во вторую очередь, можно классифицировать приборы по типу исполнения:
- Реле электромагнитной системы. Принцип работы таких реле тока не отличается от принципа действия обычных реле, включаемых на напряжение сети, и имеет схожую конструкцию. Разница в том, что обмотка содержит меньшее количество витков большего сечения. Сделано это для того, чтобы уменьшить сопротивление обмотки.
Обмотка РТ выполняется проводом большого сечения и содержит небольшое количество витков - Индукционные реле. Выполнены на основе диска, который может вращаться под действием магнитного потока. Угол вращения ограничивается пружиной.
Индукционное реле тока РТ-82 (сквозь прозрачную крышку виден алюминиевый диск) - Полупроводниковые реле тока. Выполняются на базе электронных компонентов, токоизмерительным органом служит шунт – низкоомное сопротивление.
В современном варианте полупроводниковые реле тока входят в состав микропроцессорных терминалов релейной защиты и автоматики, обеспечивающих комплексную защиту электроустановки.
По типу воздействия на исполнительный орган РТ делятся на:
- Реле косвенного действия.
- Реле прямого действия.
Устройства первого типа при срабатывании замыкают контакты, формирующие электрический сигнал. Этот сигнал можно в дальнейшем использовать для системы автоматики. РТ прямого действия (их еще называют встроенными) при срабатывании воздействуют якорем непосредственно на механизм отключения. Этот тип используется все реже, так как такое исполнение предполагает меньшую чувствительность и точность.
Можно классифицировать токовые реле по характеру время-токовой зависимости. Реле с независимой характеристикой срабатывают без выдержки времени независимо от фактической силы тока – главное, чтобы уровень был выше установленного порога. Реле с зависимой характеристикой срабатывают тем быстрее, чем выше ток.
Электронные РТ могут содержать встроенный таймер на задержку срабатывания. Это позволяет обойтись без внешнего реле времени.
По направлению срабатывания реле тока можно разделить на:
- реле максимального тока (срабатывают при повышении тока через обмотку или измерительный орган выше установленного порога;
- реле минимального тока – срабатывают при уменьшении тока ниже уставки.
Область применения реле второго типа гораздо уже. Их можно использовать, например, при контроле подзаряда аккумуляторов.
По схеме включения РТ бывают:
- Первичные (включаются в измеряемую цепь непосредственно).
- Вторичные (включаются через измерительные трансформаторы тока).
В сетях свыше 1000 вольт РТ всегда включаются через промежуточные трансформаторы. В сетях до 1000 вольт возможны оба типа включения, но прямое включение используется там, где надо контролировать небольшие токи (до нескольких ампер).
Структура и принцип действия
Токовое реле электромагнитной системы состоит из тех же узлов, что и обычное электромагнитное реле:
- сердечник с обмоткой;
- механическая система из ярма, пружины и якоря;
- контактной системы.
Когда по обмотке протекает ток, сердечник намагничивается – чем больше ток, тем больше намагничивание. Сердечник пытается притянуть якорь, но ему противодействует пружина. Когда ток достигает критического уровня, пружина перестает создавать достаточное противодействие, якорь сдвигается и наживает на подвижный контакт. Натяжение пружины можно регулировать, изменяя уровень срабатывания РТ.
Индукционное реле имеет иную конструкцию. Оно состоит из сердечника с катушкой. У сердечника имеется зазор, в котором расположен металлический диск. Магнитный поток, создаваемый током катушки, расщепляется на два сдвинутых по фазе. Для этой цели предназначен короткозамкнутый виток. Взаимно сдвинутые потоки создают вращающий момент. Диск пытается провернуться, но ему мешает тормозящий момент, создаваемый тормозным магнитом. Когда вращающий момент преодолеет тормозящий, диск сдвинется и подействует на исполнительный механизм (подвижный контакт).
В видео описывается конструкция и принцип работы реле максимального тока РТ-40.
Примеры подключения
Обычно выходные контакты реле тока не рассчитаны на коммутацию мощных нагрузок. По этой причине они управляют промежуточными реле (в сетях до 1000 вольт – контакторами), а уже эти дополнительные элементы непосредственно включают и выключают нагрузку. Реле с независимой время-токовой характеристикой обычно сначала запускают своими контактами реле времени, которое, отработав установленный период, в свою очередь включает промежуточное реле.
Пример, приведенный на рисунке, иллюстрирует такой включение. Каждая фаза системы снабжена трансформатором тока, к вторичной обмотке которого подключено РТ. При повышении тока выше уставки в одной или нескольких фазах, срабатывает соответствующее реле тока KA1..KA3. Своими контактами РТ замыкают цепь срабатывания реле времени КТ, которое, отработав выдержку времени, собирает цепь включения указательного KH и промежуточного реле KL. Эти устройства формируют сигнал срабатывания сигнал отключения посредством катушки отключения выключателя YAT.
В сетях до 1000 вольт для защиты оборудования от сверхтока обычно применяются автоматические выключатели (реже – предохранители). РТ в таких условиях используют для формирования сигналов в схемы автоматического управления (например, в схемах пуска электродвигателей) или для сигнализации. На рисунке приведена схема включения реле тока для автоматической разгрузки источника питания при недостатке мощности в сети. Если ток в питающей сети превышает заданное значение, РТ воздействует на промежуточное реле К1, которое своими контактами отключает второстепенных потребителей, сохраняя в работе основную нагрузку.
Реле тока в любом исполнении является важным элементом обеспечения безопасности работы электроустановок. Устройства малой стоимости защищают сети и оборудование, многократно превышающие их по цене.
