Как работает реле утечки тока

Устройство и работа реле утечки

В угольной промышленности для контроля за качеством изоляции в сетях переменного тока применяют два типа реле утечки: УАКИ и АЗАК.

Реле УАКИ (устройство автоматического контроля изоляции) применяют для защиты неразветвленных сетей напряжением 127, 380, 660 В.

Реле АЗАК (аппарат защиты и автоматической компенсации) применяют для защиты разветвленных сетей, где возникает необходимость автоматической компенсации емкости электрической сети для ограничения отключаемой величины тока утечки. Реле АЗАК представляет собой реле УАКИ, дополненное устройством для автоматического измерения и компенсации емкости электрической сети,

В основу конструкций реле утечки положен принцип измерения величины сопротивления изоляции методом амперметра и вольтметра. В качестве измерительного тока используют постоянный ток, наложенный на основной переменный ток, питающий потребители.

На рис. 2.5 представлена принципиальная электрическая схема реле УАКИ и автоматического выключателя АФВ.

Реле утечки состоит из следующих основных узлов: корпуса в исполнении РВ; разъединителя РБ делителя напряжения R2 и R3; выпрямительных устройств Д1 и Д2 устройства для частичной компенсации емкости сети Др; фильтра постоянного тока С; двухобмоточного реле Р; газоразрядной лампы Л; омметра; кнопки проверки К/7.

Реле постоянного тока Р имеет две катушки, обмотки которых намотаны навстречу друг другу. Количество ампервитков подбирается таким образом, чтобы при отсутствии сосредоточенного тока утечки ут, определен ком значении распределенного тока утечки 10 и внутреннего выпрямленного тока 8, в, в магнитные потоки их уравновешивались.

Автомат АФВ имеет выключатель А н отключающую катушку ОК. Он ставится на линии, которая подает напряжение к потребителям, может включаться и отключаться вручную или с помощью катушки ОК, цепь питания которой замыкает реле Р (контакт Р-1).

Работу реле целесообразно рассмотреть в нескольких конкретных условиях.

При определенном значении распределенного тока утечки 0 (т. е. при определенном значении величин сопротивлений хс и г) результирующий магнитный поток станет достаточным для срабатывания реле Pt и оно сработает. При этом: контакт Р-2 замкнется и зашунтирует катушку II, результирующий магнитный поток возрастет (так как ток не будет проходить через обмотку II, реле Р будет надежно удерживаться во включенном положении); контакт Р-1 замкнет цепь катушки ОК (фаза а — Р-1 — ОК фаза с) и автомат А отключится — потребители потеряют питание.

Аналогично будет работать реле УАКИ при появлении значительной сосредоточенной утечки ут или одно Квременной значительной сосредоточенной и равномерной Щутечке в сети.

Омметр во всех случаях будет показывать величину сопротивления изоляции контролируемой линии.

Учитывал, что при параллельном подсоединении реле их чувствительность уменьшается, в защищаемой сети ставят всегда одно реле утечки.

Место установки реле выбирают таким образом, чтобы обеспечить контроль за утечками на всей линии электроснабжения.

ПБ предписывают проверку исправности реле утечки ИВ начале каждой смены. Это делают нажатием кнопки. При нажатии на кнопку создается искусственная утечка через дополнительное заземление ДЗ, исправное реле срабатывает и отключает АФВ. Если реле не срабатывает при двухкратном нажатии кнопки С/7, оно неисправно.

Правила безопасности запрещают включение электрической сети при неисправном реле утечки.

Источник

Назначение и устройство реле утечки тока

Применяемое в рудниках реле утечки – это аппаратура, защищающая человека от воздействия электротока, предотвращающая возгорания и взрывы при контакте токоведущих частей оборудования или кабелей с землей. Используется в системах с изолированной нейтралью в подземных выработках угольной и горнодобывающей отрасли.

Применение

В шахте и руднике скапливаются горючие газы типа метана, бутана и пропана, присутствует угольная пыль, которая взрывоопасна. Применение обычной системы электроснабжения с глухозаземленной нейтралью недопустимо из-за того, что при попадании фазного напряжения на корпус электрооборудования возникает электрическая дуга, которая может вызвать пожар или взрыв. Поэтому применяется система энергоснабжения с изолированной нейтралью.

В такой сети фазное напряжение при коротком замыкании на землю попадает через какое-то сопротивление значительно большее, чем сопротивление заземлителя. Поэтому короткое замыкание имеет относительно небольшие значения и электрической дуги обычно не возникает.

На фоне работы мощного оборудования это может быть не замечено и в последствие приведет уже к межфазному замыканию, сопровождающимся электрической дугой и взрывом угольной пыли или газа.

Для этого в системах с изолированной нейтралью постоянно проверяется состояние изоляции контролируемой линии, и моментально отключается подача напряжения, если сопротивление изоляции снижается меньше порогового уровня. Реле утечки выполняют эту защитную функцию.

Принцип действия

В простейшем случае, реле утечки – это электромеханическое реле, у которого обмотка управления подключена к земле и искусственной нейтрали.

Присутствует точка соединения трех цепей с индуктивными и активными сопротивлениями, другие концы которых подсоединяются к фазам сети, есть искусственная нейтраль. При возникновении утечки тока (пробой изоляции) выше граничного значения, устройство отключает электрическую сеть.

На практике дело обстоит иначе. При повторном включении оборудования может возникнуть электрическая дуга, если пробой изоляции не будет устранен.

Чтобы этого не произошло, в аппаратуре защиты предусмотрена блокировка включения оборудования при пониженном сопротивлении изоляции. То есть и при отключенном оборудовании оно контролирует изоляцию сети. Это обеспечивается применением дополнительных источников напряжения, обычно постоянного, в пределах 100 В.

Аппаратура защиты представляет собой трехфазный трансформатор, токоограничивающие сопротивления и реле с двумя катушками. Один конец первичной обмотки присоединен к соответствующей фазе сети, а другой подключается к выводу 1 первой обмотки двухобмоточного реле.

Второй вывод подсоединяется к земле. Вторичная обмотка трансформатора (источник вспомогательного тока) подсоединяется ко второй катушке реле. Они включены встречно, у второй обмотки наведенный ток больше, но их разность (дифференциальный ток) недостаточен для размыкания контактов при нормальной работе сети.

Срабатывание

Сопротивление утечки, если рассматривать эквивалентную схему, включается параллельно с устройством, контролирующим проводимость изоляции. В первой обмотке ток будет самым большим при минимальной проводимости изоляции.

При увеличении проводимости выше порогового уровня, оперативный ток снижается настолько, что происходит размыкание контактов реле. Это приводит к подаче управляющего воздействия на отключающую обмотку мощного релейного устройства.

Уже оно отключает участок сети с повреждением изоляции. Так как обмотки трехфазного трансформатора соединены звездой, и управляющий сигнал на двухобмоточное реле поступает из центра звезды, то аппаратура защиты сработает при утечках в любой линии сети.

Модели аппаратуры защиты

Аппаратура защитного отключения в электросетях с изолированным нулевым проводником выполняет те же функции, что и дифференциальное реле в обычной бытовой сети.

Основными характеристиками приборов являются:

• время срабатывания реле утечки;
• длительный ток утечки;
• кратковременный ток;
• уставка однофазной утечки.

Время срабатывания составляет 0,1 с. Длительный ток допускается максимум 0,010 А, кратковременный до 0,1 А. Уставка устанавливается в пределах 10-50 кОм.

Один из распространенных защитных приборов в системах безопасности шахт и горнодобывающих предприятий – реле утечки РУ-380. Используется в электросетях синусоидального тока 380 В с изолированным нулевым проводником.

Имеется схема контроля исправности прибора. Применяется для защиты человека от прямого воздействия электротока, при попадании напряжения сети непосредственно на него. Отключает электрооборудование при понижении сопротивления изоляции ниже порогового уровня. Может работать на взрывоопасных объектах диапазоне -10…+40 °C.

Кроме этого, реле утечки данного типа имеются в исполнении на трехфазное напряжение.

Модели контроля изоляции УАКИ – это разновидность защитной аппаратуры на 380 и 660 В. Они играют роль дифреле в промышленных электросетях с изолированным нулевым проводником.

Другой разновидностью являются аппараты защиты с автокомпенсацией емкостной составляющей утечки марки A3AK. Прибор работает так же, как и УАКИ.

Автоматический компенсатор в виде подключенного между фазовыми проводниками и заземлителем индуктивного устройства снижает токовые утечки. Управление им происходит за счет подмагничивания.

Встречаются реле утечки с самонастройкой. Они не реагируют на плавное изменение токов утечки, только на быстрые броски. Но при достижении определенного предела срабатывают и на медленные нарастания.

Источник

Принцип действия реле тока – упрощенный вариант

Что такое реле тока? Такой вопрос часто возникает у студентов и электриков самоучек. Ответ на него достаточно прост, но в учебниках и многих статьях в интернете он содержит огромное количество формул и отсылок к разнообразным законам. В нашей статье мы постараемся объяснить, что это такое, и как оно работает буквально на пальцах.

Устройство реле тока

Для начала давайте разберем принцип реле тока и его устройство. На данный момент существуют электромагнитные, индукционные и электронные реле.

Мы будем разбирать устройство наиболее распространенных электромагнитных реле. Тем более, что они дают возможность наиболее наглядно понять их принцип работы.

• Начнем с основных элементов любого реле тока. Оно в обязательном порядке имеет магнитопровод. Причем, этот магнитопровод имеет участок с воздушным зазором. Таких зазоров может быть 1, 2 или более — в зависимости от конструкции магнитопровода. На нашем фото таких зазора два.
• На неподвижной части магнитопровода имеется катушка. А подвижная часть магнитопровода закреплена пружиной, которая противодействует соединению двух частей магнитопровода.

• При появлении на катушке напряжения, в магнитопроводе наводится ЭДС. Благодаря этому, подвижная и неподвижная части магнитопровода становятся как два магнита, которые хотят соединиться. Не дает им это сделать пружина.
• По мере увеличения тока в катушке, ЭДС будет нарастать. Соответственно, будет нарастать притяжение подвижного и неподвижного участка магнитопровода. При достижении определенного значения силы тока, ЭДС будет настолько велико, что преодолеет противодействие пружины.
• Воздушный зазор между двумя участками магнитопровода начнет сокращаться. Но как говорит инструкция и логика, чем меньше воздушный зазор, тем больше становится сила притяжения, и тем с большей скоростью магнитопроводы соединяются. В результате, процесс коммутации занимает сотые доли секунды.

• К подвижной части магнитопровода жестко прикреплены подвижные контакты. Они замыкаются с неподвижными контактами и сигнализируют, что сила тока на катушке реле достигла установленного значения.

• Для возврата в исходное положение, сила тока в реле должна уменьшиться как на видео. Насколько оно должно уменьшится, зависит от так называемого коэффициента возврата реле.

Оно зависит от конструкции, а также может настраиваться индивидуального для каждого реле за счет натяжения или ослабления пружины. Это вполне можно сделать своими руками.

Назначение и способы подключения токового реле

Реле тока и напряжения, являются основными элементами практически всех основных защит. Поэтому, давайте более детально разберемся с их сферой применения и схемой подключения.

Назначение токового реле

И в первую очередь, давайте разберемся, а зачем собственно говоря нужно это токовое реле? Для ответа на этот вопрос нам следует немного погрузиться в теорию. Но мы постараемся сделать это максимально поверхностно и доступно.

• Любая электроустановка имеет два основных параметра своей работы — это ток и напряжение. Контролируя эти два параметра, можно оценить работоспособность оборудования и вероятные неисправности.
• Реле тока, как несложно догадаться, контролирует ток. И если его уменьшение говорит лишь о снижении нагрузки, то его увеличение в большинстве случаев говорит о серьезных неисправностях. Дабы не рассматривать вопрос более детально, давайте возьмем в качестве примера электродвигатель.

• Электродвигатель имеет номинальный ток, например, 50А. Незначительное увеличение тока, допустим до 55А, сигнализирует о перегрузе. В этом случае, двигатель не должен отключаться немедленно, ведь перегруз может носить временный характер, и согласно ПУЭ, большинство электродвигателей допускается периодически перегружать.
• Но длительный режим работы с повышенным номинальным током может сигнализировать о неисправности механической части или других проблемах. Поэтому, после нагрузки, через определенный промежуток времени, двигатель должен быть отключен.

• Схема реле тока и реле времени позволяет обеспечить такую защиту. При увеличении тока выше номинального значения в 50А, срабатывает токовое реле. Своими контактами оно запускает в работу реле времени, которое отсчитывает допустимое время работы двигателя в перегаженном состоянии. Если за этот период времени токовое реле не отпало, то реле времени срабатывает и отключает электродвигатель.

Обратите внимание! Защита от перегруза должна быть отстроена от времени пуска двигателя. Как известно, при пуске пусковой ток может доходить до десятикратного номинального (обычно пяти- или шестикратное). Поэтому, для исключения ложного срабатывания защиты от перегруза, время срабатывания реле времени должно быть больше времени разворота двигателя.

• Теперь возьмем другую ситуацию. На нашем двигателе происходит короткое замыкание. Его необходимо отключить в максимально сжатые сроки. Короткое замыкание характеризуется резким возрастанием тока. В зависимости от вида короткого замыкания, эти токи могут превышать значения 10-кратного номинального значения.
• Исходя из этого, нам нужно поставить реле тока, схема которого будет реагировать на такой ток, и сразу же отключать его. Такую защиту называют токовой отсечкой. Когда защита мгновенно отключает электрооборудование при достижении определенного значения тока.

• Но бывают короткие замыкания, которые имеют не такие большие токи. В этом случае, реле тока и схема его подключения несколько изменяется. Ее принцип действия похож на защиту от перегруза, только чем больше ток, тем быстрее она отключит наш электродвигатель. Достигается это за счет объединения в одном устройстве и реле времени и тока. Такая защита называется максимальной токовой.

• Существуют так же защиты от однофазных замыканий на землю, защиты от токов обратной последовательности, дифференциальные защиты, дистанционные защиты и множество других релейных схем, которые используют реле тока.

Но это уже более специфические защиты, которые требуют более глубоко понимания процессов. Поэтому в нашей статье мы не будем их рассматривать.

Схемы подключения токовых реле

Разобрав устройство и назначение реле тока, можно перейти к вопросу их подключения. Существует два основных варианта – непосредственно или через трансформатор тока.

Давайте рассмотрим каждый из этих вариантов:

• Непосредственно могут подключаться реле к электроустановкам напряжением до 1000В. Это связано с тем, что при большем напряжении размеры реле пришлось бы значительно увеличивать для обеспечения соответствующей изоляции и протекания больших токов. А из-за этого увеличилась бы и цена реле.

• Потребители до 1000В обычно не самые ответственные, поэтому защита реализуется на одной или двух фазах. Но возможен вариант реализации защит и на всех трех фазах. Для этого просто последовательно с нагрузкой включается катушка токового реле на одной или нескольких фазах.

• Многие токовые реле содержат две катушки. Для них может применяться последовательное или параллельное соединение обмоток реле тока. Это необходимо для изменения пределов срабатывания реле.
• В качестве примера, возьмем реле РТ 40. При параллельном подключении катушек, ток срабатывания варьирует в пределах 0,1 – 100А. При последовательном подключении обмоток, предел срабатывания можно регулировать в пределах 0,2 – 200А.

Обратите внимание! Если вам необходим предел срабатывания в 0,1 – 100А, то в принципе вы можете вовсе не подключать вторую обмотку.

• Значительно чаще, электрические схемы соединения реле тока предполагают использование трансформаторов тока. Эти устройства позволяют преобразовать любой ток до значений в 1 или 5 А.

• Такие потребители обычно относятся к ответственным, поэтому токовые защиты реализуются по каждой фазе. Принцип подключения прост. Катушка реле просто подключаются к выводам трансформатора тока.

Внимание! Но тут следует помнить, что трансформаторы тока и вся вторичная коммутация работают в режиме близком к короткому замыканию. Поэтому разкорачивание таких цепей чревато повреждением трансформатора тока, а также серьезными последствиями для человека. Поэтому прежде чем выполнять какие-либо переключения в токовых цепях их следует закоротить перемычкой. Или же производить переключения на электрооборудовании, выведенном в ремонт.

Вывод

Реле тока и электрическая схема его подключения имеет множество нюансов. Если вдаваться в каждый, то получится полноценный учебник. Наша же цель была дать вам общие представления о данном реле максимально доступным языком. Поэтому некоторые вопросы в нашей статье раскрыты не полностью или же упрощенно. Более детально по каждому аспекту следует разбираться, исходя из существующих условий.

Источник