Как обозначается реле на схемах. Обозначение реле на электрических схемах: типы, условные обозначения, принцип работы

Как обозначаются электромагнитные реле на принципиальных схемах. Какие бывают типы реле и контактов. Как работает электромагнитное реле. Какие параметры указываются на корпусе реле.

Основные типы и обозначения реле на схемах

Электромагнитное реле — это коммутационное устройство, состоящее из электромагнита (катушки) и одной или нескольких контактных групп. На схемах реле обозначается следующим образом:

• Катушка реле изображается в виде прямоугольника с двумя выводами
• Контакты реле обозначаются как у обычных переключателей
• Буквенный код реле — K (например, K1, K2 и т.д.)
• Контакты могут располагаться рядом с катушкой или в разных частях схемы

Основные типы контактов реле:

• NO (Normal Open) — нормально разомкнутый контакт
• NC (Normal Close) — нормально замкнутый контакт
• COM — общий (переключающий) контакт

Принцип работы электромагнитного реле

Принцип действия электромагнитного реле основан на явлении электромагнетизма:

1. При подаче тока на катушку реле создается магнитное поле
2. Магнитное поле притягивает якорь с подвижными контактами
3. Подвижные контакты замыкают или размыкают электрическую цепь
4. При отключении тока пружина возвращает контакты в исходное положение

Таким образом, реле позволяет управлять мощной нагрузкой с помощью слабого управляющего сигнала.

Обозначение параметров реле

На корпусе реле обычно указываются следующие основные параметры:

• Номинальное напряжение катушки (например, 12VDC)
• Максимальный коммутируемый ток контактов (например, 10A)
• Максимальное коммутируемое напряжение (например, 250VAC)
• Сопротивление катушки (в Омах)
• Время срабатывания/отпускания

Эти параметры необходимо учитывать при выборе реле для конкретного применения.

Типы реле по количеству контактов

По количеству коммутируемых цепей реле делятся на следующие основные типы:

• SPST (Single Pole Single Throw) — однополюсное реле на одно направление
• SPDT (Single Pole Double Throw) — однополюсное на два направления
• DPST (Double Pole Single Throw) — двухполюсное на одно направление
• DPDT (Double Pole Double Throw) — двухполюсное на два направления

Количество полюсов и направлений определяет функциональность и возможности коммутации реле.

Поляризованные реле и их обозначение

Поляризованные реле чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Их особенности:

• Обозначаются буквой P внутри символа катушки
• Имеют точку у одного из выводов катушки
• Точка также ставится у одного из контактов
• Положение контактов зависит от полярности напряжения
• Могут фиксировать контакты после отключения питания

Поляризованные реле применяются там, где важно различать полярность управляющего сигнала.

Преимущества и недостатки электромагнитных реле

Основные достоинства электромагнитных реле:

• Простота конструкции и низкая стоимость
• Возможность коммутации больших токов и напряжений
• Гальваническая развязка цепей управления и нагрузки
• Высокая помехоустойчивость

Недостатки реле:

• Наличие подвижных частей, подверженных износу
• Относительно большое время срабатывания (единицы мс)
• Дребезг контактов при переключении
• Большие габариты по сравнению с электронными аналогами

Несмотря на недостатки, электромагнитные реле широко применяются благодаря простоте и надежности.

Применение реле в электрических схемах

Основные области применения электромагнитных реле:

• Коммутация силовых цепей управления двигателями
• Системы автоматики и телемеханики
• Устройства защиты электрооборудования
• Бытовая техника (стиральные машины, холодильники и т.д.)
• Автомобильная электроника
• Системы сигнализации и оповещения

В современной технике электромагнитные реле часто заменяются на твердотельные реле и другие электронные коммутаторы. Однако в ряде применений классические реле остаются незаменимыми.

Правила выбора реле для конкретного применения

При выборе реле необходимо учитывать следующие основные параметры:

• Номинальное напряжение и ток катушки управления
• Максимальный коммутируемый ток и напряжение контактов
• Количество и тип контактных групп
• Время срабатывания и отпускания
• Механическая и электрическая износостойкость
• Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)
• Габаритные размеры и способ монтажа

Правильный выбор реле обеспечивает надежную и долговечную работу устройства.

Электромагнитное реле.

Устройство, обозначение и параметры реле

Для управления различными исполнительными устройствами, коммутации цепей, управления приборами в электронике активно применяется электромагнитное реле.

Устройство реле достаточно просто. Его основой является катушка, состоящая из большого количества витков изолированного провода.

Внутрь катушки устанавливается стержень из мягкого железа. В результате получается электромагнит. Также в конструкции реле присутствует якорь.Он закреплён на пружинящем контакте. Сам же пружинящий контакт закреплён на ярме. Вместе со стержнем и якорем ярмо образует магнитопровод.

Если катушку подключить к источнику тока, то образовавшееся магнитное поле намагничивает сердечник. Он в свою очередь притягивает якорь. Якорь укреплён на пружинящем контакте. Далее пружинящий контакт замыкается с другим неподвижным контактом. В зависимости от конструкции реле, якорь может по-разному механически управлять контактами.

Устройство реле.

В большинстве случаев реле монтируется в защитном корпусе. Он может быть как металлическим, так и пластмассовым. Рассмотрим устройство реле более наглядно, на примере импортного электромагнитного реле Bestar. Взглянем на то, что внутри этого реле.

Вот реле без защитного корпуса. Как видим, реле имеет катушку, стержень, пружинящий контакт, на котором закреплен якорь, а также исполнительные контакты.

На принципиальных схемах электромагнитное реле обозначается следующим образом.

Условное обозначение реле на схеме состоит как бы из двух частей. Одна часть (

К1) – это условное обозначение электромагнитной катушки. Она обозначается в виде прямоугольника с двумя выводами. Вторая часть (К1.1; К1.2) – это группы контактов, которыми управляет реле. В зависимости от своей сложности реле может иметь достаточно большое количество коммутируемых контактов. Они разбиваются на группы. Как видим, на обозначении изображены две группы контактов (К1.1 и К1.2).

Как работает реле?

Принцип работы реле наглядно иллюстрирует следующая схема. Есть управляющая цепь. Это само электромагнитное реле K1, выключатель SA1 и батарея питания G1. Также есть исполнительная цепь, которым управляет реле. Исполнительная цепь состоит из нагрузки HL1 (лампа сигнальная), контактов реле K1.1 и батареи питания G2. Нагрузкой может быть, например, электрическая лампа или электродвигатель. В данном случае в качестве нагрузки используется сигнальная лампа HL1.

Как только мы замкнём управляющую цепь выключателем SA1, ток от батареи питания G1 поступит на реле K1. Реле сработает, и его контакты K1.1 замкнут исполнительную цепь. На нагрузку поступит напряжение питания от батареи G2 и лампа HL1 засветится. Если разомкнуть цепь выключателем SA1, то с реле K1 будет снято напряжение питания и контакты реле K1.1 вновь разомкнуться и лампа HL1 выключится.

Коммутируемые контакты реле могут иметь своё конструктивное исполнение. Так, например, различают нормально-разомкнутые контакты, нормально-замкнутые контакты и контакты на переключение (перекидные). Разберёмся с этим поподробнее.

Нормально разомкнутые контакты

Нормально разомкнутые контакты – это контакты реле, которые находятся в разомкнутом состоянии до тех пор, пока через катушку реле не потечёт ток. Говоря проще, когда реле выключено, контакты тоже разомкнуты. На схемах реле с нормально-разомкнутыми контактами обозначается вот так.

Нормально замкнутые контакты

Нормально замкнутые контакты – это контакты реле, находящиеся в замкнутом состоянии, пока через катушку реле не начнёт течь ток. Таким образом, получается, что при выключенном реле контакты замкнуты. Такие контакты на схемах изображают следующим образом.

Переключающиеся контакты

Переключающиеся контакты – это комбинация из нормально-замкнутых и нормально-разомкнутых контактов. У переключающихся контактов есть общий провод, который переключается с одного контакта на другой.

Современные широко распространённые реле, как правило, имеют переключающиеся контакты, но могут встречаться и реле, которые имеют в своём составе только нормально-разомкнутые контакты.

У импортных реле нормально-разомкнутые контакты реле обозначаются сокращением N.O. А нормально-замкнутые контакты N.C. Общий контакт реле имеет сокращение COM. (от слова common – «общий»).

Теперь обратимся к параметрам электромагнитных реле.

Параметры электромагнитных реле.

Как правило, размеры самих реле позволяют наносить на корпус их основные параметры. В качестве примера, рассмотрим импортное реле Bestar BS-115C. На его корпусе нанесены следующие надписи.

COIL 12V

DC – это номинальное напряжение срабатывания реле (12V). Поскольку это реле постоянного тока, то указано сокращённое обозначение постоянного напряжения (сокращение DC обозначает постоянный ток/напряжение). Английское слово COIL переводится как «катушка», «соленоид». Оно указывает на то, что сокращение 12VDC имеет отношение к катушке реле.

Далее на реле указаны электрические параметры его контактов. Понятно, что мощность контактов реле может быть разная. Это зависит как от габаритных размеров контактов, так и от используемых материалов. При подключении нагрузки к контактам реле нужно знать мощность, на которую они рассчитаны. Если нагрузка потребляет мощность больше той, на которую рассчитаны контакты реле, то они будут нагреваться, искрить, «залипать». Естественно, это приведёт к скорому выходу из строя контактов реле.

Для реле, как правило, указываются параметры переменного и постоянного тока, которые способны выдержать контакты.

Так, например, контакты реле Bestar BS-115C способны коммутировать переменный ток в 12А и напряжение 120V. Эти параметры зашифрованы в надписи 12А 120VAC (сокращение AC обозначает переменный ток).

Также реле способно коммутировать постоянный ток силой 10А и напряжением 28V. Об этом свидетельствует надпись 10A 28VDC. Это были силовые характеристики реле, точнее его контактов.

Потребляемая мощность реле.

Теперь обратимся к мощности, которую потребляет реле. Как известно, мощность постоянного тока равна произведению напряжения (U) на ток (I): P=U*I. Возьмём значения номинального напряжения срабатывания (12V) и потребляемого тока (30 mA) реле Bestar BS-115C и получим его потребляемую мощность (англ. — Power consumption).

Таким образом, мощность реле Bestar BS-115C составляет 360 милливатт (mW).

Есть ещё один параметр – это чувствительность реле. По своей сути, это и есть мощность потребления реле во включённом состоянии. Понятно, что реле, которому требуется меньше мощности для срабатывания, является более чувствительным по сравнению с теми, которые потребляют большую мощность. Такой параметр, как чувствительность реле, особенно важен для устройств с автономным питанием, так как включенное реле расходует заряд батарей. К примеру, есть два реле с потребляемой мощностью 200 mW и 360 mW. Таким образом, реле мощностью 200 mW обладает большей чувствительностью, чем реле мощностью 360 mW.

Как проверить реле?

Электромагнитное реле можно проверить обычным мультиметром в режиме омметра. Так как обмотка катушки реле обладает активным сопротивлением, то его можно легко измерить. Сопротивление обмотки реле может варьироваться от нескольких десятков ом (Ω), до нескольких килоом (kΩ). Обычно самое низкое сопротивление обмотки имеют миниатюрные реле, которые рассчитаны на номинальное напряжение 3 вольта. У реле, номинальное напряжение которых составляет 48 вольт, сопротивление обмотки намного выше. Это прекрасно видно по таблице, в которой указаны параметры реле серии Bestar BS-115C.

Номинальное напряжение (V, постоянное)	Сопротивление обмотки (Ω ±10%)	Номинальный ток (mA)	Потребляемая мощность (mW)
3	25	120	360
5	70	72
6	100	60
9	225	40
12	400	30
24	1600	15
48	6400	7,5

Отметим, что потребляемая мощность всех типов реле этой серии одинакова и составляет 360 mW.

Электромагнитное реле является электромеханическим прибором. Это, наверное, является самым большим плюсом и в то же время весомым минусом.

При интенсивной эксплуатации любые механические части изнашиваются и приходят в негодность. Кроме этого, контакты мощных реле должны выдерживать огромные токи. Поэтому их покрывают сплавами драгоценных металлов, таких как платина (Pt), серебро (Ag) и золото (Au). Из-за этого качественные реле стоят довольно дорого. Если ваше реле всё-таки вышло из строя, то замену ему можно купить здесь.

К положительным качествам электромагнитных реле можно отнести устойчивость к ложным срабатываниям и электростатическим разрядам.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Реле напряжения на однолинейной схеме

Это специализированный государственный стандарт по модульным аппаратам защиты, работа которых основана на действии реле, в котором для реле напряжения принято следующее схематическое обозначение:

Оно складывается из нескольких символов:

— Общий графический знак всех реле — прямоугольник

— Измеряемой величины – «U» Напряжения

— Знаков больше «>» и меньше «<», которые показывают диапазон работы

Для более полных, детальных электрических схем, стандартом допускается добавлять численные единицы диапазона регулировки при превышении/понижении которого устройство сработает.

В качестве примера, на изображении ниже, показан модульный аппарат, который срабатывает при превышении напряжения в сети выше 250 Вольт или понижении уровня меньше 180 Вольт.

Обозначение трехфазной модификации устройства , внешне немногим отличается от однофазного, а вот в принципе работы и подключения у них есть существенные различия.

В однофазной сети

Реле напряжения для однофазной сети само коммутирует фазный проводник. Пока параметры напряжения в сети находятся в допустимом диапазоне, контакты замкнуты и ток поступает к потребителям — электрическим розеткам, освещению и т.д. В случае, когда оно становится выше или ниже установленных величин, внутренним механизмом автоматически разрывается фазный проводник и потребители обесточиваются.

Однолинейная схема электрического щита с однофазным реле напряжения выглядит следующим образом:

В трехфазной сети

Трехфазное реле напряжения, чаще не разрывает фазы, которые контролирует, а лишь даёт сухой контакт – нормально замкнутый или разомкнутый и изменяет его состояние.

К этому сухому контакту подключаются управляющие проводники контактора (или пускателя), функция которого коммутировать или разъединять фазные провода, защищая систему от опасных перепадов напряжения.

Однолинейная схема электрощита с трехфазным реле контроля напряжения и управляемым ей контактором показана ниже:

Буквенное обозначение реле напряжения

 

Правильное буквенное обозначение, которыми маркируются реле напряжения – KV.

Об этом сказано в действующем ГОСТ 2.710-81 «Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» (ЧИТАТЬ В PDF) , где выделен персональный двухзначный код для них.

6. Реле и соединители — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции

 Наряду с выключателями и переключателями в радиоэлектронной технике для дистанционного управления и различных развязок широко применяют электромагнитные реле (от французского слова relais). Электромагнитное реле состоит из электромагнита и одной или нескольких контактных групп. Символы этих обязательных элементов конструкции реле и образуют его условное графическое обозначение [4].

 
 Электромагнит (точнее, его обмотку) изображают на схемах в виде прямоугольника с присоединенными к нему линиями электрической связи, символизирующими выводы. Условное графическое обозначение контактов располагают напротив одной из узких сторон символа обмотки и соединяют с ним линией механической связи (пунктирной линией). Буквенный код реле — буква K (K1 на рис.6.1)

 

 Выводы обмотки для удобства допускается изображать с одной стороны (см. рис. 6.1, К2), а символы контактов — в разных частях схемы (рядом с УГО коммутируемых элементов). В этом случае принадлежность контактов тому или иному реле указывают обычным образом в позиционном обозначении условным номером контактной группы (К2.1, К2.2, K2.3).

 
 Внутри условного графического обозначения обмотки стандарт допускает указывать ее параметры (см. рис. 6.1, КЗ) или конструктивные особенности. Например, две наклонные линии в символе обмотки реле К4 означают, что она состоит из двух обмоток.

 

 Поляризованные реле (они обычно управляются изменением направления тока в одной или двух обмотках) выделяют на схемах латинской буквой Р, вписываемой в дополнительное графическое поле УГО и двумя жирными точками (см. рис. 6.1, К5). Эти точки возле одного из выводов обмотки и одного из контактов такого реле означают следующее: контакт, отмеченный точкой, замыкается при подаче напряжения, положительный полюс которого приложен к выделенному таким же образом выводу обмотки. Если необходимо показать, что контакты поляризованного реле остаются замкнутыми и после снятия управляющего напряжения, поступают так же, как и в случае с кнопочными переключателями (см. разд. 5): на символе замыкающего (или размыкающего) контакта изображают небольшой кружок. Существуют так же реле, в которых магнитное поле, создаваемое управляющим током обмотки, воздействует непосредственно на чувствительные к нему (магнитоуправляемые) контакты, заключенные в герметичный корпус (отсюда и название геркон — ГЕРметизированный КОНтакт). Чтобы отличить контакты геркона от других коммутационных изделий в его УГО иногда вводят символ герметичного корпуса — окружность. Принадлежность к конкретному реле указывают в позиционном обозначении (см. рис. 6.1, К6.1). Если же геркон не является частью реле, а управляется постоянным магнитом, его обозначают кодом автоматического выключателя — буквами SF (рис. 6.1, SF1).

 
 Большую группу коммутационных изделий образуют всевозможные соединители. Наиболее широко используют разъемные соединители (штепсельные разъемы, см. рис. 6.2). Код разъемного соединителя — латинская буква X. При изображении штырей и гнезд в разных частях схемы в позиционное обозначение первых вводят букву Р (см. рис. 6.2, ХР1), вторых — S (XS1).

 

 Высокочастотные (коаксиальные) соединители и их части обозначают буквами XW (см. рис. 6.2, соединитель XW1, гнезда XW2, ХW3). Отличительный признак высокочастотного соединителя — окружность с отрезком касательной линии, параллельной линии электрической связи и направленной в сторону соединения (XW1). Если же с другими элементами устройства штырь или гнездо’ соединены коаксиальным кабелем, касательную продляют и в другую сторону (XW2, XW3). Соединение корпуса соединителя и оплетки коаксиального кабеля с общим проводом (корпусом) устройства показывают присоединением к касательной (без точки!) линии электрической связи со знаком корпуса на конце (XW3).

 
 Разборные соединения (с помощью винта или шпильки с гайкой и т. п.) обозначают на схемах буквами XT, а изображают — небольшим кружком (см. рис. 6.2; ХТ1, ХТ2, диаметр окружности — 2 мм). Это же условное графическое обозначение используют и в том случае, если необходимо показать контрольную точку.

 
 Передача сигналов на подвижные узлы механизмов часто осуществляется с помощью соединения, состоящего из подвижного контакта (его изображают в виде стрелки) и токопроводящей поверхности, по которой он скользит. Если эта поверхность линейная, ее показывают отрезком прямой линии с выводом в виде ответвления у одного из концов (см. рис. 6.2, X1), а если кольцевая или цилиндрическая — окружностью {X2).

 

 Принадлежность штырей или гнезд к одному многоконтактному соединителю показывают на схемах линией механической связи и нумерацией в соответствии с нумерацией на самих соединителях (рис. 6.3, XS1, ХР1). При изображении разнесенным способом условное буквенно-цифровое позиционное обозначение контакта составляют из обозначения, присвоенного соответствующей части соединителя и его номера (XS1.1 — первое гнездо розетки XS1; ХР5,4 — четвертый штырь вилки ХР6 и т. д.).

 
 Для упрощения графических работ стандарт допускает заменять условное графическое обозначение контактов розеток и вилок многоконтактных соединителей небольшими пронумерованными прямоугольниками с соответствующими символами (гнезда или штыря) над ними (см. рис. 6.3, XS2, ХР2). Расположение контактов в символах разъемных соединителей может быть любым — здесь все определяется начертанием схемы; неиспользуемые контакты на схемах обычно не показывают.
Аналогично строятся условные графические обозначения многоконтактных разъемных соединителей, изображаемых в состыкованном виде (рис. 6.4). На схемах разъемные соединители в таком виде независимо от числа контактов обозначают одной буквой X (исключение — высокочастотные соединители). В целях еще большего упрощения  графики стандарт допускает обозначать многоконтактный соединитель одним прямоугольником с соответствующими числом линий электрической связи и нумерацией (см. рис. 6.4, X4).

 
 Для коммутации редко переключаемых цепей (делителей напряжения с подборными элементами, первичных обмоток трансформаторов сетевого питания и т. п.) в электронных устройствах применяют перемычки и вставки. Перемычку, предназначенную для замыкания или размыкания цепи, обозначают отрезком линии электрической связи с символами разъемного соединения на концах (рис. 6.5, X1), для переключения — П-образной скобой (X3). Наличие на перемычке контрольного гнезда (или штыря) показывают соответствующим символом {X2).

 
 При обозначении вставок-переключателей, обеспечивающих более сложную коммутацию, используют способ для изображения переключателей. Например, вставка на рис. 6.5, состоящая из розетки XS1 и вилки XP1, работает следующим образом: в положении 1 замыкатели вилки соединяют гнезда 1 и 2, 3 и 4, в положении 2 — гнезда 2 и 3, 1 и 4, в положении 3 — гнезда 2 и 4. 1 и 3.

 

 

 

Схема обозначений, используемых в реле.

Схема обозначений, используемых в реле.

1. Обозначение  контактов реле.

COM – общий контакт реле, который является подвижным. Зачастую обозначается, как BASE или COMMON. Общий контакт еще называется полюс, а те, с которыми он соединяется – направлениями.

NC (Normal Close) – контакт с которым общий нормально замкнут (нормально закрытый). Это значит, что контакты замкнуты, когда реле обесточено и размыкаются, когда подается ток на управляющую катушку.

NO (Normal open) – контакт с которым общий нормально разомкнут (нормально открытый). Т.е. когда реле обесточено контакты разомкнуты, а когда на катушку подается напряжение, то контакты замыкаются.

В схеме с NC мы видим, что ток протекает через реле при обесточенной катушке и, чтобы разомкнуть цепь нам нужно подать напряжение на катушку, а во втором случае в с обесточенной катушкой и через контакты реле ток не протекает.

Нормальное состояние — это изначальное состояние реле. Но стоить отметить, что есть типы реле, например, поляризованные для которых понятия нормального состояния нет, поскольку оно может меняться, а соответственно контакт NO может стать NC и наоборот.

2. Типы переключателей.

По типу переключения все реле можно поделить на 2 основных типа:

— реле размыкает или замыкает контакт (SPST). Такое реле имеет один вход и один выход, и работает как ключ. При этом одно такое реле может содержать несколько пар независимых контактов, т.е. иметь несколько баз со своими контактами (DPST).

— реле переключается между двумя и более контактами (SPDT. Здесь имеется одна база, но может быть несколько выходов. Такие реле так же могут иметь в себе несколько пар контактов (DPDT).

SPDT (Single Pole, Double Throw). Один полюс, два направления. Т.е. Есть один общий контакт, который может переключаться с двумя направлениями.

DPDT (Double Pole, Double Throw). Два полюса на два направления, т.е. 2 группы переключателей. По сути это два реле SPDT в одном, но имеющие общую катушку. Иногда реле типа DPDT так и обозначается -2SPDT. Таким образом может быть реализовано и реле с гораздо большим количеством переключателей.

SPST (Single Pole, Single Throw). Один полюс на одно направление. Формально это управляемый ключ, который может быть либо нормально замкнутым, либо нормально разомкнутым.

                                             

DPST (Double Pole, Single Throw). Два полюса на одно направление. Реле DPST с двойным полюсом эквивалентно двум переключателям SPST (NO нормально разомкнутый и NC нормально замкнутый) и может использоваться для переключения двух разных нагрузок.

        

У нас есть 2 сценария в зависимости от типа реле

Без напряжения на катушке:

С NO, нагрузки будут ОТКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток не может протекать.

С NC нагрузки будут ВКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток может протекать

С напряжением на катушке:

С NO, нагрузки будут ВКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток может протекать.

С NC нагрузки будут ОТКЛЮЧЕНЫ, поскольку ток не может протекать.

4. Варианты обозначений.

На сложных комбинациях реле можно встретить детализированные обозначения типов переключателей.  Как уже писалось выше, реле DPDT может обозначаться, как 2SPDT, хотя здесь все и так понятно, но в случае с DPST NC-NO мы можем не какое из направлений нормально замкнутое, а какое нормально разомкнутое, поэтому вводится обозначение типа 2SPST-1NC-1NO.

Мы должны понимать, что в данной ситуации DPST NC-NO = 2SPST-1NC-1NO.

5. Общая таблица обозначений.

Условное обозначение реле

Как известно, что если через катушку индуктивности пропустить постоянный электрический ток, то вокруг нее образуется магнитное поле, которое начинает притягивать металлические предметы. Если около такого соленоида расположить одну или несколько подпружиненных контактных групп и их подвижные части жестко соединить с пластиной, изготовленной из металлического сплава, расположенной около одного из полюсов катушки, то получится электромагнитное коммутирующее устройство, которое называется «реле» от французского «relais».

При подключении катушки к источнику тока стальная пластинка начинает, притягивается к катушке и тем самым приводит в движение контакты, замыкающие или размыкающие электрическую цепь. Чтобы пластина реле вернулась в первоначальное положение, катушку необходимо обесточить.

Обозначение реле

 

 

На электрических схемах условное обозначение реле наносится в виде прямоугольника, от наибольших сторон которого отведены линии выводов питания соленоида.

Номера контактной группы К2.1 и К2.2

 

Контакты электромагнитного реле изображают аналогично, контактам выключателей и переключателей. Условное графическое обозначение реле, контакты которого расположены рядом с катушкой, соединяют штриховой линией, а если контакты расположены в различных местах, то около прямоугольного знака соленоида, ставят символ «К» и его порядковый номер, как и в первом случае, и около контактов реле помимо его номера, через точку пишут номер контактной группы.

Поляризованное реле

 

Работа обычных электромагнитных реле не требует полярности подключения источника напряжения, приложенного к концам катушки. Но есть реле, для которых обязательно нужно соблюдать это условие. Такие реле называют поляризованными.

При подаче напряжения на обмотку зависимого от полярности реле, его контакты приводятся в движение и могут быть зафиксированы в таком положении даже при разрыве цепи обмотки. Чтобы изменить положение контактов, необходимо поменять полярность подачи напряжения на обмотке.

Условное обозначение полярного реле, на электрической принципиальной схеме, наносится в виде прямоугольника с двумя выводами и жирной точкой у одного из разъёмов. Этот знак, в виде жирной точки, ставится так же у одного из неподвижного контакта, говорящего о том, что в данном положении состояние коммутирующего элемента будет зафиксировано при срабатывании реле. Латинский символ «Р» наносимый в прямоугольнике указывает на то, что это реле поляризованное.

схема, как работает, характеристики, способы подключения

Твердотельное реле (ТТР) – полупроводниковое устройство, применяемое для создания контакта между низковольтными и высоковольтными цепями, является современной альтернативой традиционным пускателям и контакторам. Применяется в бытовой технике, промавтоматике, автомобильной электронике. Эти устройства могут иметь разные конструкции и схемы подключения, рассчитанные на применение в определенной группе приборов. В отличие от электромеханических аналогов электронные коммутаторы не имеют трущихся частей, а их основными узлами являются: симисторы, тиристоры, транзисторы. Структура В схему твердотельного реле входят: Вход – первичная цепь, основные функции которой – прием и передача сигнала устройству, коммутирующему нагрузку. Триггерная цепь – может быть отдельным элементом или входить в устройство оптической развязки твердотельного реле. Оптическая развязка – изолирует входную и выходную цепи переменного тока. Конструкция опторазвязки определяет тип электронного коммутатора и принцип его действия. Переключающая цепь – служит для передачи напряжения на нагрузку. Цепь защиты – может быть внутренней или наружной, предотвращает появление нештатных режимов и ошибок. Принцип работы твердотельных реле Основная задача, решаемая применением твердотельных реле, – руководство автоматикой в сетях с напряжением 12-480 В, коммутация приборов с индуктивной нагрузкой. Рядовое исполнение коммутатора подразумевает наличие двух контактов обслуживаемой сети и двух управляющих проводов. При увеличении количества фаз число контактов и управляющих проводов увеличивается. Замыкание и размыкание контактов, при которых подается или прекращается подача напряжения на нагрузку, осуществляются при участии активатора твердотельного реле. Его функции выполняют: в устройствах на переменном токе – полупроводники тиристоры или симисторы; в потребителях постоянного тока – транзисторы. Если в электромеханическом реле при отключении контакты находятся в полностью разомкнутом состоянии, то в твердотельном коммутаторе отсутствие тока в цепи обеспечивают полупроводниковые приборы. При высоких напряжениях они могут давать токи «утечки», снижающие эффективность работы потребителей. Характеристики твердотельных реле Эти полупроводниковые устройства имеют комплекс преимуществ, обеспечивающий популярность их применения в современной электронике и автоматике: малое энергопотребление – на 90% меньше, по сравнению с электромагнитными реле; компактные габариты, обеспечивающие удобную транспортировку и монтаж; конструкция, устойчивая к механическим воздействиям; высокое быстродействие, благодаря которому устройство выгодно отличается от электромеханических коммутаторов; бесшумность; длительный рабочий период, отсутствие потребности в проведении периодического техобслуживания; включение цепи без электромагнитных помех; обеспечение надежной изоляции между входными и коммутационными цепями; совместимость с большинством компонентов логических интегральных схем без использования усилителей сигнала, буферов, драйверов. Основными недостатками этого прибора являются: высокая цена, необходимость использования радиаторов охлаждения и дорогостоящих предохранителей, вероятность появления оттоков «утечки» в отключенном состоянии. Основные области применения Твердотельные реле эффективны при необходимости коммутации индуктивной нагрузки. Они применяются: в системах, регулирующих температуру при помощи ТЭНа; для обеспечения постоянного термического режима техпроцесса; для коммутирования управляющих цепей; в цепях изменения скорости вращения электродвигателя; для контроля нагрева, обеспечения нормальных рабочих режимов трансформаторов и других приборов; в осветительных цепях для регулирования уровня освещения – на концертах, дискотеках, шоу. Эти полупроводниковые устройства могут использоваться как в бытовых приборах, так и в промавтоматике, для функционирования которой требуется трехфазное напряжение. Разновидности твердотельных реле Эти полупроводниковые устройства разделяются по типу нагрузки на одно- и трехфазные. Однофазные твердотельные реле работают с токами 10-120 А, 100-500 А, фазовое управление осуществляется аналоговыми сигналами. С помощью трехфазных твердотельных реле управляют током сразу на трех фазах. Рабочий интервал тока – 10-120 А. Разновидностью трехфазных моделей являются коммутаторы реверсивного типа. Их отличия: бесконтактная коммутация и особая маркировка. Эти устройства эффективно соединяют и разъединяют каждую цепь по отдельности. Защитные компоненты предотвращают ложные срабатывания. Трехфазные устройства имеют более длительный эксплуатационный период, по сравнению с однофазными. По характеру контролируемого и коммутируемого напряжения различают твердотельные реле: Постоянного тока. Надежны, изготавливаются со световой индикацией, имеют широкий диапазон рабочих температур: от -30°C до +70°C. Переменного тока. Для таких полупроводниковых устройств характерны: бесшумность работы, малый уровень электромагнитных помех, высокое быстродействие, энергосберегающие характеристики. С ручным руководством. В этих моделях режим работы можно настраивать самостоятельно. Классификация твердотельных реле по способу коммутации: устройства для обеспечения мгновенного срабатывания; модели для коммутации слабоиндуктивных, редуктивных, емкостных нагрузок; с наличием управления по фазам – используются для осветительных приборов и нагревательных элементов. Разновидности по конструкции: разработанные для монтажа на DIN-рейки; универсальные, монтируются на переходные линейки. Какие параметры важны при выборе твердотельных реле? Эти полупроводниковые устройства приобретают в соответствии с запланированной областью применения. При покупке учитывают: мощность – запас мощности должен превышать величину, необходимую для обслуживания определенного оборудования, в несколько раз, если модель используется для запуска асинхронного двигателя, то запас должен составлять 6-10 раз; материал изготовления корпуса, его соответствие условиям, в которых будет эксплуатироваться устройство; габариты корпуса; тип крепежных элементов; моментальное или постепенное быстродействие; наличие дополнительных эксплуатационных возможностей; энергопотребление; бренд. Виды предохранителей для твердотельных реле Для сохранения работоспособности этих устройств их используют в комплексе с различными типами предохранителей, различающихся между собой по эксплуатационным характеристикам. Эти устройства стоят достаточно дорого, их цена сопоставима со стоимостью самого реле. Однако такие затраты оправдываются надежностью работы приборов. g R – быстро реагируют, работают в широком диапазоне мощностей. g S – пригодны для полного интервала токов. a R – эффективны для защиты от коротких замыканий. Меньшим защитным диапазоном обладают предохранители классов B, С, D, но и стоят они гораздо дешевле, по сравнению с перечисленными выше аналогами. Особенности подключения твердотельного реле Включить прибор в общую цепь можно самостоятельно. Монтаж облегчает отсутствие пайки. Прибор подсоединяют винтовыми крепежными элементами. При проведении монтажных работ необходимо: избегать попадания металлических предметов, загрязнений, пыли; не прилагать механические воздействия на корпус; размещать устройство вдали от легковоспламеняющихся предметов; перед пуском устройства в работу проверить правильность подключений. Внимание! Во время эксплуатации нельзя прикасаться к корпусу устройства во избежание ожогов. При нагреве модели во время работы до температуры, превышающей +60°C, рекомендуется устанавливать ее на радиатор охлаждения. В основном высокий нагрев происходит при частых включениях электронного коммутатора. Возможные схемы подключения твердотельных реле Существует множество вариантов подключения твердотельного реле, конкретный способ выбирается, в зависимости от характеристик подключаемой нагрузки. Наиболее простые и распространенные схемы: Нормально открытая. Нагрузка находится под напряжением в присутствии сигнала управления. Нормально закрытая. Нагрузка находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. Схемы подключения контактов трехфазных твердотельных реле – «звезда» без нейтрали и с нейтралью, «треугольник». Примеры обозначения твердотельных реле на схеме Видеообзор Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Шесть инструментов, которые вы ДОЛЖНЫ изучить перед программированием числовых реле защиты для реальных

Программирование микропроцессорных реле

Разработка базовых спецификаций настроек числовых реле — скучный процесс для большинства инженеров-электриков, но не для инженеров по защите! Он требует значительных входных данных, но по большей части интересен и относительно прост.

6 инструментов, которые вы ДОЛЖНЫ изучить перед программированием числовых реле защиты в реальных условиях (фото предоставлено Люси Электрик)

Базовое понимание логических выражений и методологий полезно при разработке необходимого программирования для получения желаемой логики и для эффективного использования всей мощности разработан в числовые реле.

Возможности и мощность, заложенные в конструкции микропроцессорных реле, постоянно расширяются. Помимо обеспечения набора защитных функций, обеспечивается возможность выполнять большинство требований к управлению и сбору данных на подстанциях.

Многие современные цифровые реле обладают способностью заменять другие цифровые устройства, которые требуются в системах управления подстанцией и сбора данных, такие как ПЛК, RTU, счетчики и переключатели управления.

Препятствием к практическому использованию расширенной мощности, которая предоставляется в микропроцессорных защитных устройствах, является сложность программирования, которая требуется для использования этой мощности .

Инженеры по защите не обязательно обладают навыками программирования и, как таковые, могут не решаться применять цифровые реле, чтобы использовать их все возможности.

Инструменты программирования

Понимание методов программирования требуется для эффективного использования многих функций и гибкости, которые предусмотрены в современных микропроцессорных реле.

Инструменты программирования, доступные для программирования современных числовых реле, включают:

1. Логическая алгебра
   1. Пример
2. Элементы уравнения управления
3. Двоичные элементы
4. Аналоговые величины
5. Математические операторы
6. Настройки реле

Также, Давайте упомянем улучшения, достигнутые цифровыми реле в системах распределения и передачи, с упоминанием некоторых наиболее типичных примеров:

7. Улучшения защиты
   1. Системы защиты распределения
   2. Системы защиты передачи

1.Boolean Algebra

Знание булевой алгебры и ее отношения к логике, создаваемой электрическими цепями, важно для облегчения задачи программирования числовых реле.

Для инженеров по защите желательно получить степень свободного владения этим предметом .

Есть много хороших текстов и курсов для получения знаний в этой предметной области. Далее следует краткий обзор некоторых основных принципов.

Рисунок 1 — Выражения для логического сложения — логический элемент «ИЛИ»

В булевой арифметике термины могут иметь только два состояния — они могут быть либо 1, либо 0.Правила для логического сложения проиллюстрированы следующими уравнениями:

0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1,
1 + 0 = 1, 1 + 1 = 1

Неважно, сколько членов добавлено, сумма не может быть больше 1 , поскольку, как отмечалось ранее, могут существовать только 1 и 0:

0 + 1 + 1 = 1,
1 + 1 + 1 + 0 = 1,
1 + 1 + 0 + 1 + 1 + 0 = 1

Логическое сложение соответствует логической функции логического элемента «ИЛИ» и представляет параллельные контакты в электрической цепи.Основные уравнения для логического сложения вместе с логическим вентилем «« ИЛИ »» и представлением электрической схемы показаны на рисунке 1 выше.

Ниже приведены уравнения, которые представляют правила для логического умножения:

0 × 0 = 0,
0 × 1 = 0,
1 × 0 = 0,
1 × 1 = 1

Булево умножение соответствует логическая функция затвора «И» и представляет последовательные контакты в электрической цепи.

Рисунок 2 — Выражения для логического умножения — вентиль «И»

На рисунке 2 показаны выражения для логического умножения. Булевы алгебраические переменные обозначаются заглавными буквами.

Логическая переменная может иметь только одно из двух значений — 1 или 0 . У каждой переменной есть дополнение — противоположное ее значению. Если переменная A имеет значение 1, то ее дополнение имеет значение 0. Символ, используемый для дополнения переменной, обозначается полосой над соответствующей заглавной буквой.

Дополнение называется логической инверсией и соответствует логической функции логического элемента «НЕ» .

Рисунок 3 — Выражения для логического дополнения — логический элемент «НЕ»

Электрически логическая инверсия эквивалентна нормально замкнутому контакту. Выражения для логического дополнения показаны на рис. 3.

Как и в математике, тождества существуют и в булевой алгебре. Эти тождества получены из уникальной природы булевых переменных с двумя переменными.

Базовые булевы аддитивные и мультипликативные тождества показаны на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 — Базовые логические тождества

Булева алгебра также содержит кумулятивные и ассоциативные свойства.

• Суммарное свойство сложения: A + B = B + A
• Накопительное свойство умножения: AB = BA
• Ассоциативное свойство сложения: A + (B + C) = (A + B ) + C
• Ассоциативное свойство умножения: A (BC) = (AB) C
• Распределительное свойство: A (B + C) = AB + AC

Некоторые другие операторы, используемые в булевых выражениях, включают сравнения (<,>, = и т. д.), круглые скобки и триггеры по переднему и заднему фронту. В числовых реле часто используются символы для представления логических операторов (например, + = ИЛИ, * = И,! = НЕ).

Таблицы истинности часто используются в качестве первого шага в процессе программирования , чтобы точно проиллюстрировать, что должна выполнять логическая схема. Таблицы истинности обеспечивают систематический способ настройки связанных логических выражений.

Для повышения эффективности программирования исходные выражения, полученные из таблицы истинности, должны быть сокращены с использованием законов булевой алгебры до упрощенной формы.Требуемая логическая схема может быть затем разработана из упрощенного выражения.

На рисунке 5 показаны таблицы истинности для множества логических вентилей , используемых в логических диаграммах .

Рисунок 5 — Логические вентили и соответствующие таблицы истинности

Вернуться к содержанию ↑

Пример

Следующий пример иллюстрирует процесс разработки логики для цепей управления:

Три пилотные релейные системы применяются на очень важной линии передачи .Для повышения безопасности линии желательно, чтобы выходные сигналы отключения от двух из трех пилотных систем присутствовали для инициирования отключения линии.

A1 представляет выходной сигнал отключения из пилотной схемы, а a (0) представляет выходной сигнал отсутствия отключения из пилотной схемы. Соответствующая таблица истинности будет иметь вид
, показанный в таблице 1.

A ’ будет использоваться для обозначения дополнения. Из четырех условий в таблице истинности, для которых указан выход, могут быть получены следующие булевы уравнения:

Таблица 1 — Таблица истинности для пилотной логики «Два из трех»

87

Строка 4 — A’BC = 1
Строка 6 — AB’C = 1
Строка 7 — ABC ‘= 1
Строка 8 — ABC = 1

Затем можно разработать логическое уравнение, охватывающее условия, указанные ранее:

Выход = A’BC + AB’C + ABC ‘+ ABC

Логическая схема может быть разработана в соответствии с приведенным ранее логическим уравнением.Однако это было бы довольно сложно. Используя правила булевой алгебры
, вышеупомянутое уравнение может быть сокращено до:

Выход = AB + BC + AC

Принимая во внимание, что логические требования для этого случая были более или менее интуитивно очевидны, поскольку требуемая логика была довольно простой, для более сложных систем легко выявить ошибки, когда используются ярлыки и интуиция вместо пошагового процесса.

Настоятельно рекомендуется при разработке логических программ использовать таблицы истинности и систематический подход для облегчения получения достоверного результата.

Соответствующая логическая схема для вышеупомянутого выходного уравнения показана на рисунке 6 ниже.

Рисунок 6 — Логическая схема, которая удовлетворяет выходу = AB + BC + AC

Вернуться к содержанию ↑

2. Элементы уравнения управления

Элементы уравнения управления — это совокупность мест хранения, таймеров и счетчиков, доступных в реле, позволяющее пользователю настроить работу реле и предоставить логику данных для автоматизации подстанции.

Эти элементы включают переменных уравнения управления , разработанных с помощью запрограммированных булевых уравнений, математические переменные уравнения управления, разработанные с помощью математических уравнений управления, защелки, а также таймеры кондиционирования и упорядочения.

Они также предоставляют места для хранения удаленных битов, которые передаются на реле для определения состояния другого оборудования.

Вернуться к содержанию ↑

3. Двоичные элементы

Двоичные элементы — это выходы , которые являются результатом внутренней релейной логики .Логика, управляющая двоичными элементами, может быть предварительно запрограммирована или запрограммирована пользователем.

Двоичные элементы могут использоваться в булевых уравнениях для создания другой логики или для инициирования различных действий, таких как выход отключения, выход закрытия, запуск отчета о событии и т. Д.

Рисунок 7 — Пример логической схемы для элемента максимального тока 50N-1 (реле защиты SIPROTEC 7SJ62 / 64)

Вернуться к содержанию ↑

4. Аналоговые величины

Аналоговые величины — это величины тока и напряжения, которые являются получил, измерил и рассчитал.Аналоговые величины могут быть мгновенными, средними или среднеквадратичными значениями соответствующего тока или напряжения.

Математические операторы используются для программирования аналоговых величин .

Вернуться к содержанию ↑

5. Математические операторы

Математические операторы используются для написания математических уравнений управления с использованием аналоговых значений. Математические операторы включают в себя знакомые операции, такие как сложение, вычитание, умножение, деление, извлечение квадратного корня, логарифмы, показатели степени, триггерные функции и т. Д.

Программирование математических уравнений пользователем обычно связано с функциями управления , а не с защитными функциями.

Вернуться к содержанию ↑

6. Настройки реле

В дополнение к программированию логических уравнений микропроцессорным реле требуются входы для назначения уровня и временной задержки, с которой различные двоичные элементы изменяют состояние (уставки для защитных функций, таймер настройки и т. д.), а также для включения или отключения различных функций, доступных в реле.

Входы также необходимы для определения чередования фаз, коэффициентов трансформации трансформатора тока и трансформатора напряжения, время-токовых характеристик, необходимых для функций защиты, которые работают с обратнозависимой выдержкой времени, индикации на дисплее и т. Д.

Многие числовые реле обеспечивают широкий выбор защитных функций, которые можно выбрать для использования вместе с рядом групп уставок, в которых могут применяться различные уставки.

Одновременно может быть активна только одна группа уставок.Различные настройки в группах могут применяться для обеспечения необходимой защиты в различных условиях эксплуатации.

Активная группа настроек может быть выбрана или изменена автоматически или вручную . Защитные функции, использование которых нежелательно, следует отключить. Благодаря широкому набору доступных функций числовые реле требуют особенно большого количества входных данных.

Имея дело с такими большими объемами данных, инженер по защите должен составлять входные требования с осторожностью и должной осмотрительностью, чтобы избежать ошибок.Простая ошибка в цифре или неправильный знак может иметь серьезные негативные последствия для надежности и безопасности соответствующей энергосистемы.

Вернуться к содержанию ↑

Усовершенствования защиты

Важные особенности микропроцессорных реле, которые служат для усиления защиты, ранее доступной за счет применения традиционных реле, включают следующее:

1. Цифровые реле позволяют использовать различные системы защиты. применил с минимальной доплатой .
2. Изменения могут быть легко внесены в микропроцессорные релейные системы .

Применение микропроцессорных релейных систем вместе с локальной сетью предоставляет средства для простого изменения логики и настроек и простого применения схем защиты, которые ранее не могли быть оправданы.

Вернуться к содержанию ↑

Системы защиты распределения

Использование микропроцессорной релейной защиты на распределительных подстанциях позволило применить схемы защиты, которые ранее были слишком сложными или дорогостоящими, чтобы их можно было оправдать.

Одним из примеров является применение реле неисправности выключателя . Большинство цифровых реле оснащены таймерами, встроенными в программное обеспечение, которые доступны для применения по желанию пользователя. Эти таймеры вместе с некоторым простым программированием могут быть настроены для отправки сигнала через порт связи реле для отключения резервных устройств, если выключатель фидера не сможет выполнить прерывание в течение заданного времени после срабатывания соответствующего защитного реле.

Реле отказа выключателя в прошлом редко применялось на уровне распределения из-за сложности и стоимости схем отказа электромеханического выключателя.

Рис. 8 — Базовая схема отказа выключателя

При микропроцессорной релейной защите относительно просто обеспечить релейную защиту для защиты распределительных линий.

Резервная защита может быть получена путем программирования аварийного контакта каждого реле фидера на отключение соответствующего выключателя фидера с разрешением срабатывания резервного реле максимального тока. Замыкание контакта аварийной сигнализации происходит, когда механизм самопроверки реле указывает на проблему внутри реле.

Реле максимального тока, обеспечиваемое током, протекающим через трансформатор подстанции, во многих случаях применяется для защиты шины или трансформатора. Элементы максимального тока, которые существуют для этого реле, могут использоваться для функции контроля максимального тока для резервной защиты фидера с минимальными дополнительными затратами.

Реле шины запрограммировано на срабатывание реле максимального тока с короткой выдержкой времени. Реле максимального тока шины настроено на срабатывание на уровне, немного превышающем уровень реле максимального тока блокировки на каждом фидере.

Для отказов фидера, если существует достаточный ток короткого замыкания до

.

Восемь наиболее важных характеристик дистанционных реле (на основе сравнения импедансов)

Полное сопротивление дистанционных реле

Некоторые числовые реле измеряют абсолютный импеданс короткого замыкания, а затем определяют, требуется ли операция в соответствии с границами импеданса, определенными на диаграмме R / X. Традиционные дистанционные реле и цифровые реле, которые имитируют элементы импеданса традиционных реле, не измеряют абсолютный импеданс.

Восемь наиболее важных характеристик дистанционных реле (на основе сравнения импеданса)

Они сравнивают измеренное напряжение короткого замыкания с репликой напряжения, полученной из тока короткого замыкания и настройки импеданса зоны, чтобы определить, находится ли замыкание в зоне или вне зоны.Компараторы импеданса дистанционных реле или алгоритмы, которые имитируют традиционные компараторы, классифицируются в соответствии с их полярными характеристиками, количеством входных сигналов, которые они имеют, и методом, с помощью которого производится сравнение сигналов.

Общие типы сравнивают относительную амплитуду или фазу двух входных величин для получения рабочих характеристик, которые представляют собой прямые или окружности при нанесении на диаграмму R / X .

Обратите внимание, что эта техническая статья не об основах дистанционной защиты.Но, на всякий случай, скажем несколько вводных слов :

Основной принцип дистанционной защиты заключается в делении напряжения в точке реле на измеряемый ток. Рассчитанный таким образом кажущийся импеданс сравнивается с импедансом точки досягаемости. Если измеренный импеданс меньше импеданса точки досягаемости, предполагается, что на линии между реле и точкой досягаемости существует неисправность.

На каждом этапе эволюции конструкции дистанционных реле разработка форм и усовершенствований рабочих характеристик импеданса определялась доступной технологией и приемлемой стоимостью.

Поскольку многие традиционные реле все еще находятся в эксплуатации, а некоторые числовые реле имитируют методы традиционных реле, краткий обзор компараторов импеданса оправдан.

Содержание:

1. Сравнение амплитуды и фазы
2. Характеристика простого импеданса
3. Самополяризованное реле Mho
4. Смещение Mho / линзовидные характеристики
5. Полная кросс-поляризованная характеристика Mho
6. Частичная кроссполяризованная характеристика Mho
7. Четырехсторонняя характеристика
8. Защита от скачков мощности

1.Сравнение амплитуды и фазы

Релейные измерительные элементы, функциональность которых основана на сравнении двух независимых величин, по существу являются компараторами амплитуды или фазы. Для элементов полного сопротивления дистанционного реле сравниваемыми величинами являются напряжение и ток, измеренные реле.

В зависимости от используемой технологии для выполнения сравнения доступно множество методов. Они варьируются от электромагнитных реле со сбалансированным лучом (сравнение амплитуд) и индукционного стакана (сравнение фаз) до компараторов диодов и операционных усилителей в дистанционных реле статического типа, до цифровых компараторов последовательности в цифровых реле и до алгоритмов , используемых в числовых реле .

Любой тип характеристики полного сопротивления, который можно получить с одним компаратором, также можно получить с другим. Сложение и вычитание сигналов для одного типа компаратора дает необходимые сигналы для получения аналогичной характеристики при использовании другого типа.

Например, сравнение V и I в компараторе амплитуды дает круговую характеристику полного сопротивления с центром в начале диаграммы R / X. Если к фазовому компаратору приложить сумму и разность V и I, результат будет аналогичной характеристикой.

Вернуться к содержанию ↑

2. Характеристика простого импеданса

Эта характеристика не учитывает фазовый угол между током и приложенным к нему напряжением. По этой причине его характеристика импеданса при нанесении на диаграмму R / X представляет собой круг с центром в начале координат и радиусом, равным его настройке в омах.

Операция выполняется для всех значений импеданса, меньших установленного, то есть для всех точек внутри круга.

Таким образом, характеристика реле, показанная на рисунке 1, является ненаправленной, и в этой форме будет работать при всех КЗ вдоль вектора AL , а также при всех КЗ за шинами вплоть до импеданса AM . A — точка ретрансляции, а RAB — угол, на который ток короткого замыкания отстает от напряжения реле для замыкания на линии AB и RAC является эквивалентным опережающим углом для замыкания на линии AC .

Вектор AB представляет сопротивление перед реле между точкой ретрансляции A и концом линии AB . Вектор AC представляет полное сопротивление линии AC за точкой ретрансляции.

AL представляет собой зону действия мгновенной защиты Зоны 1, установленную для покрытия от 80% до 85% защищаемой линии.

Рисунок 1 — Характеристика реле с полным сопротивлением

Реле, использующее эту характеристику, имеет три важных недостатка:

1. Оно ненаправленное.Он будет видеть повреждения как перед, так и за точкой ретрансляции, и поэтому требует наличия направленного элемента, чтобы обеспечить правильную селективность.
2. Имеет неоднородное покрытие сопротивления замыканию.
3. Он подвержен колебаниям мощности и большой нагрузке на длинную линию из-за большой площади, охватываемой кругом импеданса.

Направленное управление является важным качеством селективности для дистанционного реле , чтобы реле не реагировало на неисправности за пределами защищаемой линии.Этого можно добиться, добавив отдельный элемент управления направлением.

Характеристика полного сопротивления элемента управления направлением представляет собой прямую линию на диаграмме R / X, поэтому комбинированная характеристика реле направления и реле полного сопротивления представляет собой полукруг APLQ , показанный на рисунке 2.

Рисунок 2 — Комбинированный реле направления и импеданса

Если неисправность происходит на F рядом с C на параллельной линии CD , направленный блок R _D на A будет сдерживаться из-за тока I _F1 .В то же время блок импеданса не может работать блокирующим выходом блока R _D . Если это управление не предусмотрено, элемент минимального сопротивления может сработать до размыкания выключателя C .

Реверсирование тока через реле с I _F1 на I _F2 при размыкании C может привести к неправильному отключению исправной линии, если устройство направления R _D сработает до сбрасывается единица импеданса.

Это пример того, что необходимо учитывать надлежащую координацию нескольких релейных элементов для достижения надежной работы реле в условиях развивающейся неисправности.

В старых конструкциях реле тип решаемой проблемы обычно назывался «гонкой контактов».

Вернуться к содержанию ↑

3. Самополяризованное реле Mho

Элемент импеданса mho обычно известен как таковой, потому что его характеристика — прямая линия на диаграмме проводимости.

Он умело сочетает в себе отличительные качества как управления вылетом, так и управления направлением, тем самым устраняя проблемы «контактной дорожки» , которые могут возникнуть при использовании отдельных элементов управления вылетом и направлением.

Это достигается добавлением поляризационного сигнала.

Элементы импеданса Mho были особенно привлекательны по экономическим причинам, когда использовались электромеханические релейные элементы. В результате они широко используются по всему миру в течение многих лет, и теперь их преимущества и ограничения хорошо известны.По этой причине они все еще эмулируются в алгоритмах некоторых современных числовых реле.

Характеристика элемента импеданса mho при нанесении на диаграмму R / X представляет собой окружность, окружность которой проходит через начало координат, как показано на рисунке 3 ниже.

Рисунок 3 — Характеристика реле Mho

Это демонстрирует, что элемент полного сопротивления по своей природе является направленным и поэтому он будет работать только при коротких замыканиях в прямом направлении по линии AB .

Характеристика импеданса регулируется установкой Zn, достижение полного сопротивления по диаметру и φ , угол смещения диаметра от оси R. Угол φ известен как характеристический угол реле (RCA) . Реле работает при значениях полного сопротивления замыкания Z _F в пределах своей характеристики.

Самополяризованная характеристика mho может быть получена с помощью схемы фазового компаратора, которая сравнивает входные сигналы S ₂ и S ₁ и работает всякий раз, когда S ₂ отстает от S ₁ на угол между 90 ° и 270 °, как показано на диаграмме напряжения на Рисунке 3 (а).

Два входных сигнала:

S ₂ = V-IZ _n
S ₁ = V

где:

• V = аварийное напряжение вторичной обмотки ТН
• I = ток короткого замыкания от вторичной обмотки трансформатора тока
• Z _n = установка импеданса зоны

Характеристика на Рисунке 3 (а) может быть преобразована в плоскость полного сопротивления на Рисунке 3 (b) путем деления каждого напряжения пользователя I .

Диапазон импеданса зависит от угла повреждения. Поскольку защищаемая линия состоит из сопротивления и индуктивности, ее угол повреждения будет зависеть от относительных значений R и X на рабочей частоте системы.

При возникновении дугового замыкания или замыкании на землю с дополнительным сопротивлением, например сопротивлением фундамента опоры или повреждением через растительность, значение резистивной составляющей полного сопротивления короткого замыкания будет увеличиваться, чтобы изменить угол полного сопротивления. Таким образом, реле, имеющее характеристический угол, эквивалентный углу линии, будет недосягаемым в условиях резистивного замыкания .

Некоторые пользователи устанавливают RCA меньшим, чем угол линии, чтобы можно было принять небольшое значение сопротивления замыканию, не вызывая недосягаемости.

Однако при настройке реле необходимо знать разницу между линейным углом θ и характеристическим углом реле Ø. Результирующая характеристика показана на Рисунке 3, где GL соответствует длине защищаемой линии.

Если установлен Ø меньше θ, фактическое количество защищенных линий AB будет равно значению уставки реле AQ, умноженному на косинус (θ − Ø).

Следовательно, требуемая уставка реле AQ определяется по формуле:

AQ = AB / cos (θ − Ø)

Из-за физической природы дуги существует нелинейная зависимость между напряжением дуги и током дуги. , что приводит к нелинейному сопротивлению. Используя эмпирическую формулу, полученную А. van C. Warrington, приблизительное значение сопротивления дуги можно оценить как:

R _a = L × 28,710 / I ^1,4

где:

• R _a = сопротивление дуги (Ом)
• L = длина дуги (метры)
• I = ток дуги (А)

На длинных воздушных линиях, проводимых на стальных опорах с воздушными заземляющими проводами, влиянием сопротивления дуги обычно можно пренебречь.Эффект наиболее существенен на коротких воздушных линиях и с токами короткого замыкания ниже 2000 А (т. Е. В минимальных условиях установки) или если защищенная линия имеет конструкцию с деревянными опорами без заземляющих проводов.

В последнем случае сопротивление замыкания на землю уменьшает эффективную зону действия замыкания на землю элемента «mho» зоны 1 до такой степени, что большинство замыканий обнаруживается во время зоны 2.

Эту проблему обычно можно преодолеть , используя реле с кросс-поляризованной характеристикой mho или многоугольной характеристикой .

Если система питания заземлена через сопротивление, следует понимать, , что это не нужно учитывать в отношении уставок реле, кроме влияния, которое может иметь уменьшенный ток короткого замыкания на значение видимого сопротивления дуги. Сопротивление заземления находится в источнике за реле и изменяет только угол источника и отношение полного сопротивления источника к линии при замыканиях на землю.

Следовательно, это будет приниматься во внимание только при оценке характеристик реле с точки зрения коэффициента полного сопротивления системы.

Вернуться к содержанию ↑

4. Смещение Mho / линзовидные характеристики

В условиях короткого замыкания, когда напряжение на реле падает до нуля или почти до нуля, реле использует самополяризованную характеристику mho или любую другую форму автополяризованной характеристики направленного импеданса может не работать, когда это необходимо.

Методы покрытия этого условия включают использование ненаправленных характеристик импеданса, таких как смещение mho, смещение линзовидного типа или характеристики направленного сопротивления с кросс-поляризацией и поляризацией с памятью .

Если используется ток смещения, характеристика mho смещается, чтобы охватить начало координат, так что измерительный элемент может работать при крупных повреждениях как в прямом, так и в обратном направлениях.

Реле смещения mho имеет два основных применения:

4.1 Третья зона и резервная зона сборных шин

В этом приложении оно используется в сочетании с измерительными блоками mho в качестве детектора неисправностей и / или измерения зоны 3 Блок . Таким образом, с обратным вылетом, проходящим в зону сборных шин, как показано на рис. 4, он обеспечит резервную защиту от повреждений сборных шин.

Рисунок 4 — Типичные применения для реле смещения mho

Это устройство также может быть снабжено четырехугольными характеристиками . Еще одним преимуществом приложения для Зоны 3 является защита от переключения на отказ (SOTF) , где временная задержка для Зоны 3 будет обходиться на короткий период сразу после подачи питания на линию, чтобы обеспечить быстрое устранение неисправности в любом месте. защищенная линия.

4.2 Стартовый блок несущей в схемах расстояния с блокировкой несущей

Если блок смещения mho используется для запуска сигнализации несущей, он устроен, как показано на Рисунке 4 выше.Несущая передается, если неисправность является внешней по отношению к защищаемой линии, но находится в пределах досягаемости смещенного реле mho, чтобы предотвратить ускоренное отключение реле второй или третьей зоны на удаленной станции.

Передача данных предотвращается при внутренних неисправностях благодаря работе локальных измерительных блоков MHO, что позволяет быстро устранять неисправности с помощью локальных и удаленных автоматических выключателей.

4.3 Применение лентикулярной характеристики

Существует опасность того, что реле смещения mho, показанное на рисунке 4, может работать в условиях максимальной передачи нагрузки, если зона 3 реле имеет большую настройку досягаемости.Для обеспечения удаленной резервной защиты от неисправностей на соседнем фидере может потребоваться большая зона действия Зоны 3.

Чтобы избежать этого, можно использовать фасонную характеристику, в которой резистивное покрытие ограничено.

Имея «линзовидную» характеристику, соотношение сторон линзы (a / b) регулируется , что позволяет настроить его таким образом, чтобы обеспечить максимальное покрытие сопротивления замыканиям, совместимое с бездействием в условиях максимальной передачи нагрузки.

На рис. 5 показано, как линзовидная характеристика может выдерживать гораздо более высокие уровни линейной нагрузки, чем характеристики смещения mho и плоского импеданса.

Уменьшение сопротивления нагрузки с Z _D3 до Z _D1 будет соответствовать эквивалентному увеличению тока нагрузки.

Рисунок 5 — Минимальный импеданс нагрузки, допустимый для линзообразных, смещенных mho и реле импеданса

На Рисунке 5 можно увидеть, как область нагрузки определяется в соответствии с дугой минимального импеданса, ограниченной прямыми линиями, исходящими из начала координат 0.

Современные цифровые реле обычно не используют линзообразную форму характеристики, а вместо этого используют обнаружение превышения нагрузки (ослепление нагрузки) .Это позволяет использовать полную характеристику mho, но с предотвращением отключения в области плоскости полного сопротивления, которая, как известно, часто используется нагрузкой (Z _A -Z _B -Z _C -Z _D ).

Вернуться к содержанию ↑

5. Характеристика Mho с полной кросс-поляризацией

В предыдущем разделе было показано, как ненаправленная характеристика Mho смещения по своей природе способна работать при близких сбоях нулевого напряжения, где не было бы поляризационное напряжение, позволяющее работать с простым направленным элементом Mho.

Одним из способов обеспечения правильного ответа MHO элемента для сбоев нулевого напряжения, чтобы добавить процент напряжения от здоровой фазы (ы) к главному напряжению поляризационного в качестве опорной фазы замены. Этот метод называется кросс-поляризацией, и его преимущество заключается в сохранении и улучшении направленных свойств характеристики mho.

При использовании системы памяти фазного напряжения, что обеспечивает несколько циклов опорного напряжения до замыкания во время аварии, разработана методика кросс-поляризации также эффективен для трехфазных разломов крупным планом .Для этого типа неисправности, ни одного здорового опорного напряжения фазы отсутствует.

Современные цифровые или числовые системы могут предложить синхронную опорную фазу для изменений частоты энергосистемы до или даже во время повреждения.

Как описано выше в Разделе 3 (Самополяризованное реле Mho), недостатком самополяризованной, простой характеристики полного сопротивления Mho при применении к цепям воздушной линии с высокими углами импеданса является то, что имеет ограниченное покрытие дуги или сопротивление неисправности .Проблема усугубляется в случае коротких линий, поскольку требуемая омическая уставка Зоны 1 является низкой.

Величина резистивного покрытия, обеспечиваемого кругом mho, напрямую связана с настройкой прямого вылета. Следовательно, результирующее резистивное покрытие может быть слишком маленьким по сравнению с ожидаемыми значениями сопротивления замыканию.

Еще одно преимущество применения кросс-поляризации к элементу импеданса mho — , что его резистивное покрытие будет увеличено .

Этот эффект проиллюстрирован на рисунке 6 для случая, когда элемент mho имеет 100% кросс-поляризацию. При кросс-поляризации от исправной фазы (фаз) или от системы памяти, резистивное расширение mho будет происходить во время сбалансированного трехфазного короткого замыкания, а также при несбалансированном замыкании.

Расширение не происходит в условиях нагрузки, когда нет сдвига фаз между измеренным напряжением и поляризационным напряжением. Степень увеличения резистивной досягаемости зависит от отношения импеданса источника к настройке досягаемости реле (импеданса), что можно вывести со ссылкой на рисунок 6.

.

Модернизация старой аппаратной релейной логики с помощью современной системы ПЛК

Преимущества программируемой логики ПЛК

В этой технической статье представлена ​​модернизация системы управления машиной , которая будет заменена со старой аппаратной релейной логики на программируемую логику ПЛК. Полевые устройства, которые будут использоваться, останутся прежними, за исключением тех, которые контроллер может реализовать (например, таймеры, управляющие реле, блокировки и т. Д.).

Модернизация старой аппаратной релейной логики с помощью современной системы ПЛК

Преимущества модернизации системы управления этой машиной:

• Более надежная система управления,
• Меньшее потребление энергии,
• Меньше места, необходимого для панели управления,
• Гибкая система, которая может приспособиться к будущему расширению

Схема электромеханического реле

На рисунке 1 показана релейная лестничная диаграмма, которая в настоящее время управляет логической последовательностью для этой конкретной машины.Для простоты на схеме показана только часть общей релейной логики.

Рисунок 1 — Схема электромеханического реле

Первоначальный обзор релейной лестничной схемы показывает, что определенные части логики следует оставить зашитыми — линии 1, 2 и 3. Это позволит сохранить все условия аварийного останова независимыми от контроллера. Двигатель гидравлического насоса (M1) , который активируется только при нажатии главной пусковой кнопки (PB1), также следует оставить подключенным.

Эти зашитые элементы показаны на рис. 2 . Обратите внимание, что реле управления безопасностью (SCR) будет подавать питание на остальную часть системы, если M1 работает должным образом и ни одна аварийная кнопка не нажата.

Кроме того, контакт неисправности ПЛК может быть размещен последовательно с аварийными кнопками, а также подключен к аварийной сигнализации неисправности ПЛК.

Рисунок 2 — Элементы примерной системы модеризации, которые необходимо оставить подключенными

Во время правильной работы ПЛК подает питание на катушку неисправности, таким образом, замыкает контакт 1 неисправности ПЛК и размыкает контакт неисправности 2 ПЛК .

Продолжая пример, мы можем теперь начать назначать реальные входы и выходы документу назначения входов / выходов. Мы назначим внутренние выходные адреса всем реле управления, а также таймерам и блокировкам от реле управления.

В таблицах 1 и 2 представлены назначение и описание входов и выходов, а также внутренних устройств. Примечание // Входы с несколькими контактами, такие как LS4 и SS3, имеют только одно соединение с контроллером .

Таблица 1 — Назначение адресов ввода / вывода

Пилот 1 = A	Пилот 2 = B	Пилот 3 = C	Выход
0	0	0	0
0192	0 1	0
0	1	0	0
0	1	1	1
1				0 1	0	1	1
1	1	0	1
1	1	1	1

900 74 2

	Адрес ввода / вывода
Тип модуля	Стойка	Группа	Клемма	Описание
Вход	0	0	0	PB5 — Настройка PB
	0	0	1	PB6 — Сброс (проводной NC)
	0	0	2	PS1 — Гидравлическое реле давления
	0	0	3	SS1 — Включить селекторный переключатель (нормально замкнутый контакт слева не подключен)
Вход	0	0	4	SEL1 — Выбрать 1 позицию
	0	0	5	SEL2 — Выбрать 2 позиции
	0	0	6	LS1 — Limit sw зуд вверх (положение 1)
	0	0	7	LS2 — Концевой выключатель вверх (положение 2)
Вход	0	1	0	LS3 — Настройка местоположения
	0	1	1	PB6 — Начало цикла нагрузки
	0	1	2	LS4 — Ловушка (проводной NC)
	0	1	3	LS5 — Позиционный переключатель
Вход	0	1	4	PB7 — Выгрузка PB
	0	1	5	SS3 — Основной / Резервный (проводной NO)
	0	1	6	LS6 — Обнаружение максимальной длины
	0	1	7	LS7 — Обнаружение минимальной длины
Выход 90 006	0	3	0	PL2 — Настройка ОК
	0	3	1	PL3 — Выбрать 1
	0	3	2	PL4 — Выбрать 2
	0	3	3	SOL1 — Вперед
Выход	0	3	4	SOL2 — Включение
	0	3	5	PL5 — Включить
	0	3	6	M2 — Рабочий двигатель
	0	3	7	PL6 — Двигатель включен
Выход	0	4	0	SOL3 — Быстрая остановка
	0	4	1	PL7 — Первая остановка ВКЛ
	0	4	SOL4 — Выгрузка с резервным копированием
	0	4	3	PL8 — Резервное копирование ВКЛ

Таблица 2 — Назначение внутреннего адреса

Устройство	Внутреннее	Описание
CR1	1000	CR1 (Setup Rdy)
TDR1	2000	Предустановка таймера 10 сек.регистр 3000 (накопленный регистр 3001)
MCR	MCR1700	Первый адрес MCR
CR2	—	То же, что и адрес PL3
CR3	—	То же, что и адрес PL4
CR4	—	То же, что и SOL1
—	1001	Для настройки внутреннего для мгновенного контакта TDR2
TDR2	2001	Таймер предустановленный 5 сек.регистр 4002 (накопительный регистр 4003)
—	1002	Для настройки внутреннего для мгновенного контакта TDR3
TDR3	2002	Предустановка таймера 12 сек. регистр 4004 (регистр накопления 4005)

Реализация ПЛК

На рисунке 3 показано кодирование программы ПЛК (преобразование аппаратного реле) для этого примера. Эта лестничная диаграмма иллюстрирует несколько специальных методов кодирования, которые необходимо использовать для реализации логики ПЛК.

Среди этих методов:

• Функция программного MCR,
• Мгновенные контакты от таймеров,
• Таймеры задержки выключения и
• Разделение ступеней с несколькими выходами.

Внутренний выход MCR, указанный в программном обеспечении, выполняет функцию, аналогичную проводному MCR.

Рисунок 3 — ПЛК, реализация схемы на Рисунке 1

Ссылаясь на логическую схему реле на Рисунке 1 , если MCR находится под напряжением, его контакты замыкаются, позволяя току течь к остальной части системы.В программном обеспечении ПЛК внутренний MCR 1700 выполняет ту же функцию (в этом примере MCR1700 является первым доступным адресом для MCR). Если на катушку MCR не подается питание, ПЛК не будет выполнять релейную логику, которая изолирована между катушкой MCR и инструкцией END MCR.

Внутренний не заменит управляющее реле CR2 в строке 9, поскольку вместо него можно использовать контакты PL3 в строке 10. Этот метод можно использовать всякий раз, когда управляющее реле параллельно с реальным выходным устройством.Более того, нам не нужно разделять катушки в линиях 17 и 18 проводной логики. Это уже было сделано, поскольку используемый здесь ПЛК не допускает цепочек с несколькими выходами . Использование отдельных цепочек для каждого выхода всегда является хорошей практикой.

Нормально закрытые входы, подключенные к модулям ввода, запрограммированы как нормально открытые, как объяснялось в предыдущих разделах. Концевой выключатель LS4 имеет два контакта — нормально разомкнутый и нормально замкнутый в линиях 17 и 19, соответственно, Рис. 1 .

Однако к контроллеру необходимо подключить только один набор контактов. В этом примере мы выбрали нормально замкнутый контакт LS4 . Хотя нормально разомкнутый контакт не подключен к контроллеру, его аппаратная функция все же может быть реализована путем программирования LS4 как нормально замкнутого лестничного контакта.

Приложения, подобные этому, также требуют таймеров с мгновенными контактами, которые недоступны в большинстве ПЛК . Мгновенный контакт — это контакт, который открывается или закрывается при включении таймера.В большинстве ПЛК вместо мгновенного контакта используется внутренняя катушка.

Строка 15 аппаратной логики показывает, что, если PB6 нажат, а CR4 закрыт, таймер TDR2 начнет отсчет времени, а контакт TDR2-1 запечатает PB6.

Для этой схемы требуется особая реализация ПЛК . Если мы используем контакты программного таймера, таймер не запечатывается, пока не истечет время ожидания. Если PB6 отпущен, таймер сбросится, потому что PB6 не опломбирован. Чтобы решить эту проблему, мы можем использовать внутреннюю катушку 1001 для герметизации PB6 и запуска таймера 2001 (TDR2).

Строки 9, 10 и 11 кодирования программы ПЛК демонстрируют этот метод. Контакты с выдержкой времени (2001) используются для задержки включения.

Ресурс // Введение в программирование ПЛК — www.globalautomation.info

.