Токовые реле — это ключевые элементы защитной автоматики в электротехнике, входящие в состав автоматов, УЗО и других устройств. Понимание их конструкции и принципа работы важно как для начинающих, так и для опытных специалистов. Для этого необходимо изучить устройство этого коммутационного элемента, а также разнообразие его видов и типов.
Устройство реле тока
На изображении представлено токовое электромеханическое реле.
Лучше всего разобраться в конструкции и принципе работы токового реле (ТР) на примере самой распространённой его разновидности — электромагнитного прибора.
В отличие от индукционных и электронных аналогов, устройство электромагнитного защитного прибора позволяет наглядно увидеть, как он функционирует.
Любое электромеханическое токовое реле содержит в своей конструкции несколько обязательных компонентов:
- Магнитопровод (сердечник), состоящий из двух частей и имеющий постоянный или регулируемый воздушный зазор.
- Каркас с катушкой, который размещается на неподвижной части сердечника.
- Пружина, расположенная на подвижной части сердечника и создающая противодействующий момент при срабатывании реле.
Помимо этих основных узлов, в состав реле входят вспомогательные элементы, расширяющие функциональность всей системы.
Принцип действия
На схеме показан принцип действия электромагнитного токового реле.
Электромагнитный прибор срабатывает благодаря электромагнитной связи, которая возникает при протекании переменного тока через катушку. Эта связь вызывает притяжение обеих половинок сердечника. В этом, казалось бы, простом процессе есть важные нюансы:
- Пружина на подвижной части создаёт усилие, противодействующее сближению половинок сердечника.
- Преодолеть сопротивление пружины можно только при достижении определённой силы тока в катушке.
- Именно это значение тока и является ключевой характеристикой, определяющей работу токового реле — его уставкой.
При появлении тока в катушке в сердечнике наводится электродвижущая сила (ЭДС), за счёт которой половинки начинают притягиваться, но не до конца — пружина этому мешает. Когда ток достигает заданного порогового значения, ЭДС становится достаточно большой, чтобы преодолеть сопротивление пружины, и контакты реле переключаются.
Чтобы вернуть систему в исходное состояние, силу тока в реле необходимо уменьшить до определённой величины, которая зависит от коэффициента возврата. Этот параметр связан с конструктивными особенностями конкретной модели реле и настраивается индивидуально, часто путём регулировки силы натяжения пружины.
Назначение и способы подключения
На изображении показана регулировка тока возврата токового реле.
Токовое реле является основным исполнительным элементом в составе различных защитных устройств, устанавливаемых в силовых цепях. Исходя из этого, можно определить особенности его применения.
Основное назначение ТР — служить чувствительным и исполнительным элементом в автоматических выключателях, устройствах защитного отключения (УЗО) и аналогичных приборах. Области их применения соответствуют сферам использования этих устройств:
- Высоковольтные силовые линии и установленное на них защитное оборудование.
- Распределительные щиты, куда ТР могут входить как отдельные модули или как часть других аппаратов.
- Бытовые однофазные сети и линейные автоматы, устанавливаемые в квартирных или домашних электрощитах.
На фото — трёхфазный асинхронный двигатель, часто защищаемый токовыми реле.
В зависимости от типа защищаемого оборудования выбирается и схема подключения реле. Можно выделить несколько основных способов:
- Защита трёхфазных асинхронных двигателей.
- Защита потребителей, включённых в трёхфазные сети 380 В.
- Защита нагрузок в однофазных цепях 220 В.
В схемах защиты электродвигателей токовые реле часто выступают в роли электромагнитных расцепителей, отключающих питание при превышении тока допустимого уровня. В трёхфазных цепях они выполняют аналогичную, но более комплексную функцию и часто встраиваются в мощные контакторы и магнитные пускатели.
Немного иное назначение у реле, которые устанавливаются во вводные и линейные автоматы, а также в УЗО. Здесь они работают как чувствительные элементы, обеспечивающие срабатывание защиты по заданной уставке. Они могут настраиваться на отключение при перегрузке по току, коротком замыкании или при возникновении токов утечки.
В электротехнической терминологии реле, срабатывающие при превышении тока, часто называют реле максимального тока.
В цепях защиты электродвигателей, помимо отключающих реле, могут использоваться тепловые реле с биметаллическими пластинами. Они обеспечивают временную задержку срабатывания, что позволяет не отключать двигатель во время его пуска, когда пусковые токи значительно превышают номинальные.
Виды токовых реле
На схеме показан пример релейной защиты электродвигателя.
Все существующие модели токовых реле можно классифицировать по нескольким ключевым признакам:
- По способу подключения (схеме включения в цепь).
- По прямому назначению (функции, которую они выполняют).
- По исполнению и модификации.
По способу подключения реле делятся на приборы непосредственного включения и устройства косвенного включения (через трансформаторы тока). По исполнению они могут быть встроенными в другой аппарат или выполняться в виде отдельного модуля для установки на DIN-рейку.
По назначению выпускаются реле для следующих целей:
- Защита от однофазных коротких замыканий.
- Ограничение токов обратной последовательности.
- Использование в качестве дифференциальной защиты.
- Применение в виде дистанционно управляемых независимых модулей.
Реле непосредственного и косвенного включения
На схеме показан принцип защиты от перегрузки.
Реле непосредственного включения, согласно инструкциям, применяются в сетях напряжением до 1000 В с ограниченной величиной тока. Если сила тока в цепи велика, прямое включение реле в разрыв недопустимо, так как оно не рассчитано на такие силовые режимы. В этом случае используют трансформаторы тока, которые пропорционально снижают измеряемую величину. В трёхфазных сетях такие реле, как правило, устанавливаются в каждую фазу последовательно с нагрузкой.
Важно помнить, что при такой схеме вторичная цепь трансформатора тока работает в режиме, близком к короткому замыканию. Демонтаж реле без принятия мер предосторожности может привести к повреждению трансформатора и создать опасность для персонала. Поэтому перед оперативными работами на место реле устанавливается специальная перемычка, либо участок сети полностью отключается.
Дифференциальная защита и токоограничение
На анимированной схеме показан принцип токовой отсечки.
Работа токовых реле в составе УЗО и автоматических выключателей — это классический пример их применения. В УЗО они реагируют на малейшую разность токов (утечку), а в автоматах — на превышение тока (перегрузку или короткое замыкание). Функция отключения при перегрузке относится к токовому ограничению, которое предотвращает повреждение как подключённого оборудования, так и самой питающей линии.
Современные типы токовых реле
Сегодня существуют «интеллектуальные» или многофункциональные реле, которые значительно расширяют возможности контроля. Такие приборы часто оснащаются цифровым дисплеем, на котором отображается информация о величине тока и напряжения, статусе устройства, а также могут иметь функции программирования уставок и ведения журнала событий. Эти опции являются их несомненным достоинством. Недостатки же, как правило, индивидуальны для каждого конкретного типа реле и схемы его применения.
