Промежуточное реле

Промежуточное реле – это автоматический прерыватель цепи, функционирующий в дискретных схемах, как вспомогательное устройство. Более точное определение будет дано ниже по тексту, поскольку содержит сложные термины, неподготовленному читателю незнакомые.

Зачем обычному человеку промежуточное реле

Промежуточные реле обычно используют там, где имеется необходимость усиления сигнала или гальванической развязки цепей. Например, термостат выдаёт напряжение в единицы вольт, а отопление питается от стандартной промышленной сети 220. Идеальным решением бывает для установленного оборудования усилить сигнал, используя реле. Это актуально и для больших площадей, поскольку мощность стандартного термостата сильно ограничена, а более производительный стоит денег.

Схожая ситуация и при большом обилии приборов. Например, десятках и сотнях конвекторов, развешенных вдоль стен. Один дорогой термостат физически неспособен управлять такой уймой. И тогда ставится промежуточное реле. За ним могут следовать иные типы силовых реле, и вся эта связка управляет обогревателями по единому сигналу от термостата на всей площади объекта. (См. также: Реле времени)

Это весьма тривиальный пример, который объясняет назначение промежуточных реле. Также они используются там, где возможны наводки, огрубляя требования к входному сигналу. К примеру, импульсное реле с порогом срабатывания 1 мВ может быть легко обмануто возникающими в сети 220 В наводками. Особенно это актуально для сетей большой протяжённости.

Китайский прерыватель цепи

Китайский прерыватель цепи

Определения и классификация

Промежуточные реле служат для разгрузки основных контакторов. Без них требования к гашению дуги стали бы весьма строгими, что обусловило бы невыгодность производства. Мощные источники электроэнергии, например, ТЭС строятся близ месторождений природных ресурсов и зачастую имеют блоки мощностью сотни и тысячи МВт. Эксплуатация подобных сооружений немыслима без цепей релейной защиты. В состав последних и входит объект рассмотрения этого обзора.

Под реле в электротехнике понимается некое устройство, скачкообразно изменяющее свою проводимость от бесконечности до нуля и обратно под действием определённого фактора. Фактор принято в данном случае называть воздействующей величиной, и это, как правило, ток или напряжение. А также, – мощность (в том числе реактивная), сдвиг фаз, сопротивление цепи, частота, последовательности гармоник. В свою очередь этот параметр может образовываться из нескольких других, которые в этом случае называют входными. Классификацию реле принято вести следующим образом:

  • По месту подключения:
  1. Первичные – непосредственно входят в защищаемую цепь.
  2. Вторичные – подключаются через индуктивную или ёмкостную связь.
  • По способу своего действия:
  1. Прямые – непосредственно размыкают защищаемую цепь.
  2. Косвенные – действуют опосредованно.
  • По назначению:
  1. Измерительные – с регулировкой в некоторых пределах уровня срабатывания.
  2. Логические – срабатывают по одному уровню, как правило, в дискретных цепях.
  3. Комбинированные – несколько измерительных, объединённых логической связью.
  • По характеру переключения:
  1. Максимальные – работают на подъем параметра до некоторого лимита.
  2. Минимальные – работают на падение параметра до некоторого лимита.

Согласно этой классификации можно дать следующее определение:

Важно. Промежуточные реле – это логические реле, предназначенные для дискретных цепей, и расширяющие функции других реле, имеющихся на данном участке электрической сети.

Помимо промежуточных в семейство логических также входят: указательные (сигнализируют о срабатывании прочих реле, присутствующих на данном участке цепи), реле времени (для отсчёта задаваемых обслуживающим персоналом интервалов), замедленные (срабатывают с задержкой). Принято также классифицировать реле защиты по принципу действия:

  • Электромагнитные работают по закону действия проводника с током на стрелку компаса, открытому ещё Эрстедом в первой половине XIX века. В данном случае движется ферромагнитный сердечник.
  • Поляризационные отличаются от электромагнитных тем, что состояние контактов зависит ещё и от направления протекания тока.
  • Магнитоэлектрические действуют по тому же принципу, но магнит из специального сплава неподвижен, тогда как рамка с обмоткой вращается, приводя в действие контакт.
  • Индукционные по принципу действия напоминают асинхронные двигатели, где в замкнутой обмотке ток наводится от обмотки, питающейся током.
  • Полупроводниковые реле в настоящее время являются наиболее распространёнными и построены на элементной базе с p-n-переходами и переходами металл-полупроводник.

Промежуточные реле могут быть любого принципа действия. Ранее в основном они были электромагнитными. Часто применяются для размножения или усиления других реле. Например, исполнительных устройств много, соответственно, имеется сверх меры управляющих линий. Очевидно, что одно реле с задачей коммутации не справится. Тогда ставится промежуточное, каждый из выходов которого управляет одним исполнительным. Таким образом, число конечных реле значительно возрастает, и вместе они уже вполне справляются со своей задачей. (См. также: Реле напряжения)

Аналогичным образом при большом токе через линию можно разбить её на несколько веток, каждая из которых заведена на своё исполнительное реле. А управляет этой охапкой промежуточное. Оно служит для одновременного срабатывания, что убережёт отдельные контакторы от непомерно большой дуги, которая непременно возникнет, если на один каскад ляжет тяжесть всей нагрузки. В свою очередь, неконтролируемый процесс ионизации легко может сжечь переключающую или защитную аппаратуру. Так, что потом потребуется её ремонт. Промежуточное реле, обеспечивая согласованную работу прочих, защищает всю систему от аварии.

Автоматическое реле

Автоматическое реле

Электромагнитные промежуточные реле

Реле серии РП изготавливаются по модификациям как для переменного, так и постоянного тока. Конструкционные отличия весьма специфичны и понятны не каждому, да и не представляют большого интереса. Так например, реле переменного тока РП-25 аналогично по своей структуре РП-23. Здесь якорь расположен сбоку, а не сверху. По той причине, что переменный ток создаёт поле, придающее магниту большее ускорение. Следовательно, нет нужды в том, чтобы срабатыванию реле помогал собственный вес якоря.

Сообразно конструктивным особенностям отличается и процесс настройки изделия. Для каждого типа реле он идёт по своей схеме, которая описывается в инструкции. Те же сведения можно отыскать в справочниках. Одно и то же реле способно функционировать при различных напряжениях. Это обеспечивается намоткой соответствующего числа витков на рабочую катушку и варьированием диаметра жилы. Чем напряжение выше, тем больше берётся витков, и тем они тоньше. Это необходимо для снижения протекающего тока и, как следствие, уменьшения напряжённости магнитного поля. Что позволяет не затрагивать при модернизации якорь.

Для мастеров в справочниках небезынтересными станут сведения о марке провода намотки. Например, для РП-25 это одножильный ПЭВ-2 с двухслойной винифлексовой изоляцией.

В одном и том же электромагнитном реле обычно часть контактов замыкающая, а часть размыкающая. Что позволяет их использовать опосредованно, например, для управления запуском асинхронных двигателей. Совместная работа большого объёма технологического оборудования невозможна без промежуточных реле. Именно эти простые и действенные средства обеспечивают синхронность всей системы.

Характеристики электромагнитных реле

Главными характеристиками, конечно же, являются род тока (постоянный или переменный), долговечность и условия срабатывания. Например, для РП-25 это переменное напряжение частотой 50 Гц и средним действующим значением 100, 127 или 220 В. Реле служит для отключения цепи при падении вольтажа до 85% от номинала. Толщина петли гистерезиса составляет порядка 3%. Долговечность характеризуется числом циклов срабатывания и возвращения в первоначальное состояние. У реле РП-25 слабым местом является металл контактов. Механизм служит на порядок дольше.

Промежуточный прерыватель

Промежуточный прерыватель

Достаточно важным параметром является время перехода из одного положения контактов в другое. По этому критерию можно оценить защищённость аппаратуры от воздействия нежелательных факторов. Для РП-25 этот параметр не превышает 0,06 с. Что касается современных дискретных цепей, то электронные ключи способны действовать намного быстрее. Меньшим у них является и время восстановления в прежнее состояние.

Иногда даже специально стоят требования максимального быстродействия. В этом случае нецелесообразно использовать реле РП-23, более уместно поставить РП-220. Конструкция для снижения инерции, обусловленной действием индукционных вихревых токов, содержит шихтованный сердечник. Это значит, что сталь нарезается тонкими пластинами, которые склеиваются изолирующим лаком. Разрезы идут поперёк магнитного поля, в результате чего блокируется образование вихревых токов. Вес якорь максимально снижен для исключения инерции его движения, а между полюсами расположена немагнитная пластинка, ускоряющая разъединение контактов в момент переключения. В результате этих мер время срабатывания уменьшено до 0,011 с.

Реле обычно способно функционировать в неких определённых пределах. Прежде всего это температурные границы, внутри которых механическая часть изделия способна выполнять свои функции. К задействованным факторам можно отнести стойкость сплавов к капризам погоды, предусмотрительность конструкторов, защиту корпуса по IP. В каждом отдельном случае оговаривается, что при изменении значащего фактора в тех или иных пределах. Например, изменение частоты сети на 3% приводит в уходу рабочей точки примерно на 10%. Такие нюансы нужно учитывать и не уходить за допустимые для защищаемой аппаратуры пределы.

Ценой ускорения является снижение долговечности. То есть, количество переключений до отказа снижается и составляет у РП-220 порядка 1000 (для механизма – 5000). На удержание якоря тратится энергия поля. Поэтому в характеристиках реле можно прочитать о задействованной для этого мощности. У РП-25 это 8 Вт. Понятно, что современные силовые транзисторы затратят на ту же работу меньше усилий. По этой причине полупроводниковая техника планомерно вытесняет все другие элементные базы.

Для электромагнитных реле важны габариты. Справедливости ради, нужно сказать, что для высоких напряжений механические конструкции по-прежнему актуальны. До открытия явления сверхпроводимости при комнатных температурах высоковольтные цепи не смогут обойтись без мощных контакторов. По той простой причине, что p-n-переход сильно разогревается проходящим током. И не всегда будет возможно подобрать радиатор столь больших габаритов, чтобы обеспечить температурные режимы. При этом перегрев полупроводников недопустим и приводит в некоторых случаях к необратимым изменениям.

В военном деле, на самолётах, космических кораблях, железных дорогах, автотранспорте важен фактор механических нагрузок. Вот почему многие реле разрабатываются под те или иные линейные ускорения, вибрации, удары, прочие разрушающие атрибуты длительной и жёсткой эксплуатации. Одновременно может оговариваться допустимое положение изделия в пространстве. Понятно, что это влияет на быстродействие, а также и значение управляющего параметра, при котором произойдёт срабатывание.

Каждый контактор характеризуется кроме всего прочего отключающей способностью. Это максимальное значение тока, при котором система ещё способна совершить свой цикл. Данный лимит является разрушающим фактором и превосходит на порядок или даже на два рабочие значения системы. Иногда отключающая способность может выражаться в ваттах, что при заданном напряжении опять же приводит к значению тока в амперах.