Индукционные реле основаны на взаимодействии между индуцированным в каком-то проводнике током и переменным магнитным потоком. Поэтому они применяются только на переменном токе как реле защиты энергосистем. Как правило, это вторичное реле косвенного действия.
Существующие типы индукционных реле можно разделить на три группы: реле с рамкой, реле с диском, реле со стаканом.
В индукционных реле с рамкой (рис. 1, а) один из потоков (Ф2) индуцирует ток в короткозамкнутой обмотке, помещенной в виде рамки в поле второго потока (Ф1), сдвинутого по фазе. Реле имеют высокую чувствительность и наибольшее быстродействие по сравнению с другими индукционными реле. Недостатком их является малый вращающий момент.
Индукционные реле с диском широко распространены. Схема простейшего реле такого типа (с короткозамкнутым витком К и диском) приведена на рис. 1, б. Реле имеют сравнительно простую конструкцию и достаточно большой вращающий подвижной части.
Индукционные реле со стаканом (рис. 1, в) имеют подвижную часть в виде стакана, вращающегося в магнитном поле двух потоков четырехполюсной магнитной системы. Потоки Ф1 и Ф2 расположены в пространстве под углом 90°, а по времени сдвинуты на угол γ.
Внутри стакана 5 проходит стальной цилиндр 1 для уменьшения магнитного сопротивления. Реле со стаканом сложнее реле с диском, но позволяет получить время срабатывания до 0,02 с. Это существенное достоинство обеспечило им широкое применение.
Рис. 1. Схема устройства индукционных реле: а - с рамкой, б - с диском, в - со стаканом: 1 - стальной цилиндр, 2 - спиральная противодействующая пружина, 3 - подшипники, 4 - вспомогательные контакты, 5 - алюминиевый стакан, 6 - ось, 7, 9 - группы катушек, 8 - ярмо, 10 - 13 - полюсы
Четырехполюсная магнитная система позволяет без существенных изменений получать разнообразные по назначению реле и унифицировать их производство. Например, если на полюсах 11 и 13 разместить токовые катушки 9, а на ярме - катушки напряжения 7, то они создадут соответственно потоки Ф1 и Ф2, пропорциональные току и напряжению.
Взаимодействие этих потоков с индуцированными в стакане 5 токами создаст в последнем вращающий момент М = k1Ф1Ф2 sin γ = k2IUcos φ, т. е. получим реле мощности.
При этой же конструкции можно получить реле частоты, если на полюсах 11 и 13 расположить катушки напряжения 9 и соединить их последовательно с резистором, а катушки 7 соединить последовательно с конденсатором. Если оба контура (индуктивно-активный и индуктивно-емкостный) подключить на одно напряжение, то создаваемый в стакане 5 момент будет равен М = k3fФ1Ф2 sin γ, где f - частота тока.
Индуктивности катушек, емкость и сопротивление подбираются так, что при заданной уставке по частоте потоки совпадают по фазе, т. е. угол равен нулю. При изменении частоты потоки не совпадут по фазе, а знак угла их сдвига будет зависеть от характера изменения частоты. При повышении или понижении частоты происходит поворот стакана в ту или иную сторону и замыкание (размыкание) тех или иных контактов.
Аналогично различными комбинациями катушек на сердечниках можно получить и другие по назначению реле.
Комбинированные токовые реле
Комбинированное реле тока имеет индукционный воспринимающий элемент, который действует с выдержкой времени, зависящей от тока, и электромагнитный воспринимающий элемент мгновенного действия (отсечка), срабатывающий при высоких значениях тока.
Индукционные реле максимального тока РТ80
Индукционное реле серии РТ-80 имеет индукционный и электромагнитный релейные элементы (рис. 2). Индукционный элемент состоит из электромагнита 14 с короткозамкнутыми витками 16 и диска 6, ось которого находится в подшипниках 8, установленных на рамке 4.
Рамка поворачивается на осях 3 и пружиной 2 удерживается в крайнем положении, т.е. пружиной к упору 1. На ось диска насажен червяк 18. В исходном положении рамки сегмент 7, имеющий червячные зубья, не находится в зацеплении с червяком и контакты 9 реле разомкнуты.
Когда по обмотке реле протекает ток Iр >Iсрр, диск медленно начинает вращаться под действием электромагнитного момента, создаваемого током реле. Рамка поворачивается, червяк входит в зацепление с зубьями сегмента и начинает постепенно подниматься, преодолевая усилие пружины 17, и специальной планкой 10 замыкает контакты реле. Время срабатывания реле регулируется начальным положением зубчатого сегмента при помощи винта, укрепленного на шкале времени.
Рис. 2. Индукционное реле максимального тока серии РТ- 80
Чем больше сила тока Iр в обмотке электромагнита, тем быстрее будет вращаться диск и тем меньше будет выдержка времени срабатывания контактов. Ток срабатывания индукционного элемента Iсрр регулируется при изменении количества витков обмотки (при перестановке контактного витка 13 на контактной колодке), Iсрр >(2 - 10) А, время срабатывания 0,5 - 16 с.
Реле максимального тока РТ81, РТ82, РТ83, РТ84, РТ85, РТ86 применяются для защиты электрических машин, трансформаторов и линий передачи при коротких замыканиях и перегрузках.
Реле типов РТ83, РТ84, РТ86 применяются в тех случаях, когда требуется сигнализация о перегрузках.
Реле типов РТ81, РТ82 имеют один главный замыкающий контакт, действующий мгновенно при токах короткого замыкания и с выдержкой времени при перегрузках в защищаемых электроустановках. Перестановкой деталей замыкающий контакт превращается в размыкающий контакт.
Реле типов РТ83, РТ84 имеют один главный замыкающий контакт, действующий мгновенно при токах короткого замыкания и один замыкающий сигнальный контакт, работающий с выдержкой времени при перегрузках.
Реле типов РТ85, РТ86, предназначенные для работы на оперативном переменном токе, имеют усиленные замыкающий и размыкающий контакты с общей точкой, причем реле типа РТ86, кроме главных контактов, имеют замыкающий сигнальный контакт, аналогично реле типа РТ84. Усиленные замыкающий и размыкающий контакты в реле типа РТ85 могут действовать как мгновенно, так и с выдержкой времени. В реле типа РТ86 эти контакты могут действовать только мгновенно.
Индукционные реле максимального тока РТ90
Реле максимального тока РТ91, РТ95 применяются для защиты электрических установок при перегрузках и коротких замыканиях.
Реле выполнены на основе реле серии РТ80 и отличаются от них характеристикой зависимости выдержки времени от тока.
Реле РТ91 имеют один главный замыкающий контакт, действующий мгновенно при токах короткого замыкания и с выдержкой времени при перегрузках в защищаемых электроустановках.
Реле РТ95 имеет усиленные замыкающий и размыкающий контакты с общей точкой и предназначено для работы на оперативном переменном токе. Усиленные замыкающий и размыкающий контакты в реле типа РТ95 могут действовать как мгновенно, так и с выдержкой времени.