Градиентное реле схема: Градиентное реле

Градиентное реле

Компараторы и их применение, градиентные реле (8 схем)

Компаратор представляет собой устройство сравнения сигналов, своеобразные электрические весы. Если на один из входов компаратора (чашу весов) подать эталонный сигнал (положить гирьку), а на другой — подать контролируемый сигнал (положить груз неизвестной массы), на выходе устройства сигнал будет иметь значение 0 (или ипит) до тех пор, пока один сигнал «не перевесит» другой. После этого компаратор переключится: выходной сигнал сменит значение до 11пит (или 0, соответственно). На основе компараторов можно собрать множество релейных и иных схем, малая часть которых будет представлена ниже.

К градиентным реле (рис. 19.1 — 19.6) можно отнести устройства, реагирующие на скорость изменения контролируемого параметра. Такие реле используют для контроля меняющихся во времени величин [Рл 10/00-28].

Рис. 19.1

В исходном состоянии напряжения на входах компаратора равны. Градиентное реле находится в режиме ожидания сигнала. При изменении напряжения на делителе R1 — датчик на одном из входов компаратора напряжение изменяется мгновенно, на другом — изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной наличием RC-цепочки (рис. 19.2 — 19.4). Для срабатывания компаратора достаточно, чтобы разница напряжений между его входами составила несколько мВ. Если считать, что заряд (или разряд) конденсатора происходит по линейному закону, то при изменении сопротивления датчика градиентное реле сработает в момент времени t1 (рис. 19.1). При дальнейшей стабилизации сопротивления датчика или возвращения его к исходному уровню на входах компаратора вновь устанавливается состояние равновесия, градиентное реле выключается.

Ниже приведены практические примеры применения градиентных реле.

Градиентное фотореле. Индикатор изменения освещенности (рис. 19.2) предназначен для использования в телевизионных охранных системах и не требует вмешательства в их работу. Чувствительным элементом индикатора является фотодиод VD3. Фотодиод направляют на участок телевизионного экрана, наиболее критичный к условиям охраны.

Рис. 19.2

При неизменной освещенности на телевизионном экране рабочая точка компаратора DA1 (К554САЗ) устанавливается автоматически: напряжение с делителя R1, VD3 через диоды VD1 и VD2 подается на входы компаратора DA1. В силу равенства этих напряжений чувствительность компаратора близка к предельной, и даже небольшая разность напряжений при изменении сопротивления фотодатчика (VD3) вызовет срабатывание исполнительного устройства (светодиод HL1, реле К1, управляющее системой тревожной сигнализации).

Если в поле контролируемого участка изображения появляется какой-либо объект, изменяется освещенность экрана, и, соответственно, ток через фотодиод. Это приведет к изменению напряжения на неинвертирующем входе (вывод 3) компаратора DA1. На инвертирующем же входе микросхемы (вывод 4) изменение напряжения во времени происходит с задержкой, обусловленной RC-цепочкой (R3C1). Схема может быть настроена для работы на понижение или повышение освещенности экрана подключением конденсатора С1 к тому или иному входу компаратора.

Градиентное фотореле можно использовать и в оптических охранных системах, а также для подсчета изделий на конвейере. При пересечении объектом светового луча устройство сработает.

Градиентное термореле (рис. 19.3) можно применять для пожарной, охранной сигнализации, реагирующей на изменение температуры при перемещении нагретого воздуха, человека или животного.

Рис. 19.3

Начальное сопротивление термодатчика, например, терморезистора типа ММТ-6, должно быть соизмеримо с сопротивлением R1 (верхним плечом делителя напряжения). Подключение нагрузки к компаратору DA1 (рис. 19.3) осуществляется в эмиттер-ную цепь выходного транзистора микросхемы, который управляет тиристором VS1 (КУ104Г). При срабатывании устройства тиристор отпирается, самоблокируется и включает нагрузку, например, реле К1. Нажатием на кнопку SB1 «Сброс» можно разблокировать тиристор и обесточить нагрузку.

Устройство реагирует на перемещение тела человека вблизи датчика или на дыхание на расстоянии до 50 см.

Градиентный индикатор электрического поля (рис. 19.4). При отсутствии постоянного электрического поля сопротивление датчика (полевого транзистора) минимально; напряжение на входах компаратора близко к напряжению питания. При появлении источника постоянного электрического поля сопротивление сток — исток полевого транзистора возрастает, напряжение на средней точке входного делителя уменьшается, и градиентное реле срабатывает.

Индикатор имеет высокую чувствительность: без антенны (антенна — вывод затвора полевого транзистора) реагирует на перемещение наэлектризованного предмета на расстоянии до 1,5 м.

Рис. 19.4

Рис. 19.5

Сенсорно-емкостное реле градиентного типа (рис. 19.5). Реле включается при касании сенсорного контакта (сенсорное реле) или срабатывает при приближении к антенне устройства (емкостное реле). Принцип действия устройств заключается в наведении переменного электрического тока частотой 50 Гц через тело человека на вход схемы.

В емкостном реле входная цепь представляет собой одну из обкладок развернутого в пространстве конденсатора, что обусловливает чувствительность к появлению в поле этого конденсатора токопроводящих объектов (человека, животных). Сенсорную площадку или антенну можно подключить к входу схемы через резистор (1…10 МОм) либо конденсатор (1 …50 пФ).

Сейсмореле и реле ударного срабатывания (рис. 19.6 цепь с и цепь Ь). Для реализации сейсмореле, реагирующего на микровибрации, к входу устройства (рис. 19.6 цепь с) через разделительный конденсатор подключают сейсмодатчик, например, СВ-10Ц, либо просто электродинамический капсюль телефона. Датчиком реле ударного срабатывания может служить пьезоке-рамический излучатель типа 3/7-3, ЗП-19 (рис. 19.6 цепь Ь). Устройство реагирует на легкое постукивание по столу, на котором расположены датчики. В качестве датчика можно использовать и пьезоэлектрический звукосниматель электропроигрывающего устройства. Для повышения чувствительности устройства кремниевые диоды следует заменить на германиевые.

Акустическое градиентное реле. К входу устройства (рис. 19.6 цепь с, рис. 19.7) подключают цепочку из конденсатора емкостью 0,1 мкФ и динамического микрофона, роль которого может выполнять телефонный капсюль. Устройство чувствительно к БЧ-составляющей звуковых сигналов.

рис. 19.6

Магниточувствительное реле градиентного типа может быть выполнено по схеме на рис. 19.3. В качестве датчика используют магниторезистор СМ-1. Датчиком переменного магнитного поля может служить и телефонный капсюль без мембраны или многовитковая катушка с железным сердечником. Датчик подключают к входу устройства (вместо терморезистора) через конденсатор емкостью свыше 10 мкФ. Реле сработает, если датчик поднести к источнику переменного магнитного поля (катушке электромагнита).

Рис. 19.7

Детектор ВЧ-сигналов — может быть выполнен по схеме (рис. 19.6 цепь а) с использованием диодов Д9Ж и подбором резистивных элементов R1 — R3 для установки рабочей точки на ВАХ диодов. Выбор рабочей точки на наиболее крутом участке этой характеристики обеспечит повышенную чувствительность детектора к 6Ч-сигналам: малое изменение напряжения на диоде вызовет заметное изменение тока через него. Чем больше начальный ток через диоды, тем выше чувствительность устройства. В то же время заметно возрастет потребляемый устройством ток.

ВЧ-сигнал подают на диоды через конденсатор емкостью 10… 100 пФ. Светодиод HL1 в цепи нагрузки начинает светиться при уровне входного сигнала 60… 100 мВ (частота свыше 200 кГц). В /-/Ч-диапазоне (несколько кГц) переходную емкость следует увеличить.

При использовании соответствующих датчиков на основе градиентных реле могут быть собраны реле влажности, изменения атмосферного давления и др. устройства.

Преобразовать, например, изменение атмосферного давления в изменение электрического сопротивления можно с использованием запаянного сильфона. Это металлическая тонкостенная гофрированная камера, сопряженная с движком потенциометра. Изменение атмосферного давления вызовет изменение объема сильфона и изменение его размеров с последующим перемещением движка потенциометра. В более простых по механике конструкциях на сильфон может быть наклеен тензорезистор или закреплен вывод специального полупроводникового прибора (ге-дистора), сопротивление которого изменяется при деформации.

Компараторы часто используют для преобразования «аналогового» сигнала в «цифровой»: сигнал любой формы на входе преобразуется на выходе в сигнал прямоугольной формы.

Преобразователи амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса (рис. 19.8, 19.9) используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях [Рл 5/00-29].

Рис. 19.8

Рис. 19.9

При подаче на устройство входного сигнала синусоидальной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схемы не требуют настройки, установки порогов. Полоса рабочих частот определяется емкостью конденсаторов С1 и С2. Устройства на рис. 19.8 и 19.9 отличаются способом подключения входов компаратора и, соответственно, «полярностью» выходных сигналов.

Для германиевых диодов пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5. ..200 кГц составляет 80…90 мВ, для кремниевых — 250…270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — в пределах 2…2,5 В.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Защита от перегрузки по току с временной градуировкой | Различные типы

В эту схему защиты от перегрузки по току с временной регулировкой включена временная селективность. Другими словами, временная уставка реле градуирована таким образом, что в случае неисправности отключается наименьшая возможная часть системы. Мы обсудим несколько важных случаев.

1. Радиальный фидер: Основной характеристикой радиальной системы является то, что мощность может течь только в одном направлении, от генератора или источника питания к нагрузке. Его недостаток заключается в том, что в случае неисправности невозможно обеспечить непрерывность подачи на принимающей стороне. Защита от перегрузки по току с временной градуировкой Защита радиального фидера может быть достигнута с помощью

• Реле времени и
• Реле обратного времени.

(i) Использование реле с независимой выдержкой времени: На рис. 23.4 показана защита от перегрузки по току радиального фидера с помощью реле с независимой выдержкой времени. Время срабатывания каждого реле фиксировано и не зависит от тока срабатывания. Таким образом, реле D имеет время срабатывания 0,5 секунды, в то время как для других реле временная задержка последовательно увеличивается на 0,5 секунды. Если неисправность возникает в секции DE, она будет устранена за 0,5 секунды реле и автоматическим выключателем на D, поскольку все остальные реле имеют большее время срабатывания. Таким образом, будет изолирована только секция DE системы. Если реле D не сработает, реле C сработает после временной задержки 0,5 секунды, т. е. через 1 секунду после возникновения неисправности.

Недостаток этой системы заключается в том, что при наличии нескольких последовательных фидеров время срабатывания при коротком замыкании возле конца питания становится большим (в данном случае 2 секунды). Однако в большинстве случаев необходимо ограничить максимальное время срабатывания до 2 секунд. Этот недостаток можно в разумных пределах преодолеть, используя реле обратного времени.

(ii) Использование реле с инверсией извести: На рис. 23.5 показана защита от сверхтока радиального фидера с использованием реле с инверсией времени, в котором время срабатывания обратно пропорционально этому расположению, чем дальше находится выключатель от времени работы генератора.

Предполагается, что три реле в точках A, B и C имеют обратнозависимые характеристики. Неисправность в секции BC даст время реле, которое позволит выключателю B сработать раньше, чем выключателю A.

2. Параллельные фидеры: Там, где особенно необходима непрерывность питания, могут быть установлены два параллельных фидера. Если на одном фидере возникает неисправность, его можно отключить от системы и сохранить непрерывность питания от другого фидера. Параллельные фидеры не могут быть защищены только ненаправленными реле максимального тока. Также необходимо использовать направленные реле и выравнивать временную уставку реле для селективных отключений.

На рис. 23.6 показана система, в которой два фидера подключены параллельно между генерирующей станцией и подстанцией. Для защиты этой системы требуется, чтобы

• каждый фидер имел ненаправленное реле максимального тока на стороне генератора. Эти реле должны иметь обратнозависимую характеристику.
• Каждый фидер имеет реле обратной мощности или реле направления на конце подстанции. Эти реле должны быть мгновенного действия и срабатывать только тогда, когда мощность течет в обратном направлении. e. в направлении стрелки в точках P и Q.

Предположим, что на фидере 1 произошло замыкание на землю, как показано на рис. 23.6. Желательно, чтобы для устранения неисправности размыкались только автоматические выключатели на точках A и P, а фидер 2 оставался неповрежденным для поддержания непрерывности питания. На самом деле, вышеприведенная схема выполняет эту работу. Показанная неисправность подается по двум маршрутам, а именно.

• Непосредственно от фидера 1 через реле А
• От фидера 2 через B, Q, подстанцию ​​и P

Таким образом, поток энергии в реле Q будет в нормальном направлении, а в реле P будет обратным. Это вызывает размыкание автоматического выключателя в P. Также реле A будет срабатывать, в то время как реле B остается в нерабочем состоянии. Это связано с тем, что эти реле имеют обратнозависимую характеристику времени, и ток, протекающий через реле А, превышает ток, протекающий через реле В. Таким образом, изолируется только неисправный фидер.

3. Кольцевая магистральная система: В этой системе различные электростанции или подстанции соединены альтернативными путями, образуя таким образом замкнутое кольцо. В случае повреждения какой-либо секции кольца, эта секция может быть отключена для ремонта, и питание будет подаваться с обоих концов кольца, что обеспечивает непрерывность подачи.

На рис. 23.7 показана однолинейная схема типичной кольцевой сети, состоящей из одного генератора G, питающего четыре подстанции S ₁ , S ₂ , S ₃ и S ₄ . При таком расположении мощность может течь в обоих направлениях в условиях неисправности. Следовательно, необходимо выполнять уклон в обоих направлениях по кольцу, а также использовать реле направления. Чтобы в условиях неисправности изолировалась только неисправная часть кольца, типы реле и их временные настройки должны быть следующими:

• Две линии, выходящие из электростанции, должны быть оснащены ненаправленными реле максимального тока (в данном случае реле на A и J).
• На каждой подстанции реле обратной мощности или направления должны быть размещены как на входе, так и на выходе (в данном случае реле на B, C, D, E, F, G, H и I).
• Должна быть правильная относительная настройка времени реле. Например, по кругу G S ₁  S ₂  S ₃  S ₄ Г ; исходящие реле (т. е. в A, C, E, G и I) устанавливаются с уменьшением временных ограничений, например.

Аналогично, обходя петлю в обратном направлении (т.е. по GS ₁ S ₂ S ₃ S ₄ G), отходящие реле (J, H, F, D и B) также устанавливаются с уменьшающимся сроком действия, например.

Предположим, что в точке, показанной на рис. 23.7, произошло короткое замыкание. Для обеспечения селективности желательно, чтобы для устранения неисправности размыкались только автоматические выключатели в точках E и F, тогда как другие участки кольца должны быть неповрежденными для обеспечения непрерывности питания. На самом деле, вышеприведенная схема выполняет эту работу. Электроэнергия будет подаваться к месту повреждения по двум маршрутам, а именно (i) от G вокруг S ₁ и S ₂ и (ii) от G вокруг S ₄ и S ₃ . Понятно, что реле A, B, C и D, а также J, I, H и G не сработают. Таким образом, только реле в точках E и F сработают раньше, чем любое другое реле из-за более низкой уставки времени.

Что такое защита фидера? Определение и защита с временной шкалой

Определение : Защита фидера определяется как защита фидера от неисправности, чтобы энергосистема продолжала поставлять энергию. Фидер подает электроэнергию от подстанции к стороне нагрузки. Поэтому очень важно защитить фидер от различных типов неисправностей. Основными требованиями защиты фидера являются;

1. Во время короткого замыкания ближайший к месту повреждения автоматический выключатель должен разомкнуться, а все остальные автоматические выключатели остаются во включенном положении.
2. Если ближайший к месту повреждения выключатель не размыкается, резервная защита должна быть обеспечена соседним автоматическим выключателем.
3. Время срабатывания реле должно быть небольшим, чтобы поддерживать стабильность системы без необходимости отключения цепи.

Это схема, в которой временная установка реле настолько последовательна, что в случае неисправности изолируется наименьшая возможная часть системы. Применение шкалы времени поясняется ниже.

Защита радиальных фидеров

Основной характеристикой радиальной системы является то, что мощность передается только в одном направлении, т. е. от генератора или стороны питания к стороне нагрузки. Его недостаток заключается в том, что непрерывность питания нельзя контролировать на стороне нагрузки в случае неисправности.

В радиальной системе, когда фидеры подключены последовательно, как показано на рисунке. Желательно, чтобы как можно меньшая часть системы была выключена. Это удобно достигается за счет использования временной защиты. Система перегрузки по току должна быть настроена таким образом, чтобы чем дальше реле от электростанции, тем меньше время срабатывания.

При возникновении неисправности на SS ₄ первым должно сработать реле OC ₅ и никакое другое, т.е. время, необходимое для срабатывания реле OC ₄ , должно быть меньше времени, необходимого для срабатывания реле OC ₃ и так далее. Это показывает, что установка времени, необходимая для этих реле, должна быть правильно отрегулирована. Минимальный интервал времени, допустимый для двух соседних автоматических выключателей, зависит от его собственного времени отключения плюс небольшое время для запаса прочности.

При использовании как минимум нормального автоматического выключателя время различения между регулировочными выключателями должно составлять около 0,4 секунды. Настройки времени для реле OC ₁ , OC ₂ , OC ₃ , OC ₄ и OC ₅ будут составлять 0,2 секунды, 1,5 секунды, 1,5 секунды, 1,0 секунды, 0,5 секунды и мгновенные соответственно. Наряду с системой градации важно также, чтобы время работы по серьезной неисправности было меньше. Это можно сделать, установив предохранитель с ограничением по времени параллельно катушкам отключения.

Защита параллельных фидеров

Параллельное подключение питания в основном используется для обеспечения непрерывности питания и для разделения нагрузки. Когда неисправность возникает на защитном фидере, защитное устройство выбирает и изолирует неисправный фидер, в то время как другой немедленно принимает на себя повышенную нагрузку.

Одним из самых простых методов защиты реле является реле перегрузки с градуированной выдержкой времени и обратнозависимой характеристикой времени на передающей стороне и реле мгновенной обратной мощности или направленные реле на принимающей стороне, как показано на рисунке ниже.

Когда серьезная неисправность F возникает на любой из линий, питание подается на неисправность как с передающего, так и с принимающего конца линии. Направление потока энергии будет изменено через реле на D, которое будет разомкнуто.

Избыточный ток затем ограничивается до B до тех пор, пока не сработает его реле перегрузки и не отключит автоматический выключатель, полностью изолируя таким образом неисправный фидер и подавая питание через исправный фидер. Этот метод является удовлетворительным только в том случае, когда серьезная неисправность и инвертирует мощность на D. Следовательно, дифференциальная защита также добавляется вместе с защитой от перегрузки на обоих концах линии.

Система защиты кольцевой магистрали

Кольцевая магистраль представляет собой систему взаимосвязи между рядом электростанций по разным маршрутам. В системе основного кольца направление мощности может быть изменено по желанию, особенно при использовании соединения.

Элементарная схема такой системы показана на рисунке ниже, где G — генерирующая станция, а A, B, C и D — подстанция. На генерирующей станции мощность течет только в одном направлении, поэтому реле перегрузки с выдержкой времени не используются. Реле перегрузки по времени размещается в конце подстанции, и оно срабатывает только тогда, когда перегрузка уходит от подстанции, которую они защищают.

При движении по кольцу в направлении GABCD реле на дальней стороне каждой станции устанавливаются с уменьшающейся задержкой по времени. На генерирующей станции 2 секунды, на станции A, B, C и 1,5 секунды, 1,0 секунды, 0,5 секунды и мгновенные соответственно.