ИМПУЛЬСНОЕ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к устройствам релейной защиты, в частности, к импульсным реле постоянного тока, может быть использована для фидеров тяговых постоянного тока от токов к.з.
Известно реле защиты, содержащее токопровод с двумя ветвями, магнитную систему с якорем, последний представляет собой геркон А.С. СССР №8243300 Н01Н 51/28. Оно рассчитано на работу в сильноточных цепях, но не обладает импульсной реакцией на изменение тока.
Известны импульсные реле защиты, к которым относятся выключатели с индуктивным шунтом, содержащее токопровод с двумя ветвями, магнитную систему с якорем и магнитопровод на одной из ветвей (индуктивный шунт) - книга Харикова В.Ф. «Защита контактной сети постоянного тока от коротких замыканий» 1987, М.: Транспорт, стр.17 и реле РДШ - книга Харикова В.Ф. «Защита контактной сети постоянного тока от коротких замыканий» 1987, М.: Транспорт, стр.23, последнее принято за прототип. Это реле, также как и указанный выключатель, содержит токопровод с двумя ветвями, магнитную систему с якорем и индуктивный шунт на одной из ветвей. Индуктивный шунт представляет собой магнитопровод, одетый на одну из ветвей токопровода реле, причем зазор магнитопровода расположен вдоль ветви токопровода с магнитопроводом (поперек средней линии поперечного сечения магнитопровода). Ветвь для индуктивного шунта выбирают с меньшим сечением, для того чтобы реле снижало свою уставку на приращение тока, а не на его сброс. Индуктивный шунт проявляет себя при нарастании тока, вытесняя изменение тока из своей ветви в ветвь без индуктивного шунта, чем обеспечивается реакция реле на приращение тока. Это благоприятно для защиты от токов к.з. в тяговых сетях,
в которых нарастание тока нагрузки происходит отдельными ступенями. Поэтому, даже при соизмеримости величины тока нагрузки и тока к.з., приращения тока нагрузки меньше, чем приращение тока к.з., что делает эффективным применение импульсных реле для защиты тяговых сетей. Величина скорости нарастания тока в импульсных реле, используемых для защиты тяговых сетей, влияет на срабатывание реле значительно меньше, чем само приращение тока, т.к. постоянная времени импульсных реле много больше постоянной времени нарастания к.з. и приращений нагрузки.
Недостатком импульсного реле с индуктивным шунтом является появление ложных срабатываний при приращениях токов нагрузки, если им предшествовал некоторый начальный (установившийся) ток. Причиной этого является линейное снижение уставки реле по приращению тока (динамической уставки) с ростом величины начального тока, вследствие суммирования магнитного потока от начального тока и приращения тока в магнитной системе реле. Поэтому реле начинает реагировать на приращения тока нагрузки, хотя они по своей величине меньше приращения тока к.з. На практике, для предотвращения ложных срабатываний от приращений токов нагрузки, статическую уставку реле (уставка при медленном нарастании тока, отсутствии импульса тока) вынуждены повышать, что приводит к снижению чувствительности и быстродействия импульсного реле, см. книгу Харикова В.Ф. «Защита контактной сети постоянного тока от коротких замыканий» 1987, М.: Транспорт, стр.27-28.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности реле и его быстродействия.
Сущность полезной модели состоит в том, что в импульсном реле защиты, содержащем токопровод с двумя ветвями, магнитную систему с якорем и индуктивный шунт в виде магнитопровода, надетого на одну из ветвей токопровода, причем магнитопровод индуктивного шунта содержит немагнитные зазоры, расположенные поперек средней линии поперечного сечения магнитопровода индуктивного шунта, магнитопровод
индуктивного шунта разделен на секции, причем секции расположены относительно токопровода так, что воздушные зазоры секций расположены в противоположных сторонах относительно друг друга.
На фиг.1 приведено импульсное реле, на фиг.2 показан магнитопровод индуктивного шунта, на фиг.3 приведены защитные характеристики полезной модели, реле по прототипу.
На фигурах цифры означают:
1 - ветвь токопровода без магнитопровода;
2 - ветвь токопровода с магнитопроводом (индуктивный шунт);
3 - магнитопровод индуктивного шунта;
4 - магнитная система реле с якорем;
5 - зазор магнитопровода;
6 - секции магнитопровода;
7 - воздушный зазор между секциями магнитопровода;
8 - характеристика реле по прототипу;
9 - характеристика реле максимального тока (аналога);
10 - характеристика предлагаемого реле;
11 - «оптимальная защитная характеристика».
Токопровод реле состоит из ветви 1 и ветви 2, на последнюю одет магнитопровод 3, вследствие чего ветвь 2 образует индуктивный шунт. Магнитная система с якорем 4 приводит к перемещению подвижного контакта импульсного реле. Магнитопровод 3 индуктивного шунта разделен на секции 6 и одет на ветвь 2. Воздушные зазоры 5 магнитопровода расположены вдоль ветви 2, причем зазор левой по рисунку секции расположен снизу ветви 2, зазор правой по рисунку секции расположен сверху по ветви 2. Магнитопровод 3 может иметь воздушный зазор 7 между секциями.
0
На фиг.3 по горизонтальной оси ординат отложены начальные тока I, по вертикальной оси ординат отложены приращения тока ΔI. Характеристика реле по прототипу показана прямой 8, она при небольших предшествующих токах лежит ниже прямой 9, представляющей собой
характеристику реле максимального тока. Благодаря этому повышается чувствительность к приращениям тока к.з. Однако, это приводит и к ложным срабатываниям от приращений тока нагрузки ΔIн, которые происходят при ненулевых предшествующих токах. Чтобы этого избежать, статическую уставку реле по прототипу Iуст8 увеличивают, выполняя ее больше уставки реле максимального тока Iуст9. Характеристика полезной модели 10 в области средних и больших предшествующих токов приближена к характеристике 9, что обеспечивает большую чувствительность, чем у прототипа, а в области небольших предшествующих токов приближена к характеристике 8, что обеспечивает реакцию на приращение тока. В правой части фиг.3 приведено сравнение характеристики полезной модели 10 с «оптимальной защитной характеристикой» 11, описанной в книге Харикова В.Ф. на стр.29.
Полезная модель при малых предшествовавших токах имеет повышенную чувствительность к приращениям тока, а при больших предшествующих токах пониженную, благодаря изменению конструкции магнитопровода индуктивного шунта реле. При небольшом токе через реле магнитный поток в магнитопроводе индуктивного шунта протекает иначе, чем у прототипа. Большая его часть проходит из одной секции в другую, минуя воздушный зазор. Индуктивность магнитопровода, а значит индуктивного шунта, увеличивается, что обеспечивает большее вытеснение тока из ветви с индуктивным шунтом в рабочую ветвь токопровода импульсного реле по сравнению с прототипом, что и способствует уменьшение динамической уставки и тем самым, увеличению чувствительности реле. Это важно при появлении коротких замыканий как раз в отсутствии тока через импульсное реле или малых значениях предшествующего тока, когда выявление режима к.з. наиболее затруднено. Быстродействие повышается вследствие того, что срабатывание наступает при меньших токах, чем у прототипа.
С ростом предшествующего тока через реле, магнитный поток в магнитопроводе индуктивного шунта увеличивается. Вследствие этого на
границе секций магнитопровода появляются области насыщения, магнитный поток начинает проходить и по воздушным зазорам секций, как в прототипе. Индуктивность индуктивного шунта падает и реакция реле на изменение тока уменьшается. Области насыщения на границе секций магнитопровода увеличиваются, что приводит к снижению эффективного сечения магнитопровода и тем самым, к снижению индуктивности индуктивного шунта. При больших предшествующих токах реакция реле приближается к реле максимального тока. Это уменьшает ложные срабатывания от токов нагрузки. Поэтому необходимость повышать статическую уставку реле для отстройки от режимов нагрузки, как в прототипе, отпадает. Это повышает чувствительность и быстродействие реле, по сравнению с прототипом и в случае, когда приращению тока предшествовал начальный (установившийся) ток. Свойства реле автоматически подстраиваются под особенности протекания тока через реле.
Характеристика 10 получена экспериментальным путем. Она принадлежит одному реле, проще в реализации, чем реализация характеристики 11. Последняя является составной, состоит из двух прямых и требует двух независимых реле.
При увеличении зазора между секциями магнитопровода увеличиваются токи, при которых наступает насыщение областей секций магнитопровода, тем самым увеличивается граничный ток, при котором реакция реле приближается к реле максимального тока. Смещение этого граничного тока в меньшую сторону возможно при уменьшении до нуля воздушного зазора между секциями и увеличением числа секций, при сохранении прежней их суммарной длины.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1. А.с. СССР №8243300 Н01Н 51/28.
2. Хариков В.Ф. «Защита контактной сети постоянного тока от коротких замыканий» 1987, М.: Транспорт, стр.23 (прототип).