POLITECHNIKA RZESZOWSKA
Katedra Energoelektroniki i Elektroenergetyki
ELEKTROENERGETYKA – LABORATORIUM Charakterystyka przekaźników prądowych i czasowych
Podstawowymi elementami układów zabezpieczeń są przekaźniki i ich zespoły, których zadaniem jest wykonanie odpowiednich przełączeń w odpowiedzi na zmiany wartości wielkości fizycznych (najczęściej elektrycznych). Przekaźniki zabezpieczeniowe dzielą się na pomiarowe o nastawialnych wartościach rozruchowych oraz pomocnicze, reagujące na pojawienie się lub zanik określonej wielkości.
Przekaźniki pomiarowe reagują z odpowiednią dokładnością na wartość wielkości pomiarowej lub na określoną jej zmianę. Do grupy przekaźników pomiarowych elektrycznych można zaliczyć przekaźniki: prądowe, napięciowe,
impedancyjne, kątowe, częstotliwościowe. Natomiast do grupy przekaźników pomocniczych należą przekaźniki: pośredniczące, zwłoczne i sygnałowe.
W każdym przekaźniku można wyróżnić dwa podstawowe człony. Pierwszy z nich to człon pomiarowy (komparator), który porównuje wielkość wejściową (mierzoną) z wielkością odniesienia. Człon pomiarowy nazywany często członem rozruchowym ma jedno lub więcej wejść. Wielkości mierzone są doprowadzane do członu rozruchowego przekaźnika pośrednio przez przekładniki prądowe lub napięciowe, albo przez filtry składowych symetrycznych prądu lub napięcia. W tzw. rozwiązaniach pierwotnych wielkości mierzone są doprowadzane do przekaźników bezpośrednio. Przykładem takich rozwiązań są bezpieczniki topikowe oraz wyzwalacze prądowe pierwotne działające bezpośrednio (mechanicznie) na zamek wyłącznika.
Drugim podstawowym członem przekaźnika jest człon wykonawczy. Najczęściej jest to zestyk lub kilka zestyków, których przestawienie ze stanu otwarcia w stan zamknięcia lub odwrotnie jest skutkiem reakcji członu pomiarowego na wielkość mierzoną. Zestyk wyjściowy przekaźnika pomiarowego może być włączony np. w obwód wejściowy przekaźnika pomocniczego lub w obwód cewki działającej na zamek wyłącznika.
Członem pomiarowym przekaźnika elektrycznego może być komparator amplitudy lub fazy. W pierwszym przypadku porównywane może być napięcie lub prąd z wartością odniesienia (wzorcową), porównywane mogą być także napięcia lub prądy między sobą. W drugim przypadku jest mierzone przesunięcie kątowe między wielkościami zmieniającymi się okresowo.
Ze względu na wykonanie komparatory mogą być elektromechaniczne lub elektroniczne (statyczne). Obecnie, w przypadkach gdzie jest to możliwe, tradycyjne komparatory elektromechaniczne są zastępowane bardziej nowoczesnymi komparatorami elektronicznymi.
Na rysunku 1 przedstawiono uproszczone schematy komparatorów statycznych, jedno- i dwuwejściowego. W pierwszym przypadku, jeżeli wielkość wejściowa Swe przekroczy wartość odniesienia Sr, to komparator zmieni stan obwodu (styku) wyjściowego, tzn. wyśle sygnał Swy. Natomiast w drugim przypadku warunkiem zmiany stanu obwodu wyjściowego jest przekroczenie przez wielkość Swe1 wartości wielkości hamującej Swe2.
Na kolejnym rysunku (rys. 2) przedstawiono uproszczony schemat komparatora fazy w wykonaniu statycznym. Komparator zmieni stan styku wyjściowego kiedy przesunięcie kątowe między wielkością wejściową Swe1 i wielkością hamującą Swe2, mierzone przez człon czasowy t (sterowany sygnałem wyjściowym członu koincydencyjnego i), przekroczy wartość nastawioną.
a)
b)
Rys. 1. Schematy uproszczone komparatorów amplitudy w wykonaniu statycznym: a) jednowejściowego, b) dwuwejściowego
Rys. 2. Schemat uproszczony komparatora fazy czasowego (koincydencyjnego) w wykonaniu statycznym
Członem pomiarowym przekaźnika prądowego może być komparator amplitudy w wykonaniu elektromechanicznym (elektromagnetycznym, indukcyjnym, cieplnym) lub statycznym (elektronicznym).
Przekaźniki prądowe to w zasadzie przekaźniki nadmiarowo-prądowe, zwane krótko przekaźnikami nadprądowymi. Zadaniem przekaźnika nadprądowego jest najczęściej spowodowanie otwarcia wyłącznika, kiedy mierzony przez przekaźnik prąd przekroczy wartość odniesienia, zwaną prądem rozruchowym Ir.
Wśród przekaźników nadmiarowo-prądowych rozróżnia się przekaźniki: nadprądowe, nadprądowe na duże wartości rozruchowej, nadprądowe zwłoczne i nadprądowe zwłoczne cieplne. Przekaźniki na duże prądy rozruchowe są typowymi przekaźnikami stosowanymi w zabezpieczeniach zwarciowych. Pozostałe przekaźniki są stosowane głównie w zabezpieczeniach przeciążeniowych. W przypadku konieczności stopniowania czasów zadziałania zabezpieczeń
zwarciowych lub przeciążeniowych stosuje się przekaźniki nadprądowe zwłoczne. Przekaźniki te mogą mieć różne charakterystyki czasowo-prądowe (zależności czasu zadziałania od wartości prądu w obwodzie wejściowym).
Rozróżnia się trzy podstawowe charakterystyki czasowo-prądowe przekaźników nadprądowych zwłocznych (rys. 3). Charakterystykę niezależną od wartości prądu mają przekaźniki z dwoma niezależnymi członami, nadprądowym i zwłocznym (czasowym).
Charakterystykę częściowo-zależną mają np. przekaźniki elektromechaniczne indukcyjne, w których zwłoka czasowa zadziałania zmniejsza się wraz ze wzrostem prądu do pewnej jego wartości granicznej. Dla większych wartości prądu zwłoka jest stała z powodu nasycenia rdzenia magnetycznego przekaźnika.
  
Rys. 3. Charakterystyki czasowo-prądowe przekaźników nadprądowych zwłocznych: a) niezależna, b) częściowo-zależna, c) zależna w całym zakresie; Ir - prąd rozruchowy przekaźnika
Charakterystykę zależną w całym zakresie wartości prądu wejściowego mają przekaźniki zwłoczne cieplne, które mogą być wykonane jako elektromechaniczne, np. przez zastosowanie elementu bimetalowego, lub jako statyczne, np. przez zastosowanie modelu cieplnego elektrycznego.
| 