UNIVERSITATEA PETRU MAIOR TARGU MURESFACULTATEA DE ELECTROENERGETICA,

SISTEME ELECTROENERGETICEPROTECIA PRIN RELEE STUDENT:Farcas Septimiu RazvanINTRODUCEREO data cu dezvoltarea instalaiilor electrice protejate i a sistemelor energetice a avut loc perfecionarea tehnicii proteciei prin relee, elaborarea unor noi principii de funcionare a proteciilor i a unor noi tipuri de relee, care s satisfac cerinele impuse de noul stadiu de dezvoltare a instalaiilor protejate.

Protecia prin relee a unei instalaii electrice este format din totalitatea aparatelor i dispozitivelor destinate s asigure n mod automat deconectarea instalaiei n cazul apariiei unui defect sau a unui regim anormal de funcionare, periculos pentru instalaie; n cazul defectelor i regimurilor anormale care nu prezint un pericol imediat, protecia prin relee nu comand deconectarea instalaiei, ci semnalizeaz apariia regimului anormal.

Pentru lichidarea optima a defectelor, funcionarea proteciilor prin relee trebuie s satisfac o serie de performane ca: rapiditatea, selectivitatea, sigurana, sensibilitateasi independena fa de condiiile exploatrii.

n structura sistemelor automate se ntlneste o mare varietate de elemente electrice si electronice de comutatie, utilizate la comutarea circuitelor electrice n scopul realizarii comenzilor si a stabilirii, respectiv ntreruperii curentului electric n circuitele energetice. GENERALITAI, CLASIFICAREA I CARACETISTICELE RELEELOR

Releul este un aparat care comuta, sub actiunea marimii de intrare, unul sau mai multe elemente de comutatie de mica putere n scopul comenzii altor elemente. Releele de protectie pot realiza contacte electrice ducnd la ntreruperea instalaiei cu energie electric, deci la protecia acesteia.

Cele mai simple relee se compun dintr-un element de intrare I, denumit uneori si element sensibil, un element comparator K si un element de executie E cu una sau mai multe iesiri (anexa 1 fig.1).

1.1.Clasificarea releelor

Releele folosite n sistemele electrice funcioneaz dup aceleasi principii ca i aparatele de msurat; de aceea ele pot fi clasificate, n general, dup aceleai criterii.

a) Dup principiul de funcionare, releele pot fii: electromagnetice (magnetoelectrice, de inducie, magnetice,electrodinamice, termice) i electronice.b) Dup felul parametrului la care acioneaz, releele pot fii: de curent, de tensiune, de putere, de temperatur, etc.

c) Dup valoarea marimii de intrare la care acioneaz, releele pot fii: maximale, a cror acionare are loc cnd valoarea mrimii de intrare devine egal sau depete o anumit valoare maxim, dinainte stabilit; minimale, care acioneaz n momentul cnd valoarea mrimii de intrare devine egal sau mai mic dect o anumit valoare minim, dinainte stabilit i relee difereniale, a cror acionare are loc cnd diferena valorilor a dou marimi aplicate la intrare devine, n valoare absolut, mai mare dect o valoare dinainte stabilit.

d) O clasificare specific a releelor se obine dac se ia n consideraie modul conectrii n circuitul elementului protejat, deosebindu-se: relee primare i relee secundare.

e) innd seama de modul de acionare asupra nteruptoarelor, releele pot fii: cu aciune direct sau directe i cu aciune indirect sau indirecte.

f) n funcie de durata de acionare: relee ultra rapide ( t < 0.0 s), relee rapide (t1 s)

g) n fucie de mrimea de intrare: releu de tensiune, releu de curent, releu de putere, releu de fregven, releu de timp.

h) Cele mai utilizate relee: relee termice, relee electromagnetice, relee electronice, relee mecanice, relee ferodinamice, declanatoare.

i) Dup natura elementului de execuie: relee cu contacte i relee fr contacte (statice).

Releele primare sunt conectate direct n circuitul elementului protejat. De aceea ele trebuie s aib o constucie robust, pentru a suporta supracurenii sau supratensiunile care apar n exploatare. Releele secundare sunt conectate n circuitele secundare ale transformatoarelor de msur i au o construcie mai puin robust.

Releele directe acioneaz asupra clichetului de declanare al ntreruptoarelor, adic ele joac rolul bobinei de declanare. De acea mecanismul lor trebuie s efectueze un lucru mecanic relativ mare. Releele indirecte efectueaz un lucru mecanic redus, deoarece ele acioneaz numai asupra unor contacte intermediare, prin care se nchid circuitele bobinelor de declanare ale ntreruptoarelor.

Cele mai simple relee sunt releele prmare cu aciune direct (fig. 5-8) Ele se folosesc numai pentru protecia motoarelor electrice de mic putere.

Atunci cnd curentul prin bobina 1 depete o anumit valoare, miezul de oel 2 este atras n interior , prghia 3 se rotete, iar tirantul 4 acioneaz asupra prghiei 5, care elibereaz clichetul de blocare, astfel nct ntreruptoruldeclaneaz sub aciunea resortului 6.

Cele mai perfecionate relee sunt releele secundare cu aciune indirect.Ele se folosesc n mod curent n instalaiile electrice de mare putere.Curentul operativ necesar pentru circuitul bobinei de declanare a ntreruptorului se obine fie prin intermediul unui transformator special de curent, fie de la o surs separat de curent continu (fig. 5-9).

Atunci cnd curentul primar i implicit cel secundar al trasformatorului 1 depesc o anumit valoare, bobina 2 atrage miezul de oel i nchide contactul releului; n acest fel se nchide circuitul operativ alimentat de la sursa de curent continu i bobina de eclanare 3 deblocheaz clichetul; o dat cu declanarea ntreruptorului se deschide contactul auxiliar 4 al ntreruptorului, stfel ct circuitul operativ rmne i el deschis.

Calitatea unui releu, indiferent de tipul su, poate fi apreciat dup sigurana funcionrii contactelor, puterea absobit de bobine, stabilitatea termic i electomagnetic, eroarea cu care acioneaz, timpul minim de revenire a mecanismelor i coeficientul de revenire.

Stabilitatea dinamic este determinat de curentul maxim de oc pe care-l suport releul fr ca forele electomagnetice s-i provoace defeciuni mecanice.

Stabilitatea termic este determinat de curentul maxim de durata (1 sau 5 s ) pe care-l suport releul fr ca temperatura bubinei s depeasc volorile admisibile.

Eroarea unui releu este dat n procente fa de valoarea mrimii de acionare(curentul de acionare a releului I sau tensiunea de acionare a releului U) nscris pe plcua releului. Cu ct aceast eroare este mai mic, cu att sensibilitatea releului este mai mare.

Timpul minim de revenire a mecanismelor releului n poziia iniial trebuie s fie ct mai mic, pentru ca sietemul de protecie s fie pregtit s acioneze corect la un nou defect care ar putea s intervin.

Coeficientul de revenire a releului Krev se exprim prin raportul dintre curentul de revenire (valoarea limit pentru care revine n poziia iniial) i curentul de acionare a releului.

Coeficientul de revenire are valori subunitare la releele maximale i supraunitare la releele minimale. Cu ct coeficientul de revenire este mai apropiat de uitate, cu att calitatea releului este mai bun.

1.2.Caracteristicile releelor Principalele caracteristici ale releelor sunt: caracteristica intrare-ieire i caracteristica de timp.

Ca pentru orice dispozitiv, prin caracteristica intrare-ieire se ntelege funcia x= f(x), unde x este mrimea de intrare, iar x mrimea de ieire.

Caracteristica intrare-ieire a releelor este o caracteristic discontinu (anexa 1, fig.2) pn la o anumit valoare a mrimii de intrare numit valoare de acionare x, valoarea mrimii de ieire este egal cu zero n cazul releelor cu contacte i cu x=0 n cazul releelor fr contacte. Pentru x = x, valoarea mrimii de ieire se modific brusc la valoarea x i ramne practic constant dac mrimea de intrare continu s creasc. La micorarea mrimii de intrare, mrimea de iesire rmne la valoarea x pna la x=x, cnd se modific brusc la valoarea zero sau x=0. Valoarea x se numeste valoare de revenire . La releele cu contact normal nchis, pentru x x, iar la micorarea mrimii de intrare, revenirea la starea iniial are loc pentru x=x >x.

Se defineste factorul de revenire , prin raportul dintre valoarea de revenire i valoarea de acionare:

.

Valoarea acestuia este subunitar la releele maximale i supraunitar la cele minimale. Calitatea releelor este cu att mai bun cu ct valoarea factorului de revenire este mai apropiat de unitate.

Un alt parametru important al releelor este factorul de comand definit prin raportul:

,

unde Pc este puterea comandat de contactele releului (puterea de rupere, capacitatea de rupere), iar Pa este puterea de acionare (puterea consumat).

Prin timp propriu de acionare a releelor se ntelege intervalul de timp de la aplicarea mrimii de intrare i momentul nchiderii sau deschiderii depline a contactelor.TIPURI DE RELEE

2.1.Relee electromecaniceSfera de aplicabilitate a acestor relee a nceput s se reduc substantial, ca urmare a progreselor realizate n domeniul releelor statice.

Cele mai simple relee electromecanice constau dintr-un dispozitiv care produce fora sau cuplul activ, un element care produce cuplul rezistent i unul sau mai multe elemente de execuie (contacte electrice). Dup natura dispozitivului pentru producerea forei sau a cuplului activ, deosebim: relee electromagnetice, magnetoelectrice, de inductie, electrodinamice, termice, cu contact reed. n continuare se prezint cteva dintre cele mai utilizate.

Releele electromagnetice sunt aparate de protecie care asigur protecia la cureni de scurtcircuit sau la scderea tensiunii cu aciune instantanee sau temporizat.

Releele electromagnetice pot funciona att n curent continu ct i n curent alternativ.

Ele pot fi relee electromagnetice de curent i relee electromagnetice de tensiune.

Releeele electromagnetice mai pot fii:

Releul electromagnetic de curent maxim (RC) este constituit dintr-un electromagnet ,pe care sunt dispuse bobinele de curent i dintr-un sistem mobil format din armtura de fier, fixat pe un ax prevzut cu un resort spiral, care asigur cuplul antagonisz.

Releul electromagnetic de timp (RT) este constituit dintr-un electromagnet i un miez de fier, solidar cu urubul fr sfrit.

Releul electromagnetic de semnalizare (RdS) are drept scop s semnalizeze dac protecia unui anumit circuit a acionat.

Releul electromagnetic intermediar (RI) este folosit pentru a se evita trecerea curenilor mari prin contactele sensibile ale releelor obinuite(cum sunt curenii bobinelor de aclanare a ntreruptoarelor) .

Releele electromagnetice sunt constituite din electromagnei la care atunci cnd curentul prin bobin depete o anumit valoare este atras armtura mobil aceasta acionnd asupra unor contacte electrice, deci funcionarea releelor electromagnetice se bazeaz pe fora de atracie a elecromagnetului (anexa 2, fig 3.).

Releele termice La baza funcionrii releelor termice st modificarea proprietilor fizice ale corpurilor datorit nclzirii. Cel mai simplu releu termic const dintr-un tub de sticl nchis, prevazut cu doi electrozi, n interiorul tubului gsindu-se mercur. nchiderea contactului are loc ca urmare a dilataiei mercurului, n momentul n care nivelul mercurului aduce n contact electric cei doi electrozi.

Cele mai rspndite relee termice sunt releele cu bimetal. Dup modul n care se realizeaz nclzirea bimetalului se deosebesc relee cu nclzire

direct, indirect i mixt. La cele cu nclzire direct curentul electric trece prin bimetal, iar la cele cu nclzire indirect bimetalul este nclzit de la un rezistor, prin care trece curentul electric. Releele termice sunt utilizate, n special, la protecia motoarelor electrice mpotriva supracurentilor de durat.

Relee statice Aceste relee se utilizeaz cnd este necesar o vitez de comutare ridicat i o durat de funcionare mare. Nu au piese mecanice n miscare, elementul de execuie fiind realizat cu tranzistoare, tiristoare sau triace. Realizeaz o izolare galvanic ntre circuitul de comand i circuitul de comutare. Pentru aceasta pot fi utilizate transformatoare de separare, optocuploare sau relee reed. Supratensiunile sunt reduse, datorit principiului de funcionare, curenii i tensiunile trec periodic prin zero. Au un consum redus de energie i pot fi cuplate cu circuite integrate.

Schema de principiu a unui releu static este dat n anexa 5, figura9.

Dispozitivul optocuplor este compus n dioda LED, D2 i fototranzistorul T1, ncapsulate ermetic. n serie cu dioda D2, sunt conectate rezistena R1 pentru limitarea curentului i dioda de protectie D1, pentru protecia la polarizri inverse. Un curent mic, (circa 1mA) pentru LED este suficient pentru a comanda releul static; circuitul comandat (T2, T3, etc.) este alimentat separat, prin surs de putere. Intrarea releului este compatibil cu circuitele TTL, (Uc =5V). Comutarea sarcinii n circuitul de ieire este asigurat de triacul T4 sau de dou tiristoare conectate antiparalel.

n paralel cu ieirea releului este conectat un circuit RC (R6,C1) care permite comutarea sarcinilor inductive i atenueaz tensiunile tranzitorii.

Cnd se aplic tensiunea de comand Uc, se amorseaz tiristorul auxiliar, T3, acesta asigur la rndul su amorsarea triacului, T4 i deci aplicarea tensiunii pe sarcin. Dup ntreruperea tensiunii de comand, curentul continu s treac prin sarcin, pn la trecerea prin zero a tensiunii de reea. n continuare triacul T4 rmne blocat, pn la aplicarea unei noi comenzi.

Triacul T4 se amorseaz numai la trecerea prin zero a tensiunii de reea i conduce un numar ntreg de semiperioade. n absena tensiunii de comand Uc , fototranzistorul T1 este blocat. Tranzistorul T2 este n conducie i circuitul nu mai poate furniza curentul de poart necesar amorsrii tiristorului T3 . n aceast situaie triacul T4 este blocat i deci sarcina nu primete tensiune de la reea.

La aplicarea tensiunii de comand pot aprea dou situaii corespunztoare momentului care se aplic n raport cu un timp t. Acest timp reprezint momentul deschiderii fototranzistorului T1, care este alimentat cu tensiunea redresat dubl alternant; este de valoare mica n raport cu perioada tensiunii de reea conform caracteristicii statice i =f(V,i ).

Cele doua situatii sunt:

a) daca tensiunea de comanda se aplica nainte de momentul t, ca urmare a deschiderii fototranzistorului T1, scade curentul de baz al tranzistorului T2 pn la blocarea acestuia. Se amorseaz tiristorul T3 i triacul T4 . Conducia acestora continu pn n momentul trecerii prin zero a semialternantei tensiunii de reea corespunztoare ncetrii tensiunii de comand.

b) dac tensiunea de comand se aplic dup momentul t, tranzistorul T2 continu s se afle n conducie, deoarece curentul de baz are valori mai mari, ca urmare a creterii tensiunii de alimentare, Ec .

n aceast situaie circuitul nu mai poate furniza curentul de poart necesar pentru amorsarea tiristorului T3, acesta rmne blocat ca i triacul T4 pn la terminarea semialternanei tensiunii de alimentare.

Dac comanda persist, dispozitivele T3 i T4 se deschid la nceputul semialternanei urmtoare ca la punctul a.

n concluzie, dac tensiunea de alimentare se aplic mai trziu de momentul t deschiderea releului static se produce cu o ntrziere, care se poate apropia de durata unei semiperioade, a tensiunii de alimentare.

n comparaie cu releele electromecanice, releele statice sunt mult mai robuste. Durata de viat a releelor statice este mult mai mare, deoarece n timpul funcionarii lor nu apar arcuri electrice, ca la releele electromecanice. n plus, absena acestor arcuri electrice, nu mai creeaz probleme de interferene cu alte instalaii nvecinate.

Releele statice pot comanda sarcini rezistive sau inductive. n cazul sarcinilor rezistive, curentul comutat crete sinusoidal, de la zero. Deci regimul tranzitoriu este redus la minim. Aceast calitate se menine i dac sarcina este constituit din lmpi de iluminat cu filament. n aceast situaie curentul iniial este de 5 ori mai mare dect valoarea de regim permanent fa de o cretere de 11 ori pentru alte tipuri de relee sau comutatoare.

Sarcinile inductive, comandate de releele statice, sunt de mai multe tipuri:

a)Transformatoare - cnd este conectat un transformator apare un supracurent, a crui valoare depinde de defazajul dintre tensiune i curent, i de structura circuitului magnetic. Aceast valoare poate fi de 50 ori mai mare dect cea de regim permanent. Dei acest curent scade ntr-un timp foarte scurt, trebuie inut seama de el la dimensionarea releului static.

b)Dispozitive acionate magnetic - acestea sunt reprezentate de contactoare, ventile magnetice, cuplaje magnetice, etc. n cazul acestor sarcini supracurentul iniial nu depinde de defazajul dintre curent i tensiune. n plus, valoarea supracurentului iniial este substanial mai mic dect n cazul transformatoarelor i se amortizeaz n cteva semiperioade. De exemplu, n cazul contactoarelor, acest supracurent este de 6 ori mai mare fa de valoarea de regim permanent. Din acest motiv i problemele de dimensionare a releului static sunt mai uoare.

n schimb, contactele mecanice ale sarcinii provoac regimuri tranzitorii care pot afecta buna funcionare a releului static. Pentru diminuarea regimului tranzitoriu se conecteaz un circuit RC pe sarcin.

c)Motoare - supracurentul care apare la pornirea motorului este determinat de defazajul curentului i sarcina la ax; are o durat considerabil mai mare dect n cazul celorlalte cazuri inductive.

Pentru dimensionarea releelor statice trebuie tinut seama de mai multi factori: tipul motorului, numrul de faze, sistemul de conectare, condiiile de funcionare.

De exemplu pentru un motor trifazat sunt posibile 2 moduri de conectare. Pentru un motor fr punct neutru (anexa 5, fig.10.) sunt suficiente 2 relee statice. Pentru un motor cu punct neutru (anexa 5, fig.11.) sunt necesare 3 relee statice, dar cu tensiuni mai mici.

Relee electronice de timp Releele de timp acioneaz cu o anumit ntrziere, obtinut cu un element de temporizare.

Releele de timp electronice, prin posibilitile lor de miniaturizare i a gradului lor ridicat de fiabilitate sunt din ce n ce mai mult utilizate n echipamentele profesionale. n acest fel, ele nlocuiesc vechile tipuri de relee de timp: mecanice, pneumatice, hidraulice etc.

Dup principiul care st la baza funcionarii lor, deosebim dou mari clase de relee electronice de timp: analogice i digitale. n varianta analogic, releele electronice de timp au structura din anexa 6, fig12.

Elementul de temporizare ET se dispune de regula ntre circuitul de intrare I i detectorul de polaritate DP.

Relee de timp analogice cu tranzistoare - releele de timp analogice funcioneaz pe baza ncrcrii sau descrcrii unui condensator printr-o rezisten. n cazul releului de timp tranzistorizat (anexa 6, fig13), pentru poziia 1 a contactului K, tranzistorul T este blocat. La trecerea pe pozitia 2 tranzistorul trece n conducie, iar timpul de conducie al tranzistorului, i deci temporizarea releului, este determinat de timpul de descrcare al condensatorului C prin rezistena R. Constanta de timp poate fi modificat n limitele a ctorva zeci de secunde prin modificarea componentelor R si C.

Pentru mrirea temporizrii se construiesc relee cu integrator Miller (anexa 7, fig 14.). Pentru K nchis, T1 i T2 se blocheaz, T3 intr n saturaie, releul anclanseaz, iar C se ncarc prin R1 la tensiunea Ec . La deschiderea contactului K ncepe temporizarea. Plasarea condensatorului ntre ieirea inversorului format de T1 i T2 i intrarea sa determin scderea liniar a tensiunii n colectorul lui T2, montajul integrnd tensiunea de alimentare aplicat pe intrare prin R. Cnd tensiunea n colectorul lui T2 atinge valoarea de saturaie, T3 se blocheaz. Datorit grupului R2, D1 care introduce o reacie pozitiv blocarea tranzistorului T3 se face rapid.

Releu de timp analogic, integrat - Circuitul integrat tipic utilizat la releele de timp este b E555. Este un circuit integrat monolitic bipolar care poate realiza numeroase funcii de temporizri sau oscilaii libere. Toate aceste aplicaii au la baz acelai principiu: ncrcarea i descrcarea controlat a unui condensator extern. Descrierea circuitului se face pe baza schemei logice echivalente (anexa 7, fig15.). Pentru explicarea funcionrii se va utiliza o logica pozitiv (1 pentru high i 0 pentru low ).

Blocul central de care depinde funcionarea circuitului integral este un circuit basculant bistabil (CBB), de tip RS, a crui ieire Q atac etajul final de ieire i tranzistorul T2 de descrcare a condensatorului de temporizare exterior circuitului.

Etajul de ieire este inversor. n absena comenzilor la intrare, bistabilul este n starea0, deci ieirea este n starea 1. Tranzistorul de descarcare este blocat. Cnd =1, ieirea este n starea zero, iar tranzistorul T2 se deschide, putnd prelua curentul de descrcare al condensatorului.

Circuitul bistabil are 2 intrri obinuite S, R i o intrare special, de forare r. Strile acestui circuit sunt date de tabelul de adevr. Qn reprezint starea iniial, iar Qn+1 starea final.

Tabelul de adevar

S R R Qn+1

0 0 0 Qn

0 1 0 0

1 0 0 1

X X 1 0

Valorile variabilei r se stabilesc de ctre semnale aplicate la intrarea ALO (aducere la zero), prin intermediul tranzistorul T1. Pentru r=0 se conecteaz ALO la o tensiune mai mare de 1V, iar pentru r=1 se conecteaza ALO la o tensiune mai mica de 0,4V.

Intrarile R i S sunt comandate de catre comparatoarele SUS i JOS . Acestea compar tensiunea aplicat lor din exterior pe una din intrri cu nivele de tensiune 0,66E, respectiv 0,33E, unde E este tensiunea de alimentare a circuitului. n raport cu mrimile de intrare, U PRAGSUS (U PS ) i U PRAGJOS (U PJ ), circuitul bistabil va avea urmatoarele stri:

U PJ 0,33E S=0,

U PS 0,66E R=1 Q=0.

Pentru realizarea unui releu de timp se conecteaz circuitul integrat ca n anexa 8, fig 16.

Comutatorul K este n pozitie normal nchis, asigurnd descrcarea condensatorului. Prin deschiderea lui K se iniiaz temporizarea. n acest moment, condensatorul C este descrcat, iar tensiunea de ieire U0 este aproximativ E. n aceast situaie, releul este acionat.

Tensiunea pe condensatorul C ncepe s creasc de la zero i tinde ctre E. Dup un timp t ea ajunge egal cu 0,66E. Acum schema basculeaz, tensiunea de ieire devine 0 i releul este actionat.

Valoarea duratei t este dat de relaia:

t =1,1 RC

Releul rmne acionat ct timp este deschis K. Prin nchiderea lui K, releul nu mai este acionat, schema fiind pregatit pentru un nou ciclu.

Pentru obtinerea unor timpi mari trebuie mrite R i C. Mrirea valorii lui C conduce la utilizarea condensatoarelor electrolitice. Pentru a se asigura ncrcarea lor cu un curent de 10 ori mai mare dect curentul de fug, valoarea maxim a rezistentei este Rmax =500k W . Dac nu se utilizeaz condensatoare electrolitice Rmax =10M W . n acest caz limitarea este determinat de necesitatea de a asigura curentul minim de declanare a comparatorului SUS .

Relee de timp digitale - releele de timp digitale funcioneaz pe baza numrrii unor impulsuri (anexa 8, fig 17.). Schema emite un semnal cnd numrul de impulsuri atinge o valoare predeterminat, stabilit prin configuraia decodorului.

Reglajul timpului se poate face n dou moduri:

-prin modificarea frecventei bazei de timp;

-prin modificarea decodrii semnalelor de la ieirea numrtorului.

Releele de timp digitale permit, fr probleme, sub un volum redus, obinerea unor timpi foarte mari, de ordinul zecilor de ore.

2.3.Relee magnetice Relee de proximitate cu oscilator - este realizat pe baza unui comutator static inductiv. Circuitul foloseste ca element exterior un grup LC care formeaz mpreun cu etajul de intrare un oscilator de nalt frecven.

Prin apropierea unei piese metalice standard de o bobin, oscilaiile se amortizeaz i mrimile de ieire sunt comutate. Strile logice ale ieirilor sunt date de tabelul de adevr.

Tabelul de adevr

Oscilator Q

neamortizat 1 0

amortizat 0 1

Comutatorul este prevzut cu 2 posibiliti de reglaj: reglajul distanei la care se produce amortizarea i reglajul histerezisului. n acest scop se conecteaz terminalele corespunztoare la masa montajului prin intermediul unor poteniometre.

2.4.Relee fotoelectrice Releele fotoelectrice semnalizeaz sau comand cnd iluminarea unui dispozitiv fotosensibil depete nivelul stabilit.

Dispozitive fotosensibile Fotorezistena - este dispozitivul cel mai sensibil, ieftin, dar cu rspuns foarte lent. Se realizeaz mai ales din compusi ai cadmiului (CdS).

Fotodioda - este cea mai rapid, puin mai scump, cu sensibilitate slab. Este mai sensibil la radiaii infraroii, cu lungimea de und mai mare la diodele cu germaniu dect la cele cu siliciu.

Fototranzistorul - este mai rapid, cel mai sensibil, dar cel mai scump. Este sensibil mai ales la radiaii infraroii i vizibile.

Elementul fotovoltaic - (bateria solar, fotocelula), este mai scump, mai lent, cu spectru de sensibilitate mai ales n domeniul ultraviolet (radiaie cu energie mai nalt). Se fabric din seleniu sau siliciu.

Fototiristorul - este mai lent i mai scump dect fototranzistorul, dar poate comanda dispozitive de putere (pn la 50A).

Sursele de lumin - pot fi: lumin solar, becurile cu incandescena, tuburile cu descrcri n gaze, tuburile fluorescente sau diodele electro-luminiscente LED. Se produc LEDuri cu radiaie roie, galben, verde sau infraroie, din siliciu, GaAs sau GaPAs. LED-ul este mai scump dect un bec de mic putere dar este un dispozitiv cu rspuns foarte rapid i cu radiaie cu spectru ngust. n ultimii ani s-au construit i diode laser, care emit radiaie monocromatic puternic, concentrat ntr-un fascicol foarte ngust.

Optocuplorul - nglobeaz un LED i un dispozitiv fotosensibil (de obicei fototranzistor) ntr-o capsul opac, cu sau fr posibilitatea obturrii luminii ntre ele. Este un dispozitiv modern de comand cu izolare galvanic, cu rspuns rapid, n prezent mai ieftin dect transformatorul de impulsuri.

Relee fotoelectrice pentru utilizri industriale Circuit pentru citirea benzilor perforate sau cartelelor perforate - se poate realiza cu o fotocelula sau o fotodioda i un trigger Schmitt, cu un rspuns suficient de bun pentru a permite o citire rapid. n lipsa iluminarii, elementul fotosensibil are rezisten mare. La iluminare circuitul basculeaz.

Schema poate fi realizat i cu un fototranzistor care s comande direct un circuit integrat logic SINU.

PRINCIPII DE FUNCINARE ALE RELEELOR.

Funcionarea releelor electromagnetice de curent.

La trecerea unui curent prin bobina electromagnetic (1) aceasta d natere la un cmp magnetic careproduce o for de atracie asupra armturi (2) astfel armtura oxcileazn jurul punctului (0) mpreun cu contactul mobil(cm) care la sfritulcursei atinge un contact fix(cf) i nchide astfel circuitul de declanare.

Deoarece releul trebuie s funcioneze numai atunci cnd este depit o anumit valoare a curentului armtura este inut ntr-o poziie de repaus cu ajutorul arcului(3) care produce o for deatracie opus forei de atracie a electromagnetului.in dat ce fora electromagnetului depete fora arcului armtura este atras i cele dou contacte se ating.

Funcionarea releului termic cu bimetal

La aplicarea unui curent acesta nclzete lamelele bimetalului(1) producnd dilatarea acestora i deplasarea tijei metalice izolante(2). Sub aciunea resortului(4) sistemul bimetalic i schimb poziia nchiznduse astfel contactul(6) i deschiznduse contactul(5). Dup rcirea bimetalului prin apsarea butonului(7) prin lamelele(8-9) sistemul revine la poziia iniial

Releul electromagnetic de curent maxim (RC)

Atunci cnd bobinele sunt parcurse de curent, armtura tinde s cuprind fluxul maxim, iar contactul mobil se apropie de contactele fixe, pentru a le n chide. Cuplul antagonist al resortului poate fi reglat cu ajutorul prghiei, astfel nct nchiderea contactelor, adic acionarea releului, s aib loc atunci cnd bobinele sunt parcurse de un curent de o anumit valoare indicat pe cadran.

Releul electromagnetic de timp (RT)

Cnd electromagnetul este excitat (prin bobin trece curentul de acionare), urubul se deplaseaz spre dreapta i pune n micare un echipaj mobil, prevzut cu un mecanism de ceasornic,astfel: urubul rotete roata dinat, solidar cu piesa, care acioneaz resortul i transmite micarea axului, pe care se fixeaz roata, agrenat cu mecanismul de ceasornic. Axul se rotete cu vitez uniform, pn cnd lama ajunge la opritor, iar contactul mobil atinge contactul de sfritde curs i circuitul operativ al releului se nchide.Cnd curentul din bobina electromagnetului se ntrerupe, miezul de fier solidar cu urubul fr sfrit se deplaseaz spre stnga, sub aciunea resortului i ntregul echipaj mobil revine brusc n poziia iniial, pnp cnd cama se sprijin pe lam.

Releul electromagnetic de timp (RT)

Cnd electromagnetul este excitat (prin bobin trce curentul de acionare), urubul se deplaseaz spre dreapta i pune n micare un echipaj mobil, prevzut cu un mecanism de ceasornic,astfel: urubul rotete roara dinatp, solidar cu piesa, care acioneaz resortul i transmite micarea axului, pe care se fixeaz roata, agrenat cu mecanismul de ceasornic. Axul se rotete cu vitez uniform, pn cnd lama ajunge la opritor, iar contactul mobil atinge contactul de sfritde curs i circuitul operativ al releului se nchide.Cnd curentul din bobina electromagnetului se ntrerupe, miezul de fier solidar cu urubul fr sfrit se deplaseaz spre stnga, sub aciunea resortului i ntregul echipaj mobil revine brusc n poziia iniial, pnp cnd cama se sprijin pe lam.

Releul electromagnetic de semnalizare (RdS).

Rreleele de protecie sunt prevzute cu contacte auxiliare, care se nchid n momentul acionrii, astfel nct bobina releului de semnalizare este parcurs de curent, iar armtura este atras, nvingnd rezistena resortului i elibernd steguleul, care se rotete 90 O dat cu cderea steguleului, lama de contact ajunge n dreptul contactelor, prin care se nchide circuitul de semnalizare acustic sau luminoas. Cderea steguleului este observat prinr-un vizor de sticl deasupra cruia este situat butonul, cu ajutorul cruia se readuce (manual) steguleul n poziia iniial.

Releul electromagnetic intermediar (RI).

Releul intermediar se introduce n circuitul operativ al releelor obinuite i are timpul de acionare de ordinul sutimilor de secund, stfel nct el nu influeneaz dect foarte puin timpul total de acionare a proteciei.

Circuitul operativ al releului obinuit alimenteaz bobina a electromagnetului , astfel nct armtura, fiind atras, chide contactele din circuitul bobinei de acionare. Dup ntreruperea curentului n bobin armtura revine n starea iniial sub aciunea resortului.

SISTEME DE PROTECIE PRIN RELEE

Instalaia de protecie prin relee este formata din totalitatea aparatelor i dispozitivelor destinate s asigure deconectarea automat a instalaiei n cazul apariiei regimului anormal de funcionare sau de avarie (defect), periculos pentru instalaia electric: n cazul regimurilor anormale care nu prezint pericol imediat, protecia semnalizeaz numai apariia regimului anormal.

Deconectarea instalaie electrice se efectueaz de ctre ntreruptoare, care primesc comanda de declanare de la instalaia de protecie. Se realizeaz separarea prii cu defect de restul instalaiei (sistemului) electrice, urmrindu-se prin aceasta:-limitarea dezvoltrii defectului, ce se poate transforma ntr-o avarie la nivelul sistemului:-prentampinarea distrugerii instalaiei n care a aprut defectul:-restabilirea regimului normal de funcionare, asigurnd continuitatea n alimentarea cu energie electric a consumatorilor.

PROTECTIA DE CURENTSe foloseste in general ca protectie maximala de curent. Actioneaza la aparitia unui supracurent in circuitul protejat ca urmare a unei suprasarcini sau a unui scurtcircuit. Se realizeaza cu relee de curent care acioneaz atunci cand curentul din circuitul protejat depaete o anumita valoare de prag stabilita, numita curent de pornire (de actionare) al protectiei,. Aceste protectii se pot echipa cu relee primare, montate in serie pe circuitul protejat, la care curentul de actionare al releului sau cu relee secundare in montaj indirect, montate in secundarul transformatoarelor de curent.

La montajul indirect, tipul i curentul nominal al releului se aleg in funcie de curentul de actionare al releului.

Curentul nominal al releului se alege astfel nct curentul de actionare determinat prin calcul sa poata fi reglat i sa indeplineasc condiia de sensibiltate.

Acest tip de protectie este simplu, dar nu poate indeplini conditia de selectivitate, deoarece creterea valorii eficace a curentului din circuit se poate datora unor scurtcircuite din interiorul zonei protejate, dar i scurtcircuitelor externe. Pentru asigurarea selectivitatii sunt necesare elemente suplimentare (de obicei relee de timp).

Se pot folosi i protectii minimale de curent, de exemplu cele care functioneaza la intreruperea circuitelor de curent (excitatia generatoarelor). Ele sunt utilizate rar in practica.PROTECIA DE TENSIUNE

Proteciile minimale de tensiune actioneaza in cazul scaderii tensiunii, care poate avea loc la un scurtcircuit sau la intreruperea alimentarii. Releele minimale de tensiune actioneaza cand valoarea eficace a tensiunii U din circuitul protejat scade sub valoarea tensiunii de pornire a protectiei .

In practica se utilizeaz n general in montajul indirect, releul fiind conectat in secundarul transformatorului de tensiune. Pentru alegerea releului se calculeaza tentiunea de pornire a releului.

In instalatiile de joasa tensiune, protectia de minim tensiune este asigurata de bobinele contactoarelor sau de declanatoarele de minima tensiune ale ntreruptoarelor automate.

Protectiile minimale de tensiune nu sunt selective, la un scurtcircuit scderea tensiunii fiind resimtit si in exteriorul instalaie in care a aprut defectul.

Proteciile maximale de tensiune se folosesc mai rar si actioneaza la creterea tensiunii circuitului, U, peste tensiunea de pornire a protectiei, .

In general coeficientul de revenire , este definit ca raportul intre valoarea mrimii de revenire a releului i valoarea mrimii de actionare.PROTECTIA DE DISTAN

Protectiile de distanta se realizeaza cu relee de impedana, care acioneaza la micorarea impedantei circuitului protejat. Releele de impedanta funcioneaza pe principiul balanei, masurand impedanta Z ca raportul U/I de la sursa la consumatori. In caz de scurtcircuit, tensiunea scade, curentul creste, deci Z scade.

La aceste protecii reglajele de timp se stabilesc in functie de impedanta pana la locul defectului, permiand acionarea rapida la valori mari ale curentilor de scurtcirucit. Se elimina astfel dezavantajul protectiilor maximale de curent temporizate.

Ele asigura o buna selectivitate si o rezerva pentru protectiile din aval. Sunt protectii complexe, care in ultima vreme se folosese i in retelele de medie tensiune.

Protectia cu filtre de succesiune inversa sau homopolara, de curent sau de tensiune. Se utilizeaza in special impotriva defectelor insotite de puneri la pamant. Se mai folosesc protectii termice, cu relee de gaze i altele.

La proiectarea instalaiilor de protecie prin relee, se vor prevedea protecii de baza i protectii de rezerva care trebuie sa functioneze in cazul nefunctionarii

Principalele sisteme de protecie folosite n centale i staii sunt:

--protecia maximal de curent i minimal de tensiune;

--protecia diferenial de curent sau de faz;

--protecia de distan sau de impedan;

--protecia direcional de putere.

Principiile de funcionare a sistemelor de protecie i aplicaiile acestor sisteme la diferite elemente ale sistemelor electrice: linii, transformatoare, generatoare i motoare.

a)Protecia maximal de curent.

Aparatele principale de protecie sunt releele maximale de curent, de cele mai multe ori relee secundare, care acioneaz atunci cnd curentul din elementul protejat crete peste o anumit valoare maxim admis.

Schemele de conexiune ale releelor maximale de curent i ale transformatoarelor de curent se realizeaz n dou variante principale.

Prima variant, a, cu teri transformatoare icu trei relee, acioneaz la ori ce fel de scurtcircuit (trfazat, bifazat sau monofazat) i este folosit la protecia liniilor din reelele cu neutrul legat direct la pmnt.

Varianta a doua, b, cu dou transformatoare i dou relee, este folosit la protecia liniilor din reele cu neutrul izolat i acioneaz numai n cazul scurtcircutelor trifazate sau bifazate.

Protecia minimal de tensiune se realizeaz cu rele de minim tensiune, care i nchid contactele atunci cnd tensiunea scade sub o anumit valoare reglat.

b)Protecia diferenial de curent.Prin protecie diferenial se denumete protecia care acioneaz n funcie de diferena a dou mrimi. Mrimile care se compar ntre ele pot fi: curenii, fazele curenilor sau fazele tensiunilor la capetele elementului protejat(linie, generator )

La realizarea proteciei difereniale de curent trebuie s se in seama c exist ntotdeauna un curent de dezechilibru care circul prin releu, chiar i n cazul regimului normal, cnd curenii I i I din capetele echipamentului protejat sunt egali. Curentul de dezechilibru apare ca urmare a faptului c transformatoarele de curent se construiesc cu anumite erori, deci rapoartele lor de transformare nu sunt perfect egale. Din acest cauz este necesar ca releul mazimal de curent s fie reglat pentru a aciona numai atunci cnd este parcurs de un curent I mai mare dect curentul de dezechilibru, I adic:

I> I.Curentul de dezechilibru nu este constant, ci variaz proporional cu valoarea curentului primar al transformatoarelor de curent dac acestea funcioneaz n zona saturat a circuitului magnetic. n cazul cnd se produce un scurtcircuit n afara zonei protejate, la care protecia nu trebuie s acioneze, este posibil ca valoarea curentului de dezechilibru s creasc peste valoarea curentului de acionare a releului. Curentul de dezechilibru capt valori maxime atunci cnd circuitul primar este parcurs de curentul maxim de scurtcircuit n care este inclus i componenta tranzitorie.

Pentru a micora valoarea curentului de dezechilibru se pot utiliza dou metode principial diferite.

Prima metod const n utilizarea transformatoarelor de curent al cror circuit magnetic nu se satureaz n cazul creterii curentului primar pn la valoarea de scurtcircuit.

A doua metod const n utilizarea unui transformator de curent intermediar, cu saturaie rapid a circuitului magnetic TSR. Curentul de dezechilibru determinat de curentul de scurtcircuit provoac saturaia rapid a transformatorului intermediar i ca urmare curentul secundar este influenat foarte puin de curentul de dezechilibru menionat. n aceste condiii se poate mri sensibilitatea proteciei, deoarece se poate alege curentul de acionare a proteciei mai mare dect curentul de dezechilibru, deci mult mai mic dect curentul de defect.

n cazul proteciei difereniale de faz, se compar fazele curenilor de la cele dou capete ale liniilor. Protecia acioneaz atunci cnd defazajele curenilor de la cele dou capete ale liniei fa de tensiunile respective sunt de semne contrare; aceasta corespunde cazului cnd curenii la cele dou capete sunt de sens opus, ca urmare a faptului c ei circul dinspre capetele linii spre locul de defect.

c) Protecia la distan. Protecia la distan sau de impedan acioneaz n funcie de distana de la locul instalrii dispozitivelor de protecie pn la locul scurtcircuitului.

Releele de impedan se conecteaz n circuitele secundare ale transformatoarelor de curent i ale transformatoarelor de tensiune. Dup felul cum se face conectarea releelor, la tensiunile pe faz sau la tensiunile ntre faze, ele acioneaz la scurtcircuite monofazate sau la scurtcircuite ntre faze.

Pentru ca aceleai relee de impedan s serveasc att la protecia mpotriva scurtcircuitelor monofazate, ct i mpotriva scurtcircuitelor ntre faze, se poate utiliza un releu intermediar, care s comute releele la tensiunea pe faz sau la tensiunile ntre faze, dup natura defectului.

Releele de impedan 1 sunt alimentate n mod normal cu tensiunile ntre faze. n cazul unui scurtcircuit monofazat acioneaz releul maximal de curent 2 (prin care trece curentul homopolar) i pune n funciune releul intermediar 3; acesta comut legturile releelor de la tensiunile ntre faze la tensiunile pe faze.ANEXE Fig 1. Schema de baz a unui releu

Parti componente:

I-element de intrare

K- element comparator

E- element de execuie

Fig 2.Caracteristica intrare-ieire a releelor

Pari componente:

x- valoare de acionare

x - mrimea de intrare

x - mrimea de ieire

x- valoare de revenire

Fig 3. Schema de principiu a unui releu electromagneticPri componente

1- resort (arc)

2- armtur mobil

I- bobin electromagnetic

K1-contact fix

K2-contact mobil

Fig 4.Schema de principiu a unui releu reed

Fig 5. Schema de principiu a unui detector de amplitudine

T- tranzistor

U- tensiune

DZ-doida Zener

Fig 6. Schema de principiu a unui discriminator de tensiuneAO- amplificatoare operaionale

D1,D2,D3,D4-diode

R1,R2,R3,R4-relee

Fig 7.Detector de faz

Fig 8.a.

Fig 8.b.

Fig 8. a i b Schema bloc a unui detector sensibil la faz

Fig 9. Schema de principiu a unui releu static

D1,D2-diode

R rezistene

T1 - fototranzistor

T2 - tranzistor

T3 - tiristor auxiliar

T4 - triac

Uc -tensiune de comand

Ec -tensiune de alimentare

Fig 10.Motor trifazat fr punct neutru

Fig 11.Motor trifazat cu punct neutru

Fig 12.Releu electronic de timp de tip analogicI - circuit de intrare

ET-element de temporizare

DP-detector de polaritate

Fig 13.Releu de timp analogic cu tranzistor

C-condensator

R-rezistene

T-tranzistor

1-n aceast poziie, tranzistorul este blocat

2-tranzistorul trece n conducie

Fig 14.Releu cu integrator Miller

Fig 15.Releu de tip analogic integratCBB-circuit basculant bistabil

Fig 16.Releu de timp Fig 17.Schema de funcionare a releelor digitalePAGE - 17 -

_1208069738.unknown

_1208124923.unknown

_1208124944.unknown

_1208124968.unknown

_1208069767.unknown

_1208075319.unknown

_1208068276.unknown

_1208068498.unknown

_1208068621.unknown

_1208068675.unknown

_1208068569.unknown

_1208067054.unknown

_1208068133.unknown

_1208068162.unknown

_1208068069.unknown

_1207681160.unknown

_1207681931.unknown

_1207682048.unknown

_1207681124.unknown