POZDENA ISTVÁN
2. kiadás
Az Országos Pedagógiai Intézet megbízásából kiadja ~ Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1989
a
Készült a mnvelődési miniszter rendeletére Minisztérium Középfokú Nevelési Főosztályának, valamint Országos Pedagógiai Intézetének irányításával
Művelődési
Lektorok: ÉLIÁS JÁNOS MILOS EMIL
Alkotó szerkesztő: MAJOROS ANDRÁSNÉ
ISBN 963 10 7633 4 ISRN 963 10 R373 X
Kiad ja a Mű szaki Könyvkiadó kiadó : Szúcs Péter igazg ató Felelős szer kes ztő: Dr. Ráczné Nag y Rorbá la ÁFÉSZ Soks zorosítóiizem, Vác. R9 - 311 Mű s za ki v ezető: Kőrizs Kár oly Műszaki szerkesztő: Müller Ká r o l yné A könyv formátuma: R5. Terjedelme: 4,625 (A5) ív Ábrák száma: ?4. Példányszá m: 5000 Papir minősége: 80 g-os of s ze t Azonossági száma: 37 244 Kézirat lezárva: 1987. máju s 19. Készült az MSZ 5601 és 5602 szerint Felel ős
:
BEVEZETÉS
A villamosiparban a különböző áramköröket gyakran kapcso1 Óberendezé sek zárják és nyitják. A kapcsolók kialakitását elsősorban a kapcsolandó áramerősség, feszültség - és ára.mnem határozza meg. A különböző feladatok megoldására alkalmas kapcsolók elvi müködés szempontjából azonos szerkezeti eleme az érintkező, amelynek anyaga, alakja, állapota, nyomása határozza meg az érintkezés minőségét, az átmeneti ellenállást. Az érintkezők az igen széles körben alkalmazott relék fontos alkatrészei is. A relék olyan készülékek , amelyek különböző fizikai mennyiségek változására müködnek és müködésük során berendezéseket, készülékeket müködtetnek, áramköröket kapcsolnak. Tankönyvünk az érintkezőkkel és a relékkel kapcsolatos legfontosabb vizsgálatokkal, valamint ezek méréseivel foglalkozik. Az eddigi tanulmányaink során az érintkezőkkel, kapcsolókkal, relékkel már találkoztunk a szakmai elméleti és gyakorlati tantárgyakban, itt csak a mérésekhez legfontosabb ismeretekre térünk ki vázlatosan.
3
/
:
1. ELMÉLETI ISMERETEK
1.1. VILLAMOS 1.1.1. Az
ÉRINTKEZŐK
érintkezők
feladata
Az érintkezők a villamos készülékek fontos alkatrészei. Az áramkör zárt állapotában áram folyik rajtuk keresztül,amig az áramkör megszakitásakor villamos iv alakul ki közöttük. Ez a kettős feladat meghatározza az érintkezők anyagát. Csak olyan anyagok jöhetnek számításba, amelyek jó villamos vezetők (fajlagos ellenállásuk kis értékü). Ilyen.kor az áramkör zárt állapotában nem lép fel káros tulmelegedé s sem a bekapcsolás utá.~ közvetlenül, sem pedig későb b nem keletkezi k a zárt érintkező fe l ület ek köz ött káros oxidáci ó , ami me gnöveli az érintkező f elület ek közöt t a z ellenállást és igy Yeszélyes t ulmeleg edés l éphet f el . További k öve telmény, ho gy a vill amos i v megszakitás akor k e l e tk ező nagy hőmérsékl et ne t udj a a z é rin tke z őket megr ongálni. Ez t ugy tudjuk elérni, hogy egyrés zt h elyesen alakitjuk ki az ér intkezőket, más részt olyan anyagot választl.Ulk ivhuzó érintkezőnek, amelynek nagy az olvadáspontja. Az érintkezők vizsgálatakor azt tapasztaljuk, hogy az érintkezők egyes részei egyáltalán nem é rin t keznek egymással. Elméletileg pontszerüen, gyakorlatban pontszerilen kis felületen, ill. vonalszerü 'kis felületen érintkeznek. Ennek megfelelően a következő elméieti alapeseteket különböztetjük meg: pontérintkezés , vonalérintkezés, felületérintkezés. Az elvi felépitéseket szemlélteti az 1.1. ábra. Az érintkezőkkel szemben támasztott követelményeket a következőkben foglalhatjuk ös sze: 5
1.1. ábra. Érintkezési alapesetek a) pont-, b) vonal-, c) felületérintkezés - az érintkezőnek milliszekundum és mikroszekundum nagy. ságrendü idők alatt tetszés szerinti nagyságu áramot kell tudni kapcsolni; - az érintkezőnek ezután az áramot tetszés szerinti ideig gyakorlatilag ellenállásmentesen kell vezetni; - az érintkezők nyitásakor az áramot hirtelen kell tudni megszakítani; - az érintkezőknek a kapcsolási folyamatot tetszés szerinti ideig kell tudni megismételni, vagyis gyakorlatilag korlátlan élettartamuaknak kell le!llliük. 'Az előbbi követelményekből egyértelmüen következik, hogy a tökéletes villamos érintkezés nemcsak anyagprobléma. A nyitás és a zárás időszükséglete a kapcsoló követelményeitől és kialakításától függ. Az érintkező átmeneti ellenállásakor az anyag, a kialakítás és az érintkező nyomás nagysága döntő jelentőségü. Az érintkező kérdésének megoldása nemcsak technikai és konstrukciós probléma, hanem nagymértékben gazdaságossági kérdés is. A villamos érintkezők feladata a villamos áramkört lehetőleg minimális veszteséggel zé.rni, nyitni és ideiglenesen az áramot vezetni. Az érintkezőpár közvetlen érintkezésekor az áramszálak összeszükülése lép fel, ami fokozott átmeneti ellenállás növekedést okoz. Minden készülékben, ahol érintkezők
6
:
vannak, kapcsolási folyamatok játszódnak le, amelyeknek megbizható müködése a gépek, berendezések müködése szempontjából fontos. A mindinkább fokozódó követelmények az érintkezők kismértékü és állandó ellenállását és hosszu élettartamát követelik meg, még a legnehezebb villamos, termikus és kémiai körülmények között is. A gyakorlati követelmények rendkivül sokoldaluak az érintkezőkkel szemben. A villamos, mechanikai és kémiai folyamatok komoly befolyással vannak az érintkező anyagára, ezért az érintkező kiválasztásakor ezt figyelembe k~ll venni. 1.1.2. Az
érintkezők
átmeneti ellenállása
Az érintkezők egyik legfontosabb müszaki jellemzője az átmeneti ellenállás. Vizsgáljunk meg egy A (mm2 ) keresztmetszetü hengeres vezető 2 l hosszuságu darabját. Ha az anyag fajlagos ellenállása p, akkor a 2i hosszuságu vezetődarab ellenállása (l.2a ábra);
=P~
•
A
Ha. most a. rudat az l.2b ábrán látható helyen félbevágjuk, majd ujra összeillesztjük, akkor
ellenállást kapunk (l.2c ábra). Az a) és az b) ábrán látható ellenállások különbsége Rá az un. átmeneti ellenállás. Az érintkezőn, valamint az érintkezési helyeken (átmeneti ellenálláson) keletkező hómennyiség (I2 R,) az érintkezők a összehegedésére vezethet, különösen nagy áramerősség esetén. A gyakorlati tapasztalatok szerint· az átmeneti ellenállás értékét nem lehet nullára csökkenteni, bármennyire gondosan munkáljuk meg az érintkező fellileteket és bármennyire erősen szori tjuk azokat össze. Elektrotechnika tantárgyból már tudjuk, hogy egy ellenállás (pl. átmeneti ellenállás) értékét hidmódszerrel, vagy közvetve feszültség- és áramméréssel is meghatározhatjuk. 7
21
a)
FedÖhartya
Mechanikus erintkezes
b)
Vegyes érintkezés
e)
Femes érintkezes
R1 R0 R1 ~-c::::J-~~~c::::J~~____.c::J--~
1.2. ábra. Átmeneti ellená llás keletkezése a) vezetórud; b) félbevágo t t vezetórud; e) elvi vázlat
Ellenőrző
kérdések, fela da t ok
érintkezők f el a data ? 2. Rajzoljunk fel egy pont-, e gy vonal- és egy felületérintkezésre példát!
1. Mi a villamos
8
:
3. Milyen követelményeket támasztunk az érintkezőkkel szemb en? 4. Mit nevezünk az érintkezők átmeneti ellenállásának? 5. Milyen módszerrel mérhetjük meg az érintkezők átmeneti ellenállását?
1.2. RELÉK
A reléket villamos .érzékelÓként a gyakorlat legkUlönbözőbb területein alkalmazzák. A védelmi relék villamos jellemzőket, azok megváltozását érzékelik. Bemeneti jellemzőjük tehát villamos mennyiség - leggyakrabban feszültség vagy áram. Minden további mennyiség, amelyeknek érzékelése relé feladata, ezekből származtatható. A kimenőjelük - tekintve, hogy az utánuk következő szerv villamos müködtetésil - szintén villamos mennyiség. A relék jellegzetessége, hogy a bemenőjel folyamatos változása ellenére a kimenőjelük csak két értéket vehet fel. Müködésük során az 1.3. ábrán látható jelleggörbét valósitják meg. A bemenőjel (Xbe) növelésével a kimenőjel (Xki) mindaddig nulla marad, amig az az indulási értéket (Xbe ind.) el nem éri. Ilyenkor a kimenőjel megjelenik (a relé megszólal). A bemenőjel további növekedése ellenére a kimenőjel már nem változik. A bemenőjel csökkenésekor a kimenőjel csak az elengedési érték (Xbe el.) után csökken ismét nullára. Az ideális jelleggörbén (l.3a ábra.) az indulási és az elengedési érték egybeesik, a valóságos jelleggörbén viszont az indulási érték nagyobb az elengedési értéknél (l.3b ábra). A védelmi reléknél általában az az érték, amelynél a relé müködése kivánatos, egy skálán a megfelelő határok között beállitható (beállitási érték). Az indulási érték viszont az a ténylegesen mért fizikai érték, amelynél a relé valóban müködni kezd (megszólal). A beállitási és az indulási érték kUlönbsége a skálahiba. A skálahiba az indulási érték százalékos eltérése (tiz mérés átlagából számitva) a beállitási értékhez viszonyitva.
9
Kimenő jel
KimenÖjel
Xk;-1------,,.-----
xb„~ ~-
KimenÖJel
a)
X be. ind. KimenÖjel
b)
l.J. ábra. Relé müködési jelleggörbéje a) ideális; b) valóságos Elengedési érték az az érték, amelynél a relé - adott beállitási értéknél - müködési véghelyzetéből az alaphelyzetbe biztonsággal visszatér. Az indulási és az elengedési érték hányadosát tartóviszonynak nevezzük: indulási érték tartóviszony =
Ez
elengedési érték
az érték mindig nagyobb l-nél. A tartóviszony reciprokát ejtőviszonynak nevezzük, amelynek értéke - az előzőek alapján - mindig kisebb l-nél. Védelmi reléknél az ejtőviszony 0,8-nál kisebb nem lehet. Példa: egy áramrelé adott beállitás mellett 12 A-nél indul és 10 A-nél enged el. A tartóviszony 12/10, azaz 1,2,mie az ejtőviszony 10/12, vagyis 0,83. A reléket ki.ilönböző szempontok szerint osztályoz~atjuk: - a müködést kiváltó villamos jellemzők; - az áramkörhöz való csatlakozás módja; - szerkezeti kialakitás szerint. A relék legáltalánosabb osztályozása a r.iüködésüket kiváltó villamos jellemzők szerinti osztályozás. A következő tipusokat különböztetjük meg: 1. áramrelé: a relé a tekercsén átfolyó áram erőssé8ének változását érzékeli és egy beállitott áramérték tullépése esetén müködik; 10
2. feszültségrelé: a kapcsain levő feszültség változását érzékeli és a feszültségnek meghatározott változása esetén müködik. Ha feszültség tullépése esetén müködik, akkor feszültségnövekedési, ha egy előre meghatározott feszültség alá csökkenést érzékel, akkor feszültségcsökkenési reléről beszélünk; 3. teljesitményrelé: érzékelőszerve a hasznos, a meddő és a látszólagos teljesitmény valamilyen változását érzékeli és arra müködik. Ez lehet a teljesitmény előre meghatározott iránya, értéke vagy mindkettő. A relé a teljesitményt a bemenetére kapcsolt áram és feszültség szorzatából képezi; 4. impedanciarelé: a feszültség és áram tekercsére kapcsolt feszültségből és áramból hányadost képez. Impedancia, admittancia változását érzékeli és az előre meghatározott értéktől való eltérés esetén müködik; 5. frekvenciarelé: a bemenetére kapcsolt váltakozófeszültség frekvenciáját érzékeli. Frekvencianövekedési és frekvenciacsökkenési reléként használatos; 6. közvetitőrelé: ide soroljuk a segédrelét és az időre lét. Mindkét relétipusnak közös tulajdonsága, hogy müködésük szempontjából csak a sarkaikra kapcsolt feszültség meglétének vagy nulla értékének van jelentősége. Feladatuk alapvetően nem az érzékelés. Müködtetésüket hatásirányban az őket megelő ző szervtől nyerik, általában egyen- vagy váltakozóáramu energiaforrásból. A segédrelét teljesitményerősitésre és az érintkezők sokszorozására használják. Az időrelét a sarkaira kapcsolt feszültség müködteti. A müködése, ill. a kontaktusok zárása vagy nyitása egy előre beállitott időértékkel késleltethető meghuzáskor és elengedéskor; 7. összetett rel~: több relé szerkezeti egyesitéséből áll, amely egy teljes védelmi feladat ellátására képes. - A védelmek vagy közvetlenül kapcsolódnak a védendő objektumhoz (pl. hálózat, villamos gépek, berendezések) vagy mérővál tó segitségével. Az első esetben primer-, a második esetben szeku.~der érzékelésről beszéli.L'l1k. - Szerkezetileg a védelmi relék lehetnek elektromechanikus és elektronikus relék. Az elektromechanikus relék a villamos mennyiségeket mechanikai mennyiségekké alakitják át, érintkezőket müködtetnek. 11
Az elektronikus relék elektroncsövekből vagy félvezető e lemekb ől, valamint a hozzájuk kapcsolódó ellenállásokból, kondenzátorokból stb. állnak. Jellemzőjük, hogy mozgó alkatrészeket, mechanikai elemeket nem tartalmaznak. Tankönyvünkben csak az elektromechanikus relékre térünk ki , ezek közül is a tuláram-, idő-, impedancia-, energiairányvalamint az összetett relék közül a tuláram-idő relékre.
1.2.1. Elektromechanikus relék Az elektromechanikus relék müködése azonos, általános felépitése hasonlit az elektromechanikus müszerekéhez. A tényleges szerkezeti kialak:itásuk azonban lényegesen eltérő, amely rendeltetésükből adódik. A müszerek folytonos müködésüek, mutatójuk az alaphelyzet {a skála nulla pontja) és a véghelyzet között a mért értékkel arányos elmozdulást, ill. elfordulást (skálafokot) mutat. A kimenőjelük - vagyis a mutató elmozdulása - arányos a bemenő jellel, igy árammal, feszültséggel stb. A relék két helyzetb~n adnak lényeges információt az ellenőrzött berendezésről. Rendeltetésük az, hog'J a bemenőjel egy előre meghatározott értékénél érintkező (vagy érintkező ket) zárjanak vagy nyissanak. Az érintkező zárása, ill. nyitása egy áramkör, pl. egy müködtető áramkör zárását, ill. nyitását jelenti. Kimeneti szervük az érintkező, a kimenőjel az érintkezőn átfolyó áram. Az elektromechanikus müszerek és relék között a rendeltetésükből adódóan további lényeges különbségek vannak. A müszer legfeljebb a névleges értékével terhelhető,amig a relétekercs általában a névleges érték kétszeresével és rendszerint tulterhelt állapotban müködik. A müszer üzemképes állapotáról bármikor meggyőződhetünk, amig a relé üzemképes állapotáról csak megfelelő berendezés segitségével szerezhetünk tudomást. Az elektromechanikus reléket szerkezet és elvi felépités szempontjából a következő csoportokba oszthatjuk:
12
- elektromágneses relék, - indukciós relék, - elektrodinamikus relék, - hőrelék, - időrelék.
1.2.1.1. Elektromechanikus relék felépitése Az elektromechanikus relék szerkezetileg három fő részből állnak: - állórész, - mozgó fegyverzet, - érintkezők. Az állórész vasteste a relé rendeltetésétől függően lehet lemezelt vagy tömör. Az állórészen levő gerjesztőtekercs lénye gében a relé bemeneti szerve, amelyre az áramkör (védendő áramkör) csatlakozik (közvetlenül, vagy feszültség-, ill. áramváltó segitségével). A tekercsen átfolyó áram hozza létre az állórész fluxusát, amely a mozgó fegyverzetre hat. A relé elmozduló r észe a fegyverzet, amely a relé érintkez őjé t müködteti. A fegyverzet végezhet forgó mozgást, akkor forgó fe gyverzetről; billenő mozgást, akkor billenőfegyverzet ről; va gy egyenes vonalu moz gást, akkor húzó-, ill. tolófegyverzetről beszélünk (1.4. ábra). A fe gyverzet alaphelyzetét rugó vagy suly határozza meg. Ezekkel oldható me g általában a relé megszólalási értékének beá llit ás a is. Az á llórész és a fegyverzet közötti kölcsönhat á s erőt, ill. nyoma tékot hoz létre. Ezzel az erővel, ill. nyoma t é kkal szemben hat a r ug ó vagy a suly ereje. Az érintke ző a relé kimeneti szerve. Ezt me g felelő anyagból ( plat ina, e züst, volfrám, iri~iwn) készitik, és szegecss zerüen vi szik fel egy rugalmas lemezre. Ez a lemez teszi lehetővé az éri nt k ezők et a müködtető áramkörökhöz csatlakozását forrasztás s al vagy csavarof3 köt éssel. Az 1. 5. á brán néhány érintk e ző megoldást láthatunk. Az elekt r or.iechanikus relék különböző szerkezeti elemeit a ~e lé ház fogla l ja magába, amelynek szerepe a relé védése a 13
Tekercs Forgoresz
a) Vasmag ~1----+'1
;
: Ll_J 1
Tekercs
I l 1 1 1 1
'
Elektromagnes
o - - -6<->
/\
o
Kapcso1oer intkezÖk
b)
a)
külső
e)
1.4. ábra. Relé fegyverzetek b) billenőfegyverzet; e) tolófegyverzet
forgófe~erzet;
behatásoktól, nedvességtől, portól, A reléház fémből vagy müanyagból készülhet. Ha a burkolat nem átlátszó, akkor a működés ellenőrzésére ablakkal látj ák el. Egy relé névleges villamos adatai azok az értékek, amelyekre a relé k~szült, ezeket a gyártó cég az adattáblán minden esetben feltünteti. A relé a működéshez meghatározott teljesítményt igényel, ez a névleges teljesítményfelvétel. Egyenáramu relék esetén wattban, váltakozóáramu relék esetében volt amperban adják meg. A relék kimeneti teljesítménye valójában az érintkezők teljesítményét jelenti. Az érintkezők lehetnek nyitó, vagyis nyugvóáramu vagy záró, azaz mu."'1.kaáramu érintkezők.
14
A mÜködtetes i ranya
~ ~
Q)
Q)
a)
b)
1.5. ábra. Reléérintkezók a) billenófegyverzetü-, b) forg6fegyverzetü milködtetés
t-'
\11
Az érintkezőkre jellemző a bekapcsolóképesség és a megszaki tóképesség. A bekapcsolóképességen azt a teljesítményt értjük, amelyet az érintkező üzemszerüen be tud kapcsolni. Megszakitóképesség az a teljesítmény, amelyet az érintkező üzemszerüen meg tud szakítani. Mindkét érték adott feszültségre vonatkozik, így a bekapcsolási és a megszakítási áramerős ségek meghatározhatók. A relékre jellemző érték a termikus és a dinamikus határáram. A termikus határáram az az áram, amelynek hőhatását a relé egy másodpercen keresztül kibírja anélkül, hogy megsérülne vagy müködésképtelenné válna. A dinamikus határáram annak az áramnak a csucsértéke, amelynek erŐhatását a relé kibirja az előző mondatban leírt feltételekkel. A reléket é,lettartam szerint .osztályba soroljuk. Az osztály az életta:rtam alatt várható müködési számot jelenti (pl. a százezres osztály 105 müködési számot jelent). 1.2.1.2. Áramrelék A gyakorlatban az elektromáGUeses rendszerü áramrelék terjedtek el. Az 1. 6. ábrá_~ M-I tipusu tuláramrelé képe látható. Az állórész (1) lemezelt vastest, a fegyverzet (2) Z alaku vaslemez. Az állórész Z alaku lemezzel szemben levő sarkain helyezkedik el a gerjesztőtekercs (3), amely jelen esetben áramtekercs. A Z lemez elfordulása alkalmával (müködéskor) érintkező (4) zár. Az áramrelé megszólalási árama skála előtt „ elmozdítható karral (5) á llítható be. Ez a kar egy rugó megfeszítésével gyakorol ellennyomatékot a forg0fegyverzet tengelyére. Ha a kart a skála 1. számától a 2. szá.m felé toljuk, akkor a rugó egyre jobban megfeszül, igy az ellen.~yomaték nő. Ez azt jelenti, hogy a fegyverzet elmozdulásához, tehát a relé érintkezőjének zárásához (megszólalásához) nagyobb gerjesztés, s igy nagyo bb áram szükséges. A müködésjelző (6) tájékozt at a relé müködéséről. Az egyik részén fehér, a másik részén piros ra festett lemezt a fe gyverzet elmozdulása elkalmával a 3kálán levő kerek nyilás elé tol. Amíg a relé alaphelyzetben van, a nyil ásban fehér, ha müködött pj_ros szin jelenik meg.
16
-_,
2
~ 1~-;ir
1
7
J
a) 1-' -.J
a) belső felépités.
b)
1.6. ábra. M-I tipusu tuláramrelé 1 ál.lórész; 2 Z ala~u fegyverzet; 3 tekercs; 4 érintkező; 6 müködésjelző; 7 visszaállitó gomb; b) tokozott relé 5 beállitókar;
A müködésjelző gombbal (7) állitható vissza, amelyet a relé-
ház felszerelése után kivülről is lehet müködtetni. Az M-I relé belső kapcsolása látható az 1.7. ábrán, vastag vonallal a gerjesztő(áram)tekercs jelölve.
)
9
2
1.7. ábra M-I relé
belső
10
kapcsolási rajza
A relé önállóan mint pillanatmüködésü relé, vagy időre lével kiegészitve független késleltetésü tuláramvédelemként alkalmazható. 1.2.1.3.
Időrelék
A különböző vezérlő- és védelmi berendezésekben gyakran van szükség a jelek késleltetett továbbitására, ill. két müködő elem (relé) közé megfelelő időkésleltetés közbeiktatására. Erre a célra szolgálnak az időrelék. A késleltetés lehet meghuzáskésleltetés, ejtéskésleltetés, esetleg mindkettő. A késleltetve meghúzó időrelé a bemenetére (tekercsére) kapcsolt feszültség hatására csak a rajta előre beállitott idő után müködteti az érintkezőjét (érintkezőit). A müködésből következik, hogy a relé csak aklrnr müködteti az érintkezőt, ha a rákapcsolt feszültség addig az idei g (vagy tovább) fennmarad, amig a müködési idő letelik. Ha a feszültség korábban eltünik, akkor a müködés nem következik be, a relé késleltetés nélkül visszaéll eredeti helyzetébe. _\ késleltetve mer;húzó relé késleltetve nuz meg, de késleltetés nélkül eni:;ed el. 18
A késleltetve elengedő időrelé a bemenetére kapcsolt feszültség eltünésekor, ill. kikapcsolásakor csak meghatározott idő eltelte után müködteti az érintkezőjét (érintkezőit). A müködésből következik, hogy a relé tartósan feszültség alatt áll, és a feszültség eltünésekor csak akkor müködteti az érintkezőjét, ha a feszültségmentes állapot legalább addig az ideig (vagy tovább) fennáll, amig a müködési idő letelik. A késleltetve elengedő időrelé késleltetés nélkill huz meg, de késleltetve enged el. A késleltetve meghuzó és elengedő relé: a két müködés összekapcsolása. Az időrelékben a késleltetést villamos (kondenzátoros vagy mágneses), ill. mechanikus uton oldják meg. a) Villamos késleltetés A villamos késleltetés egyik legegyszerübb megoldása látható az 1.8. ábrán. A relé tulajdonképpen egy egyenáramu segédrelé, amelynek gerjesztőkörébe ellenállást és kondenzátort kapcsolunk. Az ábrán látható kapcsoló (1) bekapcsolása után a relé csak akkor tud meghuzni, amikor a kondenzátor az ellenálláson keresztül már feltöltődött a relé meghuzási feszültségére (az első pillanatban a kondenzátor feszültsége nulla). A kikapcsoláskor a kondenzátor a relé tekercsén keresztül fog kisülni. SR
e 1.8. ábra. Villamos késleltetés A relé tehát mindaddig zárva marad, amig a kondenzátor feszültsége a relé elengedési feszültségére csökken. A kondenzátor feltöltéséhez,.. ill. kisUtéséhez megfelelő idő szükséges, amely késleltetésre használható fel. A késleltetési idő nagysága adott tápfeszültség esetén az ellenállás és a kondenzátor nagyságától függ.
19
Egy másik villamos késleltetési megoldás a mágneses késleltetés, amely az elektrotechnikában tanult Lenz törvényén alapszik. Ha egy vasmagra a gerjesztőtekercsen kívül egy rövidrezáró gyürüt, vagy rövidrezárt szekunder tekercset helyezünk el, az késleltetóen hat a fluxus változásaira. Bekapcsoláskor a fluxus növekedését, kikapcsoláskor a csökkenését befolyásolja (gátolja). Ezt a hatást egyenárammal gerjesztett relék esetében alkalmazva, megfelelő időkésleltetés érhető el. Itt kell azonban megjegyeznünk, hogy reléknél a késleltető hatás bekapcsoláskor kicsi, a nyitott mágneskör miatt. Ezért csak késleltetve elengedő időrelékról beszélhetünk. A mágneses késleltetéssel megoldott időreléket fluxuscsökkenési reléknek nevezzük. Az 1.9. ábrán egy NDK-gyá.rtmányu fluxuscsökkenési relé képe látható. A müködését és felépítését tekintve hasonlít a hazai gyártásu FIR relékhez (1.10. ábra).
1.9. ábra. Fluxuscsökkenési relé
1 állórész; 2 hengeres vasmag; 3 rézheng er; 4 gerjesztőtekercs; 5 fe~verzet; 6 záróérintkező;
7
nyitoérintkező
Amint az 1.9. ábrából is látható, az időrelé lényegében elektro::1É.cneses relé. Az állóré s z IJ ~ l a ku t~~ör v as ~ a g b ó l, vala ni nt a hozzá ta rtoz6 hengeres vas~ agb ól ~ 11 . Ezt a vasna got egy r ézb é'l var.;s a lwniniumból ké:2,ül t ··1enger ves z i ;, örül, amelyen 1:1 nq~y :í1ene t sz8:r:lu gerj esz tóegy
20
billen ő feaver z etü
Rugo
Rugok
ErintkezÖk
Tekercs 0
Rezhenger
1.10. ábra. FIR
0
Szigete!Ölap időrelé
vázlata
tekercs helyezkedik el. A gerjesztőtekercsre feszültséget kapcsolva, a relé néhány tized másodperc mulva behuz. A gerjesztőfeszül tség bekapcsolásakor a rézhengerben feszültség indukálódik, amely nagy áramot indit. Az áram által létrehozott mágnesmező a fegyverzetet behuzott állapotban tartja. Adott idő elteltével a veszteségek hatására az áram csökkenésével a fluxus is csökken, igy a visszahuzó rugó a fegyverzetet alaphelyzetbe állitja. A relé egy nyitó és egy záró érintkezőt milködtet. b) Elektromechanikus késleltetés Az elektromechanikus időrelék általában óramüves szerkezetek, amelyek8t egy billenő, huzó- vagy forgófegyverzetü elektromágnes milködtet, leggyakrabban egyenfeszültségről táplálva. Az időkéslel tetéshez olyan megold,ást is alkalma.z nak, amelyben az időmüvet egy kis szinkronmotor müködteti. A szinkronmotort az inditás pillanatában egy külön relé kapcsolja össze az időmü fogaskerékrendszerével. Ez a megoldás teszi lehetővé azt is, hogy a . gerjesztés megszünése után a motor fogaskereke szétakadjon az időmütől, igy az késleltetés nélkül térhet vissza alaphelyzetébe. Ezeket az időmüveket általában nagy időkésleltetések esetén szokás alkalmazni. Velilk több órás késleltetés is megoldható.
21
1.2.1.4. Impedancia relék Az impedancia relé tárgyalásához szükséges me gismerkednünk a mérlegrelékkel. Az elektromechanikus mérlegrelét két elektromechanikus relé egyesitésével, szerkezeti összekapcsolás utján alakitjuk ki, általában két elektromágneses és egy indukciós relét épitenek össze. A két rendszer fegyverzete közös tengelyen van. Az összeépitett relé müködését tehát két villamos nyomaték szabja meg. Az egyik lehet fékező, a másik kioldó irányu nyomaték. A mérlegrelé elve az 1.11. ábrán látható, amelyen két dugattyus elektromágneses relét vizsgálunk. Mindkét fegyve rzet azonos hosszuságu mérlegkarra hat. A rendszer akkor van 3
lz
I1
2
1.11. ábra. A mérle grel é elvi vázlata 1, 2 elektromágneses relé; 3 érintkező egyensulyban, ha az egyik tekercs (1) huzóereje me gegyezik a másik tekercs (2) huzóerejével. Ez felirható a gerjesztésekkel: r 1 N = r N2 • A menetszámok (H1 ; N2 ) állandóak. -'· relé 1 2 egyensulyban van, ha az áramok éppen r 1 és r 2 értéküek. Az ibrán fel tüntetett érintkező (3) akkor fog zárni, ha az é.rar.iok közül r nő vagy r csökken. Ellenkező irányu növekedés rete2 1 szelő irányu kitérést ad (az 1.11. ábrán feltüntetett nyil irányával ellentétes kitérés). 22
Az impedancia relé olyan mérlegrelé, amelynek egyik rendszerére feszültséget, a másikra áramot kapcsolunk. Az egyszerüség kedvéért tekintsük ismét az 1.11. ábrát. Az egyik tekercsre (1) a hálózat áramát (I), a másik tekercsre (2) a hálózat feszültségét (U) kapcsoljuk. Az ábra szerinti jelölést figyelembe véve: 1 1 = I. A gerjesztés: IN1 • A feszültségtekercs árama a feszültségteke.r cs impedanciáját ól ( z2 ) függ. Kifejezve:
u
Z2 Egyensulyi állapotban:
helyett tehát:
irható. Az egyenletet átrendezve a
z
1
u =
= I
eredményt kapjuk. A képlet bal oldalán a hálózat feszültségének és áramának hányadosa, azaz impedanciája (Z) áll. A jobb oldal a relé jellemző adatait tartalmazza, amelyek vagy állandóak, vagy beállithatók. A relé egyensulya esetén a külső hálózat impedanciája (Z) éppen a feszültség és az áram hányadosa által megszabott értékü. A hálózat zárlatakor az áram megnő, a feszültség csökken. Az egyensuly felbomlik,, mivel az áramtekercs árama a zárlati értékre . (I z ) nő, a feszültségtekercs árama pedig a csökkent feszültségértéknek megfelelő értékre (I 2 z) csökken. Az áramtekercs huzóereje legyőzi a feszültségtekercs huzóerejét és igy a relé zárja az érintkezőjét (3). A müködés tehát akkor következik be, amikor a hálózat feszültségének és áramának hányadosa, azaz impedanciája (Z) csökken. Ezért az ilyen relét impedanciacsökkenési relének nevezzük.
23
:
Az 1.12. ábrán egy hazai gyártásu M-Z tipusu impedanciacsökkenési relé fedél nélkilli képe látható. A relét forgódobos indukciós reléból és az áramrelénél megismert elektromágneses (Z fegyverzetü) reléból alakitották ki. Az áramot az elektromágneses relé, a feszültséget az indukciós relé érzékeli. A két relé fegyverzete, tehát a uob és a Z lemez közös tengelyen helyezkedik el. A mtiködés akkor következik be, ha az áramrelé nyomatéka nagyobb a feszültségrelé nyomatékánál.
1.12. ábra. M-Z tipusu impedanciacsökkenési relé belső felépi tése 1 az áramrelé állórésze; 2 az áramrelé fegyverzete; 3 érintkező; 4 indukciós relé állórész~; 5 beállitó potenciométer
24
Az ábrán jól felismerhető a Z elektromágneses árarnrelé állórésze (1), és fegyverzete (2), valamint az érintkező (3). Az indukciós relé forgódobját és tekercseit az állórészre (4) felszerelt, és a beállitásra szolgáló potenciométer (5) takarja. A relé belső kapcsolási vázlata telálható az 1.13. ábrán.
2
6
5
1.13. ábra. M-Z relé
belső
9
10
kapcsolási rajza
1.2.1.5. Energia-irányrelék Az energia-irányrelék feladata az, hogy a zárlati teljesi tmé:ny irányát érzékeljék. Müködésük két irányu, amelyből egyik a kioldó, a másik reteszelő irány. Az indukciós energiairányrelék elrendezése az 1.14. ábra szerinti. Az indukciós relék csak váltakozóáramra használhatók. Az indukciós relékben a lemezelt vasmagu állórész pólusai körül fordul el a relé mozgórésze, az alumíniumból (esetleg vörösrézből) készült henger vaey tárcsa. A forgódobos indukciós relé az indukciós motorhoz, a tárcsás relé a fogyasztásmérőhöz hasonlít. Müködésük az állórész váltakozó mágneses fluxusának (fluxusainak), valamint az általa (általuk) a forgórészben indított örvényáJ:'amoknak a kölcsönhatásán alapszik. Ez a kölcsönhatás hozza létre 25
1.
3
1.
Né~ólusu forgódobos indukciós rele elvi felépitése 1 állórész a pólusokkal; 2 forgódob (fegyverzet); 3 tekercsek; 4 hengeres állóvasmag; 5 tengely; 6 érintkezőt müködtetó kar a szigetelt tárcsával; 7 érintkezők
1.14. ábra.
azt a forgatónyomatékot, amely a relé fegyverzetét - a dobot vagy tárcsát - megindítja. A dob egy vékony falu, egyik végén zárt aluminiumhenger, a tárcsa kör alaku alumíniumlemez. Az ellennyomaték a rugóerő, esetleg az érintkező rugóereje vagy sulyeró. Az 1.14. ábrán bemutatott indukciós relénél az állórész (1) négy pólusán levő tekercsekből két szembenlevőt sorba kapcsoltunk, igy az I-I kapcsok közötti tekercsekhez képest a II-II kapcsok közötti tekercspár tengelye a pólusokna.k megfelelően 90°-ot zár be. Ha a két tekercsrendszert külön-külön gerjesztjük, akkor az I-I tekercspár
I ' a II-II tekercspár ~II fluxust hoz létre. Ha a létrejött fluxusok között fáziseltolás van, akkor forgó mágnesmező keletkezik . A forgó mágnesmező értéke akkor maximális, ha a fluxusok közötti fáziseltolás szöge a tekercsek közötti térbeli 90°-kal egyezik meg (kétfázisu indukciós motor). A forgó fluxus a dobban (2) feszültséget indukál, amely áramot (örvényáramot) létesit. A forgó fluxus és a dob áramának kölcsönhatásaként erő, a tengelyre vonatkoztatva pedig nyomaték jön létre. Elektrotechnikai tanulmányainkból ismerjük, hogy mágneses térbe helyezett,
26
áramot vivő vezetőre F = BIL erő hat. Itt a váltakozóáram miat t pillanatnyi értékekre kell gond olnunk. Lényegében a dob mint a kétfázisu aszinkronmotor, a forgó mágnesmező irányában elfordul. A dobot elforgató nyomaték nagysága M = c1Jl1
z
1.15. ábra. Forgódobos áramrelé elvi kapcsolása Bey mennyiség érzékelésére készítenek kétpólusu forgódobos relét is, amelynek legfontosabb részletét ábrázoltuk az
27
;
1.16. ábrán. A fluxust a relé g erjesztőtekercse hozza létre az állórész vasmagjában. A dob (2) forgásához - mint elektrotechnikai tanulmányainkból már tudj uk - két, térben és fázisban eltolt fluxus szüksé ges. Ez a pólussaru felhasitott részében egymásnak átlósa.ri. elhe l y ezett rövi drezáró gyürükkel érhető el. Létrejön tehát a 1 és a
1.16. ábra. Kétpólusu forg ódobos indukc iós relé részle t e 1 állórész; 2 forgódob; J r övi drez á rt gyürü a fluxusok térben és időben való eltolását . A dob forcása, ill. elfordulása a rövidrezáró gyürük irányába történi k. Ez a k öve t kezőképpen megy végbe: a 1 és
11 ábrán feltüntettük a relé érintkezójét (5) is, amelyet elfordulása alkalmával müködtet. Szaggatottan látszik az elektromágnes (4) is, amelynek olyan reléknél van szerepe, ahol a tárcsa az érintkező müködtetéséig több fordulatot tesz meg.
'.. 1.17. ábra. Tárcsás indukciós relé elvi felépitése 1 állórészt 2 forgótárcsa (fegyverzet); 3 rövidrezáró gyürü; 4 mágnespatkó; 5 érintkező A mágnespatkó a tárcsa forgását az általa gerjesztett örvényáramok révén fékezi. Az indukciós relék a következő lényeges tulajdonságokkal jellemezhetők:
- a tárcsás forgórészü relénél előnyösebb a forgódobos kialakitás, mivel a tárcsának a tengelyre vonatkoztatott tehetetlenségi nyomatéka lényegesen nagyobb, mint a kis átmérő jü dobnak; - viszonylag kis nyomatékot szolgáltatnak; - hátrányos tulajdonságuk a hőmérséklet-érzékenység, amely abban nyilvánul meg, hogy a hőmérséklet emelkedésével a forgórész, valamint a rövidrezáró gyürük ellenállása megnő, ami a fáziseltolást módositja; - előnyük az ei:;yszerü szerkezet, megbizható müködés; - késleltetett relék kialakitására ii:;en alkalmasak (az időkésleltetés pl. a tárcea által megtett szögelfordulástól fü13i:;ővé tehető).
1
29
Az indukciós teljesitmény-irányrelék elrendezését megismertük az 1.14. ábrán. A lemezelt zárt vasmag kiálló pólusain, egymással térben 90°-ot bezárva feszültség- és áramtekercsek helyezkednek el. A nyomatékot - mint láttuk - az áram- és a feszültségtekercs fluxusa hozza létre: M = e
•
Ugy is fogalmazhatunk, hogy lényegében a tel j esitmény-irányrelé nyomatéka és annak iránya a feszültsé g és az áram közöt ti fázisszögtől függ. Ennek alapján megkülönböz ~e~ 'i ~k: a) sin >iJ vagy meddő teljesi tmény-irányrel é; (belső szög O); b) cos >iJ vagy wattos teljesitmény-irányrel é (bel ső szöge 90°); c) általános teljesitmény-irányrelé (belső szög 45°). Az 1.18. ábrán hazai gyártmányu forgódobos, indukciós teljesitmény-irányrelét látjuk. A lemezelt állórész (1), pólusain egymásra merőleges irányban két tekercsrendszer (2), a feszültségtekercs és az áramtekercs helyezkedik el. A forgórész (3) aluminiumdob, amely a belsejében levő állóvasmag és pólussa~ által kialakított légrésben mozog. A forgórész tengelyére karon át kapcsolódó bakelittárcsa (4) elmozdulása alkalmával mindkét irányban egy-egy érintkezőt (5) zár. A mozgórészhez nem kapcsolódik külön rugó, az érintkezők rugalmassága tartja középhelyzetben. A relével közös házba épitik be a belső szöget biztosító elemeket (ellenállás, kondenzátor). Ezek az ábrán a skála alatti részben helyezkednek el. A relék 1, ill. 5 A névleges áramra és 100 V névleges feszültségre készülnek. Belső kapcsolásaik láthatók a 1.19. ábrán. Meg kell emlitenünk az áramirány-összehasonlitó relét, amelynek nincs feszül tségtekercse. Mindkét tekercs rendszeré-. re áramot kapcsolunk. A relé feladata a két különböző érzékelési helyen folyó áram irányának összehasonlitása. A relé akkor szolgáltat maximális nyomatéko t, ha a két á ram iránya megegyezik, vagy ellentétes, a nyomaték iránya az áram irányának megfordulásakor előjelet vált.
30
1.18. ábra. Forgódobos teljesitmény-irányrelé belső felépitése l állórész; 2 tekercsek; J forgódob; 4 érintkezőket mUködtetó bakelittárcsa; 5 érintkezők
31
]
VJ 1\)
9 10 11
1 2 5 6
a)
9 10 11
9 10 11
1 2 5 6
b)
1.19. ábrn . Teljesitmény-irányrelé belső kapoaol1íul .ru,jza a) M-W (sin>$) relé; b) M-Wb (cos .p ) .L'<'lÚ ; a o e) hl-W (45 ) relé
e)
1.2.1.6. Összetett relék
•
Összetett relékről akkor beszélün.~, amikor egy készülékben, ill. reléházban két vagy több különböző relé ( áram-, feszültsé g-, idő-, teljesítmény stb.) van egybeépítve. Itt cs ak a tuláram-időrelékkel fo glalkozunk vázlatosan. Tuláram-időreléken olyan reléket értünk, amelyeknek a müködése a tulárBm (zárlati áram) fellépése után meghatározott idő elteltével következik be. Az előzőekben megismert áramrelé a tuláram fellépése után fegyverzetét azonnal müködteti, vagyis ha a relén átfolyó áram az előre beállított indulási értéket eléri, a relé érintkezője zár. Ilyen megoldásu relével semmilyen időbeállítás nem valósítható meg (pillanatmüködésü relé). A villamos készülékek védelmének kialakításakor alapvető követelmény, hogy a müködések egy előre beállitott idő eltelte után következzenek be. Ehhez megfelelő késleltetés közbeiktatása szükséges. A tuláram-időreléket a késleltetés jellege szerint három csoportba oszthatjuk: - független késleltetésü relék, - függő késleltetésü relék, - korlátoltan függő késleltetésü relék. A jelleggörbéket az 1.20. ábra mutatja. Független késleltetésü relének nevezzük azt a relét,amelynek a késleltetési ideje az érzékelt villamos áram nagyságától fü ggetlen. Ezt általában egy elektromágneses áramrelével és egy hozzákapcsolt (általa inditott) időrelével oldják me g . A túláramrelé az indulási é rték (I. ) elérése után zárja az é r i nti kezőjét és indit j a az i d őmUvet, a1'1ely t , t 1 2 vagy t 3 be c.illi-· tott idő lefutása u tán a dja ki a kioldási impulzust • l<ü gg ő késlel tet ésü relének nevezzük azt a relét, a mel yne k ké sleltetési ideje függ a relé ált~l érzékelt áram nagysá gától. A relé késleltetési értéke az áramerősséggel fordíto t tan arúnyos , j elle c,f:ör béj e ~ üp e rbolaszerü. Az 1. 23b ábrán bej elölt ind ul .isi érték CI 1 ) ez e z á ramérték, amelynél a relé a le 1)1osz ··· szabb ~d6 a l att old ki , ne l y é rt é k beál litha tó. Minden bctll~i{;..;:~;.:_·\: ;':':é.s -- n-.é~s ::c:lJ.F:?Cl:· ~-:t.:G ·''(:: lel :.-.e;: . :„ ~--c.·:é. :.' lrar1n~ l (l, -~ ::·e 1 r:\ 2.Z id Ő r:iü .f é:Kezü iie J;„,'. t le C~i :5z ve, b::'...rr.1e ly beá l l i té.sn
1 .Á
33
\,J ~
........
ti
t3
I
I' a)
Ih
I; b)
I
-
Ih 1
1,
e)
1.20. ábra. Tulúram-idórelék ~elle eGörből a) független késleltetés; b) fUggó késleltetés; e korl átol t,1m függő késleltetés
ugyanolyan rövid idő alatt (gyakorlatilag késleltetés nélkül) old ki. A korlátoltan függő késleltetésü relé olyan relé, amelynek késleltetési ideje a relé által érzékelt villamos áram nagyságától csak meghatározott határértékig függ. E határérték felett a késleltetés az érzékelt érték nagyságától gyakorlatilag független (l.20c ábra)°. A gyakorlatban a tuláram-időreléknek igen sok változata terjedt el. Ellenőrző
kérdések, feladatok
1. Hogyan határozzuk meg reléknél a tartóviszonyt? 2. Milyen szempontok szerint osztályozzuk a reléket? J. Milyen főbb szerkezeti egységei vannak az elektromechanikus reléknek? 4. Ismertessük az elektromechanikus áramrelé müködését az 1.6. ábra alapján! 5. Mi a feladata az idórelének? 6. Hogyan müködik a mérlegrelé? 1. Ismertessük az 1.12. ábrán látható M-Z tipusu impedanciacsökkenési relé felépítését és müködését! B. Mi a feladata az energia-irányreléknek? 9. Hogyan mUködik az indukciós relé? 10. Milyen lényeges tulajdonsága van az indukciós relének? 11. Milyen csoportokra oszthatjuk a tuláram-időreléket a késleltetés jellege szerint.
35
2. MÉRÉS I GYAKORLATOK
1. MÉRÉS. JtRINTKEZŐK ÁTlflENETI ELLEHÁLI,i_s ,(:;_:z ·:i;~(:SE
!:-
mérés célja Különb öz ő anyagu , al a~u és felületi érdess é g'~ é ::-:. :: tk ezők átmeneti e llená ll ásainak ~éréssel v al ó neghatároz á s a . A mérés leirás a: Állitsuk össze a 2.1. ábrán l á tható mé r ési elvi elrendezést! Az R ellenállás jelképez:. a v:.Msgálandó érintke zők átmeneti ellenállását (célsze rü az e::.é::-e elkészitett érintkező testeket u gy kialakitani , hogy r.e :::: e::. el ~ c sat l akozási lehető sé g ek - pl. csavaros szor itók - 2.e = ·e::e ;.:, va l am i nt sullyal vagy szori tóval az összes zo r i tó e::- ő ·· · ::.-: J =-: e -:!:e. ~ ó legyen ) .
2.1. ábra. Ellenál é.smérés volt - és ampe rm érővel A voltmérő kapcsait rendszer int az a é s a b p on thoz k ötjük. Ebben az esetben a z ampermér őµ a v ol -:~.1é r ő [Zr ar:1a is i ·r; fo lyik, ami hibát okoz. Hogy a hiba ni ::.ye::. ~:á k~i , az t u cy :'.1lapithntjuk meg, ho gy mérés közb e:i 2 r:.:. <:·.:'. et;yik s z i t;et e l-::: kapcsát megoldva a s:ü c; etel t ve z e téke-:; k_2::el 'ük. iia e k özb en az amperm érő mutató ja éppen csak ne :::- e z·· - . ::-. ::.i ba elhB.ny a r~ ol ható. A hiba kis ér t é ken tart ható, r.a r.:::. -~· i:::?lső el lená llisu voltmérőt (több kil oohr:i) haszné. l '..L':;: .
36
A méréshez felhasznált eszközök: egyenáramu tápegység (lehetőleg változtatható kimeneti feszültséggel, vagy potenciométerrel kiegészitve); 2 db biztosi tó; 1 db lcétsarku kapcsoló; 1 db ampermérő (lehetőleg kis ellenállásu, 0,5 osztálypontosságu, lengőtekercses); 1 db voltmérő (lehetőleg nagy belső ellenállásu, 0,5 osztálypontosságu, lengőtekercses vagy lágyvasas); különböző anyagu, alaku, felületi érdességü próbaérintkezők;
befogókészülék amellyel az összeszoritó erők nagyságát sullyal vagy szoritóval változtatni lehet; összekötő vezetékek. Mérési feladatok 1. Állitsuk össze a mérést a kapcsolási vázlat szerint, lengőtekercses müszer esetében ügyeljünk a polaritásra! 2. Bekapcsolás után a müszereken leolvasott értékeket jegyezzük fel a mérési adatok táblázatába (a táblázatban szerepeljen a mért mennyiség, a müszerek tipusa, mérőmüve, méréshatára, skálaosztása, müszerállandója, hibaosztálya, gyártási száma) ! 3. Számitsuk ki Ohm-törvénye szerint az egyes érintkezők á tmeneti ellenállását! Az értékeket foglaljuk táblázatba az érintkezők adatainak feltüntetésével! Figyelem! J\ tápegys ée; helyes bekötéséről a bekapcsolás előtt győződjünk meg érintés- és tüzvédelmi szempontból is'. de a müszerek védelme érdekében is (a kimeneti feszültség O-ról induljon)! Ellenőrző
kérdések
1. Iüre kell ügyelni a méréshez használt voltmérő kiválasztásakor? 2. I.1 ilyen adatokat irunk be a jegyzőkönyvbe'? 3. Milyen következtetéseket tudunk levonni a mérési eredm ényekből'?
37
2. lv'IÉRÉS. TULÁRA.M- ÉS IDŐTAG VIZSGÁLATA A mérés célja Tuláram- és időtag
jellemzőinek
méréssel való meghatáro•
zása. A mérés leirása Állitsuk össze a tuláram- (2 .2a ábra), ill. az időtag (2.2b ábra) vizsgála tához a oérési elrendezéseket (az egyes készülékek más tipusuak is lehetnek ) ! A
következő
méréseket végezzük:
a) az áramrelé hibájának meghatározása. ~ ra évi.zsgál6t leföldeljük, az ellenállást nullára szabályozzuk. Az áramrelén beállítunk egy tetszőleges (pl. 1,6 Ii) áramértéket. Feszültség alá helyezzük a relévizsgálót, az áramot növeljük a relé megszólalási idejéig. Ezután leolvassuk az ampermérőn a megszólaláshoz tartozó áramértéket. Nullára szabályozzuk az áramot, majd az előbbi merést több alkalommal (pl. ötször vagy tizszer) elvégezzük. Ezután egy másik áramértékkel ugyanezt a mérési sorozatot elvégezzük; b) időrelé időszórásának meghatározása. Beállítunk az időrelén egy időértéket (pl. 1,5 s), majd feszültség alá helyezzük - nullázás után - a relévizsgálót és az áramot nulláról az áramrelé meghuzásáig szabályozzuk. Megvárjuk amíg az időrelé meghuz és leolvassuk a villamos stoppert, az adatokat feljegyezzük. Az áramot nullára szabályozzuk, a stoppert is nullázZ'Uk, Ezután beállítunk egy uj időértéket (pl . 2 s),majd a mérést ujból elvégezzük. A méréshez felhasznált eszközök: l db relévizsgáló; 1 db M-I áramrelé (EKM); l db ampermérő (lágyvasas, 10 A; H = 0 ,5 ~~) ; 1 db villamos stopper (szinkronmo toros; 20 s); 1 db Rzw időrelé (szinkronmotoros; 3 s); biztositók; kétsarku kapcsoló; mérővezetékek.
38
M -1
Relevizsga10
a)
Rv
M-1
Relévi zsgalo
b)
L~·~~~~~~~~_._~~---i~.____.
N~~~~~_.:._~~~~~~_._~~~-+-~~
2.2. ábra. Tuláram- és időta~ vizsgálatának elvi rajza a) tuláram-; b) idotag vizsgálata Mérési feladatok i . Határozzuk meg az áramrelé hibáját két különböző árambeálli tás esetén!
2. Határozzuk meg az időrelé idősz6rását két különböző érték esetén!
időbeállitási
3. Határozzuk meg az áramrelé teljesitményfelvételét! Utmutatás a mérési eredmények kiértékeléséhez áramrelé hibája: H ( %)
• 100,
39
időrelé időszórása:'
t max - t min . tmk
• 100,
ahol tmk a mért értékek számtani átlaga, az árarnrelé teljesi tményfelvétele:
Ellenőrző
kérdések, felada tok
1. H0 gyan határozhatjuk meg az áramrelé hibá"á~? 2. Ismertessük a mérés menetét az időre lé ~ iósz órásának meghatározásához a 2.2. ábra alapján! J. Mitől függ az áramrelé teljesitményfelvétele? Figyelem! A relévizsgálót a mérés megkezdése előtt le kell földelni. Minden mérésnél az Rk karral nulláról kell indulni!
J. MÉRÉS. IMPEDANCIA RELÉ VIZSGÁLATA A mérés célja Az impedancia relé megszólalási és reteszelési értékeinek méréssel való meghatározása és a Z = f(I ) jelleggörbe felvétele. A mérés menete Állitsuk össze a 2.3. ábrán látható mérési elrendezést! Olyan wattmérőt választunk, amelynek méréshatára 150 V/5 A, skálája 150°-os. Ebben az esetben a szöget az a w = 100 cos~ összefüggés szerint állítjuk be a wat tmér ő és a relévizs~;áló fázisszögszabályozójának segítségével . Ez névleges áramon és feszültségen érvényes. Beállitunk a relén egy megszólalási értéke t . 1\ r elévizsgálót leföldeljük és nullázzuk. ~zután be kapcsol juk a r elévizsgálót és az ~ és Ff szabályozóke.rokkal beállit jui' íJ::i 40
M-Z
Relévizsga10
GGG 110 v
2.3. ábra. Impedancia relé vizsgálatának elvi rajza (100 V) és In (5 A) értékeit. A fázisszögszabályozóval beál0 litjuk a ~ = o és az aw = 100° értékeket. A feszUltség folyamatos csökkentésekor egy értéknél kigyullad a jelzőlámpa (a relé megszólal), ekkor leolvassuk a feszültségmérő állását és a
z=
u
összeflig8és alapján me ghatározzuk az impedanciát. 0 Ezt a müveletet a ..P = o -on kivül elvégezzük 30 , 45, 60 é s 90°-nál is. Nullára szabá.l yoz zuk a f eszültséget é s a z áramot, kiikt atjuk a wattmé r ő ára mt eker csét. Ezután az áramot nulláró l növeljük a jelzőlámpa felvillanás áig. Leolvas suk a megsz ól a l á si áram Ii értékét. A megszól alási és a névlege s áramé rték különbségét har madoljuk, ma j d beálli tjuk az áramo t az i gy meghatározott értékre és a fe s zültséget 1 00 V-ról cs ökkentj ük a relé r.1ec;huzásái g. Az előzőek be n emli tet t összefüggés a lap j án oeghatározzuk az impedanciát.
41
Ezt a müveletet elvégezzük r 11 -nél, In-nél, utána pedig 0,5 A-enként addig, amíg a relé 100 V feszültségnél megszólal. A mért és a számított adatokból felvesszük a Z = f(I) jelleggörbét. A méréshez felhasznált eszközök: relévizsgáló; M-Z impedancia relé (100 V; 5 A; 1-7 n; Eia,.); 1 db voltmérő (lágyvasas, 150 V; H = 0 ,5 ) ; 1 db ampermérő (lágyvasas, 25 A; H = l); 1 db teljesítménymérő (elektrodinamikus 150 · 5 A; H
0,2);
vezetékek. Mérési feladatok 1. Az előzőekben leírt mérések fel jegyze:: é~tékei alapján határozzuk meg: az impedancia relé megszólalási és reteszelési adatait, az impedancia sikon a 0 ••• 90° tartomány ba~. 2. A mért és a számított adatokból ~e~= :~·...:.k =eg a relé Z = f(I) jelleggörbéjét! Utmutatás a mérési eredmények
kiérté~e:ésé~ez
A mérési sorozatot több ponton végezzi..8 és az átlagokkal számoljunk! Ös;Szefüggések: P
cos
z
42
=
<.fi
u =
2I
c \'{ a w
Figyelem! A relévizsgálót a mérés megkezdése ni és nullázni!
előtt
le kell földel-
4. MÉRÉS. TELJESITMÉNY-IRÁNYRELÉ VIZSGÁLATA A mérés célja Teljesitmény-irányrelé billenési szög értékének, holtsáv szélességének és érzékenységi karakterisztikájának méréssel való meghatározása. A mérés leirása Állitsuk össze a 2.4. ábrán látható mérési elvi elrendezést (más tipusu készülékek is lehetnek)t
+ 1
M - Wz
Re1evizsg616
@ @ Ft
®
ii.
Rv
110"'
2.4. ábra. Teljesitmény-irányrelé vizsgálatának vázlata A relévizsgálót leföldeljük, nullázzuk. Beállitjuk az Un = 100 V; In = 5 A értékeket, majd 90°-ról lassan csökkent-· jük ..P értékét, amig a jelzőlámpa ki nem alszik (a holtsáv egyik széle). Ezután visszaszabályozunk, amig a jelzőlámpa 0 ujra nem vi2.1~,:;it és ezt a -ii 1 értéket leolvassuk (pl. -P 1 = 45,:; a holtsáv kezdete). J,assan tovább csökkentjük a {> -t, amikor
43
kigyullad a másik jelzőlámpa, akkor leolvassuk ~ ér2 (pl. ~ 2 = 46,5° a holtsáv vé ge). Visszaszabályozunk állásba, majd Uz = 30 V és I n = 5 A értékek beállitásával elvégezzük az előbbi mérést. A holtsávot egy körrel és a m e gfelelő szögértékekkel ábrázolni is lehet. Ezután beállitjuk Un és ln értékét és a fz 2 (holtsáv vége zárlati feszültségen) értékéné l 2°-kal ~agyobb értéket. A zárlati feszültségre szabályozunk, az irec. ~ a nulláról növeljUk addie;, amie; felvillan az egyik jelző _ á:::_a . _öbbször elvéeezzük ezt a mérést 2 - 2°-os lépcs őkber.. ==e~ből az adatokból megszerkesztjük a relé érzékenység~ ~e::-e.~t erisztikáját (I a ~ függvényében).
éppen tékét nulla ujból
A méréshez felhasznált eszközök relévizsgáló; 1 db M-W 2 teljesitmény-irányrelé (ir.duL:ciós , 100 V; 5 A; EMG);
1 db 1 db 1 db
(lágyvasas, 150 V; E:íC,: ; :: = o, 5); ampermérő (lágyvasas, 6 A; ~.:..rz; ~ = 0,5) ; fázisszögmérő (elektrodinamikus; 100 V; 5 A; EKM ; voltmérő
H = 1);
1 db háromsarku kapcsoló; biztositók; vezetékek. Mérési feladatok 1. Határozzuk meg a billenési szög értékét és a holtsávot un és uz feszültségen! 2. Ábrázoljuk a holtsávot léptékhelyesen milliméter-papiron! J. Ábrázoljuk a teljesitmény-irányrelé érzékenységi karakterisztikáját ! Utmutatás a mérési eredmények kiértékeléséhez Az egyes méréseket végezzük el azonos beállításokkal többször és vegyük az átlagokat?°
44
A holtsáv ábrázolásakor az U -re és U -re vonatkozó szögn z értékeket más-más szinti ceruzával rajzoljuk!
Ellenőrző
kérdés, feladat
1. r.1iért van a teljesitmény-irányreléknek holtsávjuk?
2. Ismertessük a teljesitmény-irányrelék holtsávjának mérési menetét a 2.4. ábra alapján!
Figyelem! A relévizsgálót a mérés megkezdése ni és nullázni!
előtt
le kell földel-
45
FÜGGELÉK
Ha az iskolában nincs relévizsgáló müszer, akkor a mérés wattmérős-módszerrel végezhető.
A wattmérős-módszert a J. mérésben leirtuk (a wattméró adatai: 150 V/5 A, skálája 150°-os beosztásu). Ha valamelyik iskolai munkaközösség saját maga kivánna ilyen müszert késziteni, a következőkben vázlatosan ismertetjük a relévizsgáló elrendezését és kezelését. A müszer bal oldalán felül helyezkedik el a. voltmérő, alatta a háromfázisu toroid, amelynek két fázisa közé megfelelő teljesitményü huzalos potenciométert kötöttek. A toroid és a potenciométer egyszerre történő állitásával tudjuk a megfelelő feszültséget és f á zisszöget beállitani. Az előlap jobb oldalán felül található az ampermérő, alatta az egyfázisu toroid, amivel a szüksé ges áramerősséget állithatjuk be. A feszültség és az áram csatlakozá~i helyei a megfelelő müszerek alatt, a relévizs gáló előlapjának alján helyezkednek el. Természetesen megtalálhatók a kapcsolók, a biztositók, a jelző l ámpák és a földelési csatlakozók is. Az igy elkéazitett relévizsgáló a wattmérős-módszerrel hitelesithető. Figyelem! A relévizsgáló megtervezésékor, elkészitésekor és használatakor is vegyük figyelembe az érintésvédelmi előirásokat!
47
IRODALOMJEGYZÉK
1 . Geszti P.O.: Villamosmüvek I-II. Tankönyvkiadó. Budapest, 1967. 2. Dienes László: Villamos berendezések és hálózatok I. Müszaki Könyvkiadó. Budapest, 1982. 3. Gárdonyi Jenő: Villamos müszerek és mérések I. Müszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983. 4. Bendes-Boromissza-Kovács-Póka: Villamos energiarendszerek védelme és automatikája. Müszaki Könyvkiadó. Budapest, 1974. 5. Horváth Tibor: Villamos müvek automatikái I. Müszaki Könyvkiadó. Budapest, 1978. 6. Baumann Pál szerk.: Villamos szerelőipari kézikönyv. Müszaki Könyvkiadó. Budapest, 1978. 1. Hollós János: Erősáramu berendezésszerelő szakmai ismeret I. Müszaki Könyvkiadó. Budapest, 1982. 8. Kádár Aba szerk.: Erősáramu zsebkönyv. Müszaki Könyvkiadó. Budapest, 1981. 9. Marton Lajos szerk.: Villamos rajzok és rajzjelek. Szabványkiadó. Budapest, 1982.
49
„
,_
TARTALOMJEGYZÉK
BEVEZETÉS
..•..............•........•.......•.......•.
1. ELMÉLETI ISMERETEK••••••••••••••••••••••••••••••••
1.1. Villamos érintkezők•••••••••••••••••••••••••• 1.1.1. Az érintkezők feladata 1.1.2. Az érintkezők átmeneti ellenállása •••• Ellenőrző kérdések, feladatok • • • • • • • • • • • • • • • • 1.2. Relék •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1.2.1. Elektromechanikus relék••••••••••••••• Ellenőrző kérdések, feladatok ••••••••••••••••
................
2. MÉRÉSI GYAKORLATOK •••••••••••••••••••••••••••••••• 1. Mérés. Érintkezők: átmeneti ellenállásának mérése Ellenőrző kérdések•••••••••••••••••••••••••••
2. Mérés. Tuláram- és időtag vizsgálata••••••••••• Ellenőrző kérdések, feladatok •••••••••••••••• 3. Mérés. Impedancia :relé vizsgálata •••••••••••••• 4. Mérés. Teljesitmény-irányrelé vizsgálata ••••••• Ellenőrző kérdés, feladat •••••••••••••••••••• ..
3 5 5 5 7
8
9 12 35 36 36 37 38 40 40 43 45
,
FUGGELEK •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
47
IRODALOMJEGYZÉK ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
49
51
A könyv kereskedelmi forgalomba nem kerül!
l 1 1
1
37244
!:
