UNIVERSITATEA „DUNĂREA DE JOS” GALAŢI FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE, INGINERIE

ELECTRICĂ ŞI ELECTRONICĂ Specializarea: UEESR

PROTECȚIA PRIN RELEE

Îndrumător: Prof. dr.ing.Dumitrescu Mariana Student:

Giurgea Georgian

CUPRINS

Generalităţi, clasificarea şi caracteristicile releelor..................................................2

Tipuri de relee..............................................................................................................5

Principii de funcţionare ale releelor.............................................................................11

Sisteme de protecţie prin relee.....................................................................................12

Anexe...........................................................................................................................16

1

INTRODUCERE

O data cu dezvoltarea instalaţiilor electrice protejate şi a sistemelor energetice a avut loc perfecţionarea tehnicii protecţiei prin relee, elaborarea unor noi principii de funcţionare a protecţiilor şi a unor noi tipuri de relee, care să satisfacă cerinţele impuse de noul stadiu de dezvoltare a instalaţiilor protejate.

Protecţia prin relee a unei instalaţii electrice este formată din totalitatea aparatelor şi dispozitivelor destinate să asigure în mod automat deconectarea instalaţiei în cazul apariţiei unui defect sau a unui regim anormal de funcţionare, periculos pentru instalaţie; în cazul defectelor şi regimurilor anormale care nu prezintă un pericol imediat, protecţia prin relee nu comandă deconectarea instalaţiei, ci semnalizează apariţia regimului anormal.

Pentru lichidarea optima a defectelor, funcţionarea protecţiilor prin relee trebuie să satisfacă o serie de performanţe ca: rapiditatea, selectivitatea, siguranţa, sensibilitateasi independenţa faţă de condiţiile exploatării.

În structura sistemelor automate se întâlneste o mare varietate de elemente electrice si electronice de comutatie, utilizate la comutarea circuitelor electrice în scopul realizarii comenzilor si a stabilirii, respectiv întreruperii curentului electric în circuitele energetice.

GENERALITAŢI, CLASIFICAREA ŞI CARACETISTICELE RELEELOR

Releul este un aparat care comuta, sub actiunea marimii de intrare, unul sau mai multe elemente de comutatie de mica putere în scopul comenzii altor elemente. Releele de protectie pot realiza contacte electrice ducând la întreruperea instalaţiei cu energie electrică, deci la protecţia 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 în sistemele electrice funcţionează după aceleasi principii ca şi aparatele de măsurat; de aceea ele pot fi clasificate, în general, după aceleaşi criterii.

a) După principiul de funcţionare, releele pot fii: electromagnetice (magnetoelectrice, de inducţie, magnetice,electrodinamice, termice) şi electronice.

b) După felul parametrului la care acţionează, releele pot fii: de curent, de tensiune, de putere, de temperatură, etc.

c) După valoarea marimii de intrare la care acţionează, releele pot fii: maximale, a căror acţionare are loc când valoarea mărimii de intrare devine egală sau depăşeşte o anumită valoare maximă, dinainte stabilită; minimale, care acţionează în momentul când

2

valoarea mărimii de intrare devine egală sau mai mică decât o anumită valoare minimă, dinainte stabilită şi relee diferenţiale, a căror acţionare are loc când diferenţa valorilor a două marimi aplicate la intrare devine, în valoare absolută, mai mare decât o valoare dinainte stabilită.

d) O clasificare specifică a releelor se obţine dacă se ia în consideraţie modul conectării în circuitul elementului protejat, deosebindu-se: relee primare şi relee secundare.

e) Ţinând seama de modul de acţionare asupra înterupătoarelor, releele pot fii: cu acţiune directă sau directe şi cu acţiune indirectă sau indirecte.

f) În funcţie de durata de acţionare: relee ultra rapide ( t < 0.0 s), relee rapide (t<0.05 s), relee normale (t -0.05-0.15 s ), relee lente (t -0.15-1 s), de temporizare (t >1 s)

g) În fucţie de mărimea de intrare: releu de tensiune, releu de curent, releu de putere, releu de fregvenţă, releu de timp.

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

i) După natura elementului de execuţie: relee cu contacte şi relee fără contacte (statice).

Releele primare sunt conectate direct în circuitul elementului protejat. De aceea ele trebuie să aibă o constucţie robustă, pentru a suporta supracurenţii sau supratensiunile care apar în exploatare. Releele secundare sunt conectate în circuitele secundare ale transformatoarelor de măsură şi au o construcţie mai puţin robustă.

Releele directe acţionează asupra clichetului de declanşare al întrerupătoarelor, adică ele joacă rolul bobinei de declanşare. De acea mecanismul lor trebuie să efectueze un lucru mecanic relativ mare. Releele indirecte efectuează un lucru mecanic redus, deoarece ele acţionează numai asupra unor contacte intermediare, prin care se închid circuitele bobinelor de declanşare ale întrerupătoarelor.

Cele mai simple relee sunt releele prmare cu acţiune directă (fig. 5-8) Ele se folosesc numai pentru protecţia motoarelor electrice de mică putere.

Atunci când curentul prin bobina 1 depăşeşte o anumită valoare, miezul de oţel 2 este atras ăn interior , pârghia 3 se roteşte, iar tirantul 4 acţionează asupra pârghiei 5, care eliberează clichetul de blocare, astfel încât întrerupătoruldeclanşează sub acţiunea resortului 6.

Cele mai perfecţionate relee sunt releele secundare cu acţiune indirectă.Ele se folosesc în mod curent în instalaţiile electrice de mare putere.Curentul operativ necesar pentru circuitul bobinei de declanşare a întrerupătorului se obţine fie prin intermediul unui transformator special de curent, fie de la o sursă separată de curent continu (fig. 5-9).

Atunci când curentul primar şi implicit cel secundar al trasformatorului 1 depăşesc o anumită valoare, bobina 2 atrage miezul de oţel şi închide contactul releului; în acest fel se închide circuitul operativ alimentat de la sursa de curent continu şi bobina de eclanşare 3 deblochează clichetul; o dată cu declanşarea întrerupătorului se deschide contactul auxiliar 4 al întrerupătorului, stfel îcât circuitul operativ rămâne şi el deschis.

Calitatea unui releu, indiferent de tipul său, poate fi apreciată după siguranţa funcţionării contactelor, puterea absobită de bobine, stabilitatea termică şi electomagnetică, eroarea cu care acţionează, timpul minim de revenire a mecanismelor şi coeficientul de revenire.

3

Stabilitatea dinamică este determinată de curentul maxim de şoc pe care-l suportă releul fără ca forţele electomagnetice să-i provoace defecţiuni mecanice.

Stabilitatea termică este determinată de curentul maxim de durata (1 sau 5 s ) pe care-l suportă releul fără ca temperatura bubinei să depăşească volorile admisibile.

Eroarea unui releu este dată în procente faţă de valoarea mărimii de acţionare(curentul de acţionare a releului I sau tensiunea de acţionare a releului U ) înscrisă pe plăcuţa releului. Cu cât această eroare este mai mică, cu atât sensibilitatea releului este mai mare.

Timpul minim de revenire a mecanismelor releului în poziţia iniţială trebuie să fie cât mai mic, pentru ca sietemul de protecţie să fie pregătit să acţioneze corect la un nou defect care ar putea să intervină.

Coeficientul de revenire a releului Krev se exprimă prin raportul dintre curentul de revenire (valoarea limită pentru care revine în poziţia iniţială) şi curentul de acţionare a releului.

Coeficientul de revenire are valori subunitare la releele maximale şi supraunitare la releele minimale. Cu cât coeficientul de revenire este mai apropiat de uitate, cu atât calitatea releului este mai bună.

1.2.Caracteristicile releelor

Principalele caracteristici ale releelor sunt: caracteristica intrare-ieşire şi caracteristica de timp.

Ca pentru orice dispozitiv, prin caracteristica intrare-ieşire se întelege funcţia x = f(x ), unde x este mărimea de intrare, iar x mărimea de ieşire.

Caracteristica intrare-ieşire a releelor este o caracteristică discontinuă (anexa 1, fig. 2) până la o anumită valoare a mărimii de intrare numită valoare de acţionare x , valoarea mărimii de ieşire este egală cu zero în cazul releelor cu contacte şi cu x =0 în cazul releelor fără contacte. Pentru x = x , valoarea mărimii de ieşire se modifică brusc la valoarea x şi ramâne practic constantă dacă mărimea de intrare continuă să crească. La micşorarea mărimii de intrare, mărimea de iesire rămâne la valoarea x pâna la x  = x

, când se modifică brusc la valoarea zero sau x =0. Valoarea x se numeste valoare de revenire . La releele cu contact normal închis, pentru x  < x , x  = x şi x =0 pentru x > x , iar la micşorarea mărimii de intrare, revenirea la starea iniţială are loc pentru x  = x

> x . Se defineste factorul de revenire , prin raportul dintre valoarea de revenire şi

valoarea de acţionare:

. Valoarea acestuia este subunitară la releele maximale şi supraunitară la cele

minimale. Calitatea releelor este cu atât mai bună cu cât valoarea factorului de revenire este mai apropiată de unitate.

4

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

, unde Pc este puterea comandată de contactele releului (puterea de rupere,

capacitatea de rupere), iar Pa este puterea de acţionare (puterea consumată). Prin timp propriu de acţionare a releelor se întelege intervalul de timp de la

aplicarea mărimii de intrare şi momentul închiderii sau deschiderii depline a contactelor.

TIPURI DE RELEE

2.1.Relee electromecanice

Sfera de aplicabilitate a acestor relee a început să se reducă substantial, ca urmare a progreselor realizate în domeniul releelor statice.

Cele mai simple relee electromecanice constau dintr-un dispozitiv care produce forţa sau cuplul activ, un element care produce cuplul rezistent şi unul sau mai multe elemente de execuţie (contacte electrice). După natura dispozitivului pentru producerea forţei sau a cuplului activ, deosebim: relee electromagnetice, magnetoelectrice, de inductie, electrodinamice, termice, cu contact reed. În continuare se prezintă câteva dintre cele mai utilizate.

Releele electromagnetice sunt aparate de protecţie care asigură protecţia la curenţi de scurtcircuit sau la scăderea tensiunii cu acţiune instantanee sau temporizată.

Releele electromagnetice pot funcţiona atât în curent continu cât ăi în curent alternativ.

Ele pot fi relee electromagnetice de curent şi 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 şi dintr-un sistem mobil format din armătura de fier, fixată pe un ax prevăzut cu un resort spiral, care asigură cuplul antagonisz.

Releul electromagnetic de timp (RT) este constituit dintr-un electromagnet şi un miez de fier, solidar cu şurubul fără sfârşit.

Releul electromagnetic de semnalizare (RdS) are drept scop să semnalizeze dacă protecţia unui anumit circuit a acţionat.

Releul electromagnetic intermediar (RI) este folosit pentru a se evita trecerea curenţilor mari prin contactele sensibile ale releelor obişnuite(cum sunt curenţii bobinelor de aclanşare a întrerupătoarelor) .

Releele electromagnetice sunt constituite din electromagneţi la care atunci când curentul prin bobină depăşeşte o anumită valoare este atrasă armătura mobilă aceasta acţionând asupra unor contacte electrice, deci funcţionarea releelor electromagnetice se bazează pe forţa de atracţie a elecromagnetului (anexa 2, fig 3.).

5

Releele termice

La baza funcţionării releelor termice stă modificarea proprietăţilor fizice ale corpurilor datorită încălzirii. Cel mai simplu releu termic constă dintr-un tub de sticlă închis, prevazut cu doi electrozi, în interiorul tubului găsindu-se mercur. Închiderea contactului are loc ca urmare a dilataţiei mercurului, în momentul în care nivelul mercurului aduce în contact electric cei doi electrozi.

Cele mai răspândite relee termice sunt releele cu bimetal. După modul în care se realizează încălzirea bimetalului se deosebesc relee cu încălzire

directă, indirectă şi mixtă. La cele cu încălzire directă curentul electric trece prin bimetal, iar la cele cu încălzire indirectă bimetalul este încălzit de la un rezistor, prin care trece curentul electric. Releele termice sunt utilizate, în special, la protecţia motoarelor electrice împotriva supracurentilor de durată.

Relee statice

Aceste relee se utilizează când este necesară o viteză de comutare ridicată şi o durată de funcţionare mare. Nu au piese mecanice în miscare, elementul de execuţie fiind realizat cu tranzistoare, tiristoare sau triace. Realizează o izolare galvanică între circuitul de comandă şi circuitul de comutare. Pentru aceasta pot fi utilizate transformatoare de separare, optocuploare sau relee reed. Supratensiunile sunt reduse, datorită principiului de funcţionare, curenţii şi tensiunile trec periodic prin zero. Au un consum redus de energie şi pot fi cuplate cu circuite integrate.

Schema de principiu a unui releu static este dată în anexa 5, figura 9. Dispozitivul optocuplor este compus în dioda LED, D2 şi fototranzistorul T1,

încapsulate ermetic. În serie cu dioda D2, sunt conectate rezistenţa R1 pentru limitarea curentului şi dioda de protectie D1, pentru protecţia la polarizări inverse. Un curent mic, (circa 1 mA) pentru LED este suficient pentru a comanda releul static; circuitul comandat (T2, T3, etc.) este alimentat separat, prin sursâ de putere. Intrarea releului este compatibilă cu circuitele TTL, (Uc  = 5 V). Comutarea sarcinii în circuitul de ieşire este asigurată de triacul T4 sau de două tiristoare conectate antiparalel.

În paralel cu ieşirea releului este conectat un circuit RC (R6, C1) care permite comutarea sarcinilor inductive şi atenuează tensiunile tranzitorii.

Când se aplică tensiunea de comandă Uc, se amorsează tiristorul auxiliar, T3, acesta asigură la rândul său amorsarea triacului, T4 şi deci aplicarea tensiunii pe sarcină. După întreruperea tensiunii de comandă, curentul continuă să treacă prin sarcină, până la trecerea prin zero a tensiunii de reţea. În continuare triacul T4 rămâne blocat, până la aplicarea unei noi comenzi.

Triacul T4 se amorsează numai la trecerea prin zero a tensiunii de reţea şi conduce un numar întreg de semiperioade. În absenţa tensiunii de comandă Uc , fototranzistorul T1 este blocat. Tranzistorul T2 este în conducţie şi circuitul nu mai poate furniza curentul de poartă necesar amorsării tiristorului T3 . În această situaţie triacul T4 este blocat şi deci sarcina nu primeşte tensiune de la reţea.

La aplicarea tensiunii de comandă pot apărea două situaţii corespunzătoare momentului care se aplică în raport cu un timp t . Acest timp reprezintă momentul deschiderii fototranzistorului T1, care este alimentat cu tensiunea redresată dublă

6

alternantă; este de valoare mica în raport cu perioada tensiunii de reţea conform caracteristicii statice i = f(V , i ).

Cele doua situatii sunt: a)  daca tensiunea de comanda se aplica înainte de momentul t , ca urmare a

deschiderii fototranzistorului T1, scade curentul de bază al tranzistorului T2 până la blocarea acestuia. Se amorsează tiristorul T3 şi triacul T4 . Conducţia acestora continuă până în momentul trecerii prin zero a semialternantei tensiunii de reţea corespunzătoare încetării tensiunii de comandă.

b)  dacă tensiunea de comandă se aplică după momentul t , tranzistorul T2 continuă să se afle în conducţie, deoarece curentul de bază are valori mai mari, ca urmare a creşterii tensiunii de alimentare, Ec .

În această situaţie circuitul nu mai poate furniza curentul de poartă necesar pentru amorsarea tiristorului T3, acesta rămâne blocat ca şi triacul T4 până la terminarea semialternanţei tensiunii de alimentare.

Dacă comanda persistă, dispozitivele T3 şi T4 se deschid la începutul semialternanţei următoare ca la punctul a.

În concluzie, dacă tensiunea de alimentare se aplică mai târziu de momentul t deschiderea releului static se produce cu o întârziere, care se poate apropia de durata unei semiperioade, a tensiunii de alimentare.

În comparaţie cu releele electromecanice, releele statice sunt mult mai robuste. Durata de viată a releelor statice este mult mai mare, deoarece în timpul funcţionarii lor nu apar arcuri electrice, ca la releele electromecanice. În plus, absenţa acestor arcuri electrice, nu mai creează probleme de interferenţe cu alte instalaţii învecinate.

Releele statice pot comanda sarcini rezistive sau inductive. În cazul sarcinilor rezistive, curentul comutat creşte sinusoidal, de la zero. Deci regimul tranzitoriu este redus la minim. Această calitate se menţine şi dacă sarcina este constituită din lămpi de iluminat cu filament. În această situaţie curentul iniţial este de 5 ori mai mare decât valoarea de regim permanent faţă de o creştere de 11 ori pentru alte tipuri de relee sau comutatoare.

Sarcinile inductive, comandate de releele statice, sunt de mai multe tipuri: a) Transformatoare - când este conectat un transformator apare un supracurent, a

cărui valoare depinde de defazajul dintre tensiune şi curent, şi de structura circuitului magnetic. Această valoare poate fi de 50 ori mai mare decât cea de regim permanent. Deşi acest curent scade într-un timp foarte scurt, trebuie ţinut seama de el la dimensionarea releului static.

b) Dispozitive acţionate magnetic - acestea sunt reprezentate de contactoare, ventile magnetice, cuplaje magnetice, etc. În cazul acestor sarcini supracurentul iniţial nu depinde de defazajul dintre curent şi tensiune. În plus, valoarea supracurentului iniţial este substanţial mai mică decât în cazul transformatoarelor şi se amortizează în câteva semiperioade. De exemplu, în cazul contactoarelor, acest supracurent este de 6 ori mai mare faţă de valoarea de regim permanent. Din acest motiv şi problemele de dimensionare a releului static sunt mai uşoare.

În schimb, contactele mecanice ale sarcinii provoacă regimuri tranzitorii care pot afecta buna funcţionare a releului static. Pentru diminuarea regimului tranzitoriu se conectează un circuit RC pe sarcină.

7

c) Motoare - supracurentul care apare la pornirea motorului este determinat de defazajul curentului şi sarcina la ax; are o durată considerabil mai mare decât în cazul celorlalte cazuri inductive.

Pentru dimensionarea releelor statice trebuie tinut seama de mai multi factori: tipul motorului, numărul de faze, sistemul de conectare, condiţiile de funcţionare.

De exemplu pentru un motor trifazat sunt posibile 2 moduri de conectare. Pentru un motor fără 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 acţionează cu o anumită întârziere, obtinută cu un element de temporizare.

Releele de timp electronice, prin posibilităţile lor de miniaturizare şi a gradului lor ridicat de fiabilitate sunt din ce în ce mai mult utilizate în echipamentele profesionale. În acest fel, ele înlocuiesc vechile tipuri de relee de timp: mecanice, pneumatice, hidraulice etc.

După principiul care stă la baza funcţionarii lor, deosebim două mari clase de relee electronice de timp: analogice şi digitale.

În varianta analogică, releele electronice de timp au structura din anexa 6, fig 12. Elementul de temporizare ET se dispune de regula între circuitul de intrare I şi

detectorul de polaritate DP. Relee de timp analogice cu tranzistoare - releele de timp analogice funcţionează

pe baza încărcării sau descărcării unui condensator printr-o rezistenţă. În cazul releului de timp tranzistorizat (anexa 6, fig 13), pentru poziţia 1 a contactului K, tranzistorul T este blocat. La trecerea pe pozitia 2 tranzistorul trece în conducţie, iar timpul de conducţie al tranzistorului, şi deci temporizarea releului, este determinat de timpul de descărcare al condensatorului C prin rezistenţa R. Constanta de timp poate fi modificată în limitele a câtorva zeci de secunde prin modificarea componentelor R si C.

Pentru mărirea temporizării se construiesc relee cu integrator Miller (anexa 7, fig 14.). Pentru K închis, T1 şi T2 se blochează, T3 intră în saturaţie, releul anclansează, iar C se încarcă prin R1 la tensiunea Ec . La deschiderea contactului K începe temporizarea. Plasarea condensatorului între ieşirea inversorului format de T1 şi T2 şi intrarea sa determină scăderea liniară a tensiunii în colectorul lui T2, montajul integrând tensiunea de alimentare aplicată pe intrare prin R. Când tensiunea în colectorul lui T2 atinge valoarea de saturaţie, T3 se blochează. Datorită grupului R2, D1 care introduce o reacţie pozitivă 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 funcţii de temporizări sau oscilaţii libere. Toate aceste aplicaţii au la bază acelaşi principiu: încărcarea şi descărcarea controlată a unui condensator extern. Descrierea circuitului se face pe baza schemei logice echivalente (anexa 7, fig 15.). Pentru explicarea funcţionării se va utiliza o logica pozitivă (1 pentru high şi 0 pentru low ).

Blocul central de care depinde funcţionarea circuitului integral este un circuit basculant bistabil (CBB), de tip RS, a cărui ieşire Q atacă etajul final de ieşire şi tranzistorul T2 de descărcare a condensatorului de temporizare exterior circuitului.

8

Etajul de ieşire este inversor. În absenţa comenzilor la intrare, bistabilul este în starea 0, deci ieşirea este în starea 1. Tranzistorul de descarcare este blocat. Când  = 1, ieşirea este în starea zero, iar tranzistorul T2 se deschide, putând prelua curentul de descărcare al condensatorului.

Circuitul bistabil are 2 intrări obişnuite S, R şi o intrare specială, de forţare r. Stările acestui circuit sunt date de tabelul de adevăr. Qn reprezintă starea iniţială, iar Qn+1 starea finală.

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 către semnale aplicate la intrarea ALO

(aducere la zero), prin intermediul tranzistorul T1. Pentru r = 0 se conectează ALO la o tensiune mai mare de 1 V, iar pentru r = 1 se conecteaza ALO la o tensiune mai mica de 0,4 V.

Intrarile R şi S sunt comandate de catre comparatoarele SUS şi JOS . Acestea compară tensiunea aplicată lor din exterior pe una din intrări cu nivele de tensiune 0,66 E, respectiv 0,33 E, unde E este tensiunea de alimentare a circuitului. În raport cu mărimile de intrare, U  PRAG SUS  (U  PS ) şi U  PRAG JOS  (U  PJ ), circuitul bistabil va avea urmatoarele stări:

U  PJ  < 0,33 E  ®  S = 1  ®  Q = 1, U  PJ  > 0,33 E  ®  S = 0, U  PS  < 0,66 E  ®  R = 0, U  PS  > 0,66 E  ®  R = 1  ®  Q = 0. Pentru realizarea unui releu de timp se conectează circuitul integrat ca în anexa 8,

fig 16. Comutatorul K este în pozitie normal închisă, asigurând descărcarea

condensatorului. Prin deschiderea lui K se iniţiază temporizarea. În acest moment, condensatorul C este descărcat, iar tensiunea de ieşire U0 este aproximativ E. În această situaţie, releul este acţionat.

Tensiunea pe condensatorul C începe să crească de la zero şi tinde către E. După un timp t ea ajunge egală cu 0,66E. Acum schema basculează, tensiunea de ieşire devine 0 şi releul este actionat.

Valoarea duratei t este dată de relaţia: t  = 1,1 RC Releul rămâne acţionat cât timp este deschis K. Prin închiderea lui K, releul nu

mai este acţionat, schema fiind pregatită pentru un nou ciclu. Pentru obtinerea unor timpi mari trebuie mărite R şi C. Mărirea valorii lui C

conduce la utilizarea condensatoarelor electrolitice. Pentru a se asigura încărcarea lor cu un curent de 10 ori mai mare decât curentul de fugă, valoarea maximă a rezistentei este Rmax  = 500 k W . Dacă nu se utilizează condensatoare electrolitice Rmax  = 10 M W . În acest caz limitarea este determinată de necesitatea de a asigura curentul minim de declanşare a comparatorului SUS .

9

Relee de timp digitale - releele de timp digitale funcţionează pe baza numărării unor impulsuri (anexa 8, fig 17.). Schema emite un semnal când numărul de impulsuri atinge o valoare predeterminată, stabilită prin configuraţia decodorului.

Reglajul timpului se poate face în două moduri: - prin modificarea frecventei bazei de timp; - prin modificarea decodării semnalelor de la ieşirea numărătorului. Releele de timp digitale permit, fără probleme, sub un volum redus, obţinerea

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 formează împreună cu etajul de intrare un oscilator de înaltă frecvenţă.

Prin apropierea unei piese metalice standard de o bobină, oscilaţiile se amortizează şi mărimile de ieşire sunt comutate. Stările logice ale ieşirilor sunt date de tabelul de adevăr.

Tabelul de adevăr

Oscilator Q

neamortizat 1 0

amortizat 0 1

Comutatorul este prevăzut cu 2 posibilităţi de reglaj: reglajul distanţei la care se produce amortizarea şi reglajul histerezisului. În acest scop se conectează terminalele corespunzătoare la masa montajului prin intermediul unor potenţiometre.

2.4.Relee fotoelectrice

Releele fotoelectrice semnalizează sau comandă când iluminarea unui dispozitiv fotosensibil depăşeşte nivelul stabilit.

Dispozitive fotosensibile

Fotorezistenţa - este dispozitivul cel mai sensibil, ieftin, dar cu răspuns foarte lent. Se realizează mai ales din compusi ai cadmiului (CdS). Fotodioda - este cea mai rapidă, puţin mai scumpă, cu sensibilitate slabă. Este mai sensibilă la radiaţii infraroşii, cu lungimea de undă mai mare la diodele cu germaniu decât la cele cu siliciu. Fototranzistorul - este mai rapid, cel mai sensibil, dar cel mai scump. Este sensibil mai ales la radiaţii infraroşii şi vizibile. Elementul fotovoltaic - (bateria solară, fotocelula), este mai scump, mai lent, cu spectru de sensibilitate mai ales în domeniul ultraviolet (radiaţie cu energie mai înaltă). Se fabrică din seleniu sau siliciu. Fototiristorul - este mai lent şi mai scump decât fototranzistorul, dar poate comanda dispozitive de putere (până la 50 A).

10

Sursele de lumină - pot fi: lumină solară, becurile cu incandescenţa, tuburile cu descărcări în gaze, tuburile fluorescente sau diodele electro-luminiscente LED. Se produc LEDuri cu radiaţie roşie, galbenă, verde sau infraroşie, din siliciu, GaAs sau GaPAs. LED-ul este mai scump decât un bec de mică putere dar este un dispozitiv cu răspuns foarte rapid şi cu radiaţie cu spectru îngust. În ultimii ani s-au construit şi diode laser, care emit radiaţie monocromatică puternică, concentrată într-un fascicol foarte îngust. Optocuplorul - înglobează un LED şi un dispozitiv fotosensibil (de obicei fototranzistor) într-o capsulă opacă, cu sau fără posibilitatea obturării luminii între ele. Este un dispozitiv modern de comandă cu izolare galvanică, cu răspuns rapid, în prezent mai ieftin decât transformatorul de impulsuri.

Relee fotoelectrice pentru utilizări industriale

Circuit pentru citirea benzilor perforate sau cartelelor perforate - se poate realiza cu o fotocelula sau o fotodioda şi un trigger Schmitt, cu un răspuns suficient de bun pentru a permite o citire rapidă. În lipsa iluminarii, elementul fotosensibil are rezistenţă mare. La iluminare circuitul basculează.

Schema poate fi realizată şi cu un fototranzistor care să comande direct un circuit integrat logic SINU.

PRINCIPII DE FUNCŢINARE ALE RELEELOR.

Funcţionarea releelor electromagnetice de curent. La trecerea unui curent prin bobina electromagnetică (1) aceasta dă naştere la un câmp magnetic careproduce o forţă de atracţie asupra armături (2) astfel armătura oxcileazăîn jurul punctului (0) împreună cu contactul mobil(cm) care la sfârşitulcursei atinge un contact fix(cf) şi închide astfel circuitul de declanşare.Deoarece releul trebuie să funcţioneze numai atunci când este depăşită o anumită valoare a curentului armătura este ţinută într-o poziţie de repaus cu ajutorul arcului(3) care produce o forţă deatracţie opusă forţei de atracţie a electromagnetului.in dată ce forţa electromagnetului depăşeşte forţa arcului armătura este atrasă şi cele două contacte se ating.

Funcţionarea releului termic cu bimetalLa aplicarea unui curent acesta încălzeşte lamelele bimetalului(1) producând

dilatarea acestora şi deplasarea tijei metalice izolante(2). Sub acţiunea resortului(4) sistemul bimetalic îşi schimbă poziţia închizânduse astfel contactul(6) şi deschizânduse contactul(5). După răcirea bimetalului prin apăsarea butonului(7) prin lamelele(8-9) sistemul revine la poziţia iniţială

Releul electromagnetic de curent maxim (RC)Atunci când bobinele sunt parcurse de curent, armătura tinde să cuprindă fluxul

maxim, iar contactul mobil se apropie de contactele fixe, pentru a le în chide. Cuplul antagonist al resortului poate fi reglat cu ajutorul pârghiei, astfel încât închiderea contactelor, adică acţionarea releului, să aibă loc atunci când bobinele sunt parcurse de un curent de o anumită valoare indicată pe cadran.

Releul electromagnetic de timp (RT)

11

Când electromagnetul este excitat (prin bobină trece curentul de acţionare), şurubul se deplasează spre dreapta şi pune în mişcare un echipaj mobil, prevăzut cu un mecanism de ceasornic,astfel: şurubul roteşte roata dinţată, solidară cu piesa, care acţionează resortul şi transmite mişcarea axului, pe care se fixează roata, agrenată cu mecanismul de ceasornic. Axul se roteşte cu viteză uniformă, până când lama ajunge la opritor, iar contactul mobil atinge contactul de sfârşitde cursă şi circuitul operativ al releului se închide.Când curentul din bobina electromagnetului se întrerupe, miezul de fier solidar cu şurubul fără sfârşit se deplasează spre stânga, sub acţiunea resortului şi întregul echipaj mobil revine brusc în poziţia iniţială, pânp când cama se sprijină pe lamă.

Releul electromagnetic de timp (RT)Când electromagnetul este excitat (prin bobină trce curentul de acţionare), şurubul

se deplasează spre dreapta şi pune în mişcare un echipaj mobil, prevăzut cu un mecanism de ceasornic,astfel: şurubul roteşte roara dinţatp, solidară cu piesa, care acţionează resortul şi transmite mişcarea axului, pe care se fixează roata, agrenată cu mecanismul de ceasornic. Axul se roteşte cu viteză uniformă, până când lama ajunge la opritor, iar contactul mobil atinge contactul de sfârşitde cursă şi circuitul operativ al releului se închide.Când curentul din bobina electromagnetului se întrerupe, miezul de fier solidar cu şurubul fără sfârşit se deplasează spre stânga, sub acţiunea resortului şi întregul echipaj mobil revine brusc în poziţia iniţială, pânp când cama se sprijină pe lamă.

Releul electromagnetic de semnalizare (RdS).Rreleele de protecţie sunt prevăzute cu contacte auxiliare, care se închid în momentul acţionării, astfel încât bobina releului de semnalizare este parcursă de curent, iar armătura este atrasă, învingând rezistenţa resortului şi eliberând steguleţul, care se roteşte 90 O dată cu căderea steguleţului, lama de contact ajunge ăn dreptul contactelor, prin care se închide circuitul de semnalizare acustică sau luminoasă. Căderea steguleţului este observată prinr-un vizor de sticlă deasupra căruia este situat butonul, cu ajutorul căruia se readuce (manual) steguleţul în poziţia iniţială.

Releul electromagnetic intermediar (RI).Releul intermediar se introduce în circuitul operativ al releelor obişnuite şi are timpul de acţionare de ordinul sutimilor de secundă, stfel încât el nu influenşează decât foarte puţin timpul total de acţionare a protecţiei.Circuitul operativ al releului obişnuit alimentează bobina a electromagnetului , astfel încât armătura, fiind atrasă, îchide contactele din circuitul bobinei de acţionare. După întreruperea curentului în bobină armătura revine în starea iniţială sub acţiunea resortului.

SISTEME DE PROTECŢIE PRIN RELEE

Instalaţia de protecţie prin relee este formata din totalitatea aparatelor şi dispozitivelor destinate să asigure deconectarea automată a instalaţiei în cazul apariţiei regimului anormal de funcţionare sau de avarie (defect), periculos pentru instalaţia electrică: În cazul regimurilor anormale care nu prezintă pericol imediat, protecţia semnalizează numai apariţia regimului anormal.

Deconectarea instalaţie electrice se efectuează de către întrerupătoare, care primesc comanda de declanşare de la instalaţia de protecţie. Se realizează separarea părţii

12

cu defect de restul instalaţiei (sistemului) electrice, urmărindu-se prin aceasta:-limitarea dezvoltării defectului, ce se poate transforma într-o avarie la nivelul sistemului:-preîntampinarea distrugerii instalaţiei în care a apărut defectul:-restabilirea regimului normal de funcţionare, asigurând continuitatea în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor.

PROTECTIA DE CURENT

Se 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 acţionează atunci cand curentul din circuitul protejat depaşeşte 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 şi curentul nominal al releului se aleg in funcţie de curentul de actionare al releului.

Curentul nominal al releului se alege astfel încât curentul de actionare determinat prin calcul sa poata fi reglat şi sa indeplinească condiţia de sensibiltate.

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

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

PROTECŢIA DE TENSIUNE

Protecţiile 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 utilizează în 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 minimă tensiune este asigurata de bobinele contactoarelor sau de declanşatoarele de minima tensiune ale întreruptoarelor automate.

Protectiile minimale de tensiune nu sunt selective, la un scurtcircuit scăderea tensiunii fiind resimtită si in exteriorul instalaţie in care a apărut defectul.

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

In general coeficientul de revenire , este definit ca raportul intre valoarea mărimii de revenire a releului şi valoarea mărimii de actionare.

PROTECTIA DE DISTANŢĂ

13

Protectiile de distanta se realizeaza cu relee de impedanţa, care acţioneaza la micşorarea impedantei circuitului protejat. Releele de impedanta funcţioneaza pe principiul balanţei, 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 protecţii reglajele de timp se stabilesc in functie de impedanta pana la locul defectului, permiţand acţionarea 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 şi 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 şi altele.

La proiectarea instalaţiilor de protecţie prin relee, se vor prevedea protecţii de baza şi protectii de rezerva care trebuie sa functioneze in cazul nefunctionarii

Principalele sisteme de protecţie folosite în centale şi staţii sunt:--protecţia maximală de curent şi minimală de tensiune;--protecţia diferenţială de curent sau de fază;--protecţia de distanţă sau de impedanţă;--protecţia direcţională de putere.Principiile de funcţionare a sistemelor de protecţie şi aplicaţiile acestor sisteme la

diferite elemente ale sistemelor electrice: linii, transformatoare, generatoare şi motoare.a)Protecţia maximală de curent.Aparatele principale de protecţie sunt releele maximale de curent, de cele mai

multe ori relee secundare, care acţionează atunci când curentul din elementul protejat creşte peste o anumită valoare maximă admisă.

Schemele de conexiune ale releelor maximale de curent şi ale transformatoarelor de curent se realizează în două variante principale.

Prima variantă, a, cu teri transformatoare şicu trei relee, acţionează la ori ce fel de scurtcircuit (trfazat, bifazat sau monofazat) şi este folosită la protecţia liniilor din reţelele cu neutrul legat direct la pământ.

Varianta a doua, b, cu două transformatoare şi două relee, este folosită la protecţia liniilor din reţele cu neutrul izolat şi acţionează numai în cazul scurtcircutelor trifazate sau bifazate.

Protecţia minimală de tensiune se realizează cu rele de minimă tensiune, care îşi închid contactele atunci când tensiunea scade sub o anumită valoare reglată.

b)Protecţia diferenţială de curent.Prin protecţie diferenţială se denumeşte protecţia care acţionează în funcţie de

diferenţa a două mărimi. Mărimile care se compară între ele pot fi: curenţii, fazele curenţilor sau fazele tensiunilor la capetele elementului protejat(linie, generator )

La realizarea protecţiei diferenţiale de curent trebuie să se ţină seama că există întotdeauna un curent de dezechilibru care circulă prin releu, chiar şi în cazul regimului normal, când curenţii I şi I din capetele echipamentului protejat sunt egali. Curentul de dezechilibru apare ca urmare a faptului că transformatoarele de curent se construiesc cu anumite erori, deci rapoartele lor de transformare nu sunt perfect egale. Din acestă cauză

14

este necesar ca releul mazimal de curent să fie reglat pentru a acţiona numai atunci când este parcurs de un curent I mai mare decât curentul de dezechilibru, I adică:

I > I .Curentul de dezechilibru nu este constant, ci variază proporţional cu valoarea

curentului primar al transformatoarelor de curent dacă acestea funcţionează în zona saturată a circuitului magnetic. În cazul când se produce un scurtcircuit în afara zonei protejate, la care protecţia nu trebuie să acţioneze, este posibil ca valoarea curentului de dezechilibru să crească peste valoarea curentului de acţionare a releului. Curentul de dezechilibru capătă valori maxime atunci când circuitul primar este parcurs de curentul maxim de scurtcircuit în care este inclusă şi componenta tranzitorie.

Pentru a micşora valoarea curentului de dezechilibru se pot utiliza două metode principial diferite.

Prima metodă constă în utilizarea transformatoarelor de curent al căror circuit magnetic nu se saturează în cazul creşterii curentului primar până la valoarea de scurtcircuit.

A doua metodă constă în utilizarea unui transformator de curent intermediar, cu saturaţie rapidă a circuitului magnetic TSR. Curentul de dezechilibru determinat de curentul de scurtcircuit provoacă saturaţia rapidă a transformatorului intermediar şi ca urmare curentul secundar este influenţat foarte puţin de curentul de dezechilibru menţionat. În aceste condiţii se poate mări sensibilitatea protecţiei, deoarece se poate alege curentul de acţionare a protecţiei mai mare decât curentul de dezechilibru, deci mult mai mic decât curentul de defect.

În cazul protecţiei diferenţiale de fază, se compară fazele curenţilor de la cele două capete ale liniilor. Protecţia acţionează atunci când defazajele curenţilor de la cele două capete ale liniei faţă de tensiunile respective sunt de semne contrare; aceasta corespunde cazului când curenţii la cele două capete sunt de sens opus, ca urmare a faptului că ei circulă dinspre capetele linii spre locul de defect.

c) Protecţia la distanţă. Protecţia la distanţă sau de impedanţă acţionează în funcţie de distanţa de la

locul instalării dispozitivelor de protecţie până la locul scurtcircuitului. Releele de impedanţă se conectează în circuitele secundare ale

transformatoarelor de curent şi ale transformatoarelor de tensiune. După felul cum se face conectarea releelor, la tensiunile pe fază sau la tensiunile între faze, ele acţionează la scurtcircuite monofazate sau la scurtcircuite între faze.

Pentru ca aceleaşi relee de impedanţă să servească atât la protecţia împotriva scurtcircuitelor monofazate, cât şi împotriva scurtcircuitelor între faze, se poate utiliza un releu intermediar, care să comute releele la tensiunea pe fază sau la tensiunile între faze, după natura defectului.

Releele de impedanţă 1 sunt alimentate în mod normal cu tensiunile între faze. În cazul unui scurtcircuit monofazat acţionează releul maximal de curent 2 (prin care trece curentul homopolar) şi pune în funcţiune releul intermediar 3; acesta comută legăturile releelor de la tensiunile între faze la tensiunile pe faze.

15

ANEXE

Fig 1. Schema de bază a unui releuParti componente:

I-element de intrareK- element comparatorE- element de execuţie

Fig 2.Caracteristica intrare-ieşire a releelorParţi componente:x - valoare de acţionarex - mărimea de intrarex - mărimea de ieşirex - valoare de revenire

16

Fig 3. Schema de principiu a unui releu electromagneticPărţi componente

1- resort (arc)2- armătură mobilăI- bobină electromagneticăK1-contact fixK2-contact mobil

Fig 4.Schema de principiu a unui releu reed

17

Fig 5. Schema de principiu a unui detector de amplitudineT- tranzistorU- tensiuneDZ-doida Zener

Fig 6. Schema de principiu a unui discriminator de tensiuneAO- amplificatoare operaţionaleD1,D2,D3,D4-diodeR1,R2,R3,R4-relee

18

Fig 7.Detector de fază

Fig 8.a.

Fig 8.b.

Fig 8. a şi b Schema bloc a unui detector sensibil la fază

19

Fig 9. Schema de principiu a unui releu staticD1,D2-diodeR – rezistenţeT1 - fototranzistorT2 - tranzistorT3 - tiristor auxiliarT4 - triacUc -tensiune de comandăEc -tensiune de alimentare

Fig 10.Motor trifazat fără punct neutruFig 11.Motor trifazat cu punct neutru

20

Fig 12.Releu electronic de timp de tip analogicI - circuit de intrareET-element de temporizareDP-detector de polaritate

Fig 13.Releu de timp analogic cu tranzistorC-condensatorR-rezistenţeT-tranzistor1-în această poziţie, tranzistorul este blocat2-tranzistorul trece în conducţie

21

Fig 14.Releu cu integrator Miller

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

22

Fig 16.Releu de timp

Fig 17.Schema de funcţionare a releelor digitale

23

BIBLIOGRAFIE

http://www.agenda-electrica.ro/docs/sb0501y.pdf

http://www.materialeelectrice.ro/produse/automatizari,-protectii,-relee,-comanda,-etc/relee-termice/moeller-(germania)--453

http://ro.wikipedia.org/wiki/%C3%8Entrerup%C4%83tor_automat

24