Максимальная токовая защита проста по устройству, надежна и широко применяется для электрических сетей и различного силового электрооборудования (генераторов, трансформаторов, электродвигателей и др.). Селективность действия максимальных токовых защит обеспечивается различным замедлением на разных участках электрической сети тем большим, чем ближе этот участок к источнику питания. Основными параметрами максимальной токовой защиты являются ток срабатывания и выдержка времени.
Ток срабатывания /с>3 защиты выбирают с учетом наибольшего рабочего тока нагрузки 1таХ9 коэффициентов надежности Кн и возврата Къ измерительного токового реле:
Ток срабатывания реле /с р подсчитывают, вводя дополнительно коэффициенты трансформации трансформаторов тока КТ и схемы Ксх: /ср = Коэффициент надежности Кн обычно принимают равным 1,2 - 1,25. Коэффициент схемы Ксх, определяемый отношением тока в реле при симметричном режиме к вторичному току трансформатора тока, равен 1 при соединении трансформаторов тока в полную или неполную звезду и |/з при соединении трансформаторов тока в треугольник или на разность токов.
Выдержки времени двух смежных участков электрической сети должны отличаться на ступень времени At, учитывающую время отключения выключателя, погрешность реле времени и некоторый запас по времени. Для защит с независимой и с зависимой от тока выдержкой времени ступени времени соответственно выбирают от 0,35 до 0,6 и от 0,6 до 1 с.
Наиболее просто выполняются максимальные токовые защиты с реле тока прямого действия, встраиваемыми в приводы выключателей.
Реле тока мгновенного действия РТМ (рис. 29,а) имеют обмотку 4 на каркасе 3, внутрь которого вставлена латунная гильза с контрполюсом в верхней части. В гильзу заключен подвижный сердечник 7 с ударником 1, а внизу  закреплен стакан 5 с регулировочным винтом 9. Немагнитная шайба 6 предотвращает прилипание сердечника к контр полюсу после срабатывания реле. Изменять ток срабатывания реле можно ступенями, изменяя число включенных витков обмотки и плавно изменяя регулировочным винтом 9 начальное положение сердечника. При прохождении по обмотке реле тока, достаточного для его срабатывания, сердечник втягивается и ударник воздействует на отключающий механизм привода.
Реле тока с зависимой выдержкой РТВ отличаются от реле РТМ тем, что вместо стакана с регулировочным винтом у них снизу закреплен корпус 11 с механизмом 13 выдержки времени, связанный системой рычагов 12 с сердечником 7, который соединен пружиной 10 с ударником 1. При срабатывании реле сердечник 7 втягивается, сжимая пружину, усилие которой через ударник I и систему рычагов 12 передается механизму 13 выдержки времени. Через заданное время механизм выдержки времени освобождает ударник, который под действием пружины 7 выталкивается вверх и воздействует на отключающий механизм привода.
Схема защиты двухфазного исполнения с токовыми реле прямого действия КА1 и КА2 и двумя трансформаторами тока ТА1 и ТА2 показана на рис. 30. Такую защиту применяют в сетях с малыми токами замыкания на землю. В настоящее время преимущественное распространение получили защиты с реле косвенного действия, воздействующие на отключение выключателя через промежуточный элемент, которым обычно служит отключающий электромагнит привода выключателя.
Кроме того, в максимальных токовых защитах применяют измерительные электромагнитные реле мгновенного действия и многофункциональные индукционные реле с зависимой выдержкой времени. В защитах с реле мгновенного действия дополнительно используют промежуточные, времени и указательные логические реле.
Электромагнитные токовые реле РТ40 (рис. 31, а -в) имеют закрепленную на цоколе 17 фигурную алюминиевую стойку 3, на которой размещены П-образный магнитопровод 1 с обмоткой 2 и подвижная система, подвешенная на верхней цапфе 5, состоящая из якоря 15, несущего пластмассовую колодку 6 с подвижным контактом 7, и гасителя колебаний 4. На основании 8 закреплены две пары неподвижных контактов 19 с передними 20 и задними упорами, шкала 9 и узел регулировки уставок, который состоит
из стальной скобы 11, фасонного винта 21 с гайкой 22, втулкой 12 и пружинной шайбой 23 и указателя уставок 10. Противодействующая пружина 13 наружным концом связана с поводком 14, а внутренним — с втулкой 12. Упор 16 определяет исходное положение подвижной системы.
При прохождении тока по обмотке 2 создается магнитный поток, под действием которого якорь 15 притягивается к полюсам магнитопровода, стремясь повернуть подвижную систему по часовой стрелке, но этому препятствует противодействующая пружина. При увеличении тока в обмотке и достижении им определенного значения, называемого током срабатывания реле, подвижная система, преодолевая противодействие пружины, поворачивается и размыкающие (правые) контакты размыкаются, а замыкающие (левые) замыкаются. Если после срабатывания реле ток в обмотке уменьшится до определенного значения /в, называемого током воз-
врата реле, подвижная система возвратится в исходное положение: замыкающие (левые) контакты разомкнутся, а размыкающие (правые) замкнутся.
Коэффициент возврата
Кв = /в//р.
Индукционные реле тока РТ имеют индукционный воспринимающий элемент, действующий с выдержкой времени, зависимой от тока, и электромагнитный воспринимающий элемент мгновенного действия (отсечка), действующий при больших токах. Реле РТ81 - РТ86, РТ91 и РТ95 имеют одинаковое устройство, но отличаются характеристиками и числом или конструкцией контактов. Выдержка времени реле РТ91 и РТ95 в большей части характеристики не зависит от тока (зависимость сказывается только до четырехкратного тока срабатывания), причем реле РТ91 имеет только один замыкающий контакт обычного исполнения, а реле РТ95 — усиленный переключающий.
Реле РТ81 и РТ82 имеют один замыкающий контакт, а реле РТ83 и РТ86 — усиленные переключающие контакты и предназначены для работы в цепях с использованием трансформаторов тока в качестве источников оперативного тока, причем реле РТ86 снабжено дополнительным сигнальным контактом, действующим от индукционного элемента. Реле РТ83 и РТ84 имеют два замыкающих контакта (главный, работающий от электромагнитного элемента, и сигнальный, действующий от индукционного элемента).
В реле РТ80 (рис. 32, я, б) разомкнутый магнитопровод 20 с обмоткой 15 и короткозамкнутым витком 22 вместе с алюминиевым диском 21 и тормозным магнитом 36 образует индукционный воспринимающий элемент, а с ярмом 19 и якорем 10 — электромагнитный. Исполнительным элементом служат мощные контакты б и 7, что позволяет часто обходиться без промежуточных реле. Промежуточный элемент, связывающий воспринимающий и исполнительный, состоит из червяка 3, закрепленного на оси алюминиевого диска, и зубчатого сектора, вращающегося на оси, закрепленной скобой 37, и опирающегося рычагом 8 на поводок, который винтом закрепляется в нужном положении на шкале уставок времени. Ось диска находится в подшипниках 2, размещенных в рамке 33, подвижно установленной в подпятниках, расположенных в стойках 30. Угол поворота рамки 33, которая удерживается в исходном положении пружиной 29, связанной с пружинящей скобой 32, ограничивается упорным винтом 25 с гайкой 24. Для изменения положения и натяжения пружины 32 служат регулировочные винты 28 и 31.
Обмотка 15 для регулирования тока срабатывания выполнена с ответвлениями 16, выведенными на штепсельный переключатель 17. Уставка по току определяется положением штепсельных винтов 18. Питание к обмотке подается через зажимы 5. Ток срабатывания отсечки регулируют, изменяя расстояния между правым концом якоря и магнитопроводом регулировочным винтом 12 со шкалой уставок 13. Упорная пластинка 11 предотвращает самопроизвольное проворачивание регулировочного винта 12.
В реле РТ используются миниатюрные радиально-упорныс подшипники, имеющие но четыре микрошарика, находящихся во втулке, насаженной на верхний конец оси диска. Ось нижнего подпятника заточена на конус. Это способствует значительному уменьшению трения при вращении диска.
Пунктиром на рисунке показаны сигнальные контакты 38. Реле заключено в кожух с пластмассовой съемной крышкой, снабженной указателем срабатывания, и металлическим основанием.
При работе реле прохождение тока по обмотке создает магнитный поток, часть которого поступает через один участок полюса, охваченный короткозамкнутым витком, а часть - через другой участок. В короткозамкнутом витке индуктируется ток, создающий свой магнитный поток, отстающий по фазе от основного. В результате через участок полюса, охваченный короткозамкнутым витком, проходит суммарный поток, образованный при наложении потока короткозамкнутого витка на часть основного потока, созданного обмоткой реле. Этот поток сдвинут по фазе от потока смежного участка. Таким образом, между полюсами имеются два пронизывающих диск потока, сдвинутых по фазе и в пространстве, в результате чего создастся бегущее магнитное поле, под действием которого возникают сила Ft и вращающий момент, действующий на диск.
При токе в обмотке реле, равном 20 — 30 % тока срабатывания, диск начинает вращаться и на участке, находящемся между полюсами постоянного магнита 56, индуктируется ток, вследствие чего в соответствующий момент Л/2 возникает противодействующая сила Fn. Поскольку обе силы действуют в одном направлении, по одну сторону от оси вращения рамки 33, рамка стремится повернуться по часовой стрелке, но этому препятствует пружина 29.
При токе в обмотке реле, равном току срабатывания, силы Fi и Fц преодолевают силу пружины 29. Рамка 33 и алюминиевый диск смещаются по часовой стрелке, червяк 3 входит в зацепление с зубчатым сектором 1 и стальная скоба 27 притягивается к магнитопроводу, чем предупреждается случайное расцепление сектора с червяком при работе реле. Зубчатый сектор начнет подниматься вверх и, когда его рычаг S приходит в соприкосновение с коромыслом 4, коромысло поднимается, якорь поворачивается и его правый конец приближается к магиитопроводу, а через некоторое время резко притягивается к нему. При этом коромысло 4 воздействует упором 9 на подвижный контакт 7 и прижимает его к неподвижному контакту 6. Очевидно, чем больше проходящий через обмотку ток, тем быстрее вращается диск, поднимается зубчатый сектор и срабатывает реле.
Если по обмотке реле проходит очень большой ток, равный току срабатывания электромагнитного элемента или превышающий его, правая часть якоря притягивается к магнитопроводу и коромыслом 4 на левой части якоря воздействует на подвижный контакт 7, который приходит в соприкосновение с контактом.
Короткозамкнутый виток 14 в правой части якоря обеспечивает четкую работу электромагнитного элемента без вибрации якоря. При этом реле срабатьюает без выдержки времени, как бы отсекая зависимую от времени характеристику, в связи с чем электромагнитный элемент в реле РТ называют отсечкой. Ток срабатывания отсечки можно устанавливать винтом 12 от двух- до восьмикратного тока срабатывания индукционного элемента реле.
Промежуточные реле РП обычно используют в устройствах РЗА, когда требуется размножить сигнал, полученный от измерительных реле (тока, направления, мощности), и обеспечить большую мощность выходного сигнала. Поэтому они имеют большое число мощных замыкающих, размыкающих, переключающих контактов. Промежуточные реле работают на электромагнитном принципе и довольно просты по устройству. Основными их элементами являются электромагнит с подвижным якорем и группа кинематически связанных с якорем контактов.
Реле РП23 (рис. 33) имеют одну обмотку 3, размещенную на сердечнике 2, якорь неподвижные контакты 6, подвижные контакты (контактные мостики) 7, разделенные изоляционными втулками 8, возвратную пружину 5 и скобу 4, на которой закреплен сердечник. Эти реле выпускаются на напряжения постоянного тока 12, 24, 48, 110 и 220 В. Контактная система состоит из четырех замыкающих и одного размыкающего контактов.
Указательные реле РУ служат для сигнализации о действии устройств РЗА и имеют электромагнит, элементами которого являются сердечник 7 с обмоткой 8, ярмо 9 и якорь 5, возвратную пружину 6, подвижные 2 и неподвижные 1 контакты. При обтекании обмотки 8 током якорь 5 притягивается к сердечнику, флажок 4 освобождается и падает, при этом замыкаются контакты, а закрашенная поверхность флажка видна в отверстии 3 крышки.
Реле времени служат для создания выдержки времени, чем обеспечивается во многих случаях согласованная и правильная работа устройств РЗА.
В реле времени ЭВ100 (рис. 35) пружина 1 всегда находится в натянутом состоянии. При подаче напряжения на обмотку 7 якорь 6 втягивается, освобождая рычаг 5 часового механизма 4, который начинает двигаться под действием пружины 1, обеспечивая равномерное движение подвижных контактов 5, замыкающих через заданный промежуток времени контакты 2.
Цепи постоянного и переменного тока защиты двухфазного исполнения с реле максимального тока косвенного действия показаны на рис. 36,а,б. При срабатывании реле КА1 и (или) КЛ2 их контакты замкнут цепь катушки реле времени КТ, которое через заданный промежуток времени замкнет свои контакты, в результате чего сработает промежуточное реле КЩ замыкающее своими контактами цепь отключающего электромагнита YAT, соединенного последовательно с катушкой указательного реле КН и замыкающим вспомогательным контактом выключателя Q. При этом выключатель Q отключится, а его вспомогательный контакт разомкнётся и разорвет цепь отключающего электромагнита Y AT.
При использовании многофункциональных измерительных реле схема защиты упрощается, поскольку каждое из них может выполнять функции нескольких. В частности, при использовании реле РТ80 можно обойтись без промежуточного, указательного и реле времени.