5. Основные параметры реле. Эксплуатационно-технические требования к реле

Электрические реле имеют следующие параметры по току (см. рис. 2.3):

ток притяжения (ток срабатывания) Iпр (Iср) – минимальный ток в обмотке реле, при котором притягивается якорь и замываются фронтовые контакты;

ток отпускания Iотп – максимальный ток в обмотке реле, при котором реле отпускает якорь, и замыкаются тыловые контакты;

рабочий ток Iр – ток перегрузки, при котором обеспечивается надежное притяжения якоря; Iр > Iпр.

Некоторые реле имеют еще два токовых параметра:

ток прямого подъема Iпрп – минимальный ток, при котором замыкаются фронтовые контакты, но не обеспечивается заданное контактное нажатие (при этом якорь еще не прикоснулся к сердечнику и возможен его дальнейший ход);

ток полного подъема Iпп – минимальный ток, при котором замыкаются фронтовые контакты и обеспечивается заданное контактное нажатие благодаря совместному движению вверх пружин О и Ф (см. рис. 2.2).

Аналогичны параметры по напряжению Uпр, Uотп, Uр, мощности Wпр, Wотп, Wр и магнитодвижущей силе (МДС) Iωпр, Iωотп, Iωр. В теории реле МДС электромагнита – это произведение тока на число витков обмотки: Iω = F = iω .

Важнейшим параметром реле является его надежность, особенно для реле железнодорожной автоматики, поскольку на этих реле строят системы, обеспечивающие безопасность движения поездов. С точки зрения надежности реле железнодорожной автоматики делят на три класса: реле I класса, которые применяют при построении схем, обеспечивающих безопасность (НМШ, НШ, НР, ДСШ, РЭЛ, ПЛ); реле II класса надежности, которые используют при построении схем, обеспечивающих безопасность с условием схемного контроля их работы (ПМШ, ПМПШ, КМШ); реле III класса надежности, которые нельзя применять при построении схем, обеспечивающих безопасность (КДР и реле связи).

Требования, которые предъявляют к реле, определяются особенностями работы систем железнодорожной автоматики: обеспечение безопасности движения поездов; длительный срок службы (20-30 лет); непрерывный характер работы (днем и ночью) в условиях интенсивного движения поездов; работа в сложных климатических условиях в различных регионах страны; строительство и ввод в эксплуатацию новых систем, в связи с чем требуется большое количество реле.

Это предъявляет к реле, и особенно к реле I класса надежности, высокие требования по надежности, безопасности и долговечности, низкой стоимости, устойчивости к температурным колебания, ударам и вибрации, хорошей технологичности при производстве и ремонтопригодности.

У реле I класса надежности с высокой степенью вероятности должно обеспечиваться отсутствие ложного замыкания фронтового контакта при выключенной обмотке (опасный отказ). Опасный отказ может привести к выполнению ответственного приказа (например, приказ на открытие светофора или перевод стрелки) без поступления соответствующей команды. В связи с этим реле I класса надежности являются реле с несимметричными отказами, у которых с помощью специальных конструктивных мероприятий достигается повышенная надежность относительно опасных отказов. Если общая надежность реле I класса (НМШ) характеризуется интенсивностью отказов λоп примерно равной 10-7 1/ч, то для опасных отказов λоп < 10-8 – 10-9 1/ч.

Опасный отказ у реле может произойти при магнитном залипании якоря из-за действия остаточного магнитного потока или в результате механического “заклинивания” якоря в притянутом положении, а также при сваривании фронтового и общего контактов или их ложного замыкания в результате деформации контактных пружин.

Чтобы бороться с этими явлениями, к реле I класса надежности предъявляют обязательные требования, которые можно называть требованиями безопасности: реле должно отпускать якорь под действием силы тяжести якоря или массивного груза на якоре. Так как сила тяжести никогда не исчезнет, отпускание якоря надежно и тем надежнее, чем больше масса якоря или груза; фронтовые и общие контакты не должны свариваться ни при каких условиях. Это достигается применением несвариваемых материалов для их изготовления. Фронтовой контакт выполняют из графито-серебряной смеси, а общий контакт – из серебра.

Если хотя бы одно из указанных двух требований не выполняется, то это реле нельзя отнести к I классу надежности. Для устранения причин опасного отказа к реле предъявляются также следующие требования:

1) магнитную схему реле следует изготавливать из магнитомягких ферромагнитных материалов, обладающих малой остаточной индукцией Br и малой коэрцитивной силой Hc (рис. 2.9). Обычно используют низкоуглеродистые электротехнические стали марок 10 880, 20 832 и др. Малое значение Br обеспечивает малый остаточный магнитный поток при выключении реле и уменьшает вероятность магнитного залипания якоря. Малое значение Hc определяет небольшую площадь петли гистерезиса и уменьшает потери на перемагничивание;

Рис. 2.9. Характеристика магнитных материалов

2) на якоре реле должен быть укреплен антимагнитный бронзовый штифт 6 (см. рис. 2.2), высота которого 0,1 – 0,3 мм гарантирует наличие небольшого воздушного зазора между якорем и сердечником при притянутом якоре. Это обеспечивает резкое уменьшение остаточного магнитного потока и исключает магнитное залипание якоря;

3) необходимо чтобы реле имело достаточно большие межконтактные расстояния (1 – 3 мм), исключающие ложное замыкание контактов вследствие изгиба контактных пружин;

4) контактные пружины следует изготавливать их материала с высоким модулем упругости, исключающим деформацию пружин в течение длительного срока службы (в основном применяют фосфористую бронзу или нейзильбер).

Указанные требования (тяжелый и массивный якорь, большие межконтактные расстояния) определяют достаточно большие размеры реле I класса надежности по сравнению с реле связи и промышленной автоматики. А это влияет на расход дефицитных материалов при их изготовлении (серебро, медь) и на стоимость реле. Термин “малогабаритное” для реле железнодорожной автоматики имеет относительный смысл, поскольку основное направление развития релейной железнодорожной техники заключается в стремлении уменьшить размеры реле с сохранением требований I класса надежности. Были разработаны реле типов НР, НШ, НМШ, РЭЛ, отвечающие изложенным требованиям. Наименьшие размеры имеют реле типа РЭЛ, выпускать которые стали в начале 80-х годов.

Основные требования, предъявляемые к реле железнодорожной автоматики и связи: устойчивая работа при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 60 °С и относительной влажности воздуха до 95%; обеспечение контактами реле не менее 107 замыканий без токовой нагрузки и не менее 3·106 замыканий в схемах с релейной нагрузкой при токе 50 мА и напряжении 24В; обеспечивающие размыкания всех тыловых контактов при замыкании хотя бы одного фронтового и наоборот; наличие противокоррозионного покрытия некоррозионно-стойких металлических деталей (реле оцинкованы или никелированы); изготовление неметаллических частей реле из негорючих материалов; закрытие реле прочным прозрачным пылевлагозащитным и пломбируемым колпаком для исключения влияния внешней среды. Срок службы реле должен быть не менее 20 лет.