Relé v ZZ

Relé, jako elektromechanické zařízení, tvoří základní prvek pro reléové závislostní obvody a pro uskutečnění dalších pomocných funkcí. Proto jsou na ně kladeny zvláštní podmínky. Na jejich správné a spolehlivé funkci závisí plně bezpečnost železničního provozu. Podle míry splnění těchto podmínek se relé dělí do tří skupin spolehlivosti, někdy také nazývané bezpečnostních tříd.

Relé 1. skupiny spolehlivosti

• U těchto relé musí být konstruována kotva jako poměrně těžká (aby spolehlivě odpadla při přerušení napájení vlastní vahou). Proto má dodatečná závaží.

• Musí mít elektricky izolované spojení pohyblivých pružin kontaktů (pro vzájemný souběh kontaktů a jejich polohy s polohou kotvy).

• Při přepínání kontaktů musí nejdřív seplé kontakty rozepnout, a teprve potom rozeplé kontakty sepnout a naopak.

• Kontakty jsou z různých materiálů (zabraňuje se tím jiskření a slepení kontaktů).

• Vinutí relé je také poměrně mohutné (musí snést trvalý jmenovitý proud).

• Musí splňovat své jmenovité hodnoty a životnost.

Relé této skupiny spolehlivosti se používají v obvodech z hlediska důležitosti bezpečnosti provozu a nemusí se žádným jiným způsobem kontrolovat jejich činnost.

Relé 2. skupiny spolehlivosti

Tato relé musí mít zajištěn souhlasný chod jednotlivých kontaktů s polohou kotvy nuceným mechanickým spojením. V případě použití v obvodech bezprostředně souvisejících s bezpečností dopravy se musí kontrolovat jejich činnost, a proto se již v moderních konstrukcích v těchto obvodech nepoužívají.

Relé 3. skupiny spolehlivosti

Relé se používají jako pomocná a nesmí se používat v obvodech důležitých z hlediska bezpečnosti funkce.

7.1 RELÉ NA STEJNOSMĚRNÝ PROUD

Princip práce relé na stejnosměrný proud: a) neutrální, b) polarizované

Princip jejich činnosti je na obrázku. Při připojení stejnosměrného proudu na svorky 1 a 2 vytvoří vinutí relé v jádře magnetický tok (vyznačen čárkovaně), který se uzavírá přes kotvu relé. Tato kotva se opírá o břit.
Vzniklý magnetický tok přitáhne kotvu k jádru. Opačný konec kotvy působí přes izolační žebříček na střední pracovní pero kontaktu, které zdvihne a spojí s horním kontaktem klidového pera. V klidu (bez proudu) spojuje relé kontakty 11 a 13 a v tzv. přitažené poloze (je-li vinutí pod napětím) kontakty 11 a 12.
Na kotvě je připevněno závaží, které zajišťuje gravitační působení, je-li relé bez proudu. Uvedené relé (na obrázku označeno a)) se nazývá neutrální, protože nezávisí na směru protékajícího proudu, tedy na polaritě připojené k vinutí.
V praxi se někdy používají relé se zpožděným odpadem. Takové relé je konstrukčně upraveno tak, že má další vinutí, které je spojeno nakrátko, nebo na vinutí je kousek měděné trubky. Indukovaná síla v tomto případě podrží relé ještě nějakou chvíli po jeho odpojení od proudu. 

V obvodech, kde je nutno rozeznat směr toku proudu, se používají relé polarizovaná. Magnetický obvod tvoří jádro propojené třmenem a kotva. V tomto obvodu je zařazen permanentní magnet, který vytváří magnetický tok znázorněný na obrázku tečkovaně. Magnetický tok buzený vinutími je vyznačen čárkovaně. Jednotlivé toky permanentního magnetu a elektromagnetu mají na jedné straně jádra stejný směr, takže se vzájemně sečtou. Vytvořená síla přeloží kotvu. Změníme-li směr proudu, sečtou se toky na druhé straně jádra a kotva se překlopí zpět.
Po odpojení proudu, na rozdíl od neutrálního relé, zůstanou kontakty v poslední poloze, protože je přidrží síla toku permanentního magnetu.

V zapojení ATB se používají relé kombinovaná. Jedná se o relé, které se do obvodu připojuje pouze dvěma svorkami, ale konstrukčně má v sobě oba systémy, jak neutrální, tak polarizovaný. Takové relé má tu výhodu, že může sledovat na lince nejen napětí vůbec, ale i jeho polaritu. Protože právě při změně polarity může dojít ke krátkodobému odpadu neutrální kotvy, a to je v návěstních obvodech nevhodné, je toto relé přizpůsobeno a zpožděný odpad zajistí, že kotva při přepínání napájecího napětí neodpadne.

7.2 RELÉ NA STŘÍDAVÝ PROUD

Funkce relé na střídavý proud je založena na dvou principech:

• použití neutrálního relé na proud stejnosměrný, které je doplněno usměrňovačem nebo;
• použití zvláštní konstrukce jádra a magnetického obvodu.

Relé podle bodu a) se neliší od relé na proud stejnosměrný. Usměrňovač v můstkovém zapojení je umístěn přímo v relé. Vinutí relé je pak zapojeno v úhlopříčce můstkového zapojení čtyř diod.
Relé podle bodu b) má magnetický obvod složen z transformátorových plechů. Ke zmírnění chvění plechů vlivem průchodu střídavého proudu jsou na jádru zkratové měděné prstence. V době, kdy okamžitá hodnota střídavého proudu prochází nulou, zaniká také magnetické pole a kotva by odpadla. Ve stejné době se však do prstence indukuje proud, který vytvoří pomocné magnetické pole a toto pole podrží přitaženou kotvu.

Relé dvoufázová (indukční)

Na odlišném způsobu pracují relé dvoufázová (někdy též indukční), která jsou napájena ze dvou napětí vzájemně fázově posunutých. Proto se v obvodu kolejového vinutí zapojuje kondenzátor. U těchto relé se systém skládá ze tří částí:

Princip práce dvoufázového relé

• místní část – tvoří ji dvě jádra z transformátorových plechů s cívkami;
• traťová část – kterou tvoří jádro z transformátorových plechů s jednou cívkou;
• pohyblivý systém – který tvoří kruhová výseč, pohybující se mezi jádry.

Koncové polohy výseče jsou vymezeny válečky. V základní poloze, kdy je relé bez proudu, je výseč v dolní poloze.
Činnost relé je založena na vzájemném působení magnetického toku indukovaného místním vinutím 1 v pohyblivé výseči s magnetickým tokem vytvořeným traťovým vinutím 2. Tím vzniká točivé magnetické pole, které pohybuje kruhovou výsečí. Velikost síly je dána vztahem:

P = k • I₁ • I₂ • sin α

kde:
k = konstanta úměrnosti,
I₁ = proud místního vinutí,
I₂ = proud traťového vinutí,
α = fázový posuv mezi proudy I₁ a I₂.

Z uvedeného vztahu vyplývá, že síla P bude největší, jsou-li proudy vzájemně posunuty o 90°. A právě připojený kondenzátor tvoří fázový posun 90°.
Výhodou těchto relé je, že podstatná část energie je odebírána z místního zdroje, kdežto pro traťové vinutí stačí energie podstatně menší. Proto se tato relé používají výhradně jako kolejová relé a nikde jinde v elektrických zapojeních je nenajdete.

7.3 RELÉ KLASICKÁ, MALOROZMĚROVÁ, VELKOZÁSTRČKOVÁ A OSTATNÍ

Podle konstrukčního provedení můžeme rozdělit relé na klasická, malorozměrová (zástrčková a letovací), velkozástrčková a ostatní (kódová, telefonní a miniaturní).

Klasická relé mají základní desku z izolačního materiálu. K ní jsou připevněna jádra elektromagnetu s cívkami. Jádra jsou spojena spojkou. K válcovým nástavcům je připevněna konzola s otočně uloženou kotvou na dvou šroubech. Na kotvě jsou kontaktní držáky, které nesou kontaktní pružiny. Kontakty na pružinách jsou ze stříbra, spínací kontakty se slitin stříbra a uhlíku a rozpínací kontakty ze stříbra. Pohyblivé kontaktní pružiny jsou měděným lankem spojeny s přívodními svorníky.
K omezení odpadu kotvy slouží regulační šroub upevněný ve třmenu.
Na kotvě proti pólovým nástavcům jsou bronzové nýtky, které zabraňují přilepení kotvy působením zbytkového magnetizmu.
Celý mechanizmus relé je chráněn proti prachu a mechanickému poškození průhledným skleněným krytem s těsnící korkovou vložkou. Pracovní a klidový kontakt s pohyblivým kontaktem tvoří tzv. trojici. Relé se vyrábí s různým odporem vinutí a různým počtem kontaktů. Základní typy jsou následující:

NR1 – neutrální relé se šesti přepínacími kontakty,
NR2 – neutrální relé se čtyřmi přepínacími kontakty,
NTR – neutrální relé s pěti přepínacími kontakty a termickým kontaktem,
NPR1 – neutrální relé se čtyřmi spínacími kontakty dimenzovanými na vyšší proud a se dvěma přepínacími kontakty,
NPR2 – neutrální relé se dvěma rozpínacími a spínacími kontakty dimenzovanými na vyšší proud a dvěma přepínacími kontakty,
KR1 – kombinované relé se čtyřmi přepínacími kontakty neutrálního systému a dvěma přepínacími kontakty polarizovaného systému,
KR2 – kombinované relé se šesti přepínacími kontakty neutrálního systému a čtyřmi přepínacími kontakty polarizovaného systému,
KPR1 – kombinované relé se dvěma zesílenými spínacími kontakty a dvěma přepínacími kontakty neutrálního systému a čtyřmi přepínacími kontakty polarizovaného systému,
SKR – kombinované relé se čtyřmi přepínacími kontakty neutrálního systému a dvěma přepínacími kontakty polarizovaného systému, přičemž je relé doplněno přídržným systémem.

Typové označení je doplněno údajem o odporu vinutí cívek. Relé mohou být proudová (nízkoohmová) nebo napěťová (vysokoohmová). Pro usnadnění montáže se pro relé se čtyřmi nebo šesti trojicemi kontaktů používají nástrčkové desky. Deska je provedena z izolačního materiálu a nasazuje se na svorníky relé. U ostatních relé se používají nástrčkové svorníky nebo se očko vodiče přichytí matkou mezi podložky přímo na svorník.

Malorozměrová relé jsou rozměrově podstatně menší než klasická. Odtud také jejich název.
K základní desce je připevněno jádro a jho elektromagnetu. Na jádru jsou dvě cívky, které se propojují sériově nebo paralelně, nebo každé vinutí může být zapojeno zvlášť (každé v jiném elektrickém obvodě). Vývody cívek jsou připojeny k nožovým kontaktům.
Kotva relé je spojena šrouby se závažím a je zavěšena na břitu jha. Proti pólovému nástavci je na kotvě bronzový nýt, který zabraňuje přilepení kotvy silou zbytkového magnetizmu.
Ke jhu je přišroubována základna kontaktů se čtyřmi vodícími kolíky nesoucí kontaktní systém, jehož složení je různé podle typu relé. Každá přepínací trojice má spínací kontakt uhlíkový (horní), rozpínací kontakt stříbrný (spodní) a pohyblivou kontaktní pružinu zakončenou stříbrným kontaktem.
Kontaktní systém je ovládán kotvou pomocí izolačních žebříčků. Je dimenzován na 10⁶ zapnutí a vypnutí stejnosměrného proudu o napětí 230 V/0,5 A (u zesílených kontaktů 4 • 10⁵ při zatížení elektromotorem pro přestavník). Cívky jsou impregnovány a jejich vývody jsou provedeny z měděného lanka. Relé jako celek je chráněno proti prachu a mechanickému poškození průhledným krytem. U relé nezástrčkových tento kryt není, protože relé je umístěno v reléové sadě, která je kryta jako celek.

U malorozměrových relé se používá následující označení:

NMŠ – relé neutrální, malorozměrové, zástrčkové;
NM – relé neutrální, malorozměrové nezástrčkové;
KMŠ – relé kombinované, malorozměrové, zástrčkové;
KM – relé kombinované, malorozměrové, nezástrčkové.

Číslice za označením obvykle vyjadřuje kontaktní výbavu:
NMŠ1, NM1 – relé s osmi přepínacími kontakty;
NMŠ2, NM2 – relé se čtyřmi přepínacími kontakty a dvěma spínacími kontakty;
NMŠ3 – relé se dvěma přepínacími a dvěma spínacími kontakty;
NMŠ4, NM4 – relé se čtyřmi přepínacími a čtyřmi spínacími kontakty.

Kombinované relé KMŠ a KM mají dva přepínací kontakty ovládané neutrální kotvou a dva přepínací kontakty ovládané polarizovanou kotvou.

Další písmeno v označení vyjadřuje:

M – zpožděný odpad kotvy, např. NMŠM;
P – zesílení kontaktů, např. NMPŠ;
V – relé je vybaveno usměrňovačem, např. NMŠV.

Za uvedenými znaky se uvádí odpor vinutí podobně jako u relé klasických.
Také malorozměrová relé mohou být proudová nebo napěťová. Provozní stejnosměrné napětí je zpravidla 24 V.

Velkozástrčková relé tvoří vývojovou etapu mezi relé klasickými a malorozměrovými. U ČD se ještě používají z období ČSD v tomto provedení relé kombinovaná. Charakteristickou zvláštností kombinovaných relé je činnost jednotlivých kotev. Nejprve se přeloží polarizovaná kotva, a pak přitahuje kotva neutrální. Kontaktní systém má čtyři přepínací kontakty neutrálního systému a čtyři přepínací kontakty polarizovaného systému.
Relé doplněné samopřídržným systémem je označeno SKŠ. Tento systém, obdobně jako u relé SKS, tvoří pomocné relé podobné telefonnímu. Jeho kotva je spojena s neutrálním systémem hlavního systému. Vinutí cívek hlavního systému je dělené (hlavní a pomocné) a je rozděleno do dvou cívek. Při změně polarity nebo při zapnutí (vypnutí) proudu v hlavním vinutí se do pomocného vinutí indukuje proud, který prochází přidržovacím vinutím. Neutrální kotva proto zůstane přitažena i při změně polarity.
Tato relé se používají zejména v obvodech traťového souhlasu reléového poloautomatického bloku a autobloku.
Ve stojanu relé zabírá jedno pole na šířku, ale na výšku dvě patra.

Ostatní relé - mezi tato relé řadíme:

• kódová;

• telefonní;

• miniaturní.

Relé kódová mají jádro pomocí matice připevněno ke jhu. Jádro je kulaté o průměru 12 mm. Na jádru je cívka s bakelitovou kostrou. Vývody jsou připojeny ke kontaktním svazkům. Kotva je zavěšena na břitu, ke kterému je přidržována opěrným plechem. K upevnění relé na rám slouží matice. Relé mají následující označení:

KDRŠ – kódová relé zástrčková,
KDR – kódová relé nezástrčková.

Číslice za znakem vyjadřuje konstrukční provedení, písmeno za pomlkou udává, že relé má zpožděný odpad kotvy, např. KDRŠ – 1 M.
Kontaktní pružiny jsou z bronzového plechu, kontakty jsou ze stříbra. Vzájemné izolování je bakelitovými vložkami.

Telefonní relé se používají TESLA typu R65. Jsou to válcová relé. Jejich magnetický obvod tvoří kostra, pólové nástavce a kotva z materiálu o nízkém zbytkovém magnetizmu. Lomená kotva pohybuje ovládacím rámečkem pérového svazku. Distanční doraz z plastické hmoty brání lepení kotvy. Cívka má termoplastickou kostru se šesti napájecími vývody pro tři vinutí. Pro zpoždění v odpadu se používá měděná trubka s různou tloušťkou stěny.
Pérový svazek má maximálně 24 kontaktních per, uspořádaných do 8 přepínacích nebo 12 spínacích kontaktů. Kontaktová pera jsou z niklové mosazi. Na konci kontaktů jsou rozříznuta a opatřena dvojicí kontaktů ze stříbra nebo slitin. Přípustný výkon na kontaktech je dán napětím 125 V a proudem 1 A s omezením výkonu na 30 W v obvodech bez indukčností. Počet sepnutí je 10⁸.

Telefonní relé TESLA typu R65 s jednou sadou spínacích kontaktů

Římská číslice na štítku relé určuje pořadí, ve kterém jsou vinutí uspořádána směrem od jádra. Začátek vinutí je vždy připojen na napájecí vývody s nižším pořadovým číslem než jeho konec. Cívka s jedním vinutím je tedy připojena na vývody 1 a 6, se dvěma vinutími na vývody 1 a 2 pro I vinutí, 5 a 6 pro vinutí II a se třemi vinutími na vývody 1 a 2 pro I vinutí, 3 a 4 pro II vinutí a 5 a 6 pro III vinutí.
Telefonní relé se používají v sadách volící skupiny staničního reléového zabezpečovacího zařízení.

Miniaturní relé jsou určena především pro montáž na desky s plošnými spoji. Patří mezi ně relé typu 15N599 a také relé typu LUN.
Relé typu 15N599 je hermetické a má dva páry přepínacích kontaktů. Vývody vinutí i kontaktů jsou vyvedeny skleněnými zátavy. Jmenovité napětí je vyznačeno barevným kódem na vrchní straně pouzdra, viz tabulka. Provedení tohoto relé je na obrázku. Maximální zatížení kontaktů je 15 W při proudu 1 A, životnost kontaktů 5 × 10⁶ při proudu 0,1 A a 3 × 10⁵ při proudu 1 A. Tato relé se používají v obvodech dálkového ovládání ZZ.

 

Typ relé	Napájecí napětí (V)	Barevné označení
15N59913	9	hnědá
15N59914	12	červená
15N59916	17	modrá
15N59919	27	zelená

Typy, napájecí napětí a barevné označení relé

Relé typu 15N599: a) boční pohled, b) pohled zespodu, včetně zapojení vývodů

Relé LUN je relé na stejnosměrný proud o jmenovitém napětí 6, 12, 24 a 48 V. Materiál kontaktů je buď zlacený bronz, nebo stříbro, popř. slitiny. Podle druhu materiálu je životnost od 10⁵ do 10⁷ sepnutí a spínaný výkon od 0,1 VA do 75 VA. Relé se používá ve dvou provedeních:

• LUN 2621.4 se dvěma svazky přepínacích kontaktů;
• LUN 2621.5 se čtyřmi svazky přepínacích kontaktů.

Tento typ relé se používá například v přepínatelných vstupních filtrech mobilní části vlakového zabezpečovače a v zařízeních pro automatizaci spádovišť.

7.4 RELÉ TEPELNÁ

Pro prodloužení doby činnosti relé se používá bimetalových pásků vyhřívaných elektrickým proudem. Při průchodu proudu topným vinutím se pásek zahřeje, vlivem různé roztažnosti se prohne a sepne kontakt. Tímto způsobem mohou být relé zpožděna v přítahu, kdy teprve po sepnutí bimetalového kontaktu se propojí obvod pro vybuzení neutrálního relé, nebo bimetalové pásky tvoří samostatné relé (např. klasické relé typu MTR – 2 pro zpoždění 2,5 až 6,5 minuty podle napájecího napětí 13,2 až 10,8 V). V dnešní době jsou tato relé nahrazována elektronickými obvody.

7.5 RELÉ IMPULZNÍ A TRANSMITNÍ

Impulzní relé jsou konstruována jako relé polarizovaná s permanentním systémem Alnica a diferenciálním magnetickým systémem. Patří mezi relé II. třídy spolehlivosti. Vzhledem k značnému elektrickému namáhání jsou kontakty doplněny i usměrňovacím můstkem.

Tato relé mají následující označení:

• IR – impulzní relé klasické;
• IRV – impulzní relé klasické s usměrňovačem;
• IMVŠ – impulzní relé malorozměrové zástrčkové s usměrňovačem.

Transmitní relé se používají především v kodérech a adaptérech. Jsou to v podstatě kódová relé s kulatým jádrem. Kontakty jsou wolframové nebo stříbro-paladiové.

7.6 ÚDRŽBA A MĚŘENÍ RELÉ

Provozovaná relé se vyměňují a opravují ve lhůtách stanovených předpisem. Při opravách se v dílně pro opravu relé kontrolují všechny mechanické parametry jako mezery, vůle, současnost sepnutí kontaktů, tlaky kontaktů. Přechodový odpor, napětí a proud přítahu a odpadu, ohmický odpor vinutí a ostatní elektrické parametry se kontrolují prostřednictvím měřicích stolů. U relé zpožděných v přítahu nebo odpadu se měří doba zpoždění měřičem krátkých časů nebo stopkami. Pro každé relé se vyhotoví protokol o měření a provede se závěrečná kontrola. Na každém relé je štítek, kdo a kdy provedl kontrolu a na relé je plombovatelný kryt, aby nikdo nemohl s relé a jeho kontakty nijak manipulovat.

7.7 ČÍSLOVÁNÍ VÝVODŮ RELÉ

Každé relé má svoje vývody a ty jsou označeny. Číslování vývodů jednotlivých typů relé ukazuje obrázek.

Označení vývodů jednotlivých typů relé

7.8 ZNAČENÍ KONTAKTŮ RELÉ VE SCHEMATECH

V elektrických schématech pro ZZ se kreslí poloha kontaktů jinak než např. ve schématech pro sdělovací techniku. To je pozůstatek minulé doby, kdy šlo o to, aby schémata přečetli opravdu jen oprávnění pracovníci. Obrázek ukazuje schematické značky. 

Schematické značky rozpínacího, spínacího a přepínacího kontaktu

Kromě typu kontaktu je také ve schématu vyznačeno, na jaké svorky relé jsou vodiče připojeny, které je to relé dle osazení na stojanu a jeho přesné místo na stojanu.

Např.: Tato schematická značka vyjadřuje, že jde o rozpínací kontakt relé DM, které je umístěno v první stojanové řadě, prvním stojanu, čtrnáctém patře a osmé pozici zleva a vodiče jsou připojeny na kontakty relé číslo 11 a 13.
Někdy je však nutné znázornit, že je relé v základním stavu pod napětím, tedy přitaženo. Tím se prakticky mění smysl spínacích a rozpínacích kontaktů a opačné je i jejich číslování. Pak je rozpínací kontakt takového relé mezi vývody 11 a 12. Rozlišení se provede značkou ↑ v blízkosti schématické značky kontaktu.
Má-li relé dva systémy (neutrální a polarizovaný), musí se jeho kotvy ve schématech rozlišit. To se provede přidáním čárky na jeho kontaktu plus číslem o 100 vyšším a je tak vyjádřeno, že jde o kontakt polarizované kotvy. Kontakt neutrální kotvy zůstává nezměněn.

Např.:

Reléový opakovač

V praxi se však může stát, že kontaktů jednoho relé je málo. Proto se zapojí další relé, které je na původním (nazývá se mateční) závislé. Pro tuto závislost platí, že závislé relé musí bezpodmínečně sledovat polohu matečního relé. Takže vinutí závislého relé se spíná přes kontakty matečního relé (zpravidla z obou stran jeho vinutí). Nelze obě vinutí relé zapojit pouze paralelně, protože v případě poruchy jednoho z vinutí relé by nebyla dodržena podmínka stejné polohy obou relé.
Některé obvody, např. směrová relé v soustředěném ATB, mají i několik reléových opakovačů závislých na jednom matečním relé.

---

Kvízové otázky: