Реле контроля напряжения: как выбрать и подключить

Конструктивные особенности

Оно выполнено в корпусе с креплением под DIN рейку, для установки в щиток учета рядом с автоматическими выключателями, что видно на фото ниже.

На передней панели имеется трех сегментный индикатор, который показывает текущее состояние электросети. Три регулятора и три клеммы для соединения, все предельно просто.

С правой стороны корпуса нарисована схема подключения, 1 вход фазы L от автомата, 2 провод N от нулевой шины или от второго автомата, зависит от вашего щитка, дальше ноль с этой клеммы идет на потребителей. С третьей клеммы выходит фаза на потребителей или группу автоматов, опять же зависит от вашего щитка, ставите вы новый или модернизируете старый. Подробно о том, как подключить реле напряжения к сети, мы рассказывали в соответствующей статье.

Вскрыв аппарат мы можем внимательно посмотреть устройство, из чего оно состоит. Аккуратная пайка указывает на то, что человек не принимал участия в сборке электронных компонентов, это сделано на автоматической линии. Участие человека сведено к минимуму только на этапе сборки в корпус, тестирования и упаковке.

Конструктивно контроллер выполнен из двух плат, силовой части и управления. Практически всю поверхность силовой схемы занимает коммутирующее мощное реле на 40 ампер. Это позволяет легко включать нагрузку суммарно в 9 кВт, чего вполне достаточно для дома и квартиры. Выводы с него приварены к медным поводкам и выводятся на винтовые клеммы.

Что лучше: стабилизатор vs реле

Нередко вместо подключения в щитке реле контроля электрики рекомендуют устанавливать в доме стабилизатор напряжения. В отдельных случаях это бывает оправдано. Однако есть ряд нюансов, о которых надо помнить при выборе того или иного варианта защита электроприборов.

В плане функционала стабилизатор не только выравнивает напряжение, но и отключается при слишком высоких показателях последнего. А реле напряжения – это исключительно защитная автоматика. Вроде бы первый включает в себя функции второго.

Но по сравнению с РКН стабилизатор:

• дороже и шумит;
• более инертен при резких перепадах;
• не имеет возможностей для регулировки параметров;
• занимает гораздо больше места.

При уменьшении входного напряжения, чтобы на выходе стабилизатора были нужные показатели, он начинает “втягивать” в себя больше тока из сети. А это прямой путь к перегоранию проводки, если она изначально не рассчитана на подобное.

Второй основной минус стабилизатора в сравнении с реле контроля – это его неспособность перехватить резкий скачок напряжения при обрыве нуля.

Достаточно буквально полусекунды с 350–380 Вт в розетке, чтобы вся техника в доме погорела. А большинство стабилизаторов не способно подстроиться под такие изменения и пропускает высокий вольтаж, отключаясь только через 1–2 секунды после начала всплеска.

Помимо стабилизаторов и реле для защиты линии от перепадов вольтажа в сети также можно применять расцепители максимального и минимального напряжения. Но у них в сравнении с РКН большее время срабатывания. Плюс они не включают питание обратно в автоматическом режиме, по работе больше походят на УЗО.

После отключения электроэнергии эти расцепители придется переключать в исходное состояние вручную.

Принцип работы и внешний вид

Если говорить обобщенно, реле представляет собой электрический механизм, замыкающий или разрывающий электрическую цепь. Его работа осуществляется исходя из электрических или других параметров, которые на него действуют.

Выбирая режим работы реле нужно руководствоваться частотой включений, величиной тока, а также характером испытываемых нагрузок.

Конструкция состоит из следующих компонентов:

• Катушки.Катушка является медным проводом, который намотан на немагнитный материал; может находиться в тканевой изоляции или быть покрытым специальным лаком, который не пропускает электричество;
• Сердечника.Он содержит железо и приходит в действие при проходе тока через витки катушки;
• Подвижного якоря.Такой якорь является пластиной, крепящейся к якорю, он воздействует на замыкающие контакты;
• Контактной системы.Она является переключателем состояния цепи.

В основе работы реле – электромагнитная сила, появляющаяся в сердечнике катушки при пропускании через нее тока.

Катушка является втягивающим устройством, в котором сердечник связан с подвижным якорем. Он и приводит в действие силовые контакты. А к катушке можно дополнительно подключать резистор для увеличения точности срабатывания.

Твердотельное реле

И вот, если мы соберем все плюсы механических и электронных импульсных реле, то получим достоинства твердотельных.

Суть работы твердотельного реле заключается в использовании эффекта воздействия света на pn-переход. В отличие от механических реле у твердотельных реле отсутствуют механические замыкания и размыкания контактов. Для этих целей в твердотельных реле используются полупроводниковые элементы.

Фото твердотельных реле Schneider Electric с охладителями

Принцип работы

Мы подаем ток на светодиод, и он, в свою очередь, воздействует на pn-переход коммутационной сети, замыкая или размыкая ее.

Твердотельные реле делятся на два основных вида. Это реле постоянного и переменного тока.

Твердотельные реле постоянного тока

Твердотельные реле постоянного тока очень надежны. Их срок службы, по сравнению с механическими, практически бесконечен. Работают они при температурах от -30 +70 градусов Цельсия.

Твердотельные реле переменного тока

Основная особенность твердотельных реле переменного тока — это пониженный уровень электромагнитных помех, малый расход энергии, абсолютная бесшумность и практически мгновенное срабатывание.

Достоинства

• Бесшумные.
• Отсутствуют подвижные детали. Срок службы — десятки лет.
• Коммутация с минимумом помех.
• Практически мгновенное срабатывание.
• Малое потребление электроэнергии.
• Очень малые размеры, при этом могут работать с большими токами.
• Широкая сфера применения. Благодаря минимальным размерам и большому количеству настроек срабатывания, используются практически везде.
• Благодаря большому расстоянию между цепью управления и управляемой цепью обеспечивается надежная изоляция.
• Очень прочные. Почти безразличны к вибрациям и ударам.

Недостатки

Казалось бы, давайте заменим все реле на твердотельные, и бед знать не будем, но здесь не все так просто. Два недостатка у твердотельных реле все же есть. И порой они становятся решающими.

1. Сильный нагрев.
2. Высокая цена.

При малых токах величина нагрева, конечно же, не существенна. Однако когда мы говорим о больших потребителях электричества, например, требуется коммутировать электрический обогреватель, то величина нагрева увеличиваются значительно. А если в цепи произойдет короткое замыкание, то полупроводники в твердотельных реле расплавятся очень быстро. Да, реле, конечно, может быть защищено от короткого замыкания и оснащено системой охлаждения, но при этом оно становится достаточно дорогим.

Абсолютная тишина. Можно монтировать на этаже

Полное отсутствие шума в процессе работы этих реле позволяет выполнять монтаж твердотельных реле, где угодно. Можно монтировать в электрических щитах на этажах, здесь ограничений нет.

Твердотельное реле в системах управления и автоматики

Как и электромагнитное реле, твердотельное реле работает, удерживает цепь замкнутой, только в течение того времени, пока на реле подается напряжение. То есть это не тот случай, как с триггером или поляризованным реле, когда подал управляющее напряжение, и «забыл» — цепь будет замкнута сколько угодно долго до следующего отключающего сигнала. Для замыкания цепи на твердотельное реле должно подаваться напряжение постоянно, поэтому это реле не может работать с кнопками без контроллера.

Между кнопками включения света и твердотельным реле всегда требуется контроллер, который подает на реле удерживающее коммутацию напряжение.

Как установить автоматическое реле напряжения?

1. Установка должна осуществляться в точном соблюдении инструкции, которое входи в комплект устройства. Так к примеру у однофазных счетчиков присутствует три разъема. Это для них вход и выход для фазы и ноль. При этом их расположение может различаться.
2. Сначала требуется проверить полностью ли отключено напряжение во всей сети. Для установки используются стандартный набор инструментов для работы с электричеством: отвертка тестер напряжения, плоскогубцы или бокорезы, набор отверток с разными насадками.
3. Стандартную рейку (DIN) прикрепляется в определенном, заранее выбранном месте в щитке. На нее и устанавливается автоматическое реле напряжения с помощью имеющихся на нем зажимов.
4. К клеммам подключается фаза на вход и выход. Сначала подключается входная клемма на входной выключатель. А от выхода идет подсоединение на автоматы, обеспечивающие работу электроприборов. Ноль идет на электросчетчик и не несет на себе нагрузку.

Конструкция и принцип действия

Существует множество электронных моделей защитных устройств. Большинство из них имеет стандартную конструкцию. Прибор состоит из следующих элементов:

• электромагнит;
• якоря;
• контакты;
• отводы, через которые устройство подсоединяется к сети;
• пружины.

Принцип работы токового реле заключается в том, что когда аппарат подключается к сети, катушка получает электрическую энергию. Далее через якорь и металлический сердечник происходит сплетение контактов. В это же время замыкаются контакты всех приборов, которые были включены в цепь прибора. При этом ток может вовсе не подаваться, а если же подаётся, то неравномерно. В этом случае контакты приборов поднимаются, и цепь размыкается.

Вам это будет интересно Однофазный автомат с16

Например, в твердотельном приборе предусмотрены дополнительные силовые ключи на тиристорах и симисторах, поэтому он считается более эффективным

Важное значение имеет пропускная способность аппарата

Характеристика видов

Реле тока можно разделить на первичные и вторичные. Первый тип чаще встречается в конструкциях выключателей. Применяется в электрической сети, напряжение которой составляет не более 1 тыс. В.

Вторичные реле срабатывают при помощи трансформатора тока, который подключается к кабелю питания. Трансформатор снижает ток до того значения, которое подходит для нормального функционирования прибора. Вторичный тип реле можно разделить на следующие подвиды:

• индукционный;
• электромагнитный;
• дифференциальный;
• устройство на интегральных микросхемах.

Электромагнитные реле могут быть нейтральными. Они одинаково реагируют на постоянный ток, который проходит по обмотке. По направлению движения якоря такие реле делятся на угловые устройства с перемещением якоря и с якорем, что втягивается. Электромагнитный аппарат состоит из следующих элементов:

• контакты;
• сердечник;
• якорь;
• штифт;
• ярмо.

Чтобы удерживать якорь на большом расстоянии от сердечника, используются специальные пружины. Как только на обмотку поступает сигнал — формируется магнитная сила, и якорь прижимается к сердечнику. Это приводит к тому, что одни контакты замыкаются, а другие размыкаются.

Второй тип электромагнитных устройств — поляризованные приборы. Их главное отличие — присутствие двух обмоток и сердечников, а также постоянная контактная тяга.

Прибор электромагнитного типа имеют следующие преимущества:

• доступная цена;
• отсутствие необходимости охлаждения;
• небольшое выделение теплоты;
• невосприимчивость к помехам, которые могут возникать вследствие удара молнии.

Вам это будет интересно Все о свободной энергии

Такие модели имеют свои недостатки. К их числу можно отнести небольшую скорость функционирования и формирование радиопомех во время работы силовых контактов.

Дифференциальные модели сравнивают занижение до потребителя и после него. В качестве потребителя может быть силовой трансформатор. Если он функционирует в нормальном режиме, то ток в нём всегда практически одинаковый. Однако при коротком замыкании баланс нарушается. Тогда прибор полностью замыкает контакты.

Устройства дифференциального типа чаще всего используются в бытовой технике. Они позволяют предотвратить утечку тока из проводов или прибора. Чаще всего таким образом защищается следующая бытовая техника:

• светильники;
• оргтехника;
• бойлеры.

Разновидности импульсных реле

Между некоторыми реле существуют большие отличия, поэтому их можно разделить, в основном, на 2 категории:

• электромеханические реле;
• электронные импульсные реле.

Электромеханические

Этот тип устройств потребляет электроэнергию только в момент срабатывания. Механизм блокировки обеспечивает высокую надежность и экономит электричество. Система работает неплохо: имеется в виду защита от колебаний в сети, которые приводят к ложным срабатываниям.

В основе конструкции: катушка, контакты, механизм с кнопками для включения-выключения.

Реле электромеханического типа считаются более надежными и удобными в использовании, так как не боятся помех. Плюс, к ним нет высоких требований для места установки.

Электронные

Электронные импульсные реле имеют характерную особенность: они используют микроконтроллеры. Благодаря этому в них присутствует расширенный функционал. К примеру, такие устройства позволяют добавлять таймер. Другие дополнительные функции помогают в построении сложных систем освещения.

В основе конструкции: электромагнитная катушка, микроконтроллеры, полупроводниковые ключи.

Электронные реле популярнее других типов благодаря функционалу и разнообразию, которое можно к ним добавить: можно создавать изделия для освещения любой сложности. Также возможно подбирать их под любое напряжение – 12 вольт, 24, 130, 220. В зависимости от установки такие реле могут быть DIN-стандартными (для электрощитов) и обычными (с другими способами монтирования).

Виды электромагнитных реле

Первая классификация — по питанию. Есть электромагнитные реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока могут быть нейтральными или поляризованными. Нейтральные срабатывают при подаче питания любой полярности, поляризованные реагируют только на положительное или на отрицательное (зависят от направления тока).

Виды электромагнитных реле по типу питающего напряжения и внешний вид одной из моделей

По электрическим параметрам

Еще делят электромагнитные реле по чувствительности:

• Мощность для сработки 0,01 Вт и меньше — высокочувствительные.
• Потребляемая обмоткой мощность при срабатывании — от 0,01 Вт до 0,05 Вт — чувствительные.
• Остальные — нормальные.

В первую очередь стоит определиться с электрическими параметрами

Первые две группы (высокочувствительные и чувствительные) могут управляться от микросхем. Они вполне могут выдавать требуемый уровень напряжения, так что промежуточное усиление не требуется.

По уровню коммутируемой нагрузки есть такое деление:

• Не больше 120 Вт переменного и 60 Вт постоянного тока — слаботочные.
• 500 Вт переменного и 150 Вт постоянного — повышенной  мощности;
• Более 500 Вт переменного тока — контакторы. Применяются в силовых цепях.

Есть еще деление по времени срабатывания. Если контакты замыкаются не более чем после 50 мс (миллисекунд) после подачи питания на катушку — это быстродействующее. Если проходит от 50 мс до 150 мс — это нормальная скорость, а все которые требуют для сработки контактов больше 150 мс — замедленные.

По исполнению

Есть еще электромагнитные реле с различной степенью герметичности.

• Открытые электромагнитные реле. Это те, у которых все части «на виду».
• Герметичные. Они запаяны или заварены в металлический или пластиковый корпус, внутри которого воздух или инертный газ. Доступа к контактам и катушке нет, доступны только выводы для подачи питания и подключения цепей.
• Зачехленные. Есть чехол, но он не припаян, а соединяется с корпусом при помощи защелок. Иногда присутствует накидная проволочная петля, которая удерживает крышку.

По массе и размерам отличия могут быть очень существенными

И еще один принцип деления — по размерам. Есть микроминиатюрные — они весят менее 6 граммов, миниатюрные — от 6 до 16 граммов, малогабаритные имеют массу от 16 гр до 40 гр, а остальные — нормальные.

Основной принцип работы

Чтобы понять, для чего нужно реле, необходимо разобраться с устройством такого изделия, его конструктивными особенностями. Очевидно, что электрическое реле используется как элемент аппаратуры управления, специальный выключатель. Основное предназначение – обеспечение коммутации больших токов нагрузки. Таким образом. Резюмируем: реле, используя для подачи команды малые токи (например – момент нажатия кнопки на панели управления), обеспечивается эффективное и безопасное управление, включение/выключение цепей с большим током. Практически каждый человек в своей жизни использовать такое реле. Например, при включении электрической кофеварки, когда после нажатия кнопки или включения переключателя, на исполнительное устройство подается напряжение бытовой сети 220В и агрегат начинает работать.

Общее описание конструкции

Понятие «реле» объединяет целое семейство устройств разной конструкции. Но в общем случае реле состоит из трех основных функциональных элементов:

• Воспринимающий. Это первичный элемент, который воспринимает контролируемую величину и преобразует ее в другую физическую величину.
• Промежуточный. Сравнивает полученное значение с заданным параметром. Если это значение выше или ниже заданного параметра, то на исполнительный элемент передается первичное воздействие.
• Исполнительный. Этот элемент передает воздействие в цепи, управляемые реле. В результате такого воздействия может произойти: размыкание или соединение управляемой цепи, переключение параметров тока.

Исполнение и принцип действия первичного элемента зависят от того, какое назначение имеет реле и на какую физическую величину (сила тока, напряжение, свет, тепло и т.п.) оно настроено.

Основные виды реле и их назначение

Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.

Электромагнитные реле

Электромагнитное реле – это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.

Принцип работы электромагнитного соленоида

Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.

Реле переменного тока

Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.

Промежуточное реле 220 В

Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.

Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике

Работает это таким образом:

С каждым годом реле становятся эффективней и компактней

Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.

Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.

Настройки и пороги отключения

Приведём пример подбора и настройки реле напряжения на примере одной из наиболее распространённых моделей линейки Easy 9. Реле EZ9C1240 имеет предустановленные с завода основные настройки контроля напряжения и срабатывания: 265 Вольт на отключение по повышенному напряжению и 160 Вольт на отключение по пониженному напряжению. Выдержка времени на включение реле, после отключения установлена на уровне 30 сек. Заводская настройка реле напряжения упрощает установку реле в уже имеющийся электрический щит и защищает пользователя и домашнюю технику от ошибочных настроек, которые могут повредить подключенное оборудование.

Указанный порог отключения по повышению напряжения выбран исходя из максимального значения рабочего напряжения бытовых приборов. Для большинства современных бытовых устройств рабочим напряжением является 230 или 230-240 В. Учитывая, что существующий ГОСТ устанавливает требования к колебанию напряжения в пределах +/- 10%, максимальным будет напряжение 264 В, с учетом погрешности — 265 В.

Хочется сказать несколько слов и о необходимости защиты от пониженного напряжения. Действительно, современные бытовые приборы с импульсными блоками питания нормально работают при снижении питающего напряжениям до 120-150 В. Однако есть устройства, для которых понижение напряжения может быть губительно. К таким относятся холодильники, морозильные камеры, кондиционеры, стиральные и посудомоечные машины и другие устройства, в которых есть электрические двигатели. Дело в том, что для нормальной работы электрического двигателя необходима определенная мощность, потребляемая из сети. Напомним, что электрическая мощность — это произведение тока на напряжение.

При снижении напряжения двигатель начинает потреблять из сети больший ток, чтобы компенсировать снижение мощности, что приводит к повышенному нагреву двигателя и быстрому выходу его из строя. Еще более сложная ситуация с пуском двигателя при пониженном напряжении. Даже при нормальных параметрах электрической сети ток, потребляемый двигателем, превышает рабочий в 3-5 раз (иногда больше в зависимости от вида прибора). При пониженном напряжении зачастую двигателю просто не хватает мощности, чтобы запуститься, или пуск затягивается во времени, что гарантировано выводит электродвигатель из строя. Именно поэтому при опасном понижении напряжения оборудование также должно отключаться от сети.

Порог отключения по пониженному напряжению в приведённом в нашем примере реле напряжения Easy 9 принят исходя из нескольких факторов: с одной стороны, необходимо минимизировать количество отключений, но при этом необходимо максимально защитить оборудование, наиболее чувствительное к понижению напряжения.

С учетом этих условий, порог отключения по пониженному напряжению составляет 160 В. Именно на этом напряжении еще возможен относительно безопасный пуск двигателя холодильников, кондиционеров и т.д. Отмечу, что на большинстве стабилизаторов напряжения 160 В (+/-10 В) также является нижним пределом работы, после которого стабилизатор отключается от сети. И если вы купите реле напряжения, позволяющее вносить корректировки в настройки порогов срабатывания, то рекомендую выбрать именно такое значение для нижнего порога отключения.

Внутренняя конструкция реле напряжения EZ9C1240 из линейки Easy 9 рассчитана на долгую и безотказную работу. В частности, все внутри реле есть гибкие соединители, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами электрических соединений. Дело в том, что реле является необслуживаемым устройством, и все внутренние соединения выполняются с помощью точечной сварки, качество и надежность которой напрямую влияет на срок службы изделия.

Именно гибкое соединение позволяет получить максимально надежный контакт, который к тому же не подвержен механическим нагрузкам т.к. такое соединение делается с запасом по длине. Кроме того, гибкие соединения являются более устойчивыми к вибрациям, которые неизбежно возникают при работе электрооборудования.

По этой причине подобного рода соединения применяются практически повсеместно в электрооборудовании, например, в модульных автоматических выключателях и дифференциальных устройствах любых производителей, в автоматических выключателях литого исполнения до 630 А и даже в оборудовании среднего напряжения 6-10 кВ (например, автоматический выключатель Evolis от Schneider Electric). Устанавливается реле напряжения на входе в электрощит, сразу после вводного автомата.

Принцип работы предохранителя

В автомобилях используются плавкие предохранители и подбираются в соответствии с номинальной допустимой нагрузкой. В случае чрезвычайной ситуации, когда напряжение возрастает, плавкая вставка предохранителя разрушается и размыкает электрическую цепь.

Процесс саморазрушения запускается в случае:

• Короткого замыкания – возникает в том случае, если была нарушена изоляция токопроводящих частей или неправильного подключения приборов. Проблема перетертых кабелей изоляции в автомобиле вообще одна из самых частых причин перегорания предохранителей.
• Несовместимости мощностей устройства-потребителя и номинальной силы тока, дозволенная для конкретной электрической цепи. С этой проблемой сталкиваются те, кто решил установить в свою машину дополнительное электрооборудование (освещение, магнитолы и иже с ними). Такие мощные потребители энергии питаются от базовой электропроводки, которая не рассчитана на столь высокую величину тока. Из-за превышения мощности тока провода оплавляются и приводят к короткому замыканию, что и выводит предохранители из строя.