Реле напряжения однофазные

Реле напряжения однофазные: принцип действия, классификация и применение

Однофазное реле напряжения (РН) — это электротехническое устройство, предназначенное для автоматического отключения нагрузки от сети при выходе параметров напряжения за установленные пределы с последующим автоматическим или ручным включением после восстановления сетевых параметров в норме. Основная функция — защита оборудования от повреждений, вызванных нестабильностью электропитания, таких как перенапряжения и глубокие просадки напряжения.

Принцип действия и внутренняя структура

Современные однофазные реле напряжения являются микропроцессорными устройствами. Их работа основана на непрерывном цифровом мониторинге действующего значения напряжения (U_эфф) в реальном времени. Входные цепи, включающие в себя делитель напряжения и гальваническую развязку, передают сигнал на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера. Процессор сравнивает измеренное значение с уставками, запрограммированными пользователем или установленными заводом-изготовителем. При выходе напряжения за допустимый диапазон на заданное время (выдержка времени) микроконтроллер формирует управляющий сигнал на силовое коммутирующее устройство — электромагнитное реле или твердотельное реле (SSR).

Типовая структурная схема включает:

• Клеммы питания (L, N): Вход для подключения к защищаемой сети.
• Цепь измерения и гальванической развязки: Обеспечивает безопасность и точность измерений.
• Микропроцессорный блок: Ядро устройства, осуществляющее измерения, сравнения, логику работы и управление.
• Блок индикации и управления: Цифровой дисплей, светодиоды, кнопки или потенциометры.
• Коммутационный элемент: Электромеханическое реле (для средних токов) или полупроводниковый ключ (для высоких токов и частых срабатываний).
• Выходные силовые клеммы: Для подключения защищаемой нагрузки.

Ключевые параметры и технические характеристики

Выбор реле напряжения определяется совокупностью технических параметров, которые должны соответствовать условиям эксплуатации.

Таблица 1. Основные технические характеристики однофазных реле напряжения

Параметр	Типичные значения / Описание	Примечание
Рабочее напряжение сети	~160-280 В, 50 Гц	Диапазон, в котором устройство сохраняет работоспособность и ведет мониторинг.
Уставка по верхнему пределу (Umax)	Регулируемая, обычно 230-280 В	Порог срабатывания при перенапряжении. Точность установки ±1-2 В.
Уставка по нижнему пределу (Umin)	Регулируемая, обычно 160-210 В	Порог срабатывания при просадке напряжения.
Время отключения при срабатывании	0,02 — 0,2 с (мгновенное) или регулируемое	Задержка на отключение при выходе за уставки. Необходима для исключения ложных срабатываний на кратковременные помехи.
Время повторного включения (Tвкл)	Регулируемое, обычно 5-600 сек.	Пауза перед попыткой включения после нормализации напряжения. Позволяет сети стабилизироваться, защищает компрессоры холодильников и кондиционеров.
Номинальный коммутируемый ток (Iном)	16А, 25А, 32А, 40А, 63А, 80А	Максимальный длительный ток через контакты реле. Выбирается с запасом 20-30% от тока защищаемой линии.
Собственное потребление	1-5 ВА	Мощность, потребляемая устройством для собственной работы.
Степень защиты (IP)	IP20 (для щитов), IP40	Определяет защищенность от пыли и влаги.
Тип монтажа	DIN-рейка (TH35), настенный	Стандарт для модульной аппаратуры в распределительных щитах.
Диапазон рабочих температур	-20°C … +55°C	Обеспечивает стабильную работу в неотапливаемых щитовых.

Классификация и виды однофазных реле напряжения

1. По типу установки и подключения нагрузки:

• Реле напряжения розеточного типа. Устанавливается непосредственно в розетку. Имеет собственную розетку для подключения прибора. Применяется для защиты отдельных потребителей (телевизор, компьютер). Низкая коммутационная способность (до 16А).
• Реле напряжения удлинительного типа. Встроено в корпус сетевого фильтра или удлинителя, защищает группу приборов.
• Реле напряжения для монтажа на DIN-рейку. Наиболее распространенный профессиональный тип. Устанавливается в распределительный щиток и защищает всю группу потребителей (квартиру, дом, офис) или отдельную критичную линию (котел, холодильник). Обеспечивает высокие коммутационные токи.

2. По способу коммутации нагрузки:

• С электромеханическим реле. Коммутация осуществляется контактами катушечного реле. Преимущества: устойчивость к импульсным перенапряжениям, низкое собственное тепловыделение, нулевое падение напряжения в открытом состоянии. Недостатки: ограниченный механический ресурс (десятки-сотни тысяч срабатываний), искрение контактов при разрыве индуктивной нагрузки.
• С твердотельным реле (SSR). Коммутация осуществляется симистором или тиристором по сигналу от процессора. Преимущества: высокое быстродействие, бесшумность, практически неограниченный ресурс по количеству срабатываний. Недостатки: падение напряжения на открытом ключе (1-2В), нагрев, требующий теплоотвода, чувствительность к импульсным перенапряжениям и токам короткого замыкания.

3. По функциональности и управлению:

• С фиксированными уставками. Пределы срабатывания заданы заводом (например, 170-265 В). Не требуют настройки, но менее гибки.
• С регулируемыми уставками. Позволяют точно настроить верхний и нижний пороги, а также время повторного включения под конкретную нагрузку и состояние сети.
• С дополнительным функционалом. Могут включать в себя: вольтметр, амперметр, счетчик энергии, защиту от перекоса фаз (в однофазном исполнении — контроль нуля), термозащиту, возможность дистанционного управления или интеграции в системы «умный дом».

Схемы подключения в однофазной сети

Существует две основные схемы подключения реле напряжения в распределительном щите.

Схема 1. Прямое (сквозное) подключение.

Реле напряжения устанавливается последовательно в разрыв фазного (L) и нулевого (N) проводников, питающих всю защищаемую нагрузку. Все токи нагрузки проходят через контакты реле. Данная схема применяется для защиты целых групп или объектов с нагрузкой, не превышающей номинальный ток реле. Требует правильного выбора сечения проводников и надежного соединения на клеммах реле.

Схема 2. Подключение через контактор.

При нагрузках свыше 63-80А или для снижения тепловой нагрузки на клеммы реле напряжения применяется схема с промежуточным контактором. Реле напряжения (РН) управляет катушкой магнитного контактора (КМ), силовые контакты которого коммутируют основную нагрузку. Ток через реле напряжения в этом случае ограничивается током катушки контактора (обычно менее 1А), что позволяет использовать компактные и недорогие модели РН для защиты линий с большими токами (100А и более).

Критерии выбора и особенности монтажа

При выборе однофазного реле напряжения необходимо последовательно оценить следующие параметры:

1. Номинальный ток. Определяется максимальным длительным током в защищаемой линии с запасом 20-30%. Для защиты всей квартиры/дома суммируются мощности всех потребителей с учетом коэффициента спроса.
2. Диапазон регулировок. Должен перекрывать допустимые пределы напряжения для защищаемого оборудования. Для бытовой техники обычно 195-245 В.
3. Наличие регулировки времени повторного включения. Обязательно для линий с компрессорной техникой (холодильники, кондиционеры).
4. Тип индикации и управления. Цифровой дисплей облегчает настройку и диагностику.
5. Температурный диапазон. Для неотапливаемых щитовых необходим расширенный диапазон.

Особенности монтажа: Установка производится на стандартную DIN-рейку TH35 в распределительном щите после вводного автоматического выключателя и счетчика. Необходимо обеспечить надежный контакт на клеммах, используя проводники соответствующего сечения, обжатые наконечниками НШВИ. Запрещается устанавливать устройство вблизи источников сильного тепла. При использовании твердотельных реле необходимо обеспечить рекомендуемый производителем теплоотвод.

Отличие реле напряжения от других защитных устройств

Реле напряжения vs. Стабилизатор напряжения

Стабилизатор активно корректирует выходное напряжение, поддерживая его в узких пределах (например, 220±5%), независимо от колебаний на входе (в пределах своего рабочего диапазона). Реле напряжения не стабилизирует, а лишь отключает нагрузку при аварии. Стабилизатор решает проблему «постоянно низкого» напряжения, реле — проблему «крайне высокого или низкого» (аварийного) напряжения. Реле дешевле, компактнее и не вносит искажений в сеть.

Реле напряжения vs. УЗИП (Устройство защиты от импульсных перенапряжений)

УЗИП (грозозащита, ограничитель перенапряжений) предназначено для защиты от кратковременных (микросекунды, миллисекунды) импульсов высокого напряжения (киловольты), вызванных грозовыми разрядами или коммутациями в сети. Реле напряжения не может эффективно подавить такие импульсы. Его задача — защита от длительных (секунды, минуты) превышений или просадок сетевого напряжения в сотнях вольт. Эти устройства не взаимозаменяемы, а дополняют друг друга в комплексной системе защиты.

Реле напряжения vs. Автоматический выключатель

Автоматический выключатель (АВ) защищает электрическую цепь от токов перегрузки и короткого замыкания, но абсолютно «не видит» отклонений напряжения, если они не приводят к соответствующему изменению тока. Реле напряжения, наоборот, реагирует исключительно на параметры напряжения, игнорируя токовые перегрузки (если не имеет встроенной такой функции). В схеме они работают последовательно, обеспечивая комплексную защиту.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какие уставки по напряжению и времени задержки рекомендуется устанавливать?

Для большинства бытовых и офисных приборов безопасным считается диапазон 195-245 В. Нижнюю уставку (U_min) рекомендуется устанавливать в пределах 190-200 В, верхнюю (U_max) — 240-250 В. Время повторного включения (T_вкл) для линий со смешанной нагрузкой — 1-3 минуты. Для линий с компрессорной техникой (холодильник, кондиционер) время необходимо увеличить до 5-10 минут для выравнивания давления фреона.

2. Что делать, если реле напряжения часто срабатывает без видимых причин?

Частые срабатывания указывают на нестабильность сети. Необходимо:

• Зафиксировать значения напряжения на дисплее реле в момент срабатывания.
• Провести независимые замеры напряжения в сети в разное время суток с помощью мультиметра или вольтметра.
• Обратиться в энергоснабжающую организацию с претензией о несоответствии качества электроэнергии требованиям ГОСТ 32144-2013 (допустимые отклонения ±10% от номинала 230В, т.е. 207-253 В).
• Рассмотреть вопрос об установке стабилизатора напряжения, если просадки/повышения находятся в пределах 160-280В, но выходят за безопасные для техники пределы.

3. Можно ли использовать реле напряжения для защиты электродвигателей?

Да, но с важными оговорками. Реле напряжения защищает двигатель от работы при пониженном напряжении, которое приводит к перегреву обмоток из-за роста тока. Однако оно не защищает от перегрузки по току (необходим тепловой расцепитель или двигательный автомат) и от обрыва фазы (для трехфазных двигателей). Для однофазных асинхронных двигателей (например, в насосах) защита реле напряжения является эффективной.

4. Почему реле напряжения не включается после аварии, хотя в сети есть напряжение?

Возможные причины:

• Напряжение в сети все еще не вернулось в установленный диапазон между U_min и U_max.
• Не истекло установленное время задержки на включение (T_вкл).
• Произошел внутренний сбой устройства (требуется диагностика).
• В моделях с ручным повторным включением необходимо нажать соответствующую кнопку.

5. Как правильно выбрать номинальный ток реле напряжения для частного дома?

Расчет производится на основе разрешенной (выделенной) мощности. Например, при однофазном вводе 220В и мощности 15 кВт максимальный длительный ток составит I = P / U = 15000 / 220 ≈ 68А. С учетом запаса 20-30% необходимо выбрать реле напряжения с номинальным током не менее 80А. В 99% случаев для такого тока применяется схема подключения через контактор, а само реле выбирается с током управления катушкой контактора (обычно 10-16А достаточно).

6. Требует ли реле напряжения периодического обслуживания?

Микропроцессорные реле напряжения не требуют технического обслуживания в классическом понимании. Рекомендуется:

• Визуальный контроль индикации и состояния клеммных соединений 1-2 раза в год.
• Проверка корректности срабатывания при помощи стендового автотрансформатора (ЛАТР) при вводе в эксплуатацию и после длительного простоя.
• Для моделей с электромеханическим реле — учет ресурса срабатываний (при частых отключениях сети ресурс может быть выработан за несколько лет).

Заключение

Однофазное реле напряжения является необходимым элементом современной системы электрозащиты, обеспечивающим сохранность дорогостоящего электрооборудования от последствий некачественного сетевого напряжения. Его эффективность определяется правильным выбором по току, диапазонам и времени срабатывания, а также корректным монтажом в составе распределительного устройства. В отличие от стабилизаторов, УЗИП и автоматических выключателей, реле напряжения выполняет уникальную функцию контроля действующего значения напряжения, заполняя важную нишу в комплексной защите электроустановок. При проектировании новых или модернизации существующих электрощитов установка реле напряжения должна рассматриваться как стандартная и обязательная мера повышения надежности и безопасности.