Реле напряжения 220В: принцип действия, классификация и применение в системах электроснабжения

Реле напряжения (РН) 220В — это коммутационный или защитный аппарат, основная функция которого заключается в автоматическом отключении нагрузки при выходе напряжения за установленные верхний и нижний пределы с последующим автоматическим или ручным включением после восстановления параметров сети в норме. Данные устройства являются ключевым элементом защиты однофазного электрооборудования бытового, коммерческого и промышленного назначения от аномалий в питающей сети.

Принцип действия и базовая схема работы

Принцип действия большинства современных реле напряжения 220В основан на непрерывном цифровом или аналоговом мониторинге действующего значения напряжения (U) в сети. Микроконтроллер или специализированная схема сравнивает измеренную величину с заданными уставками. При нарушении заданного диапазона формируется управляющий сигнал, который через силовое реле или полупроводниковый ключ разрывает цепь питания нагрузки. Время срабатывания (выдержка) при этом может быть фиксированной или регулируемой, что позволяет реализовать селективность и избежать ложных срабатываний на кратковременные провалы или всплески.

Типовая функциональная схема включает в себя:

• Блок питания и стабилизации для собственных целей устройства.
• Датчик напряжения (обычно на основе делителя).
• Блок обработки сигнала (компаратор или микроконтроллер).
• Исполнительный орган (электромагнитное реле или симистор).
• Органы индикации и управления (дисплей, кнопки, светодиоды).

Классификация реле напряжения 220В

1. По типу установки и конструктивному исполнению

• Реле напряжения розеточного типа: Устройство, вставляемое в стандартную розетку, с одной или несколькими розетками на корпусе. Предназначено для защиты отдельных электроприборов. Номинальный ток обычно не превышает 16 А.
• Реле напряжения удлинительного типа (сетевые фильтры с защитой): Представляют собой удлинитель со встроенной защитой от перенапряжений и отклонений напряжения.
• Реле напряжения для монтажа на DIN-рейку: Наиболее распространенный тип для стационарной установки в распределительный щиток (щит учета, этажный щит, ГРЩ). Обеспечивают защиту всей группы потребителей или всей квартирной/офисной линии. Номинальные токи: 16А, 25А, 32А, 40А, 63А, 80А.
• Реле напряжения в адаптивном корпусе (под розетку скрытого монтажа): Монтируются в стандартный подрозетник, заменяя собой розетку или выключатель.

2. По типу исполнительного элемента

• С электромагнитным реле (контактором): Классическое решение. Преимущества: гальваническая развязка, низкое собственное падение напряжения в открытом состоянии. Недостатки: ограниченный механический и коммутационный ресурс (обычно 50-100 тыс. циклов), искрение контактов, чувствительность к частым коммутациям.
• С полупроводниковым ключом (симистором/тиристором): Бесконтактная коммутация. Преимущества: высокое быстродействие, практически неограниченный ресурс по количеству срабатываний, бесшумность. Недостатки: необходимость теплоотвода, падение напряжения на ключе (нагрев), потенциальная уязвимость к импульсным перенапряжениям.

3. По алгоритму работы и функциональности

• С фиксированными уставками: Пределы срабатывания и время задержки на включение заданы на заводе и не регулируются пользователем.
• С регулируемыми уставками: Позволяют точно настроить верхний (Umax) и нижний (Umin) пороги, а также время повторного включения (Tвкл).
• Многофункциональные реле (контроллеры напряжения): Помимо контроля напряжения, могут иметь встроенные функции: измерение тока, мощности, энергии, контроль частоты, температурный датчик, возможность программирования недельного графика.
• С приоритетной нагрузкой: Имеют два выхода. При нормальном напряжении питается вся нагрузка. При пониженном напряжении отключается неприоритетная линия, а приоритетная (например, котел, холодильник) остается под защитой реле, которое отключит ее только при критическом падении напряжения.

Основные технические характеристики и параметры настройки

При выборе и настройке реле напряжения 220В необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

Таблица 1. Основные технические характеристики реле напряжения

Параметр	Типичный диапазон / значение	Пояснение
Номинальное рабочее напряжение (Uн)	220-230 В, 50 Гц	Напряжение, при котором устройство работает в нормальном режиме.
Диапазон регулировки нижнего порога (Umin)	160 — 210 В	Напряжение, ниже которого происходит отключение. Устанавливается с учетом пусковых токов нагрузки и реальных параметров сети.
Диапазон регулировки верхнего порога (Umax)	230 — 280 В	Напряжение, выше которого происходит отключение. Критично для защиты от перенапряжений.
Время отключения при аварии	0.02 — 0.2 с	Быстродействие срабатывания защиты. Для полупроводниковых реле может быть менее 0.02 с.
Время задержки на включение (Tвкл)	5 — 600 сек (регулируемое)	Интервал между восстановлением напряжения и подачей его на нагрузку. Необходим для стабилизации сети и защиты компрессоров холодильников/кондиционеров.
Номинальный ток нагрузки (Iн)	16, 25, 32, 40, 63, 80 А	Максимальный длительный ток, который могут коммутировать контакты реле. Выбирается с запасом 20-30% от тока защищаемой линии.
Максимальная коммутируемая мощность	~ Iн 220 В (для 25А — 5.5 кВА)	Расчетная величина. Для реактивных нагрузок (электродвигатели) требуется дополнительный запас.
Степень защиты (IP)	IP20 (для щитов), IP44 (розеточные)	Определяет защищенность от пыли и влаги.
Собственное потребление	2 — 5 ВА	Мощность, потребляемая устройством в дежурном режиме.
Механическая износостойкость	50 000 — 100 000 циклов (для релейных)	Количество гарантированных операций ВКЛ/ВЫКЛ.
Температура эксплуатации	-20°C … +40°C (или шире)	Диапазон температур окружающей среды.

Схемы подключения в однофазной сети

Способ подключения зависит от типа реле и требуемого уровня защиты.

1. Подключение реле розеточного типа

Не требует специального монтажа. Устройство включается в розетку, а нагрузка — в розетку на корпусе реле. Ограничено номинальным током устройства (обычно 10-16А).

2. Подключение реле на DIN-рейку в распределительном щите

Существует две основные схемы:

• Прямое (серийное) подключение: Реле напряжения устанавливается последовательно в разрыв фазного провода (L) защищаемой линии после вводного автомата (Q1) и перед групповыми автоматическими выключателями (QF1…QFn). Нейтраль (N) подключается к соответствующей клемме реле для питания его схемы. Данная схема применяется для защиты отдельных групп или всей сети при условии, что номинальный ток реле превышает или равен току вводного автомата.
• Подключение через контактор: Применяется, когда мощность нагрузки превышает коммутационную способность реле напряжения. Реле (маломощное, с контактами на 5-10А) управляет катушкой контактора (KM1), силовые контакты которого коммутируют основную нагрузку. Это наиболее надежная и гибкая схема для защиты всей вводной линии.

ВАЖНО: Защитное заземление (PE) никогда не коммутируется через реле напряжения. Оно подключается напрямую к шине PE в щите и далее к нагрузке.

Критерии выбора реле напряжения 220В

• Номинальный ток: Основной параметр. Должен быть выбран по току защищаемой линии с запасом 20-30%. Для защиты всей квартиры/дома предпочтительна схема с контактором.
• Тип сети и наличие нейтрали: Для стандартной однофазной сети 220В (L+N+PE) требуется однофазное реле.
• Точность и диапазон регулировок: Чем шире и точнее настройки, тем лучше устройство адаптируется к конкретным сетевым условиям.
• Наличие информационного дисплея: Позволяет видеть текущее напряжение, настройки, причину последнего срабатывания.
• Температурный режим: Для неотапливаемых щитовых необходимо выбирать устройства с расширенным температурным диапазоном.
• Бренд и качество элементной базы: Определяет долговременную надежность и соответствие заявленным характеристикам.

Отличие реле напряжения от других устройств защиты

Таблица 2. Сравнение реле напряжения с другими защитными устройствами

Устройство	Основная функция	Принципиальное отличие от РН
Реле напряжения (РН)	Защита от длительных отклонений напряжения от нормы (пониженное/повышенное).	Контролирует действующее значение напряжения, имеет регулируемые уставки и выдержки времени. Восстанавливает питание автоматически.
УЗИП (ОПН, варисторный ограничитель)	Защита от импульсных перенапряжений (грозовых, коммутационных).	Шунтирует импульс высокого напряжения на землю за наносекунды. Не отключает линию, может разрушаться при длительном перенапряжении. Часто используется совместно с РН.
Стабилизатор напряжения	Поддержание выходного напряжения в узких пределах при изменении входного в широком диапазоне.	Активно корректирует напряжение, а не отключает нагрузку. Имеет большее время реакции, вносит искажения, дороже. РН — более простое и быстрое решение для критичных отклонений.
Автоматический выключатель (АВ)	Защита от токов короткого замыкания и перегрузки.	Реагирует на превышение тока, а не напряжения. Не защищает от перенапряжений или обрыва нуля.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Что опаснее для оборудования: повышенное или пониженное напряжение?

Оба явления опасны, но по-разному. Повышенное напряжение (особенно при обрыве нуля в трехфазной сети, когда в розетке может появиться 380В) приводит к мгновенному тепловому разрушению изоляции обмоток, выходу из строя блоков питания электроники. Пониженное напряжение вызывает увеличение тока потребления в асинхронных двигателях (компрессоры, насосы), что приводит к их перегреву и сокращению срока службы. Также при низком напряжении могут не запускаться импульсные блоки питания.

Вопрос 2: Какие уставки напряжения и времени задержки рекомендуется устанавливать?

Рекомендуемые заводские настройки для большинства случаев: Umin = 180 В, Umax = 250 В, Tвкл = 60-120 сек. Однако настройки должны быть адаптированы:

• Если в сети частые просадки до 190-200В, но оборудование работает, Umin можно снизить до 170В, чтобы избежать излишних отключений.
• Для районов с нестабильной сетью время Tвкл для холодильников и кондиционеров должно быть не менее 5 минут (300 сек) для выравнивания давления фреона.
• Верхний порог для современной электроники целесообразно установить на 245В.

Вопрос 3: Почему реле напряжения щелкает/срабатывает при запуске мощного двигателя (сварочного аппарата, перфоратора)?

Это связано с высоким пусковым током двигателя, который в 5-7 раз превышает номинальный. На внутреннем сопротивлении проводки это вызывает кратковременную, но глубокую просадку напряжения. Если реле имеет высокое быстродействие и низкий порог Umin, оно фиксирует эту просадку как аварию. Решение: увеличить время срабатывания (если есть такая настройка) до 0.3-1.0 с, чтобы реле игнорировало кратковременные провалы, и/или поднять порог Umin на 5-10В.

Вопрос 4: Можно ли использовать одно реле напряжения на весь дом с большим количеством нагрузок?

Да, но при соблюдении двух условий: 1) Номинальный ток реле (или контактора, которым оно управляет) должен быть равен или превышать номинальный ток вводного автомата. 2) Необходимо понимать, что при срабатывании защиты будет отключаться абсолютно все электроприборы в доме. Для ответственных потребителей (котел, система охранной сигнализации, холодильная камера) иногда целесообразно организовать отдельную защищенную линию с собственным реле.

Вопрос 5: В чем разница между реле напряжения и «реле контроля фаз» для однофазной сети?

Для однофазной сети это, по сути, одно и то же устройство. Термин «реле контроля фаз» (РКФ) исторически применяется к более сложным устройствам для трехфазных сетей, контролирующим чередование фаз, асимметрию, обрыв фазы. В однофазном исполнении РКФ контролирует только наличие и уровень напряжения, что идентично функции реле напряжения.

Вопрос 6: Что происходит с реле напряжения при обрыве нуля?

Качественное реле напряжения является основным средством защиты от этой аварии. При обрыве нуля в трехфазной сети напряжение в розетках может скачкообразно измениться в диапазоне от 0 до 380В. Реле, постоянно измеряя действующее значение, за доли секунды зафиксирует выход за пределы уставки Umax (например, 250В) и отключит нагрузку, предотвращая выход оборудования из строя.

Заключение

Реле напряжения 220В является необходимым элементом современной системы электроснабжения, обеспечивающим защиту конечного электрооборудования от разрушительных последствий отклонений параметров сети. Правильный выбор типа устройства, его номинальных характеристик, грамотная настройка уставок и корректный монтаж в соответствии с рекомендуемыми схемами позволяют значительно повысить надежность и безопасность эксплуатации бытовых и промышленных электроприемников. Установка реле напряжения на DIN-рейку в распределительный щит в связке с контактором представляет собой наиболее надежное и универсальное решение для комплексной защиты объекта от длительных перенапряжений и просадок напряжения.