Виды реле напряжения – основные характеристики, принципы работы

Для современных устройств важны стабильные параметры питания. Независимо от того, идет ли речь о бытовой технике или сложных промышленных установках, колебания напряжения могут привести к серьезным повреждениям и выходу из строя дорогостоящего оборудования. Для решения проблемы часто применяют реле контроля напряжения. В этой статье мы рассмотрим, что это такое, как они устроены, назначение реле напряжения, а также особенности их применения в различных условиях.

Для чего нужно реле напряжения

Реле напряжения – это прибор, который следит за величиной вольтажа в сети и, если показатель выходит за пределы допустимого диапазона, отключает питание. Его используют для защиты электрических систем и оборудования от повреждений, которые возникают при отклонении показателя напряжения от нормы. За счет постоянного контроля уровня переключатель позволяет защитить аппаратуру от выхода из строя или неправильной работы.

Ситуация, когда в энергосети присутствует превышение нормального уровня вольтажа, называют перенапряжением. Его способны вызвать многие причины, например:

• разряд молнии;
• работы на оборудовании сети электропитания;
• ошибки подключения;
• отключение мощных потребителей энергии.

Повышенное напряжение может вывести из строя чувствительную аппаратуру, например, компьютеры, телевизоры, бытовую технику. Самый простой способ борьбы с такой проблемой – это отключение питания, что реле делает автоматически при обнаружении серьезных отклонений от нормы.

Пониженный вольтаж также представляет собой угрозу. Он может возникнуть:

• из-за перегрузки сети;
• аварий;
• неисправностей в энергосистеме.

При недостаточном показателе оборудование может работать неправильно и тоже может выйти из строя. Особенно опасно низкое напряжение для электродвигателей, которые могут терять мощность, перегреваться, шуметь и вибрировать. Все это приводит к повышенному износу и поломкам.

Простота и дешевизна реле напряжения помогли этому прибору получить самое широкое распространение. Вы найдете его в холодильниках, станках, насосах, системах освещения, кондиционирования, котлах и многих других устройствах. Однако исполнение переключателей сильно отличается в зависимости от условий применения. Если в бытовой технике это простые, даже примитивные приборы с заранее заданными режимами работы, то в промышленной среде их, помимо своей основной функции, часто наделяют еще и дополнительными интеграционными интерфейсами. Это позволяет не только контролировать состояние всей системы, но еще и активно управлять ею.

Как работает реле напряжения и как оно устроено

Существует два вида переключателей по принципу действия:

• электромеханические;
• https://www.radioelementy.ru/catalog/rele/tverdotelnye/ (статические).

Электромеханическое реле – это простое устройство, в состав которого входят:

• катушка индуктивности;
• магнит;
• пружина.

Если напряжение нормальное, то якорь притягивается к электромагниту, и между входом и выходом протекает ток. Такие приборы отличаются простотой и надежностью работы. Но время срабатывания у них относительно большое (доли секунды), при переключении состояния они издают характерный щелчок. В момент замыкания и размыкания контактов могут возникать искры, а это категорически недопустимо в пожароопасных средах. Со временем контакты способны окисляться, что вызывает постепенный рост сопротивления, нагрев и потери электроэнергии. Еще электромеханические устройства во время переключения могут вызывать скачки вольтажа в сети энергопитания.

Поэтому разработали принципиально иные электронные реле. Такие устройства состоят из:

• блока мониторинга и управления;
• блока коммутации.

Блок мониторинга отвечает за измерение напряжения в сети. При отклонении он передает команду блоку коммутации на разъединение входа и выхода переключателя. Блок коммутации обычно делают на основе полупроводниковых устройств. Часто в них применяют полную гальваническую развязку на базе оптрона. Работают они быстро, бесшумно, у них нет подвижных частей и связанных с этим издержек.

Но есть и недостатки. Твердотельные переключатели при размыкании не создают реального разрыва цепи – скорее, ведут себя как резистор с очень большим, но не бесконечным сопротивлением. По этой же причине в цепи в разомкнутом состоянии появляется очень маленький ток утечки. В замкнутом состоянии из-за наличия p-n переходов твердотельные устройства выделяют тепло и рассеивают на этом часть пропускаемой энергии. Некоторые из них даже требуют применения специальных методов охлаждения.

Электронные реле изменяют свое состояние очень быстро, но это может становиться причиной ложных срабатываний. Для борьбы с этим в блоке мониторинга и измерения надо предусмотреть соответствующие инструменты: например, RC-цепь (из конденсатора и резистора).

Особенности применения промышленных переключателей

Если в большинстве бытовых приборов в квартире, даже сложных и дорогих, можно применять самые простые переключатели, то в промышленности все немного сложнее. Такие объекты отличаются не только повышенным расходом энергии (а значит, и требованиями к токам и напряжениям, которые они пропускают), но еще и тем, что оборудование зачастую работает не само по себе, а как элемент технологического процесса. Это означает, что просто обесточить какой-то узел нельзя. Необходимо одновременно остановить работу связанных с ним звеньев технологической цепочки. Причем сделать это так, чтобы не нанести ущерба материалам, которые обрабатывают в этот момент.

Для решения задачи реле контроля напряжения снабжают специальными интерфейсами связи. Они позволяют SCADA-системе (Supervisory Control and Data Acquisition) собирать данные об их состоянии и разумно реагировать на неожиданные проблемы, автоматизировать запуск и остановку производственных процессов без ущерба для предприятия.

Заключение

Реле контроля напряжения используют для обеспечения безопасности электрического оборудования как в бытовых, так и в промышленных условиях. Эти устройства способствуют надежной и эффективной защите от перенапряжений и пониженного вольтажа, предотвращают возможные повреждения и продлевают срок службы аппаратуры. Благодаря своей простоте, надежности и доступности они получили широкое распространение в самых различных областях, от бытовых приборов до сложных промышленных систем.

Современные реле напряжения обычно делают без подвижных частей, и это дает множество преимуществ, таких как надежность, высокая скорость срабатывания и бесшумность. В то же время их использование требует учета специфических условий эксплуатации, особенно важно это для мощных реле, поскольку они могут нагреваться и требовать специального охлаждения.

В промышленных приложениях реле напряжения не только защищают оборудование, их интегрируют в системы автоматического управления, такие как SCADA, что позволяет более гибко и эффективно координировать технологические процессы. Это особенно важно в условиях, где остановка одного элемента может повлиять на всю производственную цепочку.

Другие материалы по теме

29.09.2019

Что такое реле: виды, принцип действия и устройство

Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. В этой статье мы подробно разберем, что такое реле, какие виды реле существуют и для чего они применяются.

23.01.2021

Герконовые реле: что это такое, чем отличается, как работает

Статья об устройстве герконовых реле: обзор конструкции, характеристик и принципа работы. Преимущества и недостатки. Назначение герконовых реле, где используются компоненты.

18.07.2018

Твердотельные реле: подробное описание устройства

Твердотельное реле (ТТР) – полупроводниковое устройство, применяемое для создания контакта между низковольтными и высоковольтными цепями, является современной альтернативой традиционным пускателям и контакторам. Применяется в бытовой технике, промавтоматике, автомобильной электронике.

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.