Реле напряжения — устройство и принцип работы¶

Реле напряжения — это устройство электропroteктивной автоматики, предназначенное для контроля уровня напряжения в электрической сети и отключения подключённой нагрузки при выходе напряжения за установленные пределы (повышении или понижении). Реле напряжения относится к классу реле, управляющих электрическими цепями по заданному порогу напряжения, и широко применяется в бытовых и промышленных электрических сетях для защиты электрооборудования от аварийных режимов.

¶Назначение и принцип работы

Основная задача реле напряжения — предотвратить повреждение подключённых приборов при отклонении сетевого напряжения от номинального значения. В однофазных бытовых сетях России номинальное напряжение составляет 220 В при допустимых отклонениях ±10 % (198–232 В). Превышение верхнего порога приводит к перегреву и пробою изоляции, выходу из строя электронных блоков, повреждению обмоток двигателей. Пониженное напряжение вызывает рост тока в индуктивных нагрузках, некорректную работу компрессоров холодильников и кондиционеров.

Принцип работы реле напряжения основан на сравнении фактического значения напряжения в сети с заданными порогами. Аналоговые варианты используют компаратор на операционном усилителе, сравнивающий выпрямленное напряжение сети с эталонным. Цифровые реализации измеряют напряжение с помощью аналого-цифрового преобразователя и управляют исполнительным элементом (электромагнитным реле или тиристором) по программно заданным алгоритмам. При выходе напряжения за пределы реле разрывает цепь нагрузки, а после возвращения напряжения в норму — замыкает её, как правило, с выдержкой времени (от нескольких секунд до минут), чтобы избежать ложных срабатываний при кратковременных скачках.

¶Виды реле напряжения

По типу контролируемой сети реле напряжения подразделяются на:

• Однофазные — для сетей 220 В, наиболее распространены в быту;
• Трёхфазные — для сетей 380 В, контролируют напряжение по каждой фазе и при аварийном режиме любой из фаз отключают нагрузку целиком;
• Реле напряжения нулевой последовательности — реагируют на появление разности потенциалов между нулевым проводом и землёй (обрыв нуля), защищая от повышения фазного напряжения до 380 В.

По способу исполнения различают модульные реле (устанавливаются на DIN-рейку в щитке), розеточные (включаются в розетку, а прибор подключается к ним) и встраиваемые в силовые щиты.

По типу исполнительного элемента реле делятся на электромеханические (с электромагнитным реле или контактором) и электронные (на полупроводниковых ключах — тиристорах или симисторах). Электронные реле работают бесшумно и не имеют изнашивающихся контактов, однако чувствительнее к перегреву.

¶Основные характеристики

Ключевые параметры реле напряжения:

Некоторые модели оснащены индикацией текущего напряжения (сегментный или светодиодный дисплей), защитой от короткого замыкания и перегрузки, а также функцией автоматического повторного включения.

¶Применение

Реле напряжения устанавливаются в квартирных и домовых распределительных щитах для защиты бытовой техники — холодильников, кондиционеров, стиральных машин, котлов отопления. В промышленности они применяются для защиты двигателей, преобразователей частоты, серверного оборудования и медицинской техники. Трёхфазные реле используются в системах резервного электроснабжения, где контролируют качество входного напряжения перед переключением на генератор.

Особое значение реле напряжения приобретают в регионах с нестабильным электроснабжением и в местах с частыми обрывами нулевого провода, когда в трёхфазной сети возможно повышение напряжения в одной из фаз до 380 В.

¶Установка

Реле напряжения монтируется в электрощит на DIN-рейку и подключается последовательно с защищаемой линией: фазный провод проходит через силовые контакты реле, нулевой — напрямую. Для трёхфазных реле подключаются все три фазы и ноль. При подключении обязательно соблюдение полярности и сечения проводов, соответствующего номинальному току реле. После установки задаются пороги срабатывания и время задержки включения.

¶Достоинства и ограничения

К достоинствам реле напряжения относятся относительная простота, невысокая стоимость (от 500 до 5000 рублей в зависимости от типа и функционала), надёжная защита электрооборудования. Ограничения связаны с тем, что реле не компенсирует отклонение напряжения, а лишь отключает нагрузку, и с необходимостью корректной настройки порогов: слишком узкий диапазон приводит к частым отключениям, слишком широкий — не обеспечивает защиты.

Источники:

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание
• ГОСТ Р 50030.5.1 — Низковольтное распределительное устройство и управление
• Техническая документация производителей реле напряжения (IEK, FINDER, ABB)
• Электротехнический справочник, раздел «Защитная автоматика»