Реле напряжения – это устройства, контролирующие его величину и генерирующие на выходе сигнал при выходе ее из заданных пределов. Значение, при превышении которого срабатывает реле, называется уставкой.
Реле напряжения по логике работы делятся на две категории:
- реле максимального напряжения, срабатывающие при превышении заданной уставки;
- реле минимального напряжения, выдающие на выходе сигнал при понижении контролируемой величины ниже уставки.
Часто в одном корпусе совмещают функционально оба вида этих реле.
В устройствах релейной защиты и автоматики реле напряжения нужны для выполнения следующих функций:
- контроля величины напряжения в устройствах, способных влиять на его величину (устройства форсировки генераторов) или для сигнализации об его недопустимом изменении;
- формирование сигнала «напряжение пропало» при падении его ниже уставки в устройствах автоматического ввода резерва;
- минимальной защиты: для отключения электродвигателей для исключения их группового запуска при восстановлении напряжения или недопущения их работы при пониженном напряжении.
В бытовых электрощитках реле контроля напряжения применяются для более простой задачи: защиты электроприборов от колебаний напряжения. Разберем, откуда берутся изменения напряжения в сети, и чем они опасны.
Откуда берутся колебания напряжения?
Колебания – это процесс изменения величины за относительно длительное время. Отчего же изменяется величина напряжения в сети?
Источник энергии, питающий потребителей села или многоквартирного дома, обладает конечной величиной мощности. Таким источником является силовой трансформатор на подстанции. При загрузке сверх номинальной мощности напряжение на его выводах падает.
Нагрузки потребителей рассчитывались еще в прошлом веке, хоть и с запасом. Но тогда не было такого количества бытовой техники. Теперь мощности не хватает, и в часы максимумов (обычно – вечером) величина напряжения в сети падает ниже допустимой ГОСТом.
Работа при пониженном напряжении вредна для многих бытовых электроприборов. Электродвигатели снижают обороты и их обмотки сгорают. Бытовая электроника, блоки питания которой работают на грани возможного, тоже выходит из строя. Не страдают только нагревательные элементы электроплит и обогревателей, которые просто снижают эффективность работы. Да и лампам накаливания от пониженного напряжения только лучше.
Но тут возникает противоположная ситуация. Чтобы привести величину напряжения в норму в часы максимума, электрики переключают анцапфой обмотки трансформатора, повышая на его выходе напряжения. В часы максимума его величина становится нормальной. Но вот в ночные часы и утром, когда потребления мощности почти нет, напряжение наоборот – превышает допустимый уровень.
А это – намного опаснее, чем пониженное. От него страдают все электроприборы без исключения.
Что такое обрыв нуля?
В наших розетках – 220 В. Но на самом деле трансформатор выдает 380 В. Это – напряжение между любой из трех фаз на выводах его обмоток. Внутри трансформатора обмотки соединены между собой в звезду и образуют четвертый проводник – ноль. Вот между ним и любой фазой – 220 В.
Но на самом деле все сложнее. Пока кабели и провода доберутся до потребителя, все изменится. Ток, проходя по нулевому проводнику, встречает на своем пути контактные соединения, не подтягиваемые и не прочищаемые десятки лет, ржавые шины PEN, с прикрученными ржавыми же болтами нулевыми проводниками кабелей. Да и кабели, давно уже проложенные, выполнялись трехжильными. Нулевым проводником до сих пор служит их броня. Как она там, в земле, не сильно еще сгнила?
И вот появляется новая угроза – в любой момент нулевой проводник, за счет которого мы имеем с сети свои 220 в, может оборваться. Или его сопротивление станет угрожающе большим.
При увеличенном сопротивлении нулевого проводника, с превышением током нагрузки на одной из фаз токов на двух других, напряжение на нагруженной фазе уменьшается, на других – увеличивается. Такие эффекты наблюдаются на территории коллективных гаражных стоянок. Если сосед использует сварочный аппарат, то в рядом стоящих гаражах, подключенных к другим фазам, свет в такт с работой сварки вспыхивает ярче.
При полном обрыве нулевого проводника все еще хуже. На фазе с большей нагрузкой напряжение падает, с меньшей – стремится к 380 В. Комментарии излишни.
Добавим теоретически существующую и уже не раз реализованную электриками возможность после переключений жил кабеля отправить абоненту две фазы (с напряжением между ними 380 В), и необходимость защищаться от подобных сюрпризов уже не покажется преувеличенной.
Защита при помощи реле контроля напряжения
Реле напряжения не сможет повлиять на его величину. На это способны только стабилизаторы. Но стабилизатор стоит недешево. Если требуется защита от возможного (аварийного) недопустимого изменения напряжения, то его покупка нецелесообразна. А если колебания напряжения стали нормой для вашей электросети, то его покупка – обязательна. Реле напряжения, постоянно отключая питание вашей квартиры, вынудит вас либо завысить (занизить) уставку, либо отключить его совсем. Да и частые включения – отключения в совокупности с ненормальной величиной напряжения для электрооборудования бесследно не проходят. Еще неизвестно, что хуже: не отключать совсем или отключать 15 раз за вечер при напряжении питания 250 В.
На лицевой панели реле напряжения выставляются уставки срабатывания. Минимальный набор их такой:
- уставка по повышению напряжения;
- уставка по понижению напряжения;
- выдержка времени, с которой реле сработает при превышении уставок.
Реле устанавливается во вводной щиток и подключается после счетчика. Вариантов его использования два:
- Непосредственная коммутация тока нагрузки. В этом случае фаза от счетчика подключается к отходящим автоматам через выходной контакт реле напряжения.
- Коммутация через пускатель. Между счетчиком и нагрузкой подключаются силовые контакты пускателя или модульного контактора. Управление на катушку пускателя подключается через реле напряжения.
Вторая схема применяется, если реле не способно коммутировать ток нагрузки напрямую. Но ее рекомендуют реализовывать во всех случаях. При коротком замыкании при первом варианте подключения контакты реле могут подгореть, и его придется выбросить. Пускатель стоит меньше, его заменить несложно.
Схема с пускателем имеет и недостаток: при работе он издает шум, сила которого зависит от выбранной модели. Серия КМИ производства ИЭК имеет наихудший шумовой показатель. К тому же, подобные контакторы при монтаже на DIN-рейку криво интегрируются в модульные щитки. Пускатель выступает над пластроном (оперативной панелью), закрыть его невозможно. Модульные контакторы больше подходят для этой цели, но стоят подороже.
Большинство реле контроля напряжения имеют дисплей, на котором показывается величина текущего напряжения в сети. Задав уставки срабатывания, соответствующие допустимым ГОСТом колебаниям напряжения (±10 %), при срабатывании реле можно понаблюдать, какое на самом деле напряжение было в сети в момент отключения. Без реле вам в голову не взбредет подключить к сети вольтметр и постоянно наблюдать за его показаниями.
И вот, вооружившись статистическими данными, можно отправляться в энергосбытовую компанию. Если напряжение в вашей квартире регулярно выходит за рамки дозволенного, то это – их головная боль. Ваше право – написать жалобу и потребовать исправления ситуации. А если дополнительно привлечь соседей, разъяснив им, чем они рискуют с таким положением вещей в электросети, процесс пойдет быстрее.
Вот какую пользу можно извлечь, установив у себя дома реле контроля напряжения. Не считая самого главного: при обрыве нуля оно гарантированно спасет ваши электроприборы. Поэтому, если величина колебаний в электросети по результатам ваших наблюдений окажется в пределах нормы – не торопитесь демонтировать реле за ненадобностью. Оно еще пригодится.
И напоследок: известны случаи, когда такое реле спасало от грозовых перенапряжений в сети. Хотя это и не входит в его обязанности.