Napetostni nadzorni rele: princip delovanja, shema, podrobnosti priključitve

Nihanja napetosti niso redkost v domačih hišah. Pojavljajo se zaradi obrabljenosti električnih omrežij, kratkih stikov in neenakomerne porazdelitve obremenitve po posameznih fazah.

Posledično gospodinjski aparati bodisi ne prejmejo dovolj električne energije bodisi pregorijo zaradi njenega presežka. Da bi se izognili naštetim težavam, je priporočljivo namestiti rele za nadzor napetosti (RKN).

Predlagamo, da razčistimo, kakšne prednosti daje uporaba take naprave, kakšne so razlike med RKN in stabilizatorjem, kako izbrati primeren rele in kako izvesti njegovo priključitev.

Zakaj je potreben rele za regulacijo napetosti

Pravilno ime obravnavane naprave je 'rele za nadzor napetosti'. Toda srednja beseda v pogovorih električarjev med seboj pogosto izpade iz tega izraza.

Načeloma gre za isto elektrotehnično napravo zaščitne avtomatike. Poleg tega to opremo pogosto imenujejo tudi 'zaščita pred prekinitvijo ničelnega vodnika'. Zakaj – bo razvidno spodaj.

Ne zamenjujte avtomatov RCD in RKN. Prvi ščitijo linijo pred preobremenitvijo in kratkim stikom, drugi pa pred napetostnimi sunki. To so naprave z različnim funkcionalnim namenom.

Glavna naloga RKN je odklop električnih naprav od omrežja pri previsokih in prenizkih napetostih, da priključena oprema ne bi odpovedala.

Napis '~220 V' je vsem Rusom dobro znan. Pri takšni izmenični napetosti v hiši deluje gospodinjska oprema, priključena na vtičnice. Dejansko pa najvišja napetost v domačem električnem omrežju le niha okoli te vrednosti z odstopanjem +/-10%.

V posameznih primerih nihanja dosegajo tudi večje vrednosti. Voltmeter lahko kaže padce do 70 in skoke do 380 V.

Za električno opremo sta skrajno nevarni tako prenizka kot previsoka napetost. Če kompresor hladilnika ne prejme dovolj električne energije, se preprosto ne bo zagnal. Posledično se bo oprema neizogibno pregrela in pokvarila.

Pri nizki napetosti povprečen uporabnik v večini primerov sploh ni sposoben navzven ugotoviti, ali oprema v taki situaciji deluje pravilno ali ne. Vizualno je mogoče videti le medlo svetleče žarnice z žarilno nitko, katerih napetost je nižja, kot bi morala biti.

Z visokimi sunki je vse veliko preprosteje. Če na vhod napajanja televizorja, računalnika ali mikrovalovne pečice dovedemo 300–350 W, potem v najboljšem primeru v njih pregori varovalka. Najpogosteje pa 'pregorijo' same. In še dobro je, če pri tem ne pride do dejanskega vžiga naprave in nastanka požara.

Večstanovanjske hiše so običajno napajane iz trifaznega omrežja 380 V, v stanovanje pa že vodi enofazna napeljava 220 V iz električne omarice na nadstropju.

Glavne težave z nihanji napetosti v večnadstropnih stavbah nastanejo zaradi pretrganja delovne ničle. To žico poškodujejo električarji zaradi nepazljivosti med popravilom ali pa preprosto pregori zaradi starosti.

Če je v hiši na priključni liniji nameščen komplet potrebne zaščite sodobnega nivoja, potem zaradi takega pretrganja pride do delovanja avtomatike RCD. Vse se konča relativno normalno.

Vendar v starem stanovanjskem fondu, kjer ni nameščenih zaščitnih odklopnikov, izginotje ničle povzroči nesimetrijo faz. In takrat v nekaterih stanovanjih napetost postane nizka (50–100 V), v drugih pa močno visoka (300–350 V).

Kaj se bo na koncu pojavilo v vtičnici, je odvisno od obremenitve, ki je v tistem trenutku priključena na električno omrežje. Tega ni mogoče natančno vnaprej izračunati ali predvideti.

Posledično pri nekaterih vsa naprava preneha delovati, pri drugih pa zaradi prenapetosti pregori. Prav tu je potrebno napetostno nadzorno rele. Ob pojavu težav bo izklopilo omrežje in preprečilo okvaro televizorjev, hladilnikov in podobnega.

V zasebnem sektorju je problem z nihanji napetosti nekoliko drugačen. Če je vila locirana na veliki oddaljenosti od uličnega transformatorja, potem lahko ob povečani porabi električne energije v hišah pred njo na tej skrajni točki napetost pade na kritično nizke vrednosti.

Posledično bodo zaradi dolgotrajnega pomanjkanja 'voltov' elektromotorji v gospodinjskih aparatih neizogibno začeli goreti in odpovedovati.

Različice naprave RKN

Vsi modeli relejev, ki opravljajo funkcije regulatorja napetosti, se delijo na enofazne in trifazne.

Enofazni rele. Običajno se namešča v vilah in stanovanjih – več v hišnih omarah ni potrebno.

V električnih omarah zasebnih in večstanovanjskih hiš se običajno uporabljajo enofazni releji v kompaktni izvedbi na DIN-letev (+)

Trifazni rele. Taki RKN so namenjeni industrijski uporabi. Pogosto se uporabljajo v zaščitnih shemah trifaznih strojev. In če na vhodu takšne kompleksne opreme potrebujejo tak trifaznik, ga pogosto izberejo v kombinirani izvedbi s kontrolo ne samo po napetosti, ampak tudi po sinhronizaciji faz.

Glavna pomanjkljivost in hkrati prednost trifaznega releja je popoln izklop napajanja na izhodu ob sunku napetosti celo v eni od faznih linij na vhodu. V industriji je to samo koristno. Toda v gospodinjstvu pogosto nihanja napetosti v eni fazi niso kritična, RKN pa preprosto izklopi zaščiteno omrežje.

V posameznih primerih je tako zelo zanesljivo zavarovanje potrebno. Vendar pa je v veliki večini primerov odveč.

Glede na vrsto izvedbe in dimenzije

Celotna serija modelov napetostnih relejev se deli na tri vrste:

• vtično-vtičnični adapterji;
• podaljški z 1–6 vtičnicami;
• kompaktni paketniki na DIN letev.

Prvi dve možnosti se uporabljata za zaščito ene določene električne naprave ali neke skupine. Vključita se v običajno sobno vtičnico.

Tretja možnost je namenjena za montažo v električni omarici v okviru zaščitnega sistema električnega omrežja stanovanja ali hiše.

Adapterji in podaljški obravnavanih regulatorjev imajo precej velike dimenzije. Proizvajalci si prizadevajo, da bi bili čim manjši, da ne bi s svojim videzom kvarili notranjosti.

Vendar imajo notranje komponente napetostnega releja svoje stroge mere, poleg tega jih je treba še zložiti v eno ohišje z vtičnico in vtičem. Glede oblikovanja ni veliko prostora za manevriranje.

Releji za DIN letev za montažo v razdelilni omarici imajo bolj kompaktne dimenzije, v njih ni nič odveč. Njihova priključitev v omrežje se izvede s pomočjo povezave žic in sponk.

Glede na osnovo in dodatne funkcije

Notranja logika in delovanje releja za nadzor napetosti temeljita na mikroprocesorju ali preprostejšem komparatorju. Prva možnost je dražja, vendar omogoča natančnejše in bolj gladko nastavljanje mej delovanja RKN. Večina prodajanih zaščitnih naprav je trenutno zasnovana na mikroprocesorski osnovi.

Zgornji (Umax) in spodnji (Umin) prag sta dva glavna nastavljiva parametra RKN – če vhodna napetost zapusti nastavljeno območje, rele odklopi izhodno linijo od električnega toka (+)

Vsaj na ohišju releja sta dve LED diodi, s katerima lahko ugotovite, ali je napetost na vhodu in izhodu. Naprednejše naprave so opremljene z zasloni, ki prikazujejo nastavljene dovoljene meje in trenutno napetost v liniji.

Nastavitev mejnih vrednosti se izvaja s potenciometrom z graduirano skalo ali z gumbi s prikazom parametrov na zaslonu.

Rele, ki skrbi za preklapljanje znotraj RKN, je izdelan po bistabilni shemi. Ta tuljava ima dve stabilni stanji. Energija se porabi samo za preklop zaskočke. Za zadrževanje kontaktov v sklenjenem ali razklopljenem položaju elektrika ni potrebna.

Po eni strani to minimizira porabo energije, po drugi strani pa zagotavlja, da se tuljava ne bo segrevala pri delovanju regulatorja.

Pri izbiri napetostnega releja je treba v parametrih gledati na:

• delovno območje v voltih;
• možnosti nastavitve zgornjega in spodnjega praga delovanja;
• prisotnost/odsotnost indikatorjev napetostnega nivoja;
• čas izklopa pri delovanju RKN;
• čas zamika ponovnega vklopa napajanja z elektriko;
• največjo preklopno moč v kW ali prepustni tok v amperih.

Glede zadnjega parametra je treba rele vzeti z rezervo 20–25%. Če ni ustreznega RKN za obstoječe visoke obremenitve v liniji, se vzame nizkomočnostni model, na njegov izhod pa se priključi magnetni zaganjalnik.

Z nastavitvijo pragov je situacija naslednja. Če jih nastavite preveč strogo, bo frekvenca delovanja releja visoka. Tu boste morali skleniti kompromis.

Nastavitev teh parametrov morate izvesti tako, da zagotavljajo ustrezno raven zaščite, vendar ne dopuščajo prepogostega preklapljanja RKN. Nenehni vklopi in izklopi ne bodo koristili niti opremi, priključeni na omrežje, niti samemu regulatorju napetosti.

Poleg tega nekateri releji sploh nimajo možnosti samostojnega prilagajanja pragov. Ti so pri njih nastavljeni 'trdo'. Na primer, nastavitev za spodnjo mejo je tovarniško izvedena pri 170 V, za zgornjo pa pri 265 V.

Takšni RKN so cenejši, vendar jih morate izbrati bolj pazljivo. Kasneje teh naprav ne bo mogoče ponovno nastaviti; če pride do napak v izračunih, boste morali kupiti nove kot zamenjavo za neustrezne.

Izbira časovnih parametrov izklopa in ponovnega vklopa napajanja linije na izhodu je odvisna od priključene obremenitve in značilnosti posameznega omrežja (+)

Če v električnem omrežju nenehno prihaja do kratkotrajnih (za delce sekunde) rahlih padcev napetosti, je bolje nastaviti čas izklopa po spodnjem pragu na maksimum. Tako bo manj delovanj, grožnja napajani opremi pa bo minimalna.

Zamik pri vklopu je treba izbrati glede na vrsto električnih naprav, vključenih v vtičnico. Če ima priključena oprema kompresor ali električni motor, je vredno čas dovoda napetosti povečati na 1–2 minuti.

To bo omogočilo izogibanje nenadnim skokom napetosti in toka pri ponovnem vklopu napajanja v omrežju, kar bo zaščitilo hladilnike in klimatske naprave pred okvarami.

Za računalnike in televizorje pa lahko ta parameter znižate celo na 10–20 sekund.

Kaj je boljše: stabilizator ali rele

Pogosto namesto priključitve releja za nadzor elektrike v razdelilni omarici priporočajo namestitev stabilizatorja napetosti v hiši. V posameznih primerih je to upravičeno. Vendar pa obstaja vrsta odtenkov, ki jih je treba upoštevati pri izbiri ene ali druge možnosti zaščite električnih naprav.

Kar zadeva funkcionalnost, stabilizator ne samo uravnava napetost, ampak se tudi izklopi ob previsokih vrednostih slednje. Rele napetosti pa je izključno zaščitna avtomatika. Zdi se, da prvi vključuje funkcije drugega.

Toda v primerjavi z RKN stabilizator:

• dražji in hrupen;
• bolj inerten pri ostrih nihanjih;
• nima možnosti za nastavitev parametrov;
• zavzame veliko več prostora.

Ko se vhodna napetost zmanjša, da bi bili na izhodu stabilizatorja potrebni kazalniki, začne "vleči" več toka iz omrežja. In to je neposredna pot do pregoretja napeljave, če ta prvotno ni bila zasnovana za kaj takega.

Druga glavna pomanjkljivost stabilizatorja v primerjavi z nadzornim relejem je njegova nezmožnost prestreči ostro napetostni sunek pri pretrganju ničle.

Dovolj je že pol sekunde s 350–380 W v vtičnici, da vsa tehnika v hiši pregori. Večina stabilizatorjev pa se ni sposobna prilagoditi takim spremembam in prepušča visoko napetost ter se izklopi šele po 1–2 sekundah po začetku sunka.

Poleg stabilizatorjev in relejev za zaščito voda pred nihanji napetosti v omrežju se lahko uporabljajo tudi sprožilci najvišje in najnižje napetosti. Vendar imajo v primerjavi z RKN daljši odzivni čas. Poleg tega ne vklopijo napajanja nazaj v samodejnem načinu, po delovanju pa so bolj podobni UZO.

Po izklopu električne energije bo treba te sprožilce ročno preklopiti v prvotno stanje.

Sheme priključitve RKN

V razdelilni omarici se napetostni rele vedno namesti za števcem v prekinitev faznega vodnika. Nadzorovati mora in po potrebi odsekati prav 'fazo'. Nikakor drugače ga ni mogoče priključiti.

Najpogosteje se za enofazne odjemalce uporablja standardna shema z neposredno obremenitvijo preko releja (+)

Obstajata dve osnovni shemi priključitve enofaznih relejev regulatorja omrežne napetosti:

• z neposredno obremenitvijo preko RKN;
• s priključitvijo obremenitve preko kontaktorja – s priključitvijo magnetnega zaganjalnika.

Pri montaži električne omarice v hiši se praktično vedno uporablja prva možnost. Raznolikih modelov RKN z ustrezno močjo je na prodaj dovolj. Poleg tega je po potrebi mogoče namestiti več teh relejev po vzporedni shemi, pri čemer na vsakega priključite ločeno skupino električnih naprav.

Z montažo je vse skrajno preprosto. Na ohišju standardnega enofaznega releja so tri sponke – 'ničla' plus fazni 'vhod' in 'izhod'. Le paziti je treba, da ne zamenjate priključenih žic.

Zaključki in koristen video na to temo

Da bi vam olajšali orientacijo pri shemah povezave in izbiri ustreznega releja regulatorja napetosti, smo pripravili izbor videoposnetkov z opisom vseh podrobnosti delovanja te naprave.

Kako zaščititi opremo pred nihanji v električnem omrežju s pomočjo RKN:

Nastavitev napetostnega releja:

Rele za nadzor omrežne napetosti je odlična zaščita pred »prekinitvijo ničelnega vodnika« in ostrimi nihanji napetosti. Priključitev ni zahtevna. Le vstaviti je treba ustrezne žice v sponke in jih zategniti.V skoraj vseh primerih se uporablja standardna shema z neposrednim bremenom prek RKN.

Delite z bralci svoje izkušnje s priključitvijo in uporabo napetostnega releja. Prosimo, pustite komentarje, postavljajte vprašanja o temi članka in sodelujte v razpravah – obrazec za povratne informacije se nahaja spodaj.