Реле - устройство, принцип работы и разновидности

Реле, изобретенные в эпоху телеграфа — примерно 1830-1835 гг., получили широкое распространение в XX веке и сохраняют актуальность в наше время. Они применяются для управления силовым оборудованием различного назначения, защиты его от различных факторо. Сегодня реле являются обязательным элементом шкафов управления насосными станциями, отдельными агрегатами и управляются с помощью контроллеров, других средств автоматики. Подробнее о принципе действия этого коммутационного устройства расскажут эксперты компании PKF4.

Принцип действия

 Расшифровка названия устройства частично направляет в вопросе понимания, что это такое — реле. Это слово пришло из французского, где обозначает смену почтовых лошадей. Название указывает на последовательность действий. По прибытии уставших от дороги лошадей начинают работать свежие, отдохнувшие. Отметим, что во французском языке этим словом также называют спортивную эстафету.

Принцип работы реле состоит в запуске ответного действия на определенное событие. Это может быть подача импульса тока, срабатывание теплового, температурного датчиков и прочее. Например, в электромагнитном реле при подаче управляющего напряжения 12/24 В на обмотку катушки соленоид переводит контактную группу, к которой присоединено силовое оборудование с напряжением 220/380В, в инверсное положение. Нормально разомкнутые контакты переходят в замкнутое состояние и наоборот. По окончании подачи управляющего тока за счет силы упругости пружины система возвращается в нормальное состояние и пребывает в нем до следующего события.

Для надежного срабатывания сила воздействующего события должна находиться в заданных производителем пределах. Так, для коммутационных реле с электромагнитным принципом действия указываются минимальное напряжение и сила тока, подаваемого на управляющие контакты.

Также производитель определяет максимальный коммутируемый ток и напряжение, при которых силовые контакты не разрушатся и способны работать длительное время. Эта характеристика определяет мощность подключаемого силового оборудования.

Виды реле

Существует несколько классификаций этих устройств. Она из распространенных — по типу управляющего воздействия. Выглядит она следующим образом:

• Электрические. Принцип действия электромагнитного изделия уже описан выше. При подаче напряжения на управляющие контакты устройство соединяет/разъединяет контактные группы силового оборудования. Также есть модели, реагирующие на изменение частоты и других параметров тока.
• Механические. Применяются в системах, где генерировать электрическое воздействие технически сложно. Примеры механических воздействий: давление газовой и жидкой сред, скорость вращения рабочего колеса агрегата и так далее. С появлением датчиков и электронных контроллеров появилась тенденция к замене механических реле на более надежные и долговечные электрические.
• Тепловые. Реагируют на изменение температуры. В частности, тепловое реле используется для защиты двигателя насоса от перегрева. Система биметаллических пластин при определенной температуре нагрева приводит к физическому размыканию контакта. После остывания до приемлемой температуры электропитание агрегата может быть восстановлено без участия оператора.
• Времени. Устройство и принцип работы реле времени предполагает наличие счетчика временных интервалов. Это позволяет организовать суточный/недельный режим включения/отключения оборудования. В ШУ насосных станций такие изделия применяются в основном для управления задержками включения для оптимизации взаимодействия отдельных элементов. В этих системах само включение агрегатов удобнее организовать по определенным событиям. Таким, как изменение уровня жидкости, фиксируемое простыми и надежным поплавковыми выключателями.

По назначению эти изделия условно делятся на:

• Основные. Непосредственно срабатывают при возникновении измеряемых уровней воздействия: электрических, механических и так далее.
• Вспомогательные. К этому виду относятся промежуточные реле, способные включать несколько независимых цепей при получении управляющего импульса тока от основной системы или ее контроллера. Например, включать насосный агрегат и циркуляционный насос для обеспечения его охлаждения. К вспомогательным относятся и реле времени.
• Сигнальные. В сложных системах служат для включения/отключения сигнальных ламп, устройств оповещения: сирены, зуммеры.

По количеству фаз коммутируемого напряжения реле могут быть:

• Однополюсными. Используются для управления однофазными системами и агрегатами с напряжением 220 В или иным.
• Двухполюсными. Применяются в системах, где контроль осуществляется только по двум фазам.
• Трехполюсными. Широко используются для управления мощным промышленным оборудованием, требующим трехфазного питания. В частности, асинхронными электродвигателями насосных агрегатов.

Существуют исполнения с разным количеством и нормального положения контактов. Они могут быть нормально замкнутые или разомкнутые. Также есть модели, имеющие две и более группы контактов с разным состоянием: НО и НЗ.

Особенности тепловых реле

Тепловые реле по назначению могут быть:

• РТЛ. Первые буквы указывают на тип изделия — реле тепловое. Третья буква обозначает специфику исполнения — линейное. Применяется для защиты мощных электродвигателей асинхронного типа. Эффективно для предотвращения повреждения защищаемого агрегата от перегрева, перекоса фаз, блокировки вала. Может применяться в связке с пускателями типа ПМЛ.
• РТТ. Третья буква указывает на токовое исполнение. Основное назначение изделия — защита от перегрева обмоток защищаемого электродвигателя трехфазного тока. Аналогично РТЛ может применяться в связке с пускателями типов ПМА и ПМЕ.
• РТИ. Буква И указывает на интегральное исполнение. Точнее, на таймерно-интервальное. Имеет принципиальное отличие от изделий РТТ и РТЛ — способность включать подключенные устройства с настраиваемым или заранее установленным на заводе интервалом задержки.
• РТК. Особенность конструкции этого исполнения реле — использование внешнего датчика температуры, в отличие от изделий типа РТЛ, РТТ и РТИ, которые срабатывают от нагрева биметаллических пластин под воздействием слишком высокого тока. РТК удобны при контроле температуры корпуса электромотора агрегата. Они отключат питание, если нагрев превысил установленный предел из-за механических причин, даже если токовые параметры оставались в норме.
• РТЭ. Электромеханический вариант исполнения изделия. По характеру работы напоминает предохранитель. Механическая часть может включать систему биметаллических элементов. В этом случае РТЭ сможет восстановить работу автоматически после остывания механизма.
• ТРН. Эти изделия относятся к категории двухполюсных, поэтому используются для защиты двигателей, работающих от постоянного напряжения. Могут применяться и для однофазного переменного тока.
• Твердотельные — ТТР. Эти изделия имеют принципиально иную конструкцию. Их работа основана на использовании полупроводников, что позволило производителям отказаться от движущихся элементов и подвижных контактных групп. Применяются ТТР в системах, к которым предъявляются повышенные требования по пожарной безопасности.

Отметим, что маркировка модели указывает ключевые технические характеристики. После сокращенного названия (РТЛ, РТИ и так далее) цифрами указываются номинальный ток, другие параметры в зависимости от исполнения.

При выборе реле теплового типа учитывают следующие характеристики:

• Номинальные токовые характеристики. Определяются напряжением, частотой.
• Время-токовые характеристики. Любое реле имеет некоторую задержку между временем возникновения превышения заданного значения контролируемой характеристики: ток, температура, и отключением защищаемого оборудования. Длительность этого периода зависит от особенностей конструкции изделия. Так же определяется кратность превышения силы тока заданного значения.
• Время восстановления после срабатывания. Определяет, как быстро тепловой элемент способен вернуться в исходное положение после перегрева.
• Климатическое исполнение. Определяет регион применимости изделия и условия его эксплуатации.
• Количество полюсов. Существует две основных разновидности тепловых реле: двухполюсные и однополюсные. Первые используются для защиты трехфазных агрегатов. Вторые — для однофазных электродвигателей переменного и постоянного напряжений. Также есть изделия с двумя полюсами. Они могут применяться, когда контроль нужно организовать только по двум фазам питания из трех.
• По способу работы ТР могут относиться к токовым — срабатывают при превышении силы тока определенного значения на протяжении некоторого промежутка времени. Также есть изделия с выносным датчиком. Они подходят для защиты различных механизмов, элементы которых могут перегреваться по механическим и иным внешним причинам, не связанным с изменением силы тока.

При выборе реле по соответствию номинальной нагрузке инженерами выработано эмпирическое правило. Оно состоит в двух моментах:

• Реле теплового типа должно срабатывать при превышении нормальной нагрузки на 20-30%. Это позволит исключить ложные срабатывания при незначительном перегреве агрегата.
• Указанная характеристика срабатывания должна приводить к отключению контактов через интервал от 5 минут. Это также позволяет отбросить ситуации с моментальным превышением номинальной нагрузки, которые устраняются в короткое время без внешнего вмешательства.

Какие реле используются в шкафах управления насосами и станциями

• Тепловые. Применяются для автоматического отключения насосных агрегатов при перегрузке. Тем самым предотвращается перегрев и снижается вероятность возникновения поломки. Важно, что тепловые реле могут автоматически восстанавливать работу оборудования, но после остывания системы пластин. Это дает время на устранение неисправности.
• Времени. Применяется для синхронизации работы отдельных элементов оборудования. Реле времени может включать нагрузку на управляемое устройство не сразу, но по прохождении заранее заданного интервала времени. Это позволяет инженерам выстраивать определенные сценарии работы оборудования.
• Интеллектуальные. Новое поколение реле с возможностью программирования функций коммутации, настройки задержек между включением различных подключенных линий. Изделие имеет собственную постоянную память, которая позволяет восстановить данные о сценарии работы после экстренного отключения электричества. Реле позиционируется производителем как настраиваемое неподготовленным пользователем. Имеет клавиши для программирования и собственный экран для отображения функций. Установка выполняется на стандартную рейку DIN, что позволяет монтировать интеллектуальное реле в шкаф управления насосной станцией, другим оборудованием.

Отметим, что реле являются важными элементами ШУ в части защиты оборудования и обеспечения пожарной безопасности, поддержания общей эффективности работы системы. Надежность этих изделий объясняется отсутствием электронных компонентов, а в твердотельных моделях также отсутствуют и движущиеся элементы.