Защита контактов реле от бросков напряжения и токов в цепях переменного и постоянного тока

В этой статье речь пойдет о защите контактов реле и входных цепей устройств чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока с использованием:

• RC цепочки;
• диодной цепи;
• диодно-стабилитронной цепи;
• варисторной цепи.

При включении и отключении различного электрооборудования ток в электрической цепи, как правило, отличается от установившегося значения. При этом величина разброса составляет разы. Ниже приведены диаграммы изменения тока при включении различных характерных типов нагрузок.

При отключении индуктивной нагрузки возникает ЭДС самоиндукции (от несколько сотен до нескольких тысяч вольт). Такой бросок напряжения способен повредить коммутационный элемент, или существенно снизить его ресурс. Если ток в этих нагрузках относительно невелик (единицы ампер), то воздействие ЭДС самоиндукции на контакты, коммутирующие индуктивную нагрузку, может привести к коронного разряда или дуги.

Это, в свою очередь, может привести к появлению на контактах оксидов и карбидов. Воздействие ЭДС самоиндукции может также повредить устройство, имеющие общие с индуктивной нагрузкой цепи питания.

Например, электронное реле времени, подключенное параллельно мощному промежуточному реле, может быть повреждено, либо нестабильно работать, если не предпринимать мер по защите от ЭДС самоиндукции.

При возникновении электрической дуги между контактами происходит разрушение мест контакта вследствие переноса материала контактирующих поверхностей. Это ведет к свариванию контактов и изменению формы контактов и, как следствие, к увеличению переходного сопротивления.

Увеличение переходного сопротивления приводит к росту выделения тепла в месте контакта, его окислению и, как результат, к полной потере контакта.

Для сохранения ресурса контактов и защиты нагрузок применяются различные способы защиты.

Защита контактов и входных цепей устройств, чувствительных к воздействию бросков напряжения и тока в цепях постоянного и переменного тока.

Тип цепи защиты		Род тока		Указания по применению	Примечание
		Пер.	Пос.
RC цепочки		+	+	Если нагрузкой является таймер, ток утечки, протекающий через RC цепь может привести к ошибке. При использовании на переменном токе, необходимо чтобы импеданс нагрузки был существенно меньше импеданса RC цепи.	При выборе номиналов RC цепи необходимо руководствоваться следующим: R – 0,5…1 Ом на 1В напряжения на контактах (или на нагрузке). С – 0,5…1 мкФ на 1А тока через контакты (или в нагрузке). Номиналы очень зависят от свойств нагрузки и характеристик ключа. Используйте неполярные конденсаторы.
		+	+	Если нагрузка реле или соленоид, то время отпускания увеличится.
Диодная цепь		—	+	Поскольку диод подключен параллельно нагрузке, энергия, запасенная в ней замыкается через диод, что приводит к увеличению времени отпускания по сравнению с RC цепью в 2…4 раза.	Используйте диод с обратным напряжением в 10 раз превосходящим напряжение на нагрузке и максимальным прямым током несколько большим чем ток в нагрузке.
Диодно-стабилитронная цепь		—	+	Используется если время затухания переходного процесса с диодной цепью слишком велико.	Используйте стабилитрон с напряжением стабилизации примерно равным напряжению источника питания.
Варисторная цепь		+	+	Используя свойство варистора стабилизировать напряжение на нем эта цепь предотвращает чрезмерно высокое напряжение на нагрузке. Использование варистора также несколько увеличивает время отпускания.

Поделиться в социальных сетях

Как уменьшить и устранить искрение контактов электромагнитных реле — Меандр — занимательная электроника

На маломощных контактах электромагнитных реле редко появляется электрическая дуга, но часто происходит искренне.

При быстром отключении цепи, обладающей индуктивностью, возникает значительная ЭДС L (di / dt), которая может превышать напряжение пробоя изоляционного промежутка между контактами. Это особенно опасно в чувствительных и быстродействующих электромагнитных реле, в которых раствор контактов делают очень малым.

Искренне увеличивается при вибрации контактовреле. Оно сокращает срок службы контактов электромагнитных реле и может привести к ложным срабатываниям быстродействующих аппаратов схемы управления или к пробою полупроводниковых элементов из-за перенапряжения.

Для уменьшения искрения контактов реле применяют специальные схемы, создающие дополнительную электрическую цепь, по которой замыкается ток, вызванный ЭДС самоиндукции. При этом электрическая энергия, запасенная в индуктивности коммутируемой цепи, выделяется в виде тепла в резисторах искрогасящей схемы, уменьшая тем самым энергию искрообразования.

При использовании постоянного тока применяют шунтирование нагрузки диодом. В момент размыкания контактов реле возникает переходный ток и энергия выделяется на активной составляющей сопротивления нагрузки.

Схемы искрогашения

При шунтировании контактов реле цепочкой RшСш энергия магнитного поля выделяется не только на нагрузке, но и на резисторе Rш. Величина емкости Сш в этой схеме равна 0,5 — 2 мкФ и окончательно подбирается при наладке схемы. Сопротивление Rш определяют по эмпирическим формулам. Для серебряных контактов Rш = Uc²/140, где Uc — падение напряжения на конденсаторе. Величина сопротивления Rш в схемах слаботочных электромагнитных реле составляет 100 — 500 Ом.

Все схемы искрогашения ухудшают динамические параметры электромагнитных реле, увеличивая время их включения или отключения.

Как уменьшить и устранить искрение контактов электромагнитных реле

На маломощных контактах электрических реле изредка возникает электронная дуга, но нередко происходит от всей души.

При резвом выключении цепи, обладающей индуктивностью, появляется значимая ЭДС L (di / dt), которая может превосходить напряжение пробоя изоляционного промежутка меж контактами. Это в особенности небезопасно в чувствительных и быстродействующих электрических реле, в каких раствор контактов делают очень малым.

От всей души возрастает при вибрации контактовреле. Оно уменьшает срок службы контактов электрических реле и может привести к неверным срабатываниям быстродействующих аппаратов схемы управления либо к пробою полупроводниковых частей из-за перенапряжения.

Для уменьшения искрения контактов реле используют особые схемы, создающие дополнительную электронную цепь, по которой замыкается ток, вызванный ЭДС самоиндукции. При всем этом электронная энергия, запасенная в индуктивности коммутируемой цепи, выделяется в виде тепла в резисторах искрогасящей схемы, понижая тем энергию искрообразования.

При использовании неизменного тока используют шунтирование нагрузки диодиком. В момент размыкания контактов реле появляется переходный ток и энергия выделяется на активной составляющей сопротивления нагрузки.

Схемы искрогашения

При шунтировании контактов реле цепочкой RшСш энергия магнитного поля выделяется не только лишь на нагрузке, да и на резисторе Rш. Величина емкости Сш в этой схеме равна 0,5 — 2 мкФ и совсем подбирается при наладке схемы. Сопротивление Rш определяют по эмпирическим формулам. Для серебряных контактов Rш = Uc²/140, где Uc — падение напряжения на конденсаторе. Величина сопротивления Rш в схемах слаботочных электрических реле составляет 100 — 500 Ом.

Все схемы искрогашения усугубляют динамические характеристики электрических реле, увеличивая время их включения либо отключения.

Устройство защиты от искрения — 7 вопросов и ответов. УЗИС, AFDD, УЗДП защита от дуги. Правила и ГОСТ, противопожарное УЗМ 51МД.

На сегодняшний день для защиты электропроводки в наших домах и квартирах достаточно всем привычных автоматических выключателей, УЗО или дифф.автоматов.

Однако в недалеком будущем к ним могут добавиться еще одни устройства, пока малознакомые рядовому потребителю, но все более активно внедряющиеся в нашу жизнь, как на добровольном уровне, так и на законодательном. По крайней мере нормативно правовая база идет именно в этом направлении (ГОСТ Р50571.4.42-2017).

По простому их называют искрозащитные или защитные устройства от дуги. Пока их установка всего лишь рекомендация, но в ближайшие годы все может резко измениться. Подобное было и на первоначальных этапах внедрения УЗО.

Сокращенных названий у данных девайсов множество:

• УЗИС — устройство защиты от искрения

• AFDD — так его называют в Западных странах

• AFCI — аббревиатура применяемая в США

• УЗДП — устройство защиты от дугового пробоя

Какое из названий более верное? Согласно ГОСТ IEC 62606-2016 правильнее будет называть его УЗДП, хотя в народе больше прижилось самое первое — УЗИС.

Давайте поподробнее разберемся что же это такое и для чего они вообще нужны.

Причины пожара в электропроводке

Данные устройства фиксируют наличие искры в проводке и обесточивают ее. Основная причина пожара в домах это не какая-то утечка тока, от которой призваны защищать противопожарные УЗО ( с током утечки 100-300мА) и даже не короткие замыкания.

Если монтаж электрики выполнен правильно, верно подобрано сечение и номинал автомата, то риск возникновения и распространения огня минимален. 

Чаще всего пожары случаются из-за искрящей проводки или дуги возникающей при плохом контакте.

Можно перечислить 9 основных причин этих явлений:

• механическое повреждение кабеля

• ослабленный контакт, появляющийся не только по истечении долгого времени эксплуатации, но и по причине применения неправильного инструмента

• передавленный кабель

• повреждение грызунами скрытой проводки за полыми стенами из-за отсутствия защиты гофрорукавом

• повреждение наружной изоляции и отсутствие элементарной защиты в виде изоленты или термотрубки

• старение изоляции, которое своевременно выявляется специальными приборами

• заводской дефект кабеля, изготовленного не по ГОСТу

• неполноценный контакт (из-за плохой розетки или несоответствующей вилки)

• скрутка меди и алюминия

Более того, искрение может возникнуть даже на казалось бы цельном проводе или кабеле. Достаточно было при монтаже сделать слишком крутой изгиб или случайно поставить на него что-то тяжелое.

В принципе об этих проблемах и причинах знали достаточно давно, но технологии не существовало до конца 90-х годов. Впервые они были применены в электросетях США и Западных странах. 

Наиболее широкое распространение они получили в деревянных домах каркасного типа, где все провода без всяких гофр и труб открыто прокладываются сквозь горючие перегородки. 

Безусловно, такая защита не панацея и не спасет например от элементарного нагрева контактов. Если у вас вилка не искрит в розетке, а всего лишь греется, или окислился контакт в месте соединения медной проводки с алюминиевой, что также приводит к нагреву, то пожара не избежать и дугозащитные устройства здесь не помогут.

Хотя опять же за рубежом, уже постепенно начинают внедрять розетки со встроенной термической защитой. При перегреве они автоматически отключаются.

Правда такие розетки еще нигде, даже в США не обязательны для монтажа и устанавливаются на добровольных началах.

Принцип работы устройств защиты от искрения

Каким же образом искрозащитное устройство, которое стоит в электрощитке на входе в дом, видит искрение провода в самой дальней розетке спальни или зала? Какая магия здесь используется?

Конечно же магии тут никакой нет, все основано на законах физики. Аппарат главным образом следит за спектром тока проходящего через него.

Когда в цепи электропроводки в любом месте начинается искрение, во первых искажается синусоида и она становится рваной. Сила тока и напряжение начинают скачкообразно изменяться. Возникают помехи.

Однако если бы защита была отстроена на отслеживание только этих параметров, было бы очень много ложных срабатываний. Именно этим грешили самые первые экземпляры.

Поэтому последние качественные УЗИС или УЗДП анализируют массу параметров:

• продолжительность

• и темп следования скачков

Производителям аппаратов защиты от искрения  и дуги, предписаны стандартом ГОСТ следующие три главные задачи:

• проанализировать ток, и при этом убедиться что его источник именно дуга, а не полезная нагрузка

Все что искрит с током дуги меньше чем 2,5А устройство вправе игнорировать и пропускать.

• выяснить насколько опасна эта дуга по ее мощности

Ведь простое включение вилки в розетку также вызывает искрение. Но при этом ничего отключаться не должно.

• если первые две задачи успешно решены и ток выявлен, то его нужно успеть разорвать в заданное время

Виды и типы УЗДП

При всем при этом, ГОСТ не определяет как именно это сделать. Каждый производитель решает задачу по своему и оформляет соответствующие патенты.

• Меандр УЗМ 51МД

• AFDD Eaton

• УЗИс-С1-40 Эколайт

• Siemens 5SM AFD

• ABB S-ARC1

• Hager

Только при наложении в совокупности всех факторов, защитный аппарат определяет что в цепи появилась дуга и отключает ее.

Если импульсы в сети меньше заданной амплитуды, то это считается не опасным и прибор не реагирует.

Ручных настроек в отличии от привычных нам реле напряжения, на таких дугозащитных «автоматах» нет.

В релюшках напряжения можно подкрутить срабатывание как по верхней границе, так и по нижней. Здесь же все параметры задаются на заводе изготовителе.

Безусловно, у самых первых подобных экземпляров все еще встречаются погрешности и ложные срабатывания. Технологию нельзя назвать до конца отработанной.

Однако большинство грубых ошибок уже исключены. Например обыкновенный пылесос, блендер или дрель, при включении могут породить похожую на дугу определенную волновую характеристику. Также дуга возникает при электророзжиге плиты.

Любой щеточный электроинструмент искрит, в особенности если его щетки уже достаточно выработались. Не говоря уже про начальный бросок пускового тока.

Производители учитывают все эти рабочие моменты и ложных срабатываний у качественных моделей становится все меньше и меньше.

Как быстро должны срабатывать такие устройства обнаружения дугового разряда? Зависит здесь все от напряжения и номинала тока дуги.

По требованию стандарта IEC 62606 при токе в 10А время срабатывания не должно превышать 0,25 секунд.

Вот таблица всех значений:

Как найти место где искрит и почему выбивает дугозащита

Допустим устройство у вас сработало и все отключилось. Как найти место где возникла дуга и появились искры? Если у вас двухэтажный особняк с полсотней розеток, куда бежать в первую очередь и как узнать эту очередность?

Тут вам поможет ваш электрощиток. Чем больше в нем будет групп и автоматов, тем лучше. 

Каждый автомат отвечает за определенную комнату или зону в доме. Отключаете их все скопом, после чего включаете УЗДП.

Далее по одному начинаете включать автоматические выключатели. Причем после включения каждого автомата выжидаете минимум по 10 секунд и только потом переходите к другому.

Имейте в виду, что в цепи должны быть подключены все приборы, которые работали до этого. Кроме того, они должны быть под нагрузкой, а не на холостом ходу. Иначе при токе до 2,5А устройство защиты от дуги может не сработать.

При включении дефектной линии дугозащита должна вновь отключить ее. Тем самым, вы определите проблемную зону или группу. Допустим это кухня. 

Отправляете туда жену, чтобы она наблюдала, а вы тем временем вновь запускаете автомат. Визуально или по звуку можно будет установить место искрения.

А если все равно ничего не видно и не слышно? Тогда действуйте следующим образом. Начните поочередно выключать из розеток все приборы на этой линии.

Если УЗИС все равно срабатывает, то причина в самой проводке, а если нет, то виноват какой-то из отключенных приборов или конкретная розетка.

Включите в эту розетку другой прибор и посмотрите что изменится.

Частые вопросы и ответы

1Какое правильное название у этой защиты от искрения и дуги?

По ГОСТу правильное определение и сокращенное название это УЗДП — устройство защиты при дуговом пробое. Поэтому в первую очередь она спасает именно от дуги, а не от искрения.

Термин «искрение» здесь означает повторяющийся дуговой пробой.

2Заменяют ли УЗДП-УЗИС автоматы и противопожарные УЗО?

Нет, не заменяют. Они представляют из себя третий этап развития защит и устанавливаются в цепь после автоматов и УЗО, а не вместо них.

Зато отдельные УЗДП отечественных марок могут полноценно заменить реле напряжения. Также в США и на Западе выпускают модели AFCI 3 в 1.

Они имеют в своем корпусе и автомат, и УЗО, и дугозащиту. Такое объединение с одной стороны вроде бы и хорошая оптимизация, но с другой имеет ряд недостатков:

• непросто определить какая из защит сработала в том или ином случае

• если AFDD сгорит, то вы лишитесь сразу всей защиты

А при выходе из строя только УЗИС, у вас останутся в «голове» и автомат, и УЗО.

• при повреждении любой функции в AFDD по отдельности (автомат-УЗО-УЗДП) вам придется менять его целиком, что больно ударит по кошельку

Главное преимущество таких AFDD это компактность и простота схемы подключения. Не нужно в щитке коммутировать кучу проводов и наконечников, достаточно подключить всего один девайс.

3Каким нормативам и стандартам подчиняются устройства защиты от дуги?

В России это межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 62606-2016 «Устройства защиты бытового и аналогичного значения при дуговом пробое. Общие требования.» (скачать)

Стандарт на их применение — ГОСТ Р50571.4.42-2017 (скачать).

4УЗДП ставятся на каждую линию по отдельности или одно на вводе?

Устройство можно устанавливать как отдельно по группам, так и в одном экземпляре сразу на весь электрощит. Здесь есть как плюсы, так и минусы: 

Среднестатистическая площадь квартиры для защиты одним аппаратом, если исходить из разветвленности проводки — 120-150м2.

Например разработчики УЗИс-С1-40 реально проверяли срабатывание на одиночном проводе длиной до 80м. При этом в цепи присутствовала нагрузка ослабляющая сигнал — телевизор, компьютер.

В итоге аппарат отработал штатно. По ГОСТу же испытания проводят на кабелях длиной максимум до 30м.

5Почему у некоторых моделей питание заводится сверху, а у других снизу. Как правильно?

Все зависит от производителя и его линейки сборки. У моделей с нижним подключением это связано с конструкцией расцепителя. Например у того же УЗИс-С1, при его переворачивании пришлось бы рукоятку включения также развернуть на 180 градусов.

И тогда язычок во включенном состоянии смотрел бы вниз, что запрещено правилами. Кстати у зарубежных известных марок Siemens, Eaton вход также сделан снизу.

6Есть ли в девайсе защита от импульсных скачков?

Да, большинство моделей имеют такую встроенную защиту в виде варистора.

Однако они все равно не могут в полной мере заменить полноценные УЗИП. 

7Защищает и отключается ли УЗИС от искрения на вводом автомате или счетчике, то есть до точки своего подключения?

Нет, не отключается и не срабатывает.

По крайней мере нормально отстроенная защита без ложных срабатываний, на это реагировать не должна.

Она отстроена так, чтобы искать повреждения только в защищаемой цепи, а не до нее.

Статьи по теме

как защитить реле от искр? что можно сделать чтоб контакты реле не искрили и не залепали? (переменный ток)

зачистить нулевкой серебряные контакты. смазать техническим вазелином. посмотреть состояние возвратной пружины. Посмотреть, очистить от пыли механизм, чтоб ничего не мешало контакту . поправить контакты .

Идеальный вариант — твердотельное реле. Реле (и контакты) должно соответствовать коммутируемому току.

КОНДЕНСАТОРЫ ВЕШАЮТ НА КОНТАКТЫ. А вот какой емкости — просто НЕ ЗНАЮ Вероятно вы применяете РЕЛЕ не той мощности, на которую оно рассчитано..

Подсоединить параллельно им конденсатор емкостью от 0,01 до 0,5 мкФ на напряжение не менее двукратного на разомкнутых контактах. Емкость подобрать экспериментально по минимуму искрения и допустимому шунтированию контактов по переменному току.

Паралельно контактам ставятя конденсаторы емкостью от 0,01До 0,47 Мкф на рабочее напряжениеUp > или равно1,6 U контактной группыКонденсаторы МБМ или МБ

Параллельно включить RC-цепочку. Поможет от искр и залипания. От залипания поможет регулировка коэфф. возврата в большую сторону.