РелеОн – “двойное” реле напряжения с коммутацией нуля

Обычному реле напряжения всё равно, где фаза и нейтраль – ведь оно реагирует только на значение напряжения, без привязки к фазировке. Правда, есть маленькая оговорка. Если реле всё равно, то человеку, который будет эксплуатировать эту квартиру или дом, будет отнюдь не всё равно, если напряжение отключится, но фазный потенциал в щитке и на нагрузках останется.

А вот реле с двухполюсной коммутацией отключает квартиру полностью в любом случае. Забегая вперед, скажу, что в статье пойдет речь про такое реле напряжения – РелеОн RV1.22.8.230.63.

В нём имеется разрыв (коммутация) нейтрали, чего больше нет ни в одном устройстве на российском рынке. Если, конечно, не считать устройств с Али Экспресс – в частности, TOMZN.

В статье подробно рассмотрю, как устроено реле напряжения и тока. Будет разбор параметров, испытания, много фотографий снаружи и внутри, а главное – исследование функции коммутации нейтрали.

Но сначала разберу некоторые принципиальные вопросы.

 

Почему двухполюсный разрыв на вводе лучше, чем однополюсный?

Вопрос можно поставить иначе: зачем при однофазном питании коммутировать (отключать) на вводе не только фазу, но и нейтраль?

Что может обесточить квартиру? Это может быть автомат АВДТ или УЗО (ВДТ) на вводе, которые выключаются автоматически либо вручную. Это может быть выключатель нагрузки, рубильник или пакетный выключатель – они работают только вручную. Но все они связаны одним качеством – они должны рвать и фазу, и нейтраль. Среди электриков это даже не обсуждается.

При использовании двухполюсного автоматического выключателя обеспечивается повышенная безопасность и защита от дурака и несчастного стечения обстоятельств:

• при появлении напряжения на нейтрали (почему так может произойти – поговорим ниже),
• при внезапной перемене местами фазного и нейтрального проводника (человеческий фактор).

Если коммутации нейтрали нет, вы можете выключить автоматом фазу, и полезть в щиток, не проверяя отсутствие напряжение. И тут вас будет ждать неприятный сюрприз – опасное напряжение между нейтралью и заземленными частями!

Другими словами, двухполюсная коммутация существенно снижает риск поражения электрическим током.

Реле контроля напряжения – тоже автоматическое устройство, которое обесточивает квартиру с целью безопасности. Как почему же оно не должно рвать нейтраль? Ведь вполне вероятна такая ситуация: в подьезде обрыв нуля, РН выключилось, квартира как бы обесточена, а на N – опасный потенциал! И хорошо, если установлено механическое УЗО, которое отрабатывает не только при обрыве нуля, но и при обрыве (отключении) фазы!

Ещё один вопрос с намёком – какому дифференциальному автомату (АВДТ) вы доверяете больше – который (помимо дифференциальной защиты) контролирует сверхток в одном полюсе или в двух?

Поэтому реле напряжения с коммутацией нейтрали в однофазных цепях имеет те же плюсы, что и другие двухполюсные устройства с двойной коммутацией, о которых я сказал выше. Ведь в некоторых случаях такое реле даст фору обычным реле напряжения со “сквозной” нейтралью.

 

Можно ли разрывать PEN и N проводники?

Противники двухполюсной коммутации говорят о том, что PEN проводник рвать запрещено, поскольку он выполняет функцию защитного проводника. Тут спорный вопрос, что мы рвём? Происходит разрыв N или разрыв PEN ? Если этот провод (специально никак его не называю)) нигде не разделяется на N и РЕ, и нигде нет соединения этого провода  с открытыми проводящими частями, может ли он называться PEN? Нет!

Проводник можно назвать PEN, если где-то он разделяется на N и РЕ. Вряд ли это произойдёт после РН. Если говорить о квартирах, то это должно делаться на ТП (в РУ). Если рассматривать частный дом, там PEN заканчивается на первой же шине (ГЗШ или РЕ), далее он раздваивается на нейтральный N и защитный РЕ проводники.

Кроме того, к PEN проводнику предъявляются и другие условия – в частности, он не должен коммутироваться (разорвать его можно только отверткой, рожковым ключом или мощными бокорезами), и должен иметь сечение не менее 10 мм2 по меди. Если хотя бы одно условие не выполняется, то можно сделать два вывода: это не PEN и электроустановка собрана неправильно. А значит, защита и безопасность не обеспечивается.

По той же причине есть запрет на установку УЗО и 2п автоматов в системе TN-C – рвать PEN запрещено.

Из этого делаем вывод: в реле напряжения может заходить только фаза L и нейтраль N. А нейтральный проводник N разрывать можно.

Но для разрыва нейтрали есть одно важное условие: N можно рвать только одновременно с фазой, см. ПУЭ 1.7.145 и ПУЭ 3.1.18. Подробно о проблеме разрыва нуля я говорил подробно тут.

И только при этом условии могут функционировать все устройства с коммутацией нейтрали, в том числе и реле напряжения.

Для справки. В старых квартирах вообще никакой системы нет, там просто двухпроводка (двухпроводная система питания, содержащая фазу и нейтраль). Если вы решите мне доказать, что у вас в хрущовке тип заземления системы TN-C, то для начала ответьте мне на вопросы:

1. Неужели у вас до стиральной машины идет линия с PEN-проводником сечением медной жилы 10 мм2?
2. Неужели ваш PEN-проводник подключается на корпус стиральной машины, а потом разделяется на РЕ и N?
3. Неужели ваш PEN-проводник нигде не коммутируется?

Если на эти три вопроса вы ответили “да”, поздравляю – у вас в квартире система TN-C, которая запрещена в жилых и общественных зданиях (ГОСТ 30331.1 — 2013, п.312.2.1).

 

Что говорит про разрыв нейтрали ПУЭ 7.1.21?

В нашем контексте это очень важный пункт, поэтому приведу его полностью:

Ключевые моменты:

• только для однофазных потребителей (в трехфазных коммутация нуля может обернуться большими проблемами)
• с питанием от воздушной сети (именно они больше всего подвержены авариям с обрывом нуля)
• отключать при превышении (это гораздо серьезнее, чем при понижении)
• одновременно L и N проводники (об этом говорил выше)

Чтобы выполнить пункт ПУЭ 7.1.21, до настоящего времени нужно было использовать устройство, реагирующее на повышенное напряжение – например, расцепители минимального/максимального напряжения в кооперации с двухполюсным автоматом. Но поскольку в таком варианте нет никаких настроек и автоматического повторного включения, в основном используют связку РН+контактор.

Недостатки схемы реле напряжения с контактором:

1. Увеличиваются габариты и цена реализации.
2. Понижается надежность схемы в целом. Ведь добавляются силовые контакты, клеммы, провода.
3. Снижается общая скорость срабатывания, поскольку контактор гораздо инерционнее, чем реле. Особенно это критично при скачкообразном повышении напряжения.
4. Кривизна такого решения ещё и в том, что большинство РН – силовые устройства. Получается, что в схеме с контактором силовое устройство управляет силовым устройством?
5. Увеличивается потребление электроэнергии (мелочь, но неприятно) – ведь 99,9% времени контактор должен быть включен. В реле напряжения потребление уходит только на работу контроллера и индикации – ведь питание на бистабильные реле подается только в момент переключения. А в реле напряжения сейчас используют только бистабильные реле.
6. Контактор питается нестабильным напряжением. Например, если в РН установлены пределы 180…260 В, контактор с номиналом катушки 230 В должен работать в этом диапазоне. Сами понимаете, работать не в номинале не очень хорошо. В реле напряжения РелеОн всё (в том числе и внутреннее реле) питается стабильным напряжением в диапазоне входных напряжений 50…450 В.
7. Увеличивается тепловыделение в щитке – включенный контактор греется.
8. В контакторе смысла нет, поскольку размыкать сверхтоки контактор, как и реле не предназначен – для этого есть автоматический выключатель с дугогасительными камерами
9. Номиналы большинства РН сравнимы с номиналами модульных контакторов, поэтому об усилении тока говорить не приходится.
10. Контакты контактора могут точно так же подгореть и залипнуть, как и контакты реле. И дело тут не в контактах, а в неграмотном проектировании. Если РН установлен на номинал 63А, то последовательно должен быть автомат не более 50А. А это очень много для большинства квартир и частных домов с однофазным питанием, где обычно на вводе 25…40А, поэтому РН на 63А будет надежно защищено от заливания и подгорания, даже при низком cos φ. Особенно, если учесть, что внутри у РН 63А обычно стоит реле на 80А.
11.  В реле напряжения используется бистабильное (поляризованное) реле с двумя устойчивыми состояниями. Оно надежнее, чем контактор с одним устойчивым состоянием. Кроме того, реле полностью герметично, и его контакты защищены от внешних воздействий – оно залито компаундом и помещено в корпус РН. Чего не скажешь о контакторе, в который со временем попадают пыль и мусор.
12. Контактор гудит и громко щелкает. Даже модульный.

Единственное, чем мог быть полезен контактор – возможность двухполюсной коммутации.

Но теперь, когда появилось реле напряжения РелеОн, контактор окончательно остался не при делах.

Официальная нормативно-техническая документация на реле напряжения отсутствует

До сих пор нет никаких рекомендаций и требований, и также запретов на установку реле напряжения. Пункт ПУЭ-7, п 7.1.21 был написан примерно в 2002 году, когда про реле напряжения никто не слышал. Выключение могло производиться только одним способом – посредством реле максимального напряжения, которое при превышении порога отключало двухполюсный автомат на вводе. О чем и было сказано в этом пункте.

К сожалению, с тех пор не вышло ни одного документа, который бы что-то говорил про реле напряжения. Хотя бы намекал на правила его установки и давал рекомендации по функционалу и подключению. А ведь реле напряжения сейчас ставится в 90% всех новых щитков. Люди не будут делать это просто так – они поняли, какие важные защитные функции несет это устройство.

Например, в СП 256.1325800.2016 “Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа (с Изменениями N 1-5)” изменения выходят почти каждый год, принято Изменение 6, но ни слова нет про реле напряжения, которые есть почти в каждом щитке. Зато про УЗДП, о целесообразности которого до сих пор спорят специалисты, добавлено непропорционально много информации.

Правда, в этом документе есть такая обтекаемая фраза (п.12.3): “Рекомендуется в качестве вводных аппаратов квартир или аппаратов групповых розеточных цепей использовать аппараты со встроенной защитой от повышения напряжения.” Видимо, идет отсылка к ПУЭ 7.1.21.

То же самое с ГОСТ 32395—2020 “Щитки распределительные для жилых зданий”, который вступил в силу в 2021 году. Для меня загадка, почему там очень много слов и схем с УЗИП и УЗДП, которые в современных квартирах встречаются крайне редко, а про РН, которые сейчас “мастхев” современного щитка – ни слова.

Думаю, причина тут в постоянной оглядке на наших заклятых друзей, от которых мы перенимаем все технологии и нормативы. В Европе и США реле напряжения – непопулярная тема, о них никто не слышал. Как думаете, почему? Может, потому, что у них качество напряжения выше? Или потому, что у нас народ привык постоянно ждать какой-нибудь пакости от государства?

 

Как может возникнуть напряжение на нейтрали?

Если неприятность может произойти – она обязательно произойдёт.
Если неприятности никогда не происходило – это не значит, что она никогда не произойдёт.

Любое напряжение не действует просто так, само по себе. Оно действует по отношению к чему-то. Напряжение на нейтрали нужно измерять по отношению к земле в самом широком понятии – к заземлителю, к защитному заземляющему проводнику, к заземленным открытым проводящим частям. К человеку, который, имея определенное сопротивление, электрически соприкасается с вышеперечисленными предметами – а значит, имеет по отношению к земле нулевой потенциал (статику, наведенное напряжение и прочие аномалии в расчет не берём).

Вообще, нейтральный проводник – по определению проводник под напряжением. Когда я говорю про напряжение на нейтрали, я подразумеваю его относительно земли. То есть, от точки глухозаземленной или повторно заземленной нейтрали.

Для человека считается опасным напряжение более 36 В, но это очень условно, поскольку определяющее значение имеет ток, который зависит не только от напряжения, но и от сопротивления тела и предметов, последовательно с которыми это тело включено в электрическую цепь.

Однажды, стоя на сухой деревянной лестнице на сухом деревянном полу, я одной рукой взялся за фазу. И вообще ничего не почувствовал. Хотя по отношению к нейтрали там было 220 В. Не повторять!

Подробно влияние тока на человека изложено в ГОСТ Р 70646.1 Воздействие электрического тока на людей и домашних животных. Рисунок А.19.

Возвращаясь к теме раздела, напряжение на нейтрали (при однофазном питании) может возникнуть по разным причинам:

• обрыв трехфазной нейтрали – это самый распространенный случай. При этом на нейтрали может быть от 0 (если нагрузка симметричная, чего при реальных однофазных нагрузках никогда не бывает) и почти до линейного (если на одной из фаз будет очень мощная нагрузка с сопротивлением, близким к нулю – например, самодельный обогреватель). Очень подробно я об этом рассказал в статьях Чем трехфазное напряжение отличается от однофазного и Чем отличается обрыв нейтрали в трехфазной и однофазной сетях.
• перекос по фазам из-за неравномерных однофазных нагрузок. Это не столь критический случай, но и в этом случае напряжения может быть немалым. Особенно – если на соседской фаза произошла серьезная перегрузка или КЗ.
• большое падение напряжения на нейтральном проводнике из-за  его низкого сечения и большого рабочего тока. Этот режим отличается от обрыва только тем, что сопротивление нейтрального проводника не равно бесконечности.

В самом неблагоприятном случае, когда сложатся два фактора – обрыв трехфазной нейтрали и замыкание одной из фаз на ноль – на однофазных нагрузках других фаз будет действовать линейное напряжение 380 В.

Не забывайте и про человеческий фактор – кто-то в частном секторе может подать напряжение на линию с генератора или с другой сети. Чудес в этой жизни хватает) То же самое может произойти при работе АВР (от нескольких источников питания).

Но даже если отключена только фаза, а на нейтральном проводе – чистый ноль, не стоит расслабляться. В многоквартирных домах случаются всякие чудеса – например, опасное напряжение может появиться на защитном проводе, или на металлических конструкциях (ванные, раковины, арматура, и т.п.)

Теперь, после рассмотрения теоретических вопросов, давайте рассмотрим подробно

Реле контроля напряжения и тока РелеОн с двухполюсной коммутацией

На фото я подал напряжение на РКН через автоматический выключатель и автотрансформатор Suntek (на фото не показан):

Фото РКНТ Релеон в испытательном щитке с подключенным выходом:

 

Вид снизу, со стороны крепления на ДИН рейку:

По органам управления и настройкам можно подробно ознакомиться в инструкции, которую можно будет скачать в конце статьи. А я сейчас расскажу про некоторые

Функции и параметры Реле напряжения и тока РелеОн

По функциям очень коротко. Реле отключает нагрузку, если:

1. если напряжение на его входе будет ниже нижнего предела, либо выше верхнего,
2. если ток через него будет выше установленного предела.

Есть ещё важная функция – реле отображает текущие значения напряжение на нагрузке и ток нагрузки.

Кроме того, РелеОн можно использовать для ручного отключения нагрузки – для этого на передней панели есть кнопка питания. После нажатия на эту кнопку внутреннее реле отключается, а на экране появляется сообщение “OFF”. Выключенное состояние реле сохраняется и после снятия/подачи питания. Но для безопасности лучше для отключения использовать автоматический выключатель.

Характеристики

Немного по характеристикам.

• Рабочее напряжение – в диапазоне 50…450 В. Это напряжение, при котором устройство может функционировать. Это очень широкий диапазон, благодаря встроенному источнику питания на микросхеме SM7025. Забегая вперёд, могу сказать, что я испытывал РелеОн при напряжении 20 В – оно стабильно работало и реагировало на нажатие кнопок и изменение параметров. Как думаете, будет ли оно работать от источника постоянного напряжения 24В?
• Диапазон установки верхнего предела – 220…300 В – шире встретить трудно.
• Диапазон установки нижнего предела – 120…210 В.
• Диапазон установки предела по току – 1…63 А, с шагом 1 А.
• Время задержки включения после подачи питания и восстановления уровня напряжения – 5…600 с.
• Время задержки отключения при превышении установленного порога тока – 5…600 с.
• Время срабатывания при превышении верхнего порога – 0,5 с.
• Время срабатывания при понижении напряжения ниже нижнего порога – 0,5 с (если напряжение менее 120 с, то 0,1 с).
• Гистерезис – 2%. Это означает, что при верхнем пороге 250 В выключенное реле включится при понижении напряжения ниже 245В. По нижнему пределу – при пороге 170В реле включится при подъеме напряжения выше примерно 173,5 В.

 

На всякий случай привожу полный список характеристик из инструкции:

Пункты меню РелеОн

Их всего 5:

1. oV – over voltage – верхний порог (В),
2. uV – under voltage – нижний порог (В),
3. tS – time switch (set) -время включения (с),
4. oC – over current – порог отключения по току (А),
5. tA – time amperage – время задержки отключения по току.

Подробнее про пункты меню и про работу реле напряжения РелеОн я рассказываю в видео:

Отключение по току

Отдельно стоит сказать про отключение нагрузки при перегрузке по току. Реле отключается после превышения порога через время, установленное в 5-м пункте меню tA. Эта функция ни в коем случае не заменяет работу автоматического выключателя! Реле не должно отключать нагрузку, когда в ней происходит перегрузка и тем более КЗ. Ведь у него нет дугогасительных камер, как у автомата.

Поэтому я очень рекомендую для этого реле устанавливать последовательно автомат 50, 40, а лучше 32 А. А уставку отключения по току в 4-м параметре оС лучше ставить больше номинала автомата, чтобы при перегрузке автомат отключился раньше, и контакты реле не участвовали в таким неприятном процессе, как размыкание под нагрузкой. То есть, оптимальны с точки зрения долговечной работы РН такие параметры:

• номинал РН = 63А,
• уставка по току РН = 50А,
• номинал АВ = 32А.

Но может возникнуть надобность использовать функцию ограничения по току для другой цели – чтобы выключался не автомат, а РН. Затем, через установленное время  включалось автоматически обратно. Например, если автомат стоит в недоступном месте – высоко на опоре. Тогда расклад будет примерно таким:

• номинал РН = 63А,
• уставка по току РН = 20А,
• номинал АВ = 32А.

В анализе этих уставок и номиналов нужно понимать, что не только РН размыкается через время, но и автомат тоже. Причем время размыкания зависит от протекающего через него сверхтока. Подробнее читайте в статье Характеристики автоматических выключателей.

Лучше один раз увидеть:

Схема включения

Схема принципиально отличается от схем включения других реле напряжения. Если там можно подключить нейтраль одним проводком с небольшим сечением, то тут нейтраль – это полноправный силовой полюс, у которого есть вход и выход:

Как видно из схемы, производитель рекомендует на входе устанавливать АВДТ С10, а на выходе – АВ С25. На номиналы на схеме внимания не обращайте – всё равно они должны выбираться, исходя из конкретно ситуации.

Схема подключения, приведенная на корпусе реле:

На схеме обозначены контакты 2НО – реле со связью между контактами, которые срабатывают одновременно, как в 2п автомате, УЗО или дифавтомате.

Кстати, РН не обязательно ставить только на вводе в дом или квартиру. Вы можете поставить его на некоторые групповые цепи, например только на розетки. Или только на розетки, через которые питаются особо важные нагрузки.

Размыкание двух полюсов особенно актуально для опасных электроприборов, имеющих металлический корпус и/или контакт с водой.

 

Внутреннее устройство реле напряжения РелеОн

Несколько фото внутреннего устройства. Чтобы разобрать корпус реле, нужно раскрутить два самореза.

Что мы видим:

ШИМ-микросхема стабилизатора питания – SM7025, также в схеме стабилизатора применяется мощный высоковольтный транзистор 1N60A23H.

 

С другой стороны:

 

Исполнительное реле без маркировки, но техподдержка производителя сообщила, что это поляризованное (бистабильное) реле на 80А. Одновременность размыкания полюсов (как это необходимо делать по ПУЭ) реализована на двухполюсном бистабильном реле.

Стрелками отмечены места, где привод катушки воздействует на контакты. Видно, что между полюсами – жесткая связь.

Клеммы подключения и клеммы реле приварены на сварку, поэтому ничего не отпаяется, не отсоединится и не будет греться.

Выходные клеммы. На одной из клемм – трансформатор тока для измерения.

 

Ещё пара слов о двухполюсной коммутации

Теперь контактор для двухполюсной коммутации не нужен – всё реализовано внутри одного устройства.

Внутреннее реле двухполюсное (2НО), с механической связью между контактными группами, это минимизирует риск неодновременного отключения или неотключения одного из полюсов.

Противники коммутации нейтрали говорят, что реле нейтрали может перестать контачить. Но как часто такое бывало у фазного реле? Я не слышал ни разу. То же самое с залипанием контактов – это с равной вероятностью может произойти и в фазном, и в нейтральном полюсе. Но Реле напряжения в этом случае точно не виновато – оно не обязано коммутировать токи выше номинала. Это за него должен делать автоматический выключатель, это его прямая обязанность.

 

Минусы Релеон

На мой взгляд, у реле есть некоторые недочёты:

• Вход-выход и фаза-ноль расположены непривычно. Клеммы не пронумерованы. С другой стороны, если их нумеровать, получится выход нуля 4, вход нуля 3, выход фазы 2, вход фазы 1 – тоже непривычно.
• Не хватает индикатора включения реле, хотя место для него предусмотрено как будто специально. Не понятно, подано питание на нагрузку или нет. Это можно обнаружить только коcвенно – по миганию чисел на индикаторах, или по сообщению «Off»
• Встроенная тепловая защита отсутствует.
• Нужно больше настроек – например, регулировка скорости срабатывания в разных диапазонах напряжения, гистерезис, и т.д. С другой стороны, чем проще настройки – тем проще в них разобраться.

 

Скачать

Как обещал, выкладываю инструкцию к реле напряжения РелеОн с коммутацией нейтрали.

• Руководство по эксплуатации РелеОн RV1.22.8.230.63 / Паспорт, инструкция и Руководство по эксплуатации к реле контроля напряжения и тока РелеОн RV1.22.8.230.63. Версия 1, pdf, 666.98 kB, скачан: 1 раз./

Актуальную версию можно скачать с сайта производителя.

Кому интересна тема – на блоге размещено более 10 статей про различные реле напряжения.

Напишите в комментариях, каковы перспективы данного устройства на отечественном рынке? А может быть, вы уже установили и эксплуатируете РелеОн? Будет интересно почитать ваши отзывы!