Przekaźnik kontroli napięcia: zasada działania, schemat, niuanse podłączenia

Skoki napięcia – to niestety częste zjawisko w polskich domach. Powstają one z powodu zużycia sieci elektrycznych, zwarć oraz nierównomiernego rozkładu obciążenia na poszczególnych fazach.

W wyniku tego urządzenia gospodarstwa domowego albo nie otrzymują wystarczającej ilości energii, albo ulegają przepaleniu z powodu jej nadmiaru. Aby uniknąć tych problemów, zaleca się zainstalowanie przekaźnika kontroli napięcia (PKN).

Proponujemy przyjrzeć się, jakie korzyści daje zastosowanie takiego urządzenia, jakie są różnice między PKN a stabilizatorem, jak wybrać odpowiedni przekaźnik i dokonać jego podłączenia.

Do czego służy przekaźnik regulacji napięcia

Prawidłowa nazwa omawianego urządzenia to «przekaźnik kontroli napięcia». Jednak środkowe słowo w rozmowach elektryków między sobą często wypada z tego terminu.

W zasadzie jest to to samo urządzenie elektrotechniczne automatyki zabezpieczającej. Ponadto sprzęt ten często nazywany jest też «zabezpieczeniem przed zerwaniem zera». Dlaczego – stanie się jasne poniżej.

Nie należy mylić wyłączników RCD i PKN. Pierwsze zabezpieczają linię przed przeciążeniem i zwarciem, a drugie przed skokami napięcia. Są to urządzenia o różnym przeznaczeniu funkcjonalnym.

Głównym zadaniem PKN jest odłączenie urządzeń elektrycznych od sieci w przypadku zbyt wysokiego i zbyt niskiego napięcia, aby podłączone do zasilania urządzenia nie uległy uszkodzeniu.

Napis «~220 V» jest znany wszystkim Polakom. Na takim napięciu przemiennym pracują w domu urządzenia gospodarstwa domowego podłączone do gniazdek. Jednak w rzeczywistości maksymalne napięcie w domowej sieci elektrycznej tylko oscyluje wokół tego punktu z rozrzutem +/-10%.

W niektórych przypadkach skoki osiągają jeszcze większe wartości. Woltomierz może wskazywać spadki do 70 i skoki do 380 V.

Dla sprzętu elektrycznego groźne jest zarówno zbyt niskie, jak i zbyt wysokie napięcie. Jeśli sprężarka lodówki nie otrzyma wystarczającej ilości energii, po prostu się nie uruchomi. W efekcie urządzenie nieuchronnie się przegrzeje i ulegnie uszkodzeniu.

Przy niskim napięciu użytkownik w większości przypadków nie jest w stanie na zewnątrz stwierdzić, czy urządzenie działa prawidłowo w takiej sytuacji. Wizualnie można jedynie zobaczyć słabo świecące żarówki, do których podawane jest niższe napięcie niż powinno.

Z wysokimi skokami napięcia jest o wiele prościej. Jeśli na wejście zasilania telewizora, komputera lub kuchenki mikrofalowej poda się 300–350 W, to w najlepszym przypadku przepali się bezpiecznik. A najczęściej przepalą się one same. I dobrze jeszcze, jeśli nie dojdzie przy tym do rzeczywistego zapłonu urządzeń i powstania pożaru.

Budynki wielorodzinne są zwykle zasilane z sieci trójfazowej 380 V, a do mieszkania dochodzi już instalacja jednofazowa 220 V z rozdzielnicy na piętrze.

Główne problemy z wahaniami napięcia w wieżowcach powstają z powodu przerwania przewodu neutralnego. Przewód ten jest uszkadzany przez nieostrożność elektryków podczas napraw albo sam przepala się ze starości.

Jeśli w domu na linii wejściowej zainstalowany jest zestaw niezbędnej ochrony nowoczesnego poziomu, to w wyniku takiego przerwania następuje zadziałanie automatyki RCD. Wszystko kończy się stosunkowo normalnie.

Jednak w starym zasobie mieszkaniowym, gdzie nie ma wyłączników ochronnych, zanik przewodu neutralnego prowadzi do asymetrii faz. I wtedy w niektórych mieszkaniach napięcie staje się niskie (50–100 V), a w innych gwałtownie wysokie (300–350 V).

To, co ostatecznie pojawi się w gniazdku u poszczególnych osób, zależy od obciążenia podłączonego w danym momencie do sieci elektrycznej. Z góry dokładnie tego obliczyć i przewidzieć nie sposób.

W rezultacie u jednych cały sprzęt przestaje działać, u innych przepala się od przepięcia. Właśnie tutaj potrzebny jest przekaźnik kontroli napięcia. W razie problemów odłączy on sieć, zapobiegając uszkodzeniu telewizorów, lodówek itp.

W sektorze prywatnym problem z wahaniami napięcia jest nieco inny. Jeśli dom położony jest w dużej odległości od transformatora ulicznego, to przy zwiększonym poborze energii w domach przed nim, w tym skrajnym punkcie napięcie może spaść do krytycznie niskich wartości.

W rezultacie z powodu długotrwałego niedoboru „woltów” silniki elektryczne w domowych urządzeniach elektrycznych nieuchronnie zaczną się przepalać i ulegać awariom.

Rodzaje urządzeń PKN

Wszystkie modele przekaźników pełniących funkcje regulatora napięcia dzielą się na jednofazowe i trójfazowe.

Przekaźnik jednofazowy. Zazwyczaj montuje się go w domkach i mieszkaniach – więcej w domowych rozdzielnicach nie jest potrzebne.

W elektrycznych rozdzielnicach domów prywatnych i wielorodzinnych zwykle stosuje się przekaźniki jednofazowe w kompaktowej wersji na szynę DIN (+)

Przekaźnik trójfazowy. Takie RKN są przeznaczone do zastosowań przemysłowych. Często używa się ich w układach zabezpieczeń maszyn trójfazowych. Co więcej, jeśli na wejściu takiego skomplikowanego urządzenia wymagany jest taki trójfazowy przekaźnik, to często wybiera się go w wersji kombinowanej z kontrolą nie tylko napięcia, ale także synchronizacji faz.

Główną wadą i jednocześnie zaletą przekaźnika trójfazowego jest całkowite odłączenie zasilania na wyjściu przy skoku napięcia nawet w jednej z linii fazowych na wejściu. W przemyśle jest to tylko korzystne. Jednak w gospodarstwie domowym wahania napięcia w jednej fazie często nie są krytyczne, a przekaźnik napięcia odłącza chronioną sieć.

W poszczególnych przypadkach taka nadmiernie bezpieczna asekuracja jest potrzebna. Jednak w zdecydowanej większości sytuacji jest zbędna.

Według typu wykonania i wymiarów

Cała gama modeli przekaźników napięcia dzieli się na trzy rodzaje:

• przejściówki «wtyczka-gniazdko»;
• przedłużacze z 1-6 gniazdkami;
• kompaktowe „pakietniki” na szynę DIN.

Pierwsze dwa warianty są używane do ochrony jednego konkretnego urządzenia elektrycznego lub jakiejś grupy. Włącza się je do zwykłego gniazdka pokojowego.

Trzeci wariant przeznaczony jest do montażu w rozdzielnicy elektrycznej w ramach systemu ochrony sieci elektrycznej mieszkania lub domu.

Przejściówki i przedłużacze omawianych regulatorów mają dość duże rozmiary. Producenci starają się je robić jak najmniejsze, aby nie psuły swoim wyglądem wystroju wnętrza.

Ale wewnętrzne komponenty przekaźnika napięcia mają swoje sztywne wymiary, a do tego trzeba je jeszcze zmieścić w jednej obudowie z gniazdkiem i wtyczką. Pod względem designu nie ma tu miejsca na popisy.

Przekaźniki na szynę DIN do montażu w rozdzielnicy mają bardziej kompaktowe rozmiary, nie ma w nich nic zbędnego. Podłączenie ich do sieci odbywa się za pomocą połączenia przewodów i zacisków.

Według podstawy i dodatkowych funkcji

Wewnętrzna logika i działanie przekaźnika do kontroli napięcia opierają się na mikroprocesorze lub prostszym komparatorze. Pierwszy wariant jest droższy, ale zapewnia bardziej precyzyjną i płynną regulację progów zadziałania przekaźnika napięcia. Większość sprzedawanych urządzeń zabezpieczających jest obecnie oparta na mikroprocesorze.

Górny (Umax) i dolny (Umin) próg to dwa główne regulowane parametry przekaźnika napięcia – jeśli napięcie wejściowe wyjdzie poza ustawiony zakres, przekaźnik odłącza linię wyjściową od prądu (+)

Przynajmniej na obudowie przekaźnika znajduje się para diod LED, dzięki którym można określić obecność napięcia na wejściu i wyjściu. Bardziej zaawansowane urządzenia są wyposażone w wyświetlacze pokazujące ustawione dopuszczalne zakresy oraz napięcie w linii.

Regulacja wartości progowych odbywa się za pomocą potencjometru z wyskalowaną skalą lub przycisków z wyświetlaniem parametrów na tablicy.

Sam przekaźnik odpowiedzialny za przełączanie wewnątrz RKN jest wykonany w układzie bistabilnym. Ta cewka ma dwa stabilne stany. Energia jest zużywana tylko na przełączanie zatrzasku. Do utrzymania styków w stanie zamkniętym lub otwartym nie jest wymagana energia elektryczna.

Z jednej strony minimalizuje to zużycie energii, a z drugiej – gwarantuje, że cewka nie będzie się nagrzewać podczas pracy regulatora.

Przy wyborze przekaźnika napięcia w parametrach należy zwrócić uwagę na:

• zakres roboczy w woltach;
• możliwości ustawienia górnego i dolnego progu zadziałania;
• obecność/brak wskaźników poziomu napięcia;
• czas wyłączenia przy zadziałaniu RKN;
• czas opóźnienia wznowienia dostarczania energii elektrycznej;
• maksymalną moc przełączaną w kW lub przepuszczany prąd w amperach.

Pod względem ostatniego parametru przekaźnik należy dobierać z zapasem 20–25%. Jeśli nie ma odpowiedniego RKN do istniejących w linii wysokich obciążeń, bierze się model o małej mocy, a na jego wyjściu podłącza się stycznik magnetyczny.

Z ustawieniem progów sytuacja jest następująca. Jeśli ustawi się je zbyt sztywno, to częstotliwość zadziałania przekaźnika będzie wysoka. Tutaj trzeba będzie pójść na kompromis.

Regulację tych parametrów należy wykonać tak, aby zapewniały odpowiedni poziom ochrony, ale nie dopuszczały zbyt częstego przełączania RKN. Ciągłe włączanie i wyłączanie nie będzie korzystne ani dla podłączonych do sieci urządzeń, ani dla samego regulatora napięcia.

Przy tym niektóre przekaźniki w ogóle nie mają możliwości samodzielnej korekty progów. Są one ustawione „sztywno”. Na przykład nastawa dolnego progu w fabryce wykonana jest na 170 V, a górnego – na 265 V.

Takie RKN są tańsze, ale trzeba je dobierać uważniej. Później nie uda się tych urządzeń przestroić, w przypadku błędów w obliczeniach trzeba będzie kupić nowe na zastąpienie nieodpowiednich.

Wybór czasowych parametrów wyłączenia i wznowienia zasilania linii na wyjściu zależy od podłączonego obciążenia i specyfiki konkretnej sieci (+)

Jeśli w sieci elektrycznej stale występują krótkotrwałe (ułamki sekundy) nieznaczne spadki napięcia, to czas wyłączenia według dolnego progu lepiej ustawić na maksimum. W ten sposób zadziałań będzie mniej, a zagrożenie dla zasilonego sprzętu będzie minimalne.

Opóźnienie załączenia należy dobierać w zależności od rodzaju podłączonych do gniazdka urządzeń elektrycznych. Jeśli podłączony sprzęt ma kompresor lub silnik elektryczny, to czas podania napięcia warto zwiększyć do 1–2 minut.

Pozwoli to uniknąć gwałtownych skoków napięcia i prądu przy wznowieniu zasilania w sieci, co ochroni lodówki i klimatyzatory przed awariami.

A dla komputerów i telewizorów ten parametr można obniżyć nawet do 10–20 sekund.

Co lepsze: stabilizator czy przekaźnik

Nierzadko zamiast podłączenia w rozdzielnicy przekaźnika kontroli napięcia zaleca się instalowanie w domu stabilizatora napięcia. W niektórych przypadkach jest to uzasadnione. Istnieje jednak szereg niuansów, o których należy pamiętać przy wyborze tego lub innego wariantu ochrony urządzeń elektrycznych.

Pod względem funkcjonalności stabilizator nie tylko wyrównuje napięcie, ale także wyłącza się przy zbyt wysokich wartościach tego ostatniego. Natomiast przekaźnik napięcia to wyłącznie automatyka zabezpieczeniowa. Wydawałoby się, że pierwszy zawiera w sobie funkcje drugiego.

Ale w porównaniu z RKN stabilizator:

• droższy i hałasuje;
• bardziej bezwładny przy gwałtownych zmianach;
• nie ma możliwości regulacji parametrów;
• zajmuje znacznie więcej miejsca.

W przypadku spadku napięcia wejściowego, aby na wyjściu stabilizatora uzyskać wymagane wartości, zaczyna on „wciągać” więcej prądu z sieci. A to prosta droga do przepalenia instalacji, jeśli nie została ona pierwotnie zaprojektowana na takie obciążenie.

Drugą główną wadą stabilizatora w porównaniu z przekaźnikiem kontroli napięcia jest jego niezdolność do wychwycenia gwałtownego skoku napięcia w przypadku przerwania przewodu neutralnego.

Wystarczy dosłownie pół sekundy z napięciem 350–380 V w gniazdku, aby cały sprzęt w domu uległ uszkodzeniu. A większość stabilizatorów nie jest w stanie dostosować się do takich zmian i przepuszcza wysokie napięcie, wyłączając się dopiero po 1–2 sekundach od początku skoku.

Oprócz stabilizatorów i przekaźników do ochrony linii przed wahaniami napięcia w sieci można również stosować wyzwalacze maksymalnego i minimalnego napięcia. Mają one jednak w porównaniu z RKN dłuższy czas zadziałania. Ponadto nie włączają zasilania z powrotem w trybie automatycznym, a pod względem działania bardziej przypominają wyłączniki różnicowoprądowe (RCD).

Po odłączeniu zasilania te wyzwalacze trzeba będzie ręcznie przełączyć do stanu początkowego.

Schematy podłączenia PKN

W rozdzielnicy przekaźnik napięcia zawsze instaluje się za licznikiem w przerwie przewodu fazowego. Powinien kontrolować i w razie potrzeby odcinać właśnie „fazę”. W żaden inny sposób nie można go podłączyć.

Najczęściej dla odbiorników jednofazowych stosuje się standardowy schemat z bezpośrednim obciążeniem przez przekaźnik (+)

Istnieją dwa główne schematy podłączenia jednofazowych przekaźników regulatora napięcia sieciowego:

• z bezpośrednim obciążeniem przez RKN;
• z podłączeniem obciążenia przez stycznik – z podłączeniem rozrusznika magnetycznego.

Przy montażu rozdzielnicy elektrycznej w domu praktycznie zawsze stosuje się pierwszy wariant. Różnorodnych modeli RKN o wymaganej mocy jest w sprzedaży pod dostatkiem. Ponadto w razie potrzeby można zainstalować kilka takich przekaźników w układzie równoległym, podłączając do każdego z nich osobną grupę urządzeń elektrycznych.

Montaż jest niezwykle prosty. Na obudowie standardowego przekaźnika jednofazowego znajdują się trzy zaciski – „zero” plus fazowe „wejście” i „wyjście”. Trzeba tylko nie pomylić podłączanych przewodów.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Aby ułatwić Państwu orientację w schematach podłączeń i wyborze odpowiedniego przekaźnika regulatora napięcia, przygotowaliśmy zestaw materiałów wideo opisujących wszystkie niuanse działania tego urządzenia.

Jak chronić sprzęt przed wahaniami w sieci elektrycznej za pomocą RKN:

Ustawienie przekaźnika napięcia:

Przekaźnik kontroli napięcia sieciowego to doskonała ochrona przed „zerwaniem zera” i gwałtownymi wahaniami napięcia. Podłączenie go nie jest trudne. Należy jedynie włożyć odpowiednie przewody do zacisków i je dokręcić.W praktycznie wszystkich przypadkach stosuje się standardowy schemat z bezpośrednim obciążeniem przez RKN.

Podziel się z czytelnikami swoim doświadczeniem w podłączaniu i stosowaniu przekaźnika napięcia. Prosimy o pozostawianie komentarzy, zadawanie pytań na temat artykułu i udział w dyskusjach – formularz opinii znajduje się poniżej.