Spændingskontrolrelæ: arbejdsprincip, diagram, tilslutningsnuancer

Spændingsudsving er langt fra sjældne i danske hjem. De opstår på grund af slidte elnet, kortslutninger og ujævn fordeling af belastning på de enkelte faser.

Som følge heraf får husholdningsapparater enten for lidt strøm eller brænder over på grund af overskud. For at undgå disse problemer anbefales det at installere et spændingskontrolrelæ (RKN).

Vi foreslår at forstå, hvilke fordele brugen af en sådan enhed giver, hvad forskellene er mellem RKN og en stabilisator, hvordan man vælger et passende relæ og foretager dets tilslutning.

Hvorfor er et spændingsreguleringsrelæ nødvendigt?

Det korrekte navn for den pågældende enhed er 'spændingskontrolrelæ'. Men mellemordet i samtaler mellem elektrikere udelades ofte.

I princippet er det den samme elektrotekniske enhed til beskyttelsesautomatik. Plus, dette udstyr kaldes ofte også for 'nulbrudsbeskyttelse'. Hvorfor – det vil blive klart nedenfor.

Forveks ikke RCD-automater og RKN. Førstnævnte beskytter ledningen mod overbelastning og kortslutning, sidstnævnte mod spændingsspring. Det er forskellige enheder med forskellig funktionel hensigt.

Hovedopgaven for RKN er at afbryde elektriske apparater fra nettet ved for høje og for lave spændinger, så den tilsluttede teknologi ikke tager skade.

Indskriften '~220 V' er velkendt for alle danskere. Ved denne vekselspænding arbejder husholdningsapparater i hjemmet, der er tilsluttet stikkontakter. I virkeligheden svinger den maksimale spænding i hjemmets elnet dog kun omkring dette punkt med en spredning på +/- 10%.

I nogle tilfælde når udsvingene endnu større værdier. Et voltmeter kan sagtens vise fald til 70 og stød til 380 V.

For elektrisk udstyr er både for lav og for høj spænding farlig. Hvis køleskabets kompressor 'ikke får nok' strøm, starter det simpelthen ikke. Som følge heraf vil udstyret uundgåeligt overophede og gå i stykker.

Ved lav spænding kan den almindelige bruger i de fleste tilfælde ikke engang udefra afgøre, om udstyret fungerer korrekt eller ej i en sådan situation. Visuelt kan man kun se svagt lysende glødepærer, som får mindre spænding end normalt.

Med høje spændingsstigninger er det meget enklere. Hvis der tilføres 300–350 W til strømforsyningen af et tv, en computer eller en mikroovn, så vil i bedste fald sikringen springe. Men oftest brænder de selv af. Og det er endda godt, hvis der ikke opstår faktisk brand i apparatet og dermed en brand.

Etageejendomme er normalt tilsluttet et trefaset 380 V-net, og til lejligheden kommer der en enfaset 220 V-ledning fra eltavlen på etagen.

De største problemer med spændingsudsving i etageejendomme opstår på grund af brud på arbejdsnul. Denne ledning beskadiges ved uagtsomhed fra elektrikere under reparationer, eller den brænder simpelthen over af alder.

Hvis der på indgangslinjen i huset er installeret et sæt nødvendig beskyttelse på moderne niveau, så medfører et sådant brud, at HFI-automatikken aktiveres. Det ender relativt normalt.

Men i den ældre boligmasse, hvor der ikke er installeret beskyttelsesafbrydere, fører tab af nul til faseubalance. Og så bliver spændingen i nogle lejligheder lav (50–100 V), og i andre pludselig høj (300–350 V).

Hvad der ender i stikkontakten, afhænger af den belastning, der er tilsluttet elnettet på det pågældende tidspunkt. Det er umuligt at beregne og forudsige præcist på forhånd.

I sidste ende holder al teknikken op med at virke hos nogle, mens den hos andre brænder af på grund af overspænding. Det er her, spændingskontrolrelæet kommer ind i billedet. Når der opstår problemer, vil det afbryde nettet og forhindre skader på tv'er, køleskabe og lignende.

I private boliger er problemet med spændingsudsving noget anderledes. Hvis et hus ligger langt fra en vejtransformator, så kan spændingen ved øget elforbrug i husene før det, på dette yderpunkt, falde til kritisk lave niveauer.

Som følge heraf vil elektromotorer i husholdningsapparater uundgåeligt begynde at brænde og gå i stykker på grund af langvarig mangel på 'volt'.

Varianter af RKN-enheden

Alle modeller af relæer, der fungerer som spændingsregulator, inddeles i enfasede og trefasede.

Enfaset relæ. Installeres normalt i huse og lejligheder – mere er ikke nødvendigt i husets eltavler.

I eltavler i private huse og etageejendomme anvendes normalt enfasede relæer i kompakt udførelse på DIN-skinne (+)

Trefaset relæ. Sådanne RKN'er er beregnet til industriel anvendelse. De bruges ofte i beskyttelseskredsløb til trefasede maskiner. Og hvis en sådan trefaset enhed er påkrævet ved indgangen af dette komplekse udstyr, vælges den ofte i en kombineret udførelse med kontrol ikke kun af spænding, men også af fasesynkronisering.

Den største ulempe og samtidig fordel ved et trefaserelæ er den fuldstændige afbrydelse af strømmen ved udgangen, når der opstår en spændingsstigning i blot en af faserne ved indgangen. I industrien er det kun en fordel. Men i hjemmet er spændingsudsving i en fase ofte ikke kritiske, og alligevel afbryder relæet det beskyttede net.

I visse tilfælde er en sådan pålidelig overforsikring nødvendig. Men i langt de fleste situationer er den overflødig.

Efter udførelsestype og dimensioner

Hele sortimentet af spændingsrelæer er opdelt i tre typer:

• stik-dåse adaptere;
• forlængerledninger med 1-6 stikkontakter;
• kompakte DIN-skinne enheder.

De første to varianter bruges til at beskytte en bestemt elektrisk enhed eller en gruppe. De tilsluttes en almindelig stikkontakt i rummet.

Den tredje variant er beregnet til montering i eltavlen som en del af beskyttelsessystemet for elnettet i en lejlighed eller et hus.

Adaptere og forlængerledninger til de nævnte regulatorer har temmelig store dimensioner. Producenterne forsøger at gøre dem så små som muligt, så de ikke ødelægger interiøret med deres udseende.

Men spændingsrelæets indre komponenter har deres egne faste dimensioner, og de skal desuden samles i samme kabinet som stikkontakten og stikket. Designmæssigt er der ikke meget at gøre.

DIN-skinne relæer til montering i fordelingstavlen har mere kompakte dimensioner, der er intet overflødigt. De tilsluttes nettet via forbindelse af ledninger og klemmer.

Efter basis og yderligere funktioner

Den interne logik og funktion af spændingsrelæet er baseret på en mikroprocessor eller en enklere komparator. Den første mulighed er dyrere, men giver en mere præcis og jævn justering af relæets udløsningstærskler. De fleste beskyttelsesenheder, der sælges i dag, er baseret på mikroprocessor.

Øvre (Umax) og nedre (Umin) tærskler er de to vigtigste justerbare parametre for relæet – hvis indgangsspændingen går uden for det indstillede område, afbryder relæet udgangslinjen fra strømmen (+).

Som minimum findes der et par LED'er på relæets hus, som kan bruges til at bestemme tilstedeværelsen af spænding på indgangen og udgangen. Mere avancerede enheder er udstyret med skærme, der viser de indstillede tilladte grænser og den aktuelle spænding i ledningen.

Justering af tærskelværdier sker med et potentiometer med en graderet skala eller med knapper, der viser parametrene på et display.

Selve det relæ, der står for omskiftningen inde i spændingskontrolrelæet, er udført som et bistabilt kredsløb. Denne spole har to stabile tilstande. Energi bruges kun til at skifte låsen. For at holde kontakterne i lukket eller åben position kræves der ikke strøm.

På den ene side minimerer dette strømforbruget, og på den anden side sikrer det, at spolen ikke bliver varm under regulatorens drift.

Ved valg af spændingsrelæ skal man se på følgende parametre:

• arbejdsområde i volt;
• muligheder for indstilling af øvre og nedre udløsningstærskler;
• tilstedeværelse/fravær af spændingsniveauindikatorer;
• frakoblingstid ved udløsning af spændingskontrolrelæet;
• forsinkelsestid for genoptagelse af strømforsyning;
• maksimal omskiftelig effekt i kW eller gennemløbsstrøm i ampere.

Med hensyn til den sidste parameter bør relæet vælges med en margen på 20–25%. Hvis der ikke findes et spændingskontrolrelæ, der passer til de eksisterende høje belastninger på linjen, tages en laveffektmodel, og der tilsluttes en magnetisk starter på dens udgang.

Med hensyn til indstilling af tærskler er situationen som følger: Hvis de indstilles for stramt, vil relæets udløsningsfrekvens blive høj. Her må man indgå et kompromis.

Justeringen af disse parametre skal udføres således, at de giver et passende beskyttelsesniveau, men ikke tillader for hyppig omskiftning af spændingskontrolrelæet. Hyppige tænd- og slukninger vil ikke være til gavn for det tilsluttede udstyr eller for selve spændingsregulatoren.

Nogle relæer har dog slet ikke mulighed for selv at justere tærsklerne. De er indstillet "fast". For eksempel er den nedre grænse indstillet på 170 V fra fabrikken, og den øvre på 265 V.

Sådanne spændingskontrolrelæer er billigere, men man skal vælge dem mere omhyggeligt. Senere kan disse enheder ikke omprogrammeres, ved fejl i beregningerne må man købe nye til erstatning for dem, der ikke passer.

Valget af tidsindstillinger for frakobling og genoptagelse af strømforsyning på udgangslinjen afhænger af den tilsluttede belastning og det specifikke nets egenskaber (+)

Hvis der i elnettet konstant opstår kortvarige (i brøkdele af sekunder) mindre spændingsfald, så er det bedst at indstille frakoblingstiden for den nedre tærskel til maksimum. På den måde vil der være færre udløsninger, og truslen mod det forsynede udstyr vil være minimal.

Forsinkelsen for tænding bør vælges afhængigt af typen af elektriske apparater, der er tilsluttet stikkontakten. Hvis det tilsluttede udstyr har en kompressor eller elektrisk motor, bør spændingstilførselstiden øges til 1-2 minutter.

Dette vil forhindre skarpe spring i spænding og strøm, når strømforsyningen genoptages i nettet, hvilket vil beskytte køleskabe og airconditionanlæg mod skader.

Men for computere og fjernsyn kan denne parameter reduceres til 10–20 sekunder.

Hvad er bedst: stabilisator vs relæ

Ofte anbefales det i stedet for at tilslutte et relæ til styring af elektricitet i tavlen at installere en spændingsstabilisator i huset. I visse tilfælde kan dette være berettiget. Men der er en række nuancer, man skal huske på, når man vælger den ene eller den anden beskyttelsesmulighed for elektriske apparater.

Funktionelt set udligner stabilisatoren ikke kun spændingen, men slukker også ved for høje værdier af sidstnævnte. Spændingsrelæet er derimod udelukkende en beskyttelsesautomatik. Den første synes at inkludere funktionerne af den anden.

Men sammenlignet med spændingskontrolrelæet er stabilisatoren:

• dyrere og larmer;
• mere inert ved pludselige udsving;
• har ikke mulighed for at justere parametre;
• optager meget mere plads.

Når indgangsspændingen falder, for at stabilisatorens udgang har de nødvendige værdier, begynder den at 'trække' mere strøm fra nettet ind i sig selv. Og det er en direkte vej til overophedning af ledningerne, hvis de ikke oprindeligt er dimensioneret til det.

Den anden store ulempe ved stabilisatoren sammenlignet med spændingskontrolrelæet er dens manglende evne til at opfange et pludseligt spændingsspring ved nulfasebrud.

Det er nok med bogstaveligt talt en halv sekund med 350–380 W i stikkontakten, for at al teknikken i huset brænder op. Og de fleste stabilisatorer er ikke i stand til at tilpasse sig sådanne ændringer og lukker højspænding igennem, idet de først slukker efter 1–2 sekunder efter begyndelsen af stigningen.

Ud over stabilisatorer og relæer til beskyttelse af ledningen mod spændingsudsving i nettet kan man også anvende maksimal- og minimalspændingsudløsere. Men de har en længere reaktionstid sammenlignet med spændingskontrolrelæet. Derudover tænder de ikke strømmen automatisk igen og minder mere om RCD'er (HFI-relæ) i deres funktion.

Efter strømafbrydelse skal disse udløsere manuelt skiftes tilbage til oprindelig tilstand.

Tilslutningsdiagrammer for RKN

I tavlen installeres spændingsrelæet altid efter måleren i afbrydelse af faselederen. Det skal overvåge og om nødvendigt afbryde netop 'fasen'. Det kan ikke tilsluttes på nogen anden måde.

Oftest anvendes et standarddiagram med direkte belastning via relæ (+) for enfasede forbrugere.

Der findes to hoveddiagrammer for tilslutning af enfasede netspændingsregulatorrelæer:

• med direkte belastning via spændingskontrolrelæ;
• med belastning tilsluttet via en kontaktor – med tilslutning af magnetkontaktor.

Ved montering af eltavlen i huset anvendes næsten altid den første variant. Der er rigeligt med forskellige modeller af spændingskontrolrelæer med den nødvendige effekt på markedet. Plus, om nødvendigt, kan disse relæer installeres i et parallelt diagram, flere stykker, med en separat gruppe af elektriske apparater tilsluttet til hvert af dem.

Med monteringen er det ekstremt enkelt. På huset af et standard enfaset relæ er der tre terminaler – 'nul' plus fase 'indgang' og 'udgang'. Man skal blot ikke forveksle de tilsluttede ledninger.

Konklusioner og nyttig video om emnet

For at gøre det lettere for dig at orientere dig i tilslutningsdiagrammer og valg af et passende relæspændingsregulator, har vi samlet en række videomaterialer med beskrivelse af alle nuancer ved dette apparats funktion.

Sådan beskytter du udstyr mod spændingsudsving i elnettet med RKN:

Indstilling af spændingsrelæ:

Netspændingskontrolrelæet er en fremragende beskyttelse mod "nulbrud" og pludselige spændingsudsving. Det er let at tilslutte. Du skal blot indsætte de tilsvarende ledninger i terminalerne og stramme dem.I næsten alle tilfælde anvendes en standardordning med direkte belastning gennem RKN.

Del din erfaring med tilslutning og brug af spændingsrelæet med læserne. Efterlad gerne kommentarer, stil spørgsmål om emnet for artiklen og deltag i diskussioner – feedbackformularen findes nedenfor.