Реле с магнитной блокировкой для счетчиков электроэнергии

Применение реле с магнитной блокировкой – это возможность поддерживать работоспособность цифрового счетчика электроэнергии без постоянного управляющего напряжения на выводах катушки. А это, в свою очередь, означает снижение тока потребления и экономию энергии внутреннего источника питания счетчика. Большой выбор надежных реле с магнитной блокировкой предлагают известные производители NCR Industrial и Tai-Shing.

В английской литературе широко используется термин «magnetic latching relay», который в русскоязычной технической литературе переводится как «реле с магнитной блокировкой» (РСМБ) или «реле с магнитной защелкой». Также встречаются переводы «самоблокирующееся» и «запирающее реле». Все эти термины обозначают, в общем случае, один класс реле, в котором положение контактов после переключения поддерживается неизменным на неопределенный срок без подачи питания на катушку. Наиболее точно смысл «magnetic latching relay», по мнению автора статьи, передается термином «реле с магнитной блокировкой» (РСМБ), который будет в дальнейшем использоваться.

В классическом варианте реле с магнитной блокировкой (РСМБ) представляет собой электромагнитное двухпозиционное реле, работающее от импульсов постоянного тока. В общем случае такое реле имеет две катушки. Одна предназначена для замыкания контактов, другая – для их размыкания. Прежде всего, следует отметить, что РСМБ относятся к классу реле с двумя стабильными состояниями: нормально замкнутые контакты (НЗ) и нормально разомкнутые (НР). Постоянный магнит жестко закреплен в верхней части подвижного якоря, который качается между контактами, притягиваясь к одному из них либо южным, либо северным полюсом. Этот магнит создает основной магнитный поток. Если в катушке электромагнита появляется ток, то возбуждается дополнительный магнитный поток, направление которого зависит от полярности приложенного напряжения. При обесточенных обмотках якорь дистанционного переключателя удерживается у одного из полюсов магнитной силой, создаваемой потоком постоянного магнита. Для управления реле обычно используется импульс длительностью 50…200 мс. В РСМБ цепь будет оставаться подключенной и после прохождения импульса. Для того чтобы отключить цепь, нужно подать импульс напряжения на вторую катушку. Следует отметить, что в определенный момент времени только одна из катушек может находиться в возбужденном состоянии.

Преимущество реле с блокировкой заключается в том, что катушка потребляет энергию лишь в момент, когда происходит переключение реле, а в дальнейшем состояние контактов не изменяется и при отключенном питании. Кроме экономии электроэнергии, реле с блокировкой имеют ряд других преимуществ. Например, эти реле позволяют осуществлять дистанционное управление различными устройствами внутри помещений без постоянного гудения, характерного для обычных электромагнитных реле.

Вместе с тем, существуют и другие варианты конструкций реле с магнитной блокировкой. Например, в ряде случаев применяются схемы поляризованных РСМБ с одной катушкой, которые чувствительны к полярности управляющего импульса. В этом случае контакты реле будут замыкаться при одной полярности импульса и размыкаться при другой.

Другой тип РСМБ, получивший название «remanent core», использует принцип остаточной намагниченности сердечника, заставляющей реле оставаться в том состоянии, в которое его перевел управляющий импульс. Реле этого типа похожи на классические РСМБ, однако в них нет постоянного магнита. Для возврата реле в первоначальное состояние необходим импульс обратной полярности. Такие реле заметно дешевле, чем реле с постоянным магнитом и двумя катушками. Однако для них требуется дополнительное устройство переключения полярности управляющих импульсов.

Одним из перспективных направлений применения РСМБ является производство бытовых и индустриальных интеллектуальных цифровых счетчиков электроэнергии. Любой современный цифровой счетчик имеет в своем составе электромагнитное реле.

На рисунке 1 приведена структурная схема цифрового счетчика электроэнергии [4].

Современные цифровые счетчики электроэнергии (ЦСЭ) не только обеспечивают измерение и тарифный учет активной и реактивной энергии и мощности, но также имеют средства релейной защиты от перегрузок по току, напряжению, частоте. Кроме того, в состав ЦСЭ входит блок управления нагрузкой, в котором РСМБ, контролируемое встроенным процессором, может включать и отключать нагрузку по заданному алгоритму и ограничивать потребление в часы максимальных загрузок.

Так например, рассмотренный выше счетчик NP06 оснащен основным мощным реле, предназначенным для подключения потребителя к силовой линии. Дистанционное управление может осуществляться по адресной команде для конкретного счетчика или для целой группы счетчиков. Другая группа ЦСЭ, в которых используются РСМБ, относится к счетчикам с предоплаченными электронными смарт-картами или с электронным ключом. В счетчиках этой группы при полном израсходовании средств на карте предоплаты встроенное РСМБ по команде процессора производит отключение потребителя от электросети.

Требования, предъявляемые к реле, которые применяются в электрических счетчиках, регламентируются стандартом IEC 62055-31 [3]. В Российской Федерации этому документу соответствует национальный стандарт ГОСТ Р 52320 [5].

Тип и параметры РСМБ выбираются разработчиками в каждом случае отдельно, исходя из технических характеристик конкретного цифрового электросчетчика.

При выборе РСМБ для электросчетчика необходимо учитывать следующие основные параметры:

• количество фаз коммутируемой нагрузки;
• номинальное значение коммутируемого тока;
• номинальное значение коммутируемого напряжения;
• максимальное значение коммутируемого напряжения;
• полярность (поляризованное/неполяризованное реле);
• количество обмоток;
• количество стабильных состояний;
• интервал рабочих температур;
• вариант исполнения (стандартный или в герметичном корпусе);
• габаритные размеры.

Реле с магнитной блокировкой производства NCR Industrial

Китайская компания NCR Industrial является одним из ведущих производителей электромагнитных реле, предназначенных для различных бытовых электроприборов, счетчиков электроэнергии, специальной электроизмерительной техники. Накопленный за десятилетия работы производственный опыт позволяет компании выпускать продукцию на уровне лучших мировых образцов в соответствии с требованиями IEC62055-31. Предприятия NCR Industrial имеют сертификаты ISO9000.

Наибольшей популярностью во всем мире пользуются электромагнитные реле производства NCR, предназначенные для бытовых и промышленных электросчетчиков, а также для измерительного и контрольного оборудования сетей переменного тока.

Линейка реле с магнитной блокировкой производства NCR включает следующие модели [1]:

• однофазные реле с магнитной блокировкой с коммутацией сетей с токами до 80 А: NRL709N (1A/1В/1C), NRL709M, NRL709B, NRL709BС, NRL709A, NRL709V (технические характеристики приведены в таблице 1);
• однофазные реле с магнитной блокировкой для коммутации сетей с токами от 100 А: NRL709C, NRL709D, NRL709E, NRL709F (технические характеристики приведены в таблице 2);
• РСМБ с двумя коммутационными линиями: NRL709N (2A/2B/2C), NRL709H, NRL709P (технические характеристики приведены в таблице 3);
• трехфазные реле с магнитной блокировкой для коммутации сетей с токами 60…100 А: NRL709G, NRL709J, NRL709L, NRL709S (технические характеристики приведены в таблице 4).

Все реле с магнитной блокировкой производства компании NCR относятся к классу импульсных реле, которые срабатывают под действием положительного импульса и возвращаются в исходное состояние с помощью отрицательного импульса.

Таблица 1. Однофазные реле с магнитной блокировкой производства NCR Industrial для коммутации сетей с токами до 80 А

Таблица 3. РСМБ производства NCR Industrialс двумя коммутационными линиями

Параметры		Наименование
		NRL709N (2A/2B/2C)	NRL709H	NRL709P
Диэлектрическая прочность изоляции, кВ AC		2	4
Габаритные размеры, ДхШхВ, мм		29,0×12,6×20,6	81,0×58,0x22,0	107,5×97,0x29,5
Количество коммутируемых фаз		2
Конфигурация контактов		2A/2B/2C	2A/2B
Максимально допустимый ток, А		5	100	200
Максимально допустимое напряжение, В AC		250
Полная максимальная коммутируемая мощность, кВ•А		1,2	25	50
Минимальная механическая наработка, тысяч срабатываний		1000	500
Минимальная электрическая наработка, тысяч срабатываний		10		5
Мощность цепи обмотки катушки управления, Вт	Одна обмотка	1	4	12
	Две обмотки	2	8	24
Напряжение срабатывания реле, В DC		9, 12, 24, 48
Длительность импульса номинального напряжения, мс		150

Все модели РСМБ производства NCR рассчитаны на работу в расширенном температурном диапазоне -40…70°C и выдерживают повышенные вибрации и ударные нагрузки.

Реле семейства NRL выпускаются в различных вариантах с импульсными напряжениями срабатывания: 9, 12, 24, и 48 В. Кроме того, каждая из моделей имеет две модификации – с одной и двумя управляющими катушками. Базовая информация об основных параметрах реле содержится в его полном наименовании и размещена на передней панели корпуса.

Различные модели РСМБ производства NCR отличаются друг от друга коммутируемыми напряжениями и токами, а также конструктивными особенностями.

Схема однофазного реле с магнитной блокировкой показана на рисунке 2.

Реле этой группы, за исключением серии 709N, имеют два состояния силовых контактов при обесточенном реле: одно состояние с нормально разомкнутыми контактами «А» и одно состояние с нормально замкнутыми контактами «B».

Технические параметры группы однофазных реле с магнитной блокировкой и коммутацией сетей с токами до 80 А приведены в таблице 1.

В этой группе прежде всего нужно отметить новую миниатюрную серию NRL709N (1А/1В/1С) с размерами 29х12,6х20,6 мм, рассчитанную на коммутацию сетей переменного тока 250 В, 16 А. Отличительной особенностью этой модели являются расширенные коммутационные возможности. Дополнительная группа переключающих контактов C позволяет реализовывать попеременное подключение линий A и B.

Также следует обратить внимание на повышенную надежность этой модели – минимальная механическая наработка составляет один миллион срабатываний.

Рис. 3. Внешний вид реле NRL709N

Рис. 4. Внешний вид реле NRL709F, рассчитан- ных на ток 120 А и напряжение 250 В AC

Внешний вид реле NRL709N показан на рисунке 3. Полное наименование этого реле – NRL-709N-1C-12-D. Оно расшифровывается следующим образом:

• NRL – название серии, аббревиатура от “NСR Relay Latching”;
• 709N –название модели;
• 1C – конфигурация выводов (1A/1B/1C или 2A/2B/2C);
• 12 – номинальное напряжение срабатывания 12 В DC;
• D – двойная катушка (Double Coil).

Возможные варианты этого реле для заказа: NRL-709N-1С-9-S (9 В, S – single, одна катушка), NRL-709N-1-С-12-S (12 В), NRL-709N-1С-24-S (24 В), NRL-709N-1С-48-S (48 В). Такие же комбинации возможны и для варианта с двумя катушками (последняя буква “D”).

Серии NRL709M, NRL709A, NRL709B – это реле в стандартных корпусах, предназначенные для работы с переменными токами 40, 60 и 80 А соответственно.

Серия NRL709BC имеет дополнительные выводы, выполненные в виде гибкого провода, рассчитана на работу с напряжениями до 277 В переменного тока. Отличительной особенностью NRL709V является корпус в форме радиатора. Такая конструкция позволяет использовать это реле в условиях повышенных температур.

В группе мощных однофазных реле три серии рассчитаны на коммутацию линий переменного тока 100 А: NRL709C, NRL709D, NRL709E-100A. Две серии могут работать с токами 120 А: NRL709F и NRL709E-120A. Это массивные реле больших размеров. Например, размеры NRL709F составляют 76,0×43,0x25,0 мм, а его вес – 180 г. Внешний вид этого реле показан на рисунке 4. Силовые контакты, изготовленные из AgSnO2, имеют резьбовое соединение для крепления под винт.

Схема РСМБ с двумя коммутационными цепями показана на рисунке 5.

Технические характеристики РСМБ с коммутацией двух линий приведены в таблице 3.

Слаботочное реле NRL709N (2A/2B/2C) (рисунок 6) имеет шесть силовых контактов, обеспечивающих работу по схеме c переключением линий «2A/2B/2C». Это реле предназначено для работы с сетями переменного тока до 5 А.

NRL709H и NRL709P – мощные реле, имеющие четыре силовых контакта, которые обеспечивают переключение по двум линиям (состояния контактов формы «А» – нормально разомкнутые, состояния контактов формы «B» – нормально замкнутые).

Серия NRL709H рассчитана на токи до 100 А. Силовые реле NRL709P предназначены для коммутации линий переменного тока вплоть до 200 А. Габаритные размеры этих реле – 107,5х97х29,5 мм, вес – 500 г. Силовые контакты из сплава AgSnO2 имеют отверстия для винтового соединения.

В настоящее время компания NCR производит пять моделей РСМБ для коммутации трехфазных сетей переменного тока 250 В.

Две модификации – 709L-12-S-60 и 709L-12-S-80, – рассчитаны на токи 60 и 80 А соответственно.

Серии NRL709G, NRL709J и NRL709S предназначены для работы с трехфазными сетями с токами в 100 А. NRL709G и NRL709J имеют одинаковые параметры и отличаются только типом корпуса и выводов. У серии NRL709G управляющие линии обмоток выведены гибкими проводами. Силовые выводы изготовлены в виде винтовых клеммных зажимов. Внешний вид этого реле показан на рисунке 7, характеристики приведены в таблице 4.

Рис. 6. Схема реле NRL709N (2A/2B/2C)

Рис. 7. Внешний вид реле NRL709G для коммута- ции трехфазных сетей переменного тока 100 А

У реле NRL709J управляющие выводы сделаны в виде штырьков, а силовые контакты выполнены в форме пластин с отверстиями под винты. Кроме того, корпус этого реле имеет ребра охлаждения, предназначенные для отвода тепла. Аналогичную по структуре, но отличную по дизайну конструкцию имеет реле NRL709S. Кроме того, это реле имеет катушки управления в два раза более мощные (2х8 Вт) по сравнению с другими реле этой группы.

Дополнительную информацию о реле с магнитной блокировкой производства NCR можно найти в технической документации, которая имеется в свободном доступе на сайте компании.

Реле с магнитной блокировкой производства Tai-Shing

Тайваньская компания Tai-Shing является одним из наиболее опытных производителей различного рода реле и соленоидов. Компания,, основанная в 1973 году, в течение сорока лет выпускает соленоиды и электромагнитные клапаны под брендом Sun-Magnet, а также реле под торговой маркой TTI. Отличительной чертой продукции Tai-Shing являются запатентованные технологии производства соленоидов и управляющих катушек для электромагнитных реле, которые позволяют реализовывать большие мощности при малых габаритных размерах. Компания производит практически все типы электромагнитных реле: мощные силовые реле, телекоммуникационные переключатели, автомобильные реле, твердотельные реле, реле с магнитной блокировкой (РСМБ).

На сегодняшний день Tai-Shing производит семь серий реле с магнитной блокировкой: TRW2, TRW3, TRW5, TRW8, TRW9, TRWA, TRWG [2]. Основные области применения этих реле – промышленные и бытовые счетчики электроэнергии, системы контроля внутридомового и уличного освещения, светофоры, системы управления нагрузкой. Все модели рассчитаны на работу в расширенном температурном диапазоне -40…70°C при ударных нагрузках до 10g.

РСМБ марки TTI управляются импульсами с амплитудой, соответствующей номинальному напряжению срабатывания. Для надежного срабатывания реле производитель рекомендует использовать длительность импульса, в пять раз превышающую времена срабатывания.

Реле этого типа могут работать как в режимах с размыкающими и замыкающими группами контактов, так и в режимах переключающих контактов, представляющих собой комбинацию замыкающего и размыкающего контактов.

Технические параметры РСМБ торговой марки TTI приведены в таблице 5 [2]. Как видно из этой таблицы, модели реле различаются между собой параметрами коммутируемых цепей и конструкционными особенностями.

Таблица 5. Однофазные реле с магнитной блокировкой производства Tai-Shing

Реле производства Tai-Shing маркируются следующим образом:

TRWx-V-S-K-P-A-Ag-D

• TRWx – название серии;
• V – номинальное напряжения срабатывания (возможные варианты – 3, 5, 6, 9, 12, 24, 48 В DC);
• S – тип корпуса (S – sealed, герметичный);
• K – тип катушки (G – одно стабильное состояние, L – одна обмотка, K – две обмотки;
• P – полярность напряжения срабатывания (P – положительное, N – отрицательное);
• A – тип силовых контактов («A» – прямые, «B» – угловые, «E» – с резьбой, «F» – с отверстием, «Z» – комбинированные);
• Ag – материал силовых контактов (A – AgNi, D – AgSnO2);
• D – тип управляющих контактов (D – Dip).

Малогабаритное реле TRW3 размерами 20,2×11,0x10,4 мм предназначено для коммутации цепей переменного тока до 250 В. Эта модель выпускается в двух модификациях – с одним стабильным состоянием (максимальный ток коммутации – 8 А) и с магнитной блокировкой (максимальный ток коммутации – 5 A) с поддержкой состояний 1A/1B. Время переключения – 10 мс.

Хорошо известное семейство TRW2 объединяет маломощные реле, предназначенные для коммутации цепей переменного тока 250 В/10 (8 А), а также сетей постоянного тока до 30 В/10 (8 А). Существует два варианта TRW2 – реле с одним стабильным состоянием на токи до 10 А и реле с магнитной блокировкой (токи до 8 A), обеспечивающее два стабильных состояния – 1A/1B и 2A/2B. Максимальное напряжение коммутируемой сети 277 В. Время переключения 10 мс. Кроме того, TRW2 может коммутировать цепи постоянного тока 8 А, 30 В DC.

Модель TRW9 представляет собой реле с магнитной блокировкой средней мощности, рассчитанное на коммутацию сетей переменного тока 250 В/16 А. Время переключения – 15 мс. Реле может работать в стандартных режимах 1A/1B и в варианте переключения между линиями 1A/1B/1C. Реле обладают расширенным температурным диапазоном: -40…85°C.

Реле TRW5 рассчитано на работу с токами до 50 А в сетях переменного тока 250 В и, по существу, представляет собой более мощную модификацию модели TRW9.

Из дополнительных опций можно отметить возможность ручного переключения в исходное состояние. Поддерживаются режимы 1A/1B/1C. Это реле может работать с емкостными нагрузками до 200 мкФ. Имеется вариант пыле- и влагозащищенного исполнения.

Особую популярность завоевали мощные модели РСМБ производства Tai-Shing: TRW8, TRW9, TRWA, TRWG, предназначенные для коммутации сетей с переменными токами больше 90 А.

Реле TRW8 коммутирует цепи переменного тока 250 В, 90 А. Сопротивление изоляции между обмоткой катушки и силовыми контактами – 4 кВ. При мощности 22500 В•А это реле имеет сравнительно небольшие размеры – 38х30х17 мм. Коммутируемая схема – 1А/1B.

Реле TRWG, рассчитанное на работу с цепями переменного тока до 100 А, может коммутировать цепи в режиме 1A/1B. Из характерных особенностей можно выделить повышенную стойкость к режимам короткого замыкания – выдерживает 6000 А без угрозы взрыва и воспламенения. Кроме того, это реле может работать при температурах -40…85°C.

Одна из последних моделей TRWA представляет наибольший интерес в серии мощных РСМБ производства TTI. В этой модели реализованы все инновационные технологии фирмы. Реле соответствует всем требованиям международного стандарта IEC62055-31: UC3 и предназначено для коммутации цепей переменного тока 250/270 В до 120 А, а также цепей постоянного тока 28 В до 120 А. Диэлектрическая прочность изоляции между силовыми выводами и контактами обмотки для этого реле составляет 4000 В.

Силовые контакты в виде мощных пластин с отверстиями под винтовое соединение изготовлены из тугоплавкого сплава серебра AgSnO2. Управляющие контакты (стандарт DIP) выведены с нижней поверхности герметичного корпуса реле.

Внешний вид реле TRWA показан на рисунке 8.

 

Заключение

В соответствии с 261-ФЗ [6], в Российской Федерации действует государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года». Целью этой комплексной программы является обеспечение к 2020 году собственников помещений многоквартирных домов всеми коммунальными услугами нормативного качества и доступная стоимость коммунальных услуг при надежной и эффективной работе коммунальной инфраструктуры.

Согласно «Комплексной программе модернизации и реформирования жилищно-коммунального хозяйства на 2010-2020 годы», предусмотрена замена морально и технически устаревших однофазных индукционных электросчетчиков старого образца на новые модели с классом точности 2.0 или 1.0. Среднегодовой темп роста замены оборудования данной категории оценивается в указанный период равным примерно 15%. На основании ретроспективных данных 2009-2012 годов, объем рынка новых электросчетчиков в 2017 году оценивается в 16878 миллионов штук [7].

Рассмотренные в данной статье реле класса РСМБ, безусловно, являются одним из ключевых решений среди полного комплекса мер по повышению энергетической эффективности средств измерения электрической энергии. Одно из главных конкурентных преимуществ реле данного класса – возможность поддерживать работоспособность (замкнутое состояние выходных контактов) без постоянного наличия управляющего напряжения на выводах катушки, что приводит к снижению тока потребления и экономии полезной энергии внутреннего источника питания ЦСЭ.

Возможности и ресурсы дистрибьютора КОМПЭЛ позволяют поставлять российским производителям коммутирующую продукцию категории РСМБ сразу от двух крупнейших азиатских компаний-производителей реле: китайской NCR и тайваньской Tai-Shing. Продукция данных производителей содержит полный спектр решений для проектирования и разработки как однофазных, так и трехфазных бытовых и индустриальных счетчиков. Реле производства NCR и TTI позволяют коммутировать напряжения до 277 В и токи до 200 А, что полностью отвечает современным требованиям по параметрам электрической нагрузки.

 

Литература

1. http://www.nicerelay.com/;
2. http://www.tti.com.tw;
3. International Standard. Electricity metering – Payment systems Part 31:Particular requirements – Static payment meters for active energy (classes 1 and 2);
4. http://www.teletec.com.ua;
5. ГОСТ Р 52320. Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Общие требования испытания и условия испытаний. Часть 11. Счетчики электрической энергии;
6. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»;
7. http://www.abercade.ru.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Наши информационные каналы