Spanningsbewakingsrelais: werkingsprincipe, schema, nuances bij aansluiting

Spanningsschommelingen zijn in binnenlandse woningen zeker geen uitzondering. Ze ontstaan door slijtage van elektriciteitsnetten, kortsluitingen en ongelijke verdeling van de belasting over afzonderlijke fasen.

Als gevolg hiervan krijgen huishoudelijke apparaten ofwel niet voldoende elektriciteit, ofwel branden ze door door een overschot. Om de genoemde problemen te voorkomen, wordt aanbevolen een spanningsbewakingsrelais (RKN) te installeren.

Wij stellen voor om te begrijpen welke voordelen het gebruik van een dergelijk apparaat biedt, wat de verschillen zijn tussen een RKN en een stabilisator, hoe u een geschikt relais kiest en de aansluiting ervan uitvoert.

Waarom is een spanningsregelend relais nodig?

De juiste benaming van het betreffende apparaat is 'spanningsbewakingsrelais'. Maar het middelste woord valt in gesprekken tussen elektriciens onderling vaak weg uit deze term.

In principe is het hetzelfde elektrotechnische apparaat voor beveiligingsautomatisering. Bovendien wordt deze apparatuur vaak ook 'nulonderbrekingsbeveiliging' genoemd. Waarom – wordt hieronder duidelijk.

Het is niet verstandig om aardlekschakelaars en RKN te verwarren. De eerste beschermt de lijn tegen overbelasting en kortsluiting, de tweede tegen spanningspieken. Dit zijn apparaten met een verschillende functionele bestemming.

De hoofdtaak van de RKN is het uitschakelen van elektrische apparaten van het net bij te hoge en te lage spanningen, zodat de aangesloten apparatuur niet defect raakt.

De aanduiding '~220 V' is vertrouwd voor alle Russen. Op een dergelijke wisselspanning werken in huis de huishoudelijke apparaten die op stopcontacten zijn aangesloten. In werkelijkheid schommelt de spanning in het huiselijke elektriciteitsnet echter slechts rond deze waarde met een spreiding van +/-10%.

In sommige gevallen bereiken de schommelingen nog grotere waarden. Een voltmeter kan heel goed dalingen tot 70 V en pieken tot 380 V weergeven.

Voor elektrische apparaten is zowel te lage als te hoge spanning schadelijk. Als de compressor van de koelkast niet genoeg elektriciteit krijgt, zal hij gewoon niet starten. Hierdoor zal het apparaat onvermijdelijk oververhit raken en defect raken.

Bij lage spanning is de leek in de meeste gevallen niet in staat om uiterlijk te bepalen of de apparatuur in een dergelijke situatie correct werkt of niet. Visueel kan men alleen de zwak brandende gloeilampen zien, waarvan de spanning lager is dan normaal.

Met hoge pieken is het veel eenvoudiger. Als er 300–350 W wordt toegevoerd aan de voeding van een televisie, computer of magnetron, dan zal in het beste geval de zekering doorslaan. Maar meestal zullen ze zelf 'doorbranden'. En het is nog goed als er daarbij geen echte brand van de apparatuur en brand ontstaat.

Meergezinswoningen worden meestal gevoed door een driefasenet van 380 V, en naar het appartement gaat al een enkelfasige bedrading van 220 V vanaf de meterkast op de verdieping.

De belangrijkste problemen met spanningsschommelingen in flatgebouwen ontstaan door een breuk in de werkende nul. Deze draad wordt onzorgvuldig beschadigd door elektriciens tijdens reparaties, of hij brandt gewoon door door ouderdom.

Als er in het huis op de toevoerleiding een set van de vereiste moderne bescherming is geïnstalleerd, dan leidt een dergelijke breuk tot het aanspreken van de aardlekschakelaar (RCD). Het loopt relatief normaal af.

In oude woningvoorraad echter, waar geen beveiligingsautomaten zijn, leidt het uitvallen van de nul tot faseverschuiving. En dan wordt de spanning in sommige appartementen laag (50–100 V), en in andere juist hoog (300–350 V).

Wat er uiteindelijk in het stopcontact komt, hangt af van de op dat moment aangesloten belasting op het elektriciteitsnet. Het is onmogelijk om dit van tevoren precies te berekenen en te voorspellen.

Uiteindelijk stopt bij sommigen alle apparatuur met werken, en bij anderen brandt het door overspanning. Daar is het spanningsbewakingsrelais nodig. Bij problemen schakelt het het net uit, waardoor defecten aan tv's, koelkasten en dergelijke worden voorkomen.

In de particuliere sector is het probleem met spanningsschommelingen iets anders. Als een vrijstaand huis ver van de straattransformator is gelegen, kan bij een verhoogd stroomverbruik in de huizen ervoor, op dat verste punt, de spanning dalen tot kritiek lage niveaus.

Als gevolg van langdurig tekort aan 'volt' zullen elektromotoren in huishoudelijke apparaten onvermijdelijk gaan branden en defect raken.

Varianten van het RKN-apparaat

Alle modellen van relais die de functie van spanningsregelaar vervullen, worden onderverdeeld in eenfasig en driefasig.

Eenfase relais. Meestal geïnstalleerd in vrijstaande huizen en appartementen – meer is niet nodig in de huiskasten.

In elektriciteitskasten van particuliere en meergezinswoningen worden meestal eenfasige relais in compacte uitvoering op DIN-rail gebruikt (+).

Driefase relais. Dergelijke RKN zijn bedoeld voor industriële toepassingen. Ze worden vaak gebruikt in beveiligingsschema's van driefasen machines. En als aan de ingang van dergelijke complexe apparatuur een driefasig exemplaar nodig is, dan wordt deze vaak gekozen in een gecombineerde uitvoering met controle niet alleen op spanning, maar ook op fase synchronisatie.

Het grootste nadeel en tegelijkertijd voordeel van een driefasig relais is dat de uitgangsspanning volledig wordt uitgeschakeld bij een spanningspiek in zelfs maar één van de fasedraden aan de ingang. In de industrie is dit alleen maar gunstig. Maar in het huishouden zijn spanningsschommelingen in één fase vaak niet kritisch, terwijl het RKN het beveiligde netwerk uitschakelt.

In sommige gevallen is zo'n uiterst betrouwbare voorzorgsmaatregel nodig. In de overgrote meerderheid van de situaties is ze echter overbodig.

Naar type uitvoering en afmetingen

Het volledige assortiment spanningsrelais is onderverdeeld in drie typen:

• adapters 'stekker-stopcontact';
• verlengsnoeren met 1-6 stopcontacten;
• compacte pakketten voor DIN-rail.

De eerste twee opties worden gebruikt voor de bescherming van één specifiek elektrisch apparaat of een bepaalde groep. Ze worden in een normaal stopcontact in de kamer gestoken.

De derde optie is bedoeld voor montage in de meterkast als onderdeel van een beveiligingssysteem voor het elektriciteitsnet van een appartement of een huis.

De adapters en verlengsnoeren van de besproken regelaars hebben vrij grote afmetingen. Fabrikanten proberen ze zo klein mogelijk te maken zodat ze met hun uiterlijk het interieur niet bederven.

Maar de interne componenten van het spanningsrelais hebben hun eigen vaste afmetingen, en bovendien moeten ze nog in één behuizing met stopcontact en stekker worden samengebracht. Qua ontwerp is er hier weinig speelruimte.

Relais op DIN-rail voor montage in de verdeelkast hebben compactere afmetingen, er is niets overbodig aan. De aansluiting op het netwerk gebeurt via het verbinden van draden en klemmen.

Naar basis en extra functies

De interne logica en werking van het spanningsbewakingsrelais zijn gebaseerd op een microprocessor of een eenvoudigere comparator. De eerste optie is duurder, maar biedt een nauwkeurigere en vloeiendere aanpassing van de schakeldrempels van het RKN. De meeste verkochte beveiligingsapparaten zijn momenteel op microprocessorbasis gebouwd.

De bovenste (Umax) en onderste (Umin) drempels zijn de twee belangrijkste instelbare parameters van het RKN – als de ingangsspanning buiten het ingestelde bereik valt, schakelt het relais de uitgangslijn los van de elektrische stroom (+)

In ieder geval bevindt zich op de behuizing van het relais een paar LED's waarmee de aanwezigheid van spanning aan de ingang en uitgang kan worden vastgesteld. Meer geavanceerde apparaten zijn uitgerust met displays die de ingestelde toegestane grenzen en de aanwezige spanning in de lijn weergeven.

De aanpassing van de drempelwaarden wordt uitgevoerd met een potentiometer met een schaalverdeling of met knoppen waarbij de parameters op een display worden weergegeven.

Het relais dat verantwoordelijk is voor de schakeling binnen de RKN is uitgevoerd volgens een bistabiel schema. Deze spoel heeft twee stabiele toestanden. Energie wordt alleen verbruikt bij het omschakelen van de vergrendeling. Voor het vasthouden van de contacten in gesloten of geopende toestand is geen elektriciteit nodig.

Enerzijds minimaliseert dit het energieverbruik, en anderzijds garandeert het dat de spoel niet zal opwarmen tijdens het gebruik van de regelaar.

Bij het kiezen van een spanningsrelais moet men in de parameters letten op:

• werkbereik in Volt;
• mogelijkheden voor het instellen van de bovenste en onderste schakeldrempels;
• aan-/afwezigheid van spanningsniveau-indicatoren;
• uitschakeltijd bij activering van de RKN;
• vertragingstijd voor hervatting van de stroomtoevoer;
• maximaal schakelvermogen in kW of de doorgelaten stroom in Ampère.

Voor de laatste parameter dient men het relais met een marge van 20–25% te nemen. Als er geen geschikte RKN is voor de bestaande hoge belastingen in de lijn, dan wordt een laagvermogen model genomen en wordt er op de uitgang een magnetische starter aangesloten.

Met het instellen van de drempels is de situatie als volgt. Als ze te strak worden ingesteld, zal de schakelfrequentie van het relais hoog zijn. Hier zal men een compromis moeten sluiten.

De aanpassing van deze parameters moet zodanig worden uitgevoerd dat ze een adequaat beschermingsniveau bieden, maar niet leiden tot te frequente schakeling van de RKN. Voortdurend in- en uitschakelen is niet gunstig voor zowel de aangesloten apparatuur als de spanningsregelaar zelf.

Sommige relais hebben echter helemaal niet de mogelijkheid om de drempels zelf aan te passen. Deze zijn ‘vast’ ingesteld. Bijvoorbeeld, de instelling voor de ondergrens is door de fabriek op 170 V ingesteld, en voor de bovengrens op 265 V.

Dergelijke RKN's zijn goedkoper, maar men moet ze zorgvuldiger selecteren. Later kunnen deze apparaten niet opnieuw worden ingesteld; bij fouten in de berekeningen zal men nieuwe moeten aanschaffen ter vervanging van de niet-passende.

De keuze van de tijdsparameters voor uitschakeling en hervatting van de voeding aan de uitgang hangt af van de aangesloten belasting en de specifieke kenmerken van het betreffende netwerk (+)

Als er in het elektriciteitsnet voortdurend kortdurende (fracties van seconden) lichte spanningsdalingen optreden, is het beter om de uitschakeltijd voor de onderdrempel op maximum in te stellen. Zo zullen er minder schakelingen plaatsvinden en is de dreiging voor de aangesloten apparatuur minimaal.

De vertraging bij inschakeling moet worden gekozen afhankelijk van het type elektrische apparaten dat op het stopcontact is aangesloten. Als de aangesloten apparatuur een compressor of elektromotor heeft, dan moet de spanningstoevoertijd worden verlengd tot 1–2 minuten.

Dit voorkomt plotselinge spannings- en stroompieken bij het hervatten van de stroomvoorziening in het net, wat koelkasten en airconditioners tegen defecten beschermt.

En voor computers en televisies kan deze parameter worden verlaagd tot 10–20 seconden.

Wat is beter: stabilisator vs relais

Vaak wordt in plaats van een relaisturing in de meterkast aanbevolen om in huis een spanningsstabilisator te installeren. In sommige gevallen is dat gerechtvaardigd. Er zijn echter een aantal nuances waar u rekening mee moet houden bij het kiezen van een of andere optie voor de beveiliging van elektrische apparaten.

Wat functionaliteit betreft, egaliseert de stabilisator niet alleen de spanning, maar schakelt hij ook uit bij te hoge waarden van de laatste. Een spanningsrelais is daarentegen uitsluitend een beveiligingsautomaat. Het lijkt erop dat de eerste de functies van de tweede omvat.

Maar vergeleken met een RKN is de stabilisator:

• duurder en maakt lawaai;
• trager bij plotselinge schommelingen;
• heeft geen mogelijkheden om parameters aan te passen;
• neemt veel meer ruimte in beslag.

Wanneer de ingangsspanning daalt, begint de stabilisator meer stroom uit het net te 'trekken' om de gewenste uitgangswaarden te bereiken. Dit is een directe weg naar het doorbranden van de bedrading, als die daar niet van tevoren op is berekend.

Het tweede grote nadeel van de stabilisator in vergelijking met het spanningsregelrelais is het onvermogen om een plotselinge spanningspiek bij een nulonderbreking op te vangen.

Er is slechts een halve seconde nodig met 350–380 V in het stopcontact om alle apparaten in huis te laten doorbranden. De meeste stabilisatoren kunnen zich niet aanpassen aan dergelijke veranderingen en laten hoge spanning door, pas 1-2 seconden na het begin van de piek uitschakelend.

Naast stabilisatoren en relais kunnen voor de bescherming van de lijn tegen spanningsschommelingen in het net ook maximale en minimale spanningsafschakelaars worden gebruikt. Maar deze hebben een langere reactietijd in vergelijking met een RKN. Bovendien schakelen ze de stroom niet automatisch weer in en lijken ze qua werking meer op een aardlekschakelaar.

Na een stroomstoring moeten deze afschakelaars handmatig worden teruggezet in de oorspronkelijke staat.

Aansluitschema's van RKN

In de meterkast wordt het spanningsrelais altijd na de meter geïnstalleerd in de onderbreking van de fasedraad. Het moet precies de 'fase' bewaken en indien nodig onderbreken. Het kan op geen andere manier worden aangesloten.

Meestal wordt voor eenfasige verbruikers een standaardschema met directe belasting via het relais gebruikt (+)

Er bestaan twee hoofdschema's voor het aansluiten van eenfasige spanningsregelrelais:

• met directe belasting via RKN;
• met aansluiting van de belasting via een contactor – met aansluiting van een magneetschakelaar.

Bij de installatie van de elektrische meterkast in huis wordt vrijwel altijd de eerste optie gebruikt. Er zijn voldoende verschillende modellen RKN met het vereiste vermogen in de handel. Bovendien kunnen deze relais indien nodig parallel worden geïnstalleerd, waarbij aan elk een aparte groep elektrische apparaten wordt aangesloten.

De montage is uiterst eenvoudig. Op de behuizing van een standaard eenfasig relais bevinden zich drie aansluitklemmen – 'nul' plus fase 'ingang' en 'uitgang'. Men hoeft alleen de aan te sluiten draden niet te verwarren.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Om u gemakkelijker te oriënteren in de aansluitschema's en de keuze van een geschikt relaisspanningsregelaar, hebben we een selectie videomateriaal gemaakt met een beschrijving van alle nuances van de werking van dit apparaat.

Hoe u apparatuur kunt beschermen tegen schommelingen in het elektriciteitsnet met behulp van RKN:

Instelling van het spanningsrelais:

Het netspanningscontrole-relais biedt uitstekende bescherming tegen 'nulonderbreking' en scherpe spanningsschommelingen. Het aansluiten is eenvoudig. U hoeft alleen de bijbehorende draden in de klemmen te steken en ze vast te draaien.In vrijwel alle gevallen wordt een standaardcircuit met directe belasting via RKN gebruikt.

Deel uw ervaring met het aansluiten en gebruiken van spanningsrelais met de lezers. Laat alstublieft opmerkingen achter, stel vragen over het onderwerp van het artikel en neem deel aan discussies – het feedbackformulier vindt u hieronder.