Высоковольтные реле: виды, характеристики и применение

alexxlabРазное
Что такое высоковольтные реле. Какие бывают типы высоковольтных реле. Для чего применяются высоковольтные реле. Как выбрать высоковольтное реле для конкретной задачи. Каковы основные характеристики и параметры высоковольтных реле.

Содержание

Что такое высоковольтное реле и как оно работает

Высоковольтное реле — это электромеханическое устройство, предназначенное для коммутации электрических цепей высокого напряжения. Принцип работы высоковольтного реле основан на электромагнитном взаимодействии:

  • При подаче напряжения на обмотку реле создается магнитное поле
  • Магнитное поле приводит в движение подвижный контакт реле
  • Подвижный контакт замыкает или размыкает силовую цепь высокого напряжения

Ключевые особенности высоковольтных реле:

  • Способность коммутировать напряжения от сотен вольт до десятков киловольт
  • Усиленная изоляция между управляющей и силовой цепями
  • Специальная конструкция контактов для гашения электрической дуги
  • Применение газовой или вакуумной среды в камере контактов

Основные типы высоковольтных реле

По принципу действия и конструкции выделяют следующие основные типы высоковольтных реле:


Электромагнитные реле

Классический тип реле, где коммутация осуществляется за счет электромагнитного взаимодействия. Подходят для коммутации напряжений до 1-3 кВ. Преимущества — простота конструкции и низкая стоимость.

Вакуумные реле

В таких реле контакты размещены в вакуумной камере. Это позволяет коммутировать напряжения до 10-15 кВ при токах до сотен ампер. Отличаются высокой надежностью и большим ресурсом.

Газонаполненные реле

Контакты помещены в камеру, заполненную инертным газом (например, азотом). Способны коммутировать напряжения до 70-100 кВ. Используются в высоковольтных линиях электропередач.

Твердотельные реле

В них используются полупроводниковые элементы вместо механических контактов. Обеспечивают быстрое переключение, но имеют ограничения по коммутируемой мощности.

Области применения высоковольтных реле

Высоковольтные реле находят широкое применение в различных отраслях:

  • Энергетика — защита и коммутация в высоковольтных линиях электропередач
  • Промышленность — управление мощными электродвигателями и электропечами
  • Транспорт — системы тягового электропривода электровозов и электропоездов
  • Медицина — рентгеновские аппараты, линейные ускорители, томографы
  • Научные исследования — ускорители элементарных частиц, термоядерные установки

Ключевые параметры высоковольтных реле

При выборе высоковольтного реле необходимо учитывать следующие основные характеристики:


  • Максимальное коммутируемое напряжение
  • Максимальный коммутируемый ток
  • Коммутационная способность (максимальная отключаемая мощность)
  • Быстродействие (время срабатывания и отпускания)
  • Электрическая прочность изоляции
  • Механический и коммутационный ресурс
  • Диапазон рабочих температур

Как правильно выбрать высоковольтное реле

Чтобы подобрать оптимальное высоковольтное реле для конкретной задачи, необходимо:

  1. Определить требуемые электрические параметры (напряжение, ток, мощность)
  2. Учесть условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
  3. Оценить требования по быстродействию и ресурсу
  4. Выбрать тип реле исходя из области применения
  5. Сравнить характеристики реле разных производителей
  6. Учесть габаритные размеры и способ монтажа
  7. Оценить стоимость реле и его обслуживания

Преимущества и недостатки высоковольтных реле

Высоковольтные реле обладают рядом достоинств и ограничений:

Преимущества:

  • Способность коммутировать большие мощности
  • Высокая электрическая прочность изоляции
  • Надежность работы в экстремальных условиях
  • Возможность дистанционного управления

Недостатки:

  • Большие габариты и вес
  • Высокая стоимость
  • Ограниченный ресурс механических контактов
  • Относительно низкое быстродействие

Ведущие производители высоковольтных реле

На рынке высоковольтных реле представлена продукция многих компаний, среди которых можно выделить:


  • ABB — швейцарская компания, мировой лидер в производстве силового оборудования
  • Siemens — немецкий промышленный концерн, выпускающий широкую линейку реле
  • Schneider Electric — французская компания, специализирующаяся на электротехнике
  • GIGAVAC — американский производитель высоковольтных реле и контакторов
  • TE Connectivity — транснациональная корпорация, производящая электронные компоненты

Тенденции развития высоковольтных реле

Основные направления совершенствования высоковольтных реле:

  • Повышение коммутируемых напряжений и токов
  • Увеличение коммутационного ресурса
  • Уменьшение габаритов и веса
  • Применение новых изоляционных материалов
  • Интеграция микропроцессорного управления
  • Разработка гибридных конструкций

Развитие технологий позволяет создавать все более совершенные высоковольтные реле, расширяя возможности их применения в различных отраслях.


Высоковольтные реле и контакторы фирмы GIGAVAC

Лахно Андрей

№ 10’2010

PDF версия

Компания GIGAVAC является ведущей в области разработки и производства вакуумных и газонаполненных высоковольтных реле и контакторов. В статье представлены высоковольтные реле фирмы GIGAVAC, способные управлять большими мощностями, работая в режимах как «холодной», так и «горячей» коммутации. Также подробно рассмотрены герметичные контакторы, предназначенные для работы в цепях постоянного и переменного тока.

Сфера применения высоковольтных реле достаточно широка. В первую очередь это различные радиочастотные приложения, приложения с большими бросками напряжения (до 70 кВ), где реле используют для коммутации емкостных и индуктивных нагрузок, измерительное оборудование (измерители напряжения пробоя и сопротивления изоляции), индустриальные коммутаторы постоянного тока (изделия во взрывозащищенном исполнении) и многое другое. Таким образом, можно сделать вывод, что эта продукция востребована во многих отраслях промышленности.

В перечень производимой продукции GIGAVAC входят:

  • Вакуумные реле — для радиочастотных приложений и «горячей» коммутации.
  • Газонаполненные реле — для приложений с большими бросками напряжения и разрядами емкостных нагрузок.
  • Высоковольтные герконовые реле — для маломощных приложений с большим сроком службы.
  • Герметичные контакторы постоянного и переменного тока — для низковольтных приложений и коммутации больших токов.

Впервые реле GIGAVAC были разработаны для применения в радиочастотных приложениях, где требуются реле как можно меньшего размера, имеющие малые радиочастотные потери, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами при высоких напряжениях и способные работать под влиянием жестких климатических условий. Кроме того, широкое применение реле GIGAVAC нашли в контрольно-измерительной аппаратуре, высоковольтных источниках питания, оборудовании для проведения магнитно-резонансных исследований, а также в различных коммерческих приложениях.

На рис. 1 и 2 показаны две наиболее широко применяемые конструкции высоковольтных реле.

Рис. 1. Высоковольтное реле с вращаемой арматурой:
1 — керамическая оболочка;
2 — вращаемая арматура;
3 — пружина;
4 — катушка в сборе

Рис. 2. Высоковольтное реле с диафрагмой

Для повышенной электрической прочности изоляции высоковольтные реле делают вакуумными или газонаполненными, так как диэлектрическая прочность вакуума или инертного газа выше, чем воздуха. В вакууме или в инертной среде не происходит окисления контактов, что делает возможным применение медных или родиевых контактов, способных выдерживать большие токи. Характеристики реле GIGAVAC приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики реле GIGAVAC

Герконовые

Вакуумные

Газонаполненные

«Холодная» коммутация«Горячая» коммутация (включение и отключение под нагрузкой)«Горячая» коммутация с ограничениями (включение под нагрузкой)

Рабочая частота

Рабочая частота

Рабочая частота

До 60 ГцДо 32 МГцДо 60 ГцДо 32 МГцДо 60 ГцДо 32 МГц
Максимальное рабочее напряжение, кВМаксимальный рабочий ток, АМаксимальное рабочее напряжение, кВ Максимальный рабочий ток, АМаксимальное рабочее напряжение, кВМаксимальный рабочий ток, АМаксимальное рабочее напряжение, кВМаксимальный рабочий ток, АМаксимальное рабочее напряжение, кВМаксимальный рабочий ток, АМаксимальное рабочее напряжение, кВМаксимальный рабочий ток, А

15

586

25

110715

70

30——

Компания GIGAVAC, специализирующаяся на производстве высоковольтных реле и контакторов военного и аэрокосмического применения, продолжает расширять серию контакторов GX. Контакторы этой серии позволяют коммутировать токи до 600 А при напряжении до 750 В, силовые входы таких контакторов соответствуют по размерам стандартным монтажным панелям UL508, поэтому отпадает необходимость в подборе специальных силовых кабелей, шин или наконечников для проводников. Герметизация произведена по запатентованной технологии EPIC, которая гарантирует герметичность при температуре окружающей среды до +175 °С, что снижает риск возникновения пожара и плавления при перегрузке по току. Качество герметизации соответствует стандарту IP67, что допускает временную эксплуатацию (до 30 мин) под водой. Для облегчения монтажа предусмотрена возможность монтажа в любом положении (вертикальном или горизонтальном).

Благодаря высокоэффективной обмотке практически отсутствует генерация радиопомех (электромагнитная интерференция), это позволяет устранить перекрестные помехи в системах контроля питания. Одно из преимуществ этих контакторов — наличие встроенной системы гашения ЭДС самоиндукции, что позволяет экономить время и стоимость разработки, так как отпадает необходимость в изготовлении внешней системы гашения.

Изготовление монтажных элементов из нержавеющей стали является гарантией отсутствия коррозии в течение многих лет эксплуатации.

Основной критерий оценки работоспособности контакторов в аппаратуре — их надежность. В свою очередь надежность напрямую зависит от износостойкости. В таблице 2 представлены основные электрические характеристики контакторов GIGAVAC, в том числе количество коммутационных циклов включения и отключения нагрузки, характеризующих износостойкость.

Таблица 2. Характеристики контакторов GIGAVAC
ВидТипКонфигурация контактов  номинальный ток, АКоммутируемая мощность при различных напряжениях на контактахНоминальное напряжение втягивающей катушки, ВРабочая температура, °С
Предполагаемое число коммутационных циклов при номинальном токе
24 В48 В72 В120 В350 В750 ВПостоянного токаПеременного тока
Контакторы с нормально разомкнутыми контактами |
 GX21  SPST-NO150150 000100 00040 00020 0007500120012/24/48/ 72/120120/240–55…+85
Optional SPST-NO(Aux)
GX11  SPST-NO150150 000100 00040 00020 0007500120012/24/48/ 72/120120/240–55…+85
Optional SPST-NO(Aux)
GX12SPST-NO225150 000100 00040 00020 0007500120012/24/48/ 72/120120/240–55…+85
Optional SPST-NO(Aux)
GX23SPST-NO35075 00056 25026 25015 000300075012/24/48––55…+85
Optional SPST-NO(Aux)
GX14SPST-NO350112 50075 00037 50015 000300075012/24/48––55…+85
Optional SPST-NO(Aux)
GX16  SPST-NO600100 000  4000200050012/24––55…+85
Optional SPST-NO(Aux)
Контакторы с нормально замкнутыми контактами 1
GXNC14SPST-NC350112 50075 00037 50015 000300075012/24––55…+85
Поляризованные реле
GXL14SPST350100 000  4000200050012/24––55…+85
Optional SPST(Aux)

Поскольку срок службы зависит от вида нагрузки (активная, индуктивная, емкостная или комбинированная), компания GIGAVAC предлагает покупателям протестировать контактор в своих изделиях, чтобы убедиться, что срок службы соответствует заявленному. Как известно, более длительный срок службы может быть достигнут при более низких токах переключения. Если принять срок службы при токе переключения 150 А за минимальный, то увеличение срока службы в 2 раза произойдет при снижении тока до 75 А, в 3 раза увеличится срок службы при 50 А, а при токе 30 А срок службы увеличится в 5 раз.

Сейчас запущена в производство серия поляризованных контакторов GXL14 (рис. 3), которые работают без постоянного питания катушки. Эта особенность играет большую роль при проектировании в таких областях, как солнечная энергетика, системы резервного питания, тяговое оборудование, работающее на энергии аккумулятора. Для поляризованного реле необходим лишь кратковременный импульс для коммутации контактов. В закрытом положении контакты удерживаются при помощи постоянного магнита. Эта опция позволяет реле работать непрерывно без тепловыделения катушки.

Рис. 3. Внешний вид контактора серии GXL14

Компания GIGAVAC регулярно проводит модернизацию своей линейки реле с целью улучшения их характеристик, кроме того, специализируется на доработке параметров своих стандартных продуктов под специфические требования клиентов. Российский рынок высоковольтных реле и контакторов был признан стратегически важным направлением развития компании GIGAVAC. Более подробную информацию можно получить на сайте www.gigavac.com. 

Реле статические (твердотельные) высоковольтные РСК27

Вернуться к: Реле статические (твердотельные), переключатели и коммутаторы

Описание

Реле РСК27 – статические слаботочные низкочастотные, с бесконтактным выходом, для поверхностного монтажа, предназначены для коммутации электрических цепей постоянного тока до 1,0 А напряжением до 1200 В в аппаратуре народно-хозяйственного назна­чения.

Справочный лист

Прямые отечественные и зарубежные аналоги отсутствуют. Категория качества — «ОТК». Реле изготавливают в климатическом исполнении УХЛ2.1 по ГОСТ 15150–69. Реле соответствуют требованиям технических условий ЛУЮИ.648159.002 ТУ.

Классификация реле по конструктивным исполнениям приведена в таблице 1.

Таблица 1

Тип реле Обозначение исполнения Коммутируемое напряжение, В Код ОКП
РСК27 ЛУЮИ.648159.002 800 66 7135 3610
-01 1200 66 7135 362

Габаритный чертеж реле РСК27

Масса реле не более 15,0 г.

Изображение реле на схеме электрической принципиальной приведено на рисунке 1. Рисунок 1

Назначение выводов реле приведено в таблице 2.

Таблица 2

Номер вывода Назначение вывода
01 Напряжение управления (– Uупр)
02 Напряжение управления (+ Uупр)
03 Коммутируемое напряжение (– Uком)
04 Коммутируемое напряжение (+ Uком

УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕ

При заказе реле и записи его обозначения в конструкторской документации другой продукции следует указывать тип изделия, обозначение исполнения и номер ТУ.

Пример записи реле исполнения ЛУЮИ.648159.002-01 при заказе и в конст­рукторской документации другой продукции:

  • Реле РСК27 ЛУЮИ.648159.002-01 ЛУЮИ.648159.002 ТУ.

* В обозначении реле основного исполнения последние две цифры отсутствуют.

ВНЕШНИЕ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ ФАКТОРЫ

Синусоидальная вибрация:  
диапазон частот, Гц 1 – 500
амплитуда ускорения, м/с2 (g) 100 (10)
Механический удар:  
одиночного действия:  
пиковое ударное ускорение, м/с2(g) 1 500 (150)
длительность действия ударного ускорения, мс 3±2
многократного действия:  
пиковое ударное ускорение, м/с2(g) 400 (40)
длительность действия ударного ускорения, мс 4 – 8
Атмосферное пониженное давление, кПа (мм рт. ст.):  
предельное значение 19,4 (145)
Повышенная температура среды, °С:  
максимальное значение при эксплуатации + 100
максимальное значение при транспортировании и хранении + 70
Пониженная температура среды, °С:  
минимальное значение при эксплуатации – 60
минимальное значение при транспортировании и хранении – 45
Изменение температуры среды, °С от – 60 до
+ 100
Повышенная относительная влажность при +25 °С, % 98

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Основные электрические и временные параметры реле при приемке и поставке в нормальных климатических условиях приведены в таблице 3.

Таблица 3

Наименование
параметра,
единица измерения		 Буквенное обозначение параметра Норма параметра Режим
измерения		 Примечание
не
менее		 номинал не
более
Ток утечки, мА Iут – – 5,0 Uком = 800 В, Uупр= 0 В ЛУЮИ.648159.002
Uком = 1200 В, Uупр= 0 В

-01
Остаточное
напряжение, В		 Uост – – 2,0 Uупр=5,0 В, Iком=1 А Для всех
исполнений
Ток управления, мА Iупр – – 25,0 Uупр=5,5 В
Время включения, мс tвкл – – 5,0 Uупр=5,0 В, tимп = 7 мс, Q≤50
Время выключения, мс tвыкл – – 5,0 Uупр=5,0 В, tимп = 7 мс, Q≤50

Электрическая прочность изоляции между входом и выходом должна выдерживать испытательное переменное напряжение 3000 В частотой 50 Гц. Значения электрических режимов эксплуатации приведены в таблице 4.

Таблица 4

Наименование
параметра,
единица измерения		 Буквенное обозначение параметра Норма параметра Обозначение
исполнения
не менее номинал не более
Коммутируемое
напряжение, В		 Uком – – 800 ЛУЮИ.648159.002
– – 1200 -01
Коммутируемый
ток, А		 Iком – 0,5 1,0 Для всех исполнений
Напряжение управления, В Uупр 4,5 5,0 5,5

НАДЕЖНОСТЬ

Гамма-процентная наработка до отказа при g = 95 %, ч 10 000
Гамма-процентный срок сохраняемости при g = 95 %, лет 10
Гамма-процентная наработка до отказа в облегченном режиме при g = 95 %, ч 20 000
Облегченный режим: температура окружающей среды, °С + 55

УКАЗАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

  • С целью повышения надежности работы реле в аппаратуре режим работы следует выбирать так, чтобы рабочие значения токов и напряжений коммутируемых цепей не превышали 60% их максимальных значений, указан­ных в таблице 4.
  • Монтаж реле на печатной плате рекомендуется производить методами групповой пайки. Температура пайки Т=(235±5) °С. Пайку производить на расстоянии не менее 5 мм от корпуса реле. Время пайки – не более 3 с.

Допускается производить монтаж паяльником при следующих режимах:

  • температура жала паяльника – не более 280 ºС;
  • время касания к каждому выводу – не более 3 с;
  • интервал между пайками соседних выводов – не менее 3 с.
  • В качестве припоя следует применять припой ПОС 61, ПОСК 50-18
    ГОСТ 21931–76, в качестве паяльного флюса – ФКСп, ФКТ, ФКЭт, ФПЭт, ФКТД ОСТ 4Г 0.033.200.
  • Флюс наносить на место пайки без каплеобразования. После монтажа остатки флюса допускается удалять промывкой спиртом по ГОСТ 18300–87 или спирто-бензиновой смесью, состоящей из 50 % спирта по ГОСТ 18300–87 и 50 % бензина по ТУ 38.401-67-108
  • Допускается установка реле в аппаратуре путем приклейки к печатной плате, либо на теплоотводящую пластину.
  • Допускается применение теплоотводящих паст.
  • Допускается механическое крепление за основание корпуса реле.

Рекомендуемая схема включения реле представлена на рисунке 2.

  • Uупр – напряжение управления (входное напряжение) от 4,5 до 5,5 В;
  • Uком – коммутируемое напряжение: 800 В – ЛУЮИ.648153.002
  • 1200 В – -01

Рисунок 2 – Рекомендуемая схема включения реле

Реле высокого напряжения | Reed Relay

Полный ассортимент высокопроизводительных герконовых реле Pickering для высоковольтных приложений см. ниже. Эти небольшие реле могут работать от 1,5 до 15 кВ и переключать от 500 до 12,5 кВ при мощности до 200 Вт. Доступны конфигурации: 1 форма A, 2 формы A, 1 форма B и 1 форма C. Доступны со штырями для печатных плат, шасси, креплением для печатных плат и выводами для высоковольтных соединений.

Высоковольтные изолирующие реле для многих применений включают в себя тестеры полупроводников со смешанными сигналами, тестеры высококачественных кабелей, тестеры объединительных плат, медицинскую электронику, электромобили, солнечную энергию, превосходную физику, внутрисхемное испытательное оборудование и высоковольтную аппаратуру.

Магазин высоковольтных герконовых реле

Запросите бесплатные оценочные образцы

Серия

131 Mini SIL до 1,5 кВ

Самые маленькие реле высокого напряжения. 1 Форма A. До 1500 В выдержки, 1000 В коммутации. Катушки на 3, 5 или 12 В. Подходит для тестеров полупроводников со смешанным сигналом.

Эти SPST Н.О. реле коммутируют до 0,7 А, 10 Вт и оснащены высококачественными вакуумными герконами с рутениевым напылением. Внутренний магнитный экран из мю-металла позволяет штабелировать бок о бок без магнитного взаимодействия.

Узнать больше

Запросить бесплатно Оценочные образцы