Переключатель фаз (напряжения): устройство, принцип действия, виды

Переключатель фаз – это устройство, интегрированное в электрическую схему и подключающее вместо основной фазы дополнительную. Основная фаза (нулевая, приоритетная) – это провод, соединенный с заземленным прибором, вырабатывающим энергию (генератором или трансформатором). На этом проводе напряжение тока может колебаться в силу очень многих факторов, но конечные устройства, потребляющие энергию, не рассчитаны на скачки напряжения.

Чтобы выровнять этот параметр, в схему заводят переключатель фаз, подсоединяющий резервный провод, ток на котором больше соответствует нормативным характеристикам энергопотребляющих приборов. Если резервных проводов (то есть фаз) более одного, выбирается тот, напряжение на котором ближе к искомым (стандартным, нормальным) значениям. Такие устройства называют также реле контроля фаз или переключателем напряжений.

Переключатели напряжения нормализуют работу локальной электрической сети и повышают безопасность ее эксплуатации, снижают риски замыканий и возгораний. Выравнивание напряжения, подаваемого на конечные приборы, потребляющие электроэнергию, делает их поломки более редкими и продлевает срок их службы. Реле контроля фаз используют при организации системы автономного снабжения электрической энергией с помощью генераторов.

Устройство и принцип действия

Внешне переключатель напряжения представляет собой прибор в белом или светло-сером корпусе, как правило, из тугоплавких синтетических полимеров (термостойких пластиков). На корпусе есть гнезда для подсоединения проводов, светодиоды индикации, окошки со значениями рабочих параметров, в первую очередь – напряжения на каждой фазе. На корпусе также находятся кнопки управления. Если переключатель фаз электронный, на корпусе будет жидкокристаллический дисплей и, возможно, даже сенсорная панель управления.

Главный внутренний элемент устройства – электромагнитное реле, которое осуществляет контроль за переключением между фазами. Очень часто, в том числе в этом тексте, реле используется как синоним переключателя. Строго говоря, реле – это только часть переключателя фаз (напряжения). Большинство современных моделей электронные, поэтому реле управляет микроконтроллер. Он посылает ему электромагнитный сигнал, на который реле реагирует размыканием приоритетного соединения в электрической цепи с одновременным замыканием альтернативного.

Основные разновидности

По способу управления традиционно различают ручные (механические) и автоматические переключатели напряжения. Сейчас также появились электронные подвиды автоматических.

• Механическое (ручное) реле. Вручную выбирается нужный режим и устанавливаются рабочие параметры. Такие приборы требуют постоянного контроля человеком, который разбирается в электротехнических вопросах. В этом их главный недостаток. Кроме того, механические реле менее точны и чувствительны. Но при этом более компакты, устойчивы к перегрузкам, в некоторых схемах могут работать как выключатели. Они также дешевле.
• Автоматическое реле. Нужные параметры, оптимальный режим и необходимая фаза выбираются прибором самостоятельно, на основании предустановленных настроек. Также автоматически происходит переключение с основной (приоритетной) на запасную фазу и обратно. Приборы более точные и чувствительные, не требуют постоянного человеческого контроля. Внутренняя блокировка практически исключает залипание контактов реле.
• Электронное (цифровое) реле. Наиболее современный частный случай автоматических переключателей. Оснащен цифровым блоком управления в виде микроконтроллера. Это миниатюрная компьютерная схема, которая позволяет устройству анализировать актуальные значения параметров тока, выявлять превышение пороговых значений, переключать фазу и возвращаться на приоритетную. Данные выводятся на жидкокристаллический дисплей.

Другая классификация переключателей напряжения делит их на двух- и трехфазные: по количеству проводов, между которыми возможно переключение в рамках одной электрической схемы (цепи).

• Однофазные реле. Это самая простая схема, состоящая из приоритетной (основной) фазы и одной дополнительной. Соответственно, прибор при выходе напряжения из нормального диапазона на одном проводе просто переключает цепь на другой. При нормализации фазы, выбранной в качестве приоритетной, реле переключается обратно. Если напряжение скачет на обоих проводах, выбирается тот, где оно скачет меньше. Это минус двухфазных реле.
• Трехфазные реле. Наиболее оптимальная в плане безопасности и надежности схема. Она включает основную (приоритетную) фазу и три дополнительных. Соответственно, устройство может выбирать тот из трех страховочных проводов, напряжение на котором ближе всего к нормальному. Если стандартный вольтаж не восстановится на основном проводе, а на одном дополнительном тоже выйдет за рамки, остается выбор между двумя запасными фазами.

Переключатель, выбирающий между тремя фазами, конечно, надежней, чем прибор, работающий по принципу «или – или». Но трехфазная система содержит большее число проводов, поэтому более громоздка и дорогостояща, рассчитана на производства. В жилых домах, включая многоквартирные, чаще всего используется система с двумя фазами (нулевой приоритетной и запасной).

Подключение и настройка

Прежде всего, не стоит подключать реле контроля фаз самостоятельно, так как напряжение в сети может доходить до 380 вольт. Это серьезная процедура, ее должен выполнять профессиональный электрик с соответствующей подготовкой. Любая ошибка чревата замыканиями, сбоями в работе и, в крайнем случае, возгоранием – а значит, финансовыми и юридическими последствиями.

Конкретная схема подключения реле контроля фаз зависит от модели и ее характеристик. Как правило, такая схема указана в технической документации устройства. Она может довольно сильно отличаться у разных производителей. В целом, прибор монтируют в электрическом щитке на омегаобразную DIN-рейку. А перед ним по электрической цепи ставят автоматический выключатель.

После установки прибора необходимо его настроить и выставить требуемые параметры работы:

• выбрать приоритетную фазу, которая будет подключена по умолчанию в общем случае;
• установить минимальное и максимальное значения напряжения, при которых необходимо переключиться на другую фазу;
• задержку возврата – время, после которого прибор вернется на приоритетную фазу.

В большинстве моделей имеются заводские настройки, предустановленные параметры. Если они вас устраивают, менять ничего не нужно. Если вам нужны другие значения отдельных установок, их можно скорректировать с помощью кнопок увеличения и уменьшения. Если заводские настройки не устраивают вас полностью, многие реле контроля фаз оснащены кнопкой полного их сброса.

Сферы применения

Можно обозначит три основные сферы, в которых применяют переключатели тока и напряжения:

• Жилые дома (частные и многоквартирные). В городских кондоминиумах реле контроля фаз используют в централизованных системах энергоснабжения. В частных домах устройства позволяют контролировать работу автономных котельных, систем видеонаблюдения, охраны и сигнализации, функционирование локальных сетей снабжения электрической энергией.
• Производственные и офисные сооружения. В этом сегменте переключатели нужны для создания систем автоматизации технологических процессов. В общем случае – для работы вентиляционных и вообще климатических аппаратов. А также диспетчерского оборудования, средств связи, удаленного управления, промышленных систем безопасности и слежения.
• Медицинские и смежные учреждения. О них скажем отдельно, потому что стабильное обеспечение их током подчас буквально составляет вопрос жизни и смерти. Оборудование, поддерживающее жизненно важные функции тяжелых пациентов, не должно отключаться ни на минуту. Некоторые виды лекарств и биоматериалы следует хранить в холодильниках и т. п.

Отдельно упомянем применение переключателей в системах «Умный дом». Поскольку в таких домах вся техника управляется централизованно через компьютерные программы, обеспечение бесперебойного питания, можно сказать, жизненно важно. Поэтому в подобных системах от реле контроля фаз зависит стабильная и безопасная работа всех приборов и инженерных сетей дома.

Популярные торговые марки

Переключатели цепей напряжения – устройства не самые сложные и широко применяемые. Их выпускают многие российские и зарубежные производители. Вот самые известные торговые марки.

• DigiTop. Бренд принадлежит украинской компании «Энергохит», созданной в 2007 году. Фирма специализируется на выпуске низковольтного оборудования. Производство налажено в стране бренда, а поставки – в России, Казахстане, странах Восточной Европы, даже в Турции.
• ABB. Компания – результат слияния в 1988 году швейцарского и шведского производителей электротехники. 40 % производственных мощностей размещено в Германии. Продукция соответствует требованиям качества Евросоюза и сертифицирована по стандарту ISO:9001.

Конечно, это далеко не все компании, выпускающие реле контроля фаз. Больше информации о торговых марках и брендах можно найти в нашем разделе «Производители».

Рекомендации по выбору

Выбирая переключатель фаз, важно понимать, где он будет установлен и для чего вообще нужен. Например, ручное реле требует регулярного человеческого контроля и вряд ли будет удобно для домашнего использования. В то же время мощные и высокоточные автоматические и тем более электронные модели с высокой стоимостью предназначены для производств, а для бытовых сетей явно избыточны. При выборе ключевыми факторами являются следующие технические параметры:

• Предельно допустимый ток. Имеется в виду максимальная сила тока, при которой реле может выполнять контроль фаз. Типовые значения – 40, 60 или 80 ампер. Как правило, эти значения указаны на передней панели корпуса прибора. При их превышении реле ломается.
• Возможность регулировки. В самых простых моделях она отсутствует. Для надежной работы следует выставлять хотя бы интервал допустимого напряжения, при выходе из которого нужно менять провод. Не лишне также устанавливать время возвращения к основной фазе.
• Способ отображения данных. А именно активной фазы, текущего напряжения и степени критичности сбоя основной фазы. В простых моделях используют светодиодную индикацию (по диоду на фазу), в более совершенных – LCD-дисплеи, на которых отражены все настройки.
• Функциональные установки. Базовые предустановленные настройки подходят большинству приборов. Но некоторые могут требовать особых установок. Важно, чтобы переключатель давал возможность пользователю выставить необходимое напряжение и другие параметры.

Для домашних электрических сетей будет достаточно простой автоматической двухфазной модели на 220 вольт, не обязательно с электронной начинкой. А вот трехфазный автоматический или (реже) ручной переключатель фаз нужен для обеспечения безопасного бесперебойного электропитания в медицинских центрах, на промышленных производствах и т. п. При этом торговая марка не имеет принципиального значения – под каждым брендом выпускают широкую линейку устройств.

Другие материалы по теме

03.10.2018

Виды электронных и электромеханических переключателей

Переключатель (свитчер) – устройство, служащее в радиоэлектронике для коммутации электроцепей постоянного и переменного тока и обеспечивающее требуемый рабочий режим. От функциональности этого компонента часто зависит работоспособность всего аппарата. В этой статье мы расскажем об основных видах переключателей

28.02.2019

Заземление: виды, схемы

Заземление – соединение проводящих элементов промышленного или бытового оборудования с грунтом или общим проводом электрической системы, относительно которого производят измерения электрического потенциала. Из нашей статьи вы узнаете о видах заземления и их изображении на схемах.

29.09.2019

Что такое реле: виды, принцип действия и устройство

Реле – одно из наиболее распространенных устройств, применяемых для автоматизации процессов в электротехнике. В этой статье мы подробно разберем, что такое реле, какие виды реле существуют и для чего они применяются.

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.