中间继电器选型与应用中的问题分析及解决对策

北极星电力网技术频道作者:佚名 2008/5/12 18:23:23

关键词: 中间继电器继电器

摘要：针对企业在对设备使用中间继电器过程中出现的常见问题，阐述了中间继电器的选型是切实提高控制系统运行可靠性的关键问题。结合控制系统的工作特性和工作环境及继电器产品特性，论述了企业控制系统中中间继电器的选型及对中间继电器应用中的问题作出分析及解决对策。

关键词：继电器选型问题　对策

1概述

随着我国工业生产自动化水平的不断提高，各种工、矿业产品的生产工艺对自动控制系统的工作可靠性提出了更高要求。其工作的可靠性不仅直接影响生产效率和产品质量，而且直接关系到生产设备和操作人员的人身安全。在自动化控制系统中采用大量的中间继电器，其工作的可靠性对控制系统工作的可靠性是至关重要的。同时继电器是在自动控制电路中起控制与隔离作用的执行部件，它实际上是一种可以用低电压、小电流来控制大电流、高电压的自动开关。如何恰当、合理地选择与使用中间继电器，是控制系统可靠工作的基础。也是控制系统如何实现智能操作的一大重要前提。

2中间继电器的选型

中间继电器可作为保护用，也可作为自动装置控制用，以增加保护的控制回路的触点数量及容量、扩大控制范围的提高控制能力等。然而面对纷繁复杂的现代化电气产品，如何合理选择、正确使用，是控制系统操作、管理人员密切关注并且必须优选解决的实际问题。由于我单位的作业场所限制，则更加强了电力系统自动化装置在运行过程中的特殊性。要做到合理选择，正确使用，就必须充分分析控制系统相应的实际使用条件与实际技术参数要求，恰如其分地提出选择中间继电器以满足必须达到的技术性能要求。

根据我们在现场使用中体现出的问题，具体说来，大致可按以下几种要素分析研究，确认所要求的等级。

2.1地理位置气候作用要素

主要指海拔高度、环境温度、湿度、和电磁干扰等要素。考虑控制系统的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型(金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品)中间继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和切换负载能力(不受外部气候环境影响)。

2.2机械作用要素

主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主要考虑到抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。

2.3　激励线圈输入参量要素

主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压(220V)输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰激励等参量要素，这些都是确保电力系统自动化装置可靠运行必须认真考虑的因素。按小型中间继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。

2.4　触点输出(换接电路)参量要素

主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器(继电器)线圈负载，阻性负载等；触点负载量值(开路电压量值、闭路电流量值)，如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。

任何自动化设备都必须切实认定实际所需要的负载性质、负载量值的大小，选用合适的继电器产品尤为重要。继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载与所选用继电器规定的切换负载不一致，可靠性将无从谈起。

3应用中的问题分析及对策

3.1工作特性

继电器的引出端外露绝缘子长期受尘埃、水气污染，导致其绝缘强度下降。另外，产品绝缘抗电水平仅为AC500V，绝缘子外露尺寸(爬电距离)约1.2mm，根据相关标准，属于超标选用，表明其抗电水平下降，在切换交流感性负载时的反峰电压作用下，引起绝缘击穿失效。因此针对继电器绝缘固有特性及使用条件可见，在选型时必须依据继电器的以下技术特性：

3.1.1足够的爬电距离：一般要求≥3mm；

3.1.2足够的绝缘强度及绝缘电阻：　无电气联系的导体之间≥AC2000V(工作AC220V)，同组触点之间≥AC1000V；若工作电压≤AC　660V，R＝1.5MΩ；

3.1.3足够的负载能力：DC220V感性，≥50W；

3.1.4长期耐受气候应力的能力：线圈防霉断、绝缘抗电水平长期稳定可靠。

3.2　工作参数

3.2.1可靠的速动性及选择性：要求对所保护范围内的能有效地进行一定的选择及快速动作进行保护。

3.2.2高度的可靠性：所保护范围内的各种故障或不正常运行状态不应该拒绝动作。

3.2.3高度的灵敏性：要求灵敏系数为1.5～2。

3.2.4　高度的速度性：要求动作时间一般不应超过5～40ms。

3.3密封继电器与非密封继电器

非密封继电器的优点是多采用拍合式衔铁，结构简单、安装维修方便、工作状态直观、便于失效分析、价格便宜。缺点是工作可靠性对使用环境变化的敏感性强；长期耐受气候条件性能随时间增长而易受环境条件损伤；电接触稳定性、可靠性差；线圈易受潮气产生电腐蚀、霉变而失效。

全密封继电器优点是多采用平衡旋转式衔铁，全密封结构隔离外部气候应力作用，抗恶劣环境性能优良；触点电接触性能稳定可靠，线圈抗腐蚀、霉变，长期可靠性能优良。缺点是结构复杂，失效分析困难，无法维修重复使用，成本高。

从长期抗恶劣环境性能与电接触稳定可靠性考虑，全密封继电器明显优于非密封继电器。矿井电力系统自动化装置，要求长期稳定可靠工作的特殊性，因此我们选用全密封继电器为主。

3.4触点的负载

我们选用价格低的通用中间继电器触点去换接弱电信号负载电路，结果表明电接触不可靠。

触点故障是继电器失效的核心所在，当触点实际切换的负载电压小于起弧电压，电流小于1A时，特别是在中等电流(DC28V，0.1A)、低电平(10～30mV，10～50mA)或干电路条件下，触点实际工作时的失效机理、失效方式与实际切换额定功率负载全然不同。因此，在实际选用继电器产品时，不能错误地认为：继电器的触点开关适用于所有负载。更不能认为通过触点的实际负载比继电器规定的额定负载越小越可靠。也即能可靠切换220V，10A负载的触点，但不一定能可靠地切换10mA的实际负载。也不可用它去换接低电平或干电路负载。因此，对中等电流、低电平电路及干电路负载选用接触可靠的全密封继电器更好。

3.5　电容负载

在使用过程中按图1方式实际使用触点K_1-1作为自保持触点时，K_1-1触点有时会出现粘结不放故障。

图1电容负载图2限流电容负载

分析：闭合开关Q时，DC220V电源通过电容器C，在A，B端形成DC24V的激励电源，继电器K₁吸合，K_1-1闭合。在实现供电电源自保的同时，电容器通过K_1-1短路放电。这一充放电过程，类似于电容储能点焊过程。进一步分析表明：给22μF电容器充足电压后，再激励K₁，用K_1-1触点直接短路放电15次后，触点即可产生焊接不放现象。

从理论上电容器的放电电流i=-(U/R)e^-t/τ，其中，R为放电回路电阻；U为电容器两端电压；τ为时间常数；t为放电时间。由于R约等于触点的接触电阻约为0，在开始放电瞬间i≈-U/R→-∞，也就是说：电容器所储存的全部能量，在很短时间内全部由触点释放，导致点焊失效。通过将图1改为图2接线方式，就可有效克服电容点焊失效现象。

3.6　串联供电方式

在采用串联分压供电方式给继电器线圈施加激励时，继电器动作。图3所示，这种方式是不可靠的。

图3串联供电图4线圈串联

　　分析：继电器的吸合时间主要取决于时间常数τ，且τ=L/R。当串联电阻R₁给继电器线圈供电时，R=R₁＋R₂，则有L/R₂>L/(R₁＋R₂)。

结果表明，串联R₁后使τ减小，继电器的吸合时间加速。特别是当R₁》R₂，电压又很高时，吸合时间大大减少。动作机构的过快动作，加大机构接合时的冲击、碰撞与反弹，增大触点回跳，加速机械磨损，大大降低了触点负载能力与寿命。因此，串联供电激励方式一般是不可靠的。当触点回跳、机械磨损对实际使用不构成利害关系，且特别需要加快动作速度时，才采用这种方式。

3.7　继电器线圈串联的使用

我们曾经采用多个继电器线圈串联后，用DC220V电源去激励(如图4所示)，这种方式一般不使用。

(1)对相同类型、相同规格继电器而言，由于各线圈的阻抗大致相同，差值较小，故采用这种串联分压激励方式问题不大。

(2)对不同类型或规格的继电器，由于不同继电器线圈的阻抗不一致，且差值随瞬时感抗的不同而相差很大，串联激励瞬间，继电器线圈上所分得的激励电压差值很大，会出现有的继电器处于过压激励，有的处于欠压激励状态，继电器触点开关时序与速度会发生本质性变化，出现动作不可靠的情况。

因而，不同类型、不同规格的继电器不宜采用这种方式。

3.8　继电器线圈并联使用

在复杂控制回路中，采图5所示方法将2只或多只不同类型的继电器线圈并联使用，在这种情况下，产生了K₁延迟释放、触点断弧能力下降，K₂被反向重复激励、触点误动作等。

图5线圈并联图6线圈串联激励开关后串联

分析：在直流控制回路中，K₁，K₂线圈所贮存的磁能可能相差较大。当开关断开后，K₁(磁能大)的贮能将通过K₂(磁能小)的线圈泄放，产生反向电流，导致K₁释放时间延长，触点断弧速度迟缓，触点间燃弧时间延长；K₂的释放时间短，随后被反向释放电流激励，瞬间重复吸合，产生误动作。

通过采用图6所示的控制回路后，有效地避免了上述原因导致的不可靠现象。

4结束语

通过对中间继电器的选型及日常使用过程中出现的问题深入研究与分析，我们在对产品选型及实际应用中应注意避免因疏于管理维护而导致的不可靠现象。因此中间继电器的合理选用与使用过程中的问题分析是至关重要的，要求在其选用与使用过程中加强技术校核与维护，从而延长设备使用寿命、切实提高系统的可靠性，改善系统性能。