Какова функция No-Volt Release?

Отпуск без напряжения (no-volt release) отвечает на вопрос, который должен задать себе каждый производитель щитов управления и конструктор машин: “Что произойдет, если питание отключится и затем снова включится?” Ответ “машина запускается сама по себе” неприемлем для машин с вращающимися ножами, загруженными конвейерами и насосами давления. Отпуск без напряжения (иногда называемый катушкой без напряжения или реле пониженного напряжения (UVR)) поддерживает положение “Я останусь ВЫКЛЮЧЕННЫМ, пока не получу команду включиться”. Это устройство также является самым недорогим устройством безопасности в щите управления и одним из самых неправильно понимаемых, поскольку одна и та же функция реализуется по-разному в зависимости от того, используется ли контактор или автоматический выключатель. В этом руководстве содержится информация об отпусках без напряжения, их работе, применениях, отличиях от шунтирующих расцепителей, альтернативах, необходимости в отпусках без напряжения, а также о том, как правильно указать и протестировать отпуск без напряжения, чтобы не попасть в ловушку с напряжением катушки.

Вкратце, цель отпуска без напряжения — обеспечить, чтобы коммутационное устройство оставалось в замкнутом положении, пока подается управляющее напряжение; если управляющее напряжение отключается, оборудование автоматически размыкается в соответствии со стандартом IEC/EN 60947-2, когда потеря управляющего напряжения опускается ниже 35% от номинального значения; в диапазоне от 35% до 70% номинального напряжения автоматического размыкания не происходит, а выше 70% автоматического размыкания также не будет. Отпуск без напряжения предотвращает автоматический перезапуск оборудования после отключения питания, поскольку после восстановления питания перезапуск может произойти при восстановлении напряжения примерно до 85% от номинального значения.

Основная функция

Одним предложением: отпуск без напряжения делает подачу управляющего напряжения условием для поддержания включенного состояния управления. Однако существует четыре разные функции, и важно уточнить, какие именно, поскольку различные проекты требуют разных функций.

Предотвращение неожиданного перезапуска. Это основное назначение отпуска без напряжения и источник его названия. При сбое питания все после этой точки останавливается. Однако опасность возникает в секунды после восстановления питания. Классическая авария, которую призван предотвратить отпуск без напряжения, — это когда пила, миксер, конвейер или станок снова включаются, пока руки оператора еще находятся внутри машины. Отпуск без напряжения предотвратит замыкание цепи до тех пор, пока оператор не нажмет кнопку запуска. Это важно включать в стандарты для машин и является необходимостью для большинства промышленных машин.

Создание автоматического отключения при пониженном напряжении. Электродвигатели не будут работать эффективно при пониженном напряжении. Отдельные двигатели будут потреблять больше электроэнергии при низком напряжении, чтобы выполнить тот же объем работы, что приведет к большему нагреву проводов, где может произойти разрушение изоляции и выход оборудования из строя. Роль реле пониженного напряжения (UVR) заключается в размыкании цепи, чтобы избежать теплового повреждения.

Создание жёстко подключённого защитного сброса. Поскольку отключение при отсутствии напряжения работает в зависимости от отсутствия напряжения при нормальном подаче, любое защитное устройство может использоваться как средство для создания аварийного отключения. Выключатель безопасности, выключатель с вытяжным шнуром, пожарный сигнал или контакт с системой управления зданием естественным образом вызывают размыкание цепи. Любое прерывание линии создаёт безопасное отключение. Такое поведение известно как “отказ в безопасное состояние” (fail-safe).”

Подтверждение наличия нормального напряжения перед замыканием. В случае схем переключения генератора возникает опасение при замыкании выключателя, если отсутствует напряжение. UVR позволяет подтвердить наличие нормального напряжения (более 85 % номинального напряжения).

Как это работает

В конфигурации с контактором принцип очень прост. Энергия подается на катушку контактора при нажатии кнопки запуска, и когда главные контакты замыкаются, вспомогательный нормально разомкнутый контакт, параллельный кнопке запуска, также замыкается. Этот вспомогательный контакт, известный как удерживающий контакт, продолжает подавать питание на катушку после отпускания кнопки оператором. Таким образом, даже при отпускании кнопки катушка сохраняет путь для тока, и цепь поддерживается автоматически, так как не требует внешнего источника энергии для удержания этого состояния. Поскольку устройство приводится в действие управляющим напряжением, можно сказать, что катушка служит в качестве отключения при отсутствии напряжения. В цепи не требуется дополнительных компонентов.

В случае с автоматическим выключателем ситуация иная, и именно здесь возникает большинство недоразумений. Автоматический выключатель опирается на механический фиксатор, что означает, что он остается в замкнутом положении бесконечно долго без подачи питания на цепь. Напротив, необходимо добавить защитный механизм, называемый устройством отключения при пониженном напряжении, в виде соленоида с фиксатором, который удерживает механизм закрытым только при подаче питания на катушку. Технические характеристики таких устройств согласно IEC/EN 60947-2 одинаковы у всех основных производителей:

Управляющее напряжение (в долях от номинального напряжения катушки)	Поведение устройства
Ниже 0,35 × U_n	Определённое срабатывание — соленоид отпускает, устройство открывается
Между 0,35 и 0,70 × U_n	Неопределённое — может сработать, может не сработать; этот диапазон специально не является точкой спецификации
Выше 0,70 × U_n	Срабатывания по функции пониженного напряжения нет
Восстановление до примерно 0,85 × U_n	Повторное замыкание разрешено — но только при сознательном управлении, никогда автоматически

Из этой таблицы можно сделать два очень практических вывода. Первый заключается в том, что неопределённая полоса 35-70% означает, что на UVR нельзя рассчитывать для срабатывания при каком-либо конкретном уровне напряжения; это устройство с функцией отказоустойчивости, а не прецизионный монитор. Второй вывод — в случае установок, где бывают кратковременные жалобы на провалы напряжения, доступен блок временной задержки; этот блок позволяет задержать срабатывание при провалах напряжения менее примерно 200 миллисекунд, что позволяет кратковременному провалу напряжения, не влияющему на процесс, не останавливать предприятие. Выбор UVR с временной задержкой в случаях частых провалов — это разница между обеспечением полезной защиты и предоставлением чего-то, что операторы не будут использовать.

Два типа: контактор против автоматического выключателя

Понимание того, какой тип формы вы используете, предотвратит большинство ошибок в спецификациях, поскольку эти два термина различны и не выполняют одинаковых функций в системе.

	Стартер на базе контактора	Автоматический выключатель
Механизм удержания	Электрически удерживаемая катушка плюс вспомогательный контакт удержания	Механический фиксатор
Что происходит при потере питания	Катушка обесточивается, главные контакты автоматически размыкаются	Остаётся замкнутым — фиксатор не зависит от потери питания
Функция no-volt release обеспечивается	Самой катушкой, без дополнительной стоимости	Отдельным аксессуаром срабатывания по пониженному напряжению в слоте катушки
Перезапуск после отключения питания	Невозможен без повторного нажатия кнопки запуска	Невозможен только если установлен UVR; без него автоматический выключатель просто остаётся замкнутым
Типичное применение	Стартеры двигателей: прямой пуск (DOL), звезда-треугольник, мягкий пуск, контактор с частотным преобразователем (VFD)	Изоляторы машин, автоматические выключатели двигателей, вводные автоматические выключатели ATS, защита линий питания
Нормативный стандарт	IEC/EN 60947-4-1	IEC/EN 60947-2

Пример с контактором объясняет, почему термин “no-volt release” так распространён в британских и странах Содружества стандартов; потому что каждый стартер DOL оснащён таким механизмом независимо от того, указана ли эта спецификация, что даёт нам аббревиатуру TONVR (термическая перегрузка, no-volt release) как описание стандартной защиты стартера. Пример с автоматическим выключателем объясняет, почему та же спецификация может быть дорогой; потому что если устройство защиты оборудования — это автоматический выключатель в литом корпусе, а не контактор, функция отказоустойчивости должна приобретаться отдельно как аксессуар. Из этих примеров можно вывести практические правила: если отключающее устройство — контактор, функция предоставляется бесплатно, а если это автоматический выключатель, пользователь должен специально запросить UVR и проверить наличие свободного слота в корпусе для катушки.

UVR против шунтового расцепителя

Несмотря на схожий внешний вид и монтаж в одном месте, вспомогательные устройства шунтового расцепителя и срабатывания по пониженному напряжению часто путают в заказах, поскольку они выполняют совершенно разные функции. Перепутывание этих аксессуаров опасно, так как шунтовый расцепитель не обеспечивает никакой защитной функции при обрыве управляющего провода.

	Сброс по пониженному напряжению (no-volt, UVR, тип MN)	Шунтовый расцепитель (SHT, тип MX)
Триггер	Потеря напряжения катушки, ниже 0,35 × U_n	Применение напряжения выше 0,7 × U_n, в виде импульса длительностью не менее 20 мс
Поведение при обрыве управляющего кабеля	Устройство срабатывает — по умолчанию безопасно	Ничего не происходит — команда срабатывания не поступает
Поведение при отключении питания	Устройство открывается	Устройство остаётся закрытым
Повторное включение	Разрешено только при напряжении выше примерно 0,85 × U_n, и только при сознательном действии	Разрешено при любом подаче команды
Катушка должна быть постоянно под напряжением?	Да — так она удерживает устройство в замкнутом состоянии	Нет — она питается импульсами
Типичные применения	Цепи аварийной остановки, предотвращение автоматического повторного запуска, безопасность машин, разрешение наличия источника в схемах переключения	Дистанционное отключение от реле защиты, блокировка пожарной сигнализации, сброс нагрузки, отключение по команде BMS

Легко запомнить разницу между двумя аксессуарами по тому, что шунтовый расцепитель требует команды, тогда как расцепитель по пониженному напряжению требует подтверждения. Другими словами, шунтовый расцепитель ждёт команду на отключение, а расцепитель по пониженному напряжению удерживает устройство закрытым до потери питания; он открывается сразу после отключения питания. Как уже упоминалось, оба обеспечивают внешний механизм отключения, обходящий внутреннее тепловое, магнитное или электронное устройство отключения панели; однако только один из них обеспечивает отказобезопасность. Если целью является безопасность персонала, эта разница имеет решающее значение, и стоит отметить, что срабатывание расцепителя по перегрузке может быть вызвано множеством условий, что является отдельной темой, рассмотренной в нашем руководстве по причинах срабатывания автоматического выключателя.

Области применения

Применения делятся на те, которые требуют обеспечения безопасности, и те, которые ориентированы на технологический процесс, поэтому оборудование, использующее требования безопасности, эффективно применяется.

Пускатели двигателей. Пускатели типа DOL или звезда-треугольник, а также пускатели с плавным пуском и частотные преобразователи используют контакторы, удерживаемые напряжением управляющей цепи. Функция отсутствия напряжения защищает бесчисленное множество устройств от непреднамеренного повторного запуска.
Станки и деревообрабатывающее оборудование. Пилы, фрезерные станки, прессы и сверлильные станки являются отличным примером необходимости данного устройства; оно разработано для предотвращения нежелательного повторного запуска во время замены режущего инструмента или удаления стружки оператором станка. Правила безопасности машин также предусматривают меры для предотвращения нежелательных запусков.
Цепи аварийной остановки. Когда аварийная остановка подключена как разрыв в цепи катушки, а не как вход ПЛК, она становится устройством с отказобезопасностью. Вход ПЛК может быть неправильно прочитан, потерять питание или остаться в неисправном модуле; последовательный контакт в управляющей цепи — нет.
Подъёмники, лифты и краны. Потеря питания может привести к неконтролируемому повторному запуску и неконтролируемому падению груза.
Автоматическая работа насосов и дистанционное управление. Скважинные насосы, насосные станции орошения и удалённые бустерные насосные станции работают без оператора на месте. Последнее, чего хочет оператор, — это чтобы насос снова начал работать в сухой линии или заблокированном трубопроводе при восстановлении питания.
Генераторные и автоматические переключающие операции. Реле пониженного напряжения будет действовать как разрешающий блокирующий элемент до тех пор, пока входящее питание фактически не установится.
Блокировка системы пожарной сигнализации и систем управления зданием. В случае пожара панель управления пожарной сигнализацией разрывает цепь управляющего напряжения.
Сброс нагрузки. Когда оператор коммунального предприятия или объекта требует размыкания цепи при определённом состоянии питания, путь управляющего напряжения предоставляет жёстко подключённый вариант.

Важно отметить, что в распределительном оборудовании отпуск пониженного напряжения является одной из опций, которые занимают тот же слот, что и вспомогательные и аварийные контакты, шунтовые расцепители, моторные операторы и поворотные ручные операторы. Спецификация для автоматического выключателя с UVR должна обеспечить подтверждение комплекта аксессуаров перед заказом и уточнением: защита, которая устанавливается, является ли это автоматическим выключателем в литом корпусе или миниатюрным устройством — это решение влияет на наличие аксессуаров, как описано в нашем руководстве по различиям между MCCB и MCB.

Альтернативы и заменители

Функция отказоустойчивости не может быть полностью заменена, однако её можно имитировать с помощью различных побочных продуктов, каждый из которых имеет свои риски.

Подход	Что он достигает	Компромисс
Цепь удержания контактора (вспомогательный нормально открытый контакт параллельно кнопке пуска)	Классический отпуск без напряжения — перезапуск требует сознательного действия	Применяется только там, где нагрузка переключается контактором, а не выключателем
Аксессуар отпуск пониженного напряжения на выключателе	То же отказоустойчивое поведение на механически защёлкивающихся устройствах	Дополнительные затраты, занимает слот катушки, требует постоянно включённого управляющего питания
Шунтовый расцепитель плюс реле или логика ПЛК	Может имитировать запрет перезапуска с помощью программирования	Отказ небезопасен: если логика или её питание отключаются, выключатель остаётся замкнутым. Неприемлемо как функция безопасности
Реле защиты двигателя с запретом перезапуска	Электронная блокировка перезапуска после срабатывания или потери питания, часто с регулируемой задержкой	Зависит от того, что реле запитано и правильно настроено; не является жёстко подключённой гарантией
Мягкий пускатель или частотный преобразователь с мониторингом пониженного напряжения	Настраиваемое поведение перезапуска, включая запрещённый перезапуск	Та же зависимость от электроники; также добавляет переменную к пусконаладке
Механически защёлкивающийся контактор	Сохраняет своё последнее состояние при потере питания	Противоположное поведение — может перезапускаться неожиданно. Используется намеренно там, где требуется автоматический перезапуск, никогда не как устройство безопасности
Местный изолятор с блокировкой	Защита персонала во время обслуживания	Защищает обслуживающего персонала, а не оператора при безнадзорном отключении

В содержании таблицы есть закономерность, которую стоит подчеркнуть: в то время как физические решения гарантируют надёжность системы, электрические системы этого не делают. Действительно, потеря управляющего напряжения не может быть неправильно истолкована, тогда как вход ПЛК может быть прочитан неверно. Вот почему принцип отказоустойчивости предполагает, что всегда должна быть возможность жёсткого проводного подключения для всего, что защищает жизнь человека, в то время как все остальные эксплуатационные функции могут выполняться электронно.

Нужен ли он вам?

Если говорить откровенно, скорее всего, у вас есть такое устройство на любом двигателе, управляемом контактором. Настоящая проблема — нужны ли такие устройства для других устройств, которые не управляются контактором. Было бы полезно составить короткий контрольный список.

Оно понадобится, если выполняется любое из следующих условий: существует вероятность удара током из-за неожиданного перезапуска; нагрузка — это двигатель, и существует риск повреждения из-за длительного пониженного напряжения; система должна безопасно отключаться при обрыве управляющего кабеля; приложение работает без присмотра; требуется отключение нагрузки при определённых условиях (пожар или газ); или если схема переключения должна подтверждать исправность источника перед замыканием.

Возможно, оно не понадобится, если оборудование находится под присмотром и под местным ручным управлением; если нагрузка — это резистивная цепь или если с цепью не связаны опасности для безопасности; или если неудобства, связанные с перезапуском системы после отключения, приемлемы и конструкция использует защёлкивающийся механизм. В последнем случае необходимость блокировок должна решаться на этапе проектирования, а не просто позволять поведению устройства защиты по умолчанию управлять процессом.

Спецификация и тестирование

Четыре пункта спецификации подтверждают правильную работу устройства.

Подключайте катушку к управляющему питанию, а не к линейному питанию. Это самая распространённая ошибка на практике, которая приводит к самому вводящему в заблуждение симптому — новому срабатыванию по пониженному напряжению, которое “не работает”. Номинальное напряжение катушки не совпадает с напряжением силовых контактов выключателя, а соответствует напряжению управляющего питания, генерируемого панелью, например 24–30 В постоянного тока, 110–130 В переменного/постоянного тока или 220–240 В переменного/постоянного тока. Проверьте номинальное напряжение катушки на схеме управляющей цепи, чтобы избежать преждевременных выводов о механических проблемах, и учтите, что многие аксессуары, возвращаемые как “неработающие”, на самом деле имеют неправильную катушку.
Выбирайте версию с задержкой времени с осторожностью. Для применений, где происходят провалы напряжения менее 200 мс с последующим возобновлением управляемого процесса, версия с задержкой времени, скорее всего, вызовет ненужное срабатывание. Для таких применений версия с мгновенным срабатыванием обеспечит лучшую защиту.
Подтвердите, что закрытие блокируется. Цель аксессуара — не только сработать, но и отказать в замыкании цепи до тех пор, пока напряжение не восстановится до 85 % номинального или выше. Проверка должна проводиться при вводе в эксплуатацию, а не на основе предположений.
Включите катушку в график периодического тестирования. Производители рекомендуют регулярное тестирование катушек срабатывания — обычно не реже одного раза в шесть месяцев — поскольку неисправная катушка не будет отличаться от исправной до момента её необходимости. Тестирование подозрительного устройства на электрическую целостность использует те же методы, что и диагностика любых других неисправностей выключателя, что подробно описано в нашем руководстве том, как определить, что автомат неисправен .

В случаях, когда компоненты выбираются для панели, а не заменяются в ней, уровень защиты должен быть задан как пакет, включающий выключатель, сопутствующие аксессуары и сертифицированные миниатюрные устройства, установленные на той же DIN-рейке. Серия HUM18-63N является примером устройства, выполняющего эту роль — сертифицированная линия миниатюрных автоматических выключателей от 1P до 4P на 63 А с кривыми B, C и D — и её страница продукта HUM18-63N MCB демонстрирует формат спецификации, который покупатели должны ожидать увидеть в документации.

Распространённые ошибки

Заказ расцепителя с катушкой для использования с устройством отключения при отсутствии напряжения — оба номера деталей выглядят похожими и подходят к одним и тем же клеммам, но один метод имеет защиту от отказа, а другой — нет.
Подключение катушки к линейному напряжению. Это гарантирует либо сгорание катушки, либо оборудование, которое останется разомкнутым.
Рассмотрение механически защёлкивающегося контактора как устройства с защитой от отказа. Эта конструкция фактически сохраняет своё состояние, что совершенно не соответствует требованиям.
Реализация функции аварийной остановки исключительно программно на ПЛК (без жёсткой проводки). Программная аварийная остановка не является отказоустойчивой; именно разрыв жёсткой проводки в цепи управления гарантирует эффект аварийной остановки.
Отсутствие реализации функции задержки времени на объекте, подверженном колебаниям напряжения. В результате ваша операция будет испытывать ложные отключения; при возникновении ложных отключений защита переключения на резервный источник будет утрачена.
Забвение включить стек аксессуаров. Рама с одним слотом для катушки не может вместить одновременно UVR и расцепитель с катушкой.
Никогда не проводить тестирование самой катушки. Отказ не виден ДО тех пор, пока он не станет критическим.

Часто задаваемые вопросы

Какова основная функция катушки отсутствия напряжения?

Цель катушки без напряжения — поддерживать питание управляющего устройства, пока подается управляющее напряжение. При потере управляющего напряжения катушка размыкает цепь, чтобы предотвратить автоматический перезапуск оборудования при восстановлении электропитания. Катушка выполняет эту функцию непосредственно в контакторном пускателе, подавая управляющее напряжение, удерживающее контактор, а в других случаях предусмотрено отдельное устройство для отключения при пониженном напряжении, удерживающее механический защелкивающий механизм. Дополнительной функцией является защита от длительного пониженного напряжения, которое может вызвать перегрев и повреждение двигателей.

В чем разница между нормально разомкнутыми (NO) и нормально замкнутыми (NC) контактами?

Нормально разомкнутый (NO) контакт разомкнут в состоянии покоя и замыкается при срабатывании, тогда как нормально замкнутый (NC) контакт замкнут в состоянии покоя и размыкается при срабатывании. Цепь обеспечивает двухступенчатую работу контактов: кнопка пуска и удерживающие контакты являются NO, чтобы при нажатии кнопки замыкалась цепь; кнопка стоп, аварийная остановка и контакты реле перегрузки — NC, чтобы обеспечить нормальную работу, пока они замкнуты. NC контакты используются в цепях безопасности, так как при отказе оборудования они обеспечивают состояние “выключено”, а не “разрешено”.

Что такое контакт без напряжения?

В контакторном пускателе контакт без напряжения — это вспомогательный нормально разомкнутый контакт, подключенный параллельно кнопке пуска, также известный как удерживающий контакт. При нажатии кнопки пуска катушка возбуждается, и главные контакты замыкаются. Вспомогательный контакт также замыкается и обеспечивает путь для тока катушки к устройству. Эта функция делает цепь самоподдерживающейся. Отключение при отсутствии напряжения работает, потому что ток катушки зависит от управляющего питания через контакт. Следовательно, при потере управляющего питания катушка теряет питание. Если удерживающий контакт неисправен, двигатель можно запустить только при нажатии кнопки.

Включает ли пускатель DOL уже отключение при отсутствии напряжения?

Да, все пускатели прямого включения с электромагнитно удерживаемыми контакторами включают отключение при отсутствии напряжения. Аббревиатура для тепловой защиты от перегрузки с отключением при отсутствии напряжения — TONVR. Нет необходимости приобретать дополнительные вспомогательные устройства. Устройство становится дополнительным элементом в случае механически защелкивающегося автоматического выключателя.

Почему мой отключатель при пониженном напряжении срабатывает без видимой причины?

Существует несколько причин срабатывания в таких ситуациях. Если срабатывание происходит при запуске другого оборудования, установку следует обновить, добавив задержку срабатывания. Если питание катушки разделяется с другими нагрузками, отключение при отсутствии напряжения может срабатывать в неопределенной зоне. Проблему можно решить, обеспечив вспомогательное питание для отключения при отсутствии напряжения.

Ссылки

Заключение

Вы можете подумать, что функция отключения при отсутствии напряжения достаточно обширна, исходя только из её названия, но это не так. Её высокая цена также не является показателем важности продукта, поскольку она не проверяет напряжение должным образом и не является универсальной системой резервирования. Всё, что она делает — это указывает на наличие управляющего напряжения, чтобы использовать это как исходное условие для продолжения работы, когда напряжение безопасно и не требует проверки. Отключение при отсутствии напряжения обеспечивает значительную пользу благодаря этой простой функции. Вы сможете перезапустить оборудование после отключения питания, отключаться при пониженном напряжении, автоматически использовать отключение при отсутствии напряжения в случае обрыва кабеля и, наконец, предотвратить включение автоматического выключателя при отсутствии нагрузки. Если у вас есть пускатель с контактором, дополнительная стоимость за эту систему отключения при отсутствии напряжения отсутствует. Если у вас есть автоматический выключатель, его необходимо приобрести отдельно. Просто подберите напряжение катушки и нагрузки, определите необходимость задержки и периодически проверяйте катушку. При соблюдении этого подхода будут обеспечены последствия использования отключения при отсутствии напряжения, имитируя то, что должна обеспечивать система безопасности.