Releede valik praktikas: mida andmeleht tegelikult ütleb

Praktikas ei ole need erinevused aga sugugi tühised. Releede tegelik väärtus avaldub töökindluses, mis selgub alles andmelehti vaadates – sealt leiab info kontaktide vastupidavuse, lubatud koormuste ja eeldatava tööea kohta. Neid parameetreid loetakse sageli vaid põgusalt või jäetakse sootuks tähelepanuta, kuid just need määravad, kui stabiilselt ja kaua relee reaalselt toimib. Järgnevalt vaatamegi lähemalt, mida releede andmelehed töökindluse kohta tegelikult ütlevad ja kuidas neid näitajaid võrrelda.

Toome näiteks kolm levinud releed

Et jutt liiga teoreetiliseks ei jääks, võtsime vaatluse alla kolm Eestis väga levinud releed, millega paljud automaatikainsenerid ja elektrikud on päriselus kokku puutunud:

• Idec RJ1S-CL-D24

• Omron G2R-1-S 24VDC (S) E

• Weidmüller DRI314024LTD

Esmapilgul on need releed peaaegu äravahetamiseni sarnased. Kõik kolm on 24 VDC mähisega, ühe kontaktikomplektiga (SPDT) ning klassikaliste „blade“ tüüpi kontaktidega. Just sellised komponendid, mida praktikas sageli vahetatakse „üks-ühele“ eeldusel, et vahet pole.

Tegelikult hakkavad erinevused välja tulema alles siis, kui vaadata natuke sügavamale andmelehtedesse. Seepärast põhineb järgnev võrdlus tootjate ametlikel andmetel:

• Idec RJ1S-CL-D24 andmeleht

• Omron G2R-1-S 24VDC (S) E andmeleht

• Weidmüller DRI314024LTD andmeleht

Mille järgi me võrdleme?

Fookusesse võtsime parameetrid, mis kõige rohkem relee eluiga ja töökindlust mõjutavad. Need numbrid ei ole lihtsalt "ilusad tabelis" – need määravad, kas relee töötab aastaid või hakkab probleeme tekitama juba mõne kuu pärast.

Parameeter	Omron G2R-1-S 24VDC (S) (E)	IDEC RJ1S-CL-D24	Weidmüller DRI314024LTD
Kontaktide konfiguratsioon	SPDT (1 Form C)	SPDT (1 Form C)	SPDT (1 CO)
Kontakti materjal	AgSnIn / Ag-alloy	AgNi (hõbe-nikkel)	AgSnO
Aktiivkoormus AC (resistiivne)	10 A @ 250 VAC	12 A @ 250 VAC	10 A @ 250 VAC
Aktiivkoormus DC (resistiivne)	10 A @ 30 VDC	≈12 A @ 30 VDC	10 A @ 30 VDC
Reaktiivkoormus AC	7.5 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)	7.5 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.3)	≈8 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)*
Tuletatud  reaktiivkoormus AC**	7.5 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)	10.0 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)**	≈8 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)*
Reaktiivkoormus DC	≈5 A @ 30 VDC (L/R ≈ 7 ms)	≈6 A @ 30 VDC (L/R ≈ 7 ms)	≈7 A @ 30 VDC (L/R ≈ 7 ms)*
Elektriline eluiga (nimikoormusega)	≈100 000 lülitust	≈200 000 lülitust	≈100 000 lülitust*
Mehhaaniline eluiga	10–20 miljonit	30–50 miljonit	≈10 miljonit
Maks. kontaktpinge	440 VAC / 125 VDC	250 VAC / 125 VDC	250 VAC / 250 VDC
Lisafunktsioonid	plug-in, indikaatorivariandid	LED-indikaator	LED + testnupp

* Andmed ei ole tootja poolt tabelina välja toodud ja on hinnanguliselt tuletatud andmelehe graafikutest.
** Kui cos on viidud kõigil 0,4-ni: I ≈ 7,5 × (0,4 / 0,3) = 10,0 A

Levinumad kontaktmaterjalid praktikas

Kui hakata releede, kontaktorite või muude lülitite hingeellu süvenema, jõuab üsna kiiresti küsimuseni: millest need kontaktid tegelikult tehtud on ja miks see üldse oluline on? Praktikas määrab just kontaktmaterjal ära, kui kaua seade kestab, kui hästi ta kaarega hakkama saab ja kas kontaktid kipuvad „kinni keevima“ või mitte.

Allpool on kolm kõige sagedamini kohatavat materjali, millega tööstuses kokku puututakse.

AgSnO (hõbe–tinaoksiid)
See on tänapäeval sisuliselt tööstusstandard induktiivsete koormuste puhul. AgSnO suur trump on väga hea kaare kustutamine ja kõrge keevituskindlus. Kui mängus on mootorid, solenoidid või kontaktorite mähised, siis on üsna suur tõenäosus, et just AgSnO teeb seal rasket tööd. See materjal on loodud taluma „inetuid“ lülitusolukordi, kus kaar on tugev ja halastamatu.

Kontaktitakistuse stabiilsus on AgSnO puhul hinnatud veidi madalamaks kui AgNi-l mitte seetõttu, et ta oleks halb, vaid sellepärast, kuidas materjal töö käigus käitub. Tinaoksiidiosakesed hõbemaatriksi sees parandavad küll oluliselt kaarekindlust ja keevituskindlust, kuid samal ajal tähendab see, et kontaktpind ei ole mikroskoopilisel tasemel kunagi täiesti ühtlane. Aja jooksul, eriti väikeste voolude ja harva lülitamise korral, võib kontaktitakistus veidi rohkem kõikuda kui AgNi puhul.

AgNi (hõbe–nikkel)

AgNi on selline kuldne kesktee. Mehhaaniliselt tugev, väga stabiilse kontaktitakistusega ja hästi sobiv rakendustesse, kus lülitusi on palju, aga koormused ei ole kõige agressiivsemad. Kui prioriteediks on pikk eluiga ja ühtlane käitumine, siis AgNi on väga kindel valik.

AgNi saab kontaktitakistuse stabiilsuse osas kõrgeima hinnangu eelkõige tänu oma ühtlasele ja homogeensele mikrostruktuurile. Erinevalt oksiidiga tugevdatud materjalidest (nagu AgSnO) ei sisalda AgNi isolatsioonilisi osakesi, mis võiksid kontaktpinna elektrilisi omadusi aja jooksul muuta. Nikkel lahustub hõbemaatriksis ühtlaselt ja annab kontaktile hea mehhaanilise tugevuse, ilma et see halvendaks elektrijuhtivust.

Praktikas tähendab see, et kontaktpind „puhastub“ iga lülitusega ühtlaselt ning kulumine toimub prognoositavalt ja aeglaselt. Isegi väikeste voolude ja sagedase lülitamise korral püsib kontaktitakistus väga stabiilne kogu kasutusea jooksul. Just seetõttu kasutatakse AgNi sageli rakendustes, kus oluline pole niivõrd kaare talumine, vaid täpne, korduv ja usaldusväärne kontakt.

AgSnIn ja muud hõbeda sulamid

Need materjalid leiavad koha pigem üldotstarbelistes rakendustes. Keevituskindlus ja stabiilsus on täiesti korralikud, kuid väga tugeva elektrikaarega koormuste puhul jäävad nad AgSnO-le ja AgNi-le selgelt alla. Ehk: töö teevad ära, aga ekstreemoludeks on paremaid variante.

Põhjus, miks AgSnIn ja teisi hõbeda sulameid endiselt laialdaselt kasutatakse, ei ole mitte nende „tipptase“, vaid tasakaal omaduste, hinna ja rakendusnõuete vahel. Paljudes seadmetes ei esine tugevaid kaari, suuri induktiivseid lööke ega äärmuslikku lülitussagedust. Sellistes olukordades oleks AgSnO või AgNi kasutamine tehniliselt küll võimalik, kuid sageli põhjendamatult kallis või isegi liigse varuga.

Väike kokkuvõttev tabel:

Kui kontaktmaterjali valik tundub esmapilgul detail, siis tegelikult on see üks olulisemaid otsuseid kogu lülitusahela töökindluse seisukohalt.

Koormuse tüüp – aktiivne või reaktiivne

Relee töökindluse juures mängib väga suurt rolli see, millist koormust kontaktidega tegelikult lülitatakse. Andmelehtedel on see info sageli olemas, kuid praktikas kipub koormuse tüüp jääma tagaplaanile.

Aktiivkoormus

Aktiivkoormuse puhul muundub elektrienergia peamiselt soojuseks. Tüüpilised näited on:

• küttekehad

• takistid

• hõõglambid

Selliste koormuste lülitamine on relee kontaktidele suhteliselt „kerge“ – vool ja pinge on enamasti stabiilsed ning elektrikaare teke on lühiajaline.

Reaktiivkoormus

Reaktiivkoormuse puhul salvestub energia magnet- või elektrivälja ning vabastatakse see lülitamisel tagasi süsteemi. Siia kuuluvad:

• kontaktorite mähised

• solenoidid

• releede mähised

• mootorid ja trafod

Just reaktiivkoormuste puhul tekivad:

• suured sisse­lülitusvoolud

• kõrged pingetipud väljalülitamisel

• tugev ja püsiv elektrikaare teke kontaktidel

Miks see tööstusautomaatikas eriti oluline on?

Enamik releede poolt lülitatavaid koormusi tööstusautomaatikas ei ole aktiivkoormused, vaid just reaktiivkoormused. Kõige tüüpilisemad näited on kontaktorite mähised ja solenoidid, mida lülitatakse sageli ja pika aja vältel.

See tähendab, et relee kontaktid töötavad suure osa ajast tingimustes, mis on neile oluliselt koormavamad, kui nimivoolu number üksi eeldada laseks. Kui koormuse tüübiga ei arvestata, võib relee eluiga praktikas väheneda kordades.

Just siin hakkavadki erinevused releede, kontaktmaterjalide ja tootjate vahel päriselt välja paistma.

Reaktiivkoormus AC – paneme numbrid rääkima

Liigume nüüd konkreetsete numbrite juurde ja võtame ette tabeli read, mis puudutavad reaktiivkoormust AC‑võrgus. Esmapilgul on väärtused üsna sarnased ja midagi silmatorkavat justkui ei paista.

Tärniga (*) tähistatud väärtused on loetud tootja andmelehe graafikutelt ning ei ole otseselt tabelina esitatud. Kahekordse tärniga (**) on märgitud andmed, mis on taandatud samale cosφ‑le, et numbrid oleksid omavahel võrreldavad.

Just see viimane samm on siin oluline. Kui viia väärtused samale cosφ‑le, hakkab pilt selginema ning Idec‑i relee paistab silma suurema reaktiivkoormuse taluvusega. See ei pruugi olla esmapilgul nähtav, kuid andmelehte veidi sügavamalt vaadates tuleb see selgelt esile.

Mida see tähendab päriselus?

Kontaktorite mähiste puhul on cosφ hoidmise ajal umbes 0,3. Rakendamise hetkel võib cosφ tõusta ligikaudu 0,75‑ni, kuid samal ajal kasvab ka vool väga järsult. Praktikas võivad rakendusvoolud olla kuni kümme korda suuremad nimivoolust.

Loomulikult on 7,5 A mähisega kontaktor tööstusautomaatikas pigem suur ja haruldane tarbija. Releede võrdluses ei tähenda see aga otseselt, et sellist mähist hakatakse lülitama. Pigem näitab see relee lülitusressurssi – kui robustne on kontaktide konstruktsioon ja kui hästi relee suudab toime tulla rasketes, induktiivsetes tingimustes.

DC reaktiivkoormus ja elektriline eluiga – kus vahed tõeliselt välja tulevad

Kui AC-koormuste puhul aitab voolu nullpunkt relee kontakte, siis DC reaktiivkoormuse juures seda luksust ei ole. Just siin hakkavad releede konstruktsioon, kontaktmaterjal ja kaaretaluvus kõige selgemini rolli mängima.

Vaatame kahte tabelirida, mis on praktikas väga kõnekad.

Tärniga (*) tähistatud väärtused ei ole tootja poolt otseselt tabelina esitatud ja on loetud andmelehe graafikutelt.

DC reaktiivkoormuse puhul on määravaks L/R suhe, mis kirjeldab, kui kaua induktiivne koormus pärast väljalülitamist energiat hoiab. Väärtus L/R ≈ 7 ms on tööstusautomaatikas üsna tüüpiline ja sarnaneb hästi näiteks solenoidide ja väiksemate kontaktorimähiste käitumisele.

Siin on huvitav tähelepanek see, et kuigi Weidmüller lubab DC-poolel näiliselt suurimat voolu, ei peegeldu see otseselt elektrilises elueas. Idec paistab silma just nimikoormusel lubatud lülituste arvu poolest, mis viitab väga heale kontaktide vastupidavusele DC-kaartele.

Praktikas tähendab see, et DC reaktiivkoormuste puhul ei tasu vaadata ainult maksimaalset voolu numbrit. Vähem oluline ei ole ka see, mitu korda relee suudab sellist koormust reaalselt lülitada, enne kui kontaktid hakkavad märgatavalt degradeeruma.

Elektriline vs mehhaaniline eluiga – miks suured numbrid võivad petta

Vaatame kahte tabelirida, mis tekitavad releede andmelehti lugedes kõige rohkem segadust.

Esmapilgul tõmbavad pilgu just mehhaanilise eluea numbrid. Kümned miljonid lülitused jätavad mulje, et relee kestab sisuliselt igavesti. Tegelikkuses ütleb see number aga midagi hoopis muud, kui sageli arvatakse.

Mehhaaniline eluiga tähendab relee kontaktide liikumist ilma elektrilise koormuseta. Kontaktid sulguvad ja avanevad, vedrud töötavad, kuid kaari ei teki ja kontaktpinnad ei kulu. See on hea näitaja relee mehhaanilise kvaliteedi kohta, kuid ei kirjelda otseselt töökindlust päris rakenduses.

Tööstusautomaatikas määrab relee tegeliku eluiga peaaegu alati elektriline eluiga. Just nimikoormuse lülitamisel tekivad kaared, kuumenemine ja kontaktide kulumine. Ning siin kukuvad numbrid miljonitelt sadade tuhandete peale.

Siinkohal väike praktiline arvutus, mis paneb asjad kiiresti perspektiivi. Kui relee elektriline eluiga on 100 000 lülitust ja ta lülitub täiskoormusel iga 5 minuti järel, siis teeb see ööpäevas 288 lülitust. Sellise tempoga saab lubatud lülituste arv täis umbes 347 päevaga – ehk veidi alla aastaga. Ehk isegi üsna rahuliku lülitussageduse juures ei ole elektriline eluiga sugugi abstraktne number, vaid väga konkreetne piir.

Huvitav on näha, et Idec relee puhul on suurem mehhaaniline eluiga kooskõlas ka parema elektrilise elueaga. See viitab tasakaalustatud konstruktsioonile, kus mehhaanika ja kontaktide vastupidavus toetavad teineteist.

Praktikas tasub relee valikul küsida lihtne, kuid oluline küsimus:
mitu korda suudab see relee minu koormust lülitada?
Mehhaaniline eluiga on kena number andmelehel, kuid töökindluse seisukohalt jääb see pigem taustainfoks.

Kokkuvõte – väike relee, suur mõju

Relee on tööstusautomaatikas väike ja odav komponent – kolm-kuus eurot – aga tema rike võib põhjustada suuri tööseisakuid ja tüütuid tõrkeid.

Visuaalselt sarnased releed ei ole alati samaväärsed: kontaktmaterjal, kaaretaluvus ja lülitusvõime määravad töökindluse.

Seetõttu pole relee koht, kus kokku hoida. Õige valik tagab, et tootmisliin jookseb kindlalt ja muretult – mõne euro säästmine võib maksta kordades rohkem.

Tutvu meie releede valikuga: Releed - Info ja müük | Electrobit OÜ