Выбор реле на практике: что на самом деле говорит техническое описание

На практике эти различия совсем не мелочи. Реальная ценность реле проявляется в его надёжности — а понять её можно только заглянув в технические паспорта. Именно там скрыта информация о ресурсе контактов, допустимых нагрузках и ожидаемом сроке службы. К сожалению, эти параметры часто просматривают по диагонали или игнорируют вовсе. А ведь именно они определяют, насколько стабильно и долго реле будет работать в реальных условиях. Ниже мы подробно разберём, что именно говорят даташиты реле о надёжности и как эти показатели правильно сравнивать.

Возьмём для примера три распространённых реле

Чтобы разговор не получился слишком теоретическим, мы выбрали три очень популярных в Эстонии реле — с которыми многие инженеры по автоматике и электрики сталкивались на практике:

• Idec RJ1S-CL-D24
• Omron G2R-1-S 24VDC (S) E
• Weidmüller DRI314024LTD

На первый взгляд эти реле почти неотличимы друг от друга. У всех трёх катушка на 24 VDC, один перекидной контакт (SPDT) и классические «blade»-клеммы. Именно такие реле на практике часто заменяют «один к одному», предполагая, что разницы нет.

В действительности различия начинают проявляться только при более внимательном изучении даташитов. Поэтому приведённое ниже сравнение основано исключительно на официальных данных производителей:

• Datasheet Idec RJ1S-CL-D24
• Datasheet Omron G2R-1-S 24VDC (S) E
• Datasheet Weidmüller DRI314024LTD

По каким параметрам мы сравниваем?

Мы сосредоточились на параметрах, которые в реальной эксплуатации сильнее всего влияют на срок службы и надёжность реле. Это не просто «красивые цифры в таблице» — именно они определяют, проработает ли реле без проблем много лет или начнёт создавать головную боль уже через несколько месяцев.

Параметр	Omron G2R-1-S 24VDC (S) (E)	IDEC RJ1S-CL-D24	Weidmüller DRI314024LTD
Конфигурация контактов	SPDT (1 Form C)	SPDT (1 Form C)	SPDT (1 CO)
Материал контактов	AgSnIn / сплав серебра	AgNi (серебро–никель)	AgSnO
Активная нагрузка AC (резистивная)	10 A @ 250 VAC	12 A @ 250 VAC	10 A @ 250 VAC
Активная нагрузка DC (резистивная)	10 A @ 30 VDC	≈12 A @ 30 VDC	10 A @ 30 VDC
Индуктивная нагрузка AC	7.5 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)	7.5 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.3)	≈8 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)*
Приведённая индуктивная нагрузка AC**	7.5 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)	10.0 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)**	≈8 A @ 250 VAC (cosφ ≈ 0.4)*
Индуктивная нагрузка 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)*
Электрический ресурс (номинальная нагрузка)	≈100 000 переключений	≈200 000 переключений	≈100 000 переключений*
Механический ресурс	10–20 млн	30–50 млн	≈10 млн
Макс. напряжение контактов	440 VAC / 125 VDC	250 VAC / 125 VDC	250 VAC / 250 VDC
Дополнительные функции	вставное исполнение, варианты с индикацией	LED-индикатор	LED + кнопка теста

* Данные не приведены производителем в виде таблицы и оценочно получены на основе графиков из даташита.
** При приведении всех значений к cosφ = 0,4: I ≈ 7,5 × (0,4 / 0,3) = 10,0 A

Наиболее распространённые контактные материалы на практике

Если начать глубже разбираться во «внутренней жизни» реле, контакторов и других коммутационных устройств, довольно быстро возникает ключевой вопрос: из чего на самом деле сделаны контакты и почему это вообще важно? На практике именно контактный материал во многом определяет срок службы устройства, его способность справляться с электрической дугой и склонность контактов к «свариванию».

Ниже приведены три наиболее часто встречающихся контактных материала в промышленности.

AgSnO (серебро–оксид олова)
Сегодня это фактически промышленный стандарт для индуктивных нагрузок. Главное преимущество AgSnO — отличное гашение дуги и очень высокая устойчивость к свариванию контактов. Если в цепи присутствуют двигатели, соленоиды или катушки контакторов, велика вероятность, что именно AgSnO выполняет там самую тяжёлую работу. Этот материал рассчитан на «жёсткие» условия коммутации, где дуга сильная, устойчивая и беспощадная.

Стабильность контактного сопротивления у AgSnO оценивается немного ниже, чем у AgNi — не потому, что материал плохой, а из-за особенностей его поведения в процессе работы. Частицы оксида олова в серебряной матрице значительно повышают дугостойкость и устойчивость к свариванию, но при этом контактная поверхность на микроскопическом уровне никогда не бывает полностью однородной. Со временем, особенно при малых токах и редких переключениях, контактное сопротивление может колебаться несколько сильнее, чем у AgNi.

AgNi (серебро–никель)

AgNi — это своего рода «золотая середина». Механически прочный материал с очень стабильным контактным сопротивлением, отлично подходящий для применений с частыми переключениями, но без экстремально агрессивных нагрузок. Если приоритетом является длительный срок службы и предсказуемое поведение, AgNi — очень надёжный выбор.

AgNi получает наивысшую оценку по стабильности контактного сопротивления прежде всего благодаря своей однородной и гомогенной микроструктуре. В отличие от материалов, усиленных оксидами (таких как AgSnO), AgNi не содержит изоляционных частиц, которые могли бы со временем менять электрические свойства контактной поверхности. Никель равномерно растворяется в серебряной матрице, обеспечивая хорошую механическую прочность без ухудшения электропроводности.

На практике это означает, что контактная поверхность равномерно «самоочищается» при каждом переключении, а износ происходит предсказуемо и медленно. Даже при малых токах и частых коммутациях контактное сопротивление остаётся очень стабильным на протяжении всего срока службы устройства. Именно поэтому AgNi часто используется там, где важна не столько дугостойкость, сколько точность, повторяемость и надёжность контакта.

AgSnIn и другие серебряные сплавы

Эти материалы чаще всего применяются в универсальных, общецелевых приложениях. Устойчивость к свариванию и общая стабильность у них вполне достойные, но при очень сильных электрических дугах они заметно уступают AgSnO и AgNi. Иными словами — свою задачу выполняют, но для экстремальных условий существуют лучшие варианты.

Причина, по которой AgSnIn и другие серебряные сплавы до сих пор широко используются, заключается не в их «топовом» уровне характеристик, а в балансе свойств, цены и требований конкретного применения. Во многих устройствах нет сильных дуг, больших индуктивных выбросов или экстремальной частоты переключений. В таких условиях применение AgSnO или AgNi технически возможно, но часто неоправданно дорого или просто избыточно.

Небольшая сводная таблица:

То, что на первый взгляд кажется мелкой деталью — выбор контактного материала — на деле является одним из ключевых решений с точки зрения надёжности всей коммутационной цепи.

Тип нагрузки — активная или реактивная

Для надёжной работы реле крайне важно, какую именно нагрузку коммутируют его контакты. В даташитах эта информация обычно присутствует, но на практике тип нагрузки часто остаётся без должного внимания.

Активная нагрузка

При активной нагрузке электрическая энергия в основном преобразуется в тепло. Типичные примеры:

• нагревательные элементы
• резисторы
• лампы накаливания

Коммутация таких нагрузок сравнительно «лёгкая» для контактов реле — ток и напряжение обычно стабильны, а дуга возникает на короткое время.

Реактивная нагрузка

При реактивной нагрузке энергия накапливается в магнитном или электрическом поле, а при переключении возвращается обратно в систему. К таким нагрузкам относятся:

• катушки контакторов
• соленоиды
• катушки реле
• двигатели и трансформаторы

Именно при реактивных нагрузках возникают:

• большие пусковые токи
• высокие перенапряжения при отключении
• сильная и длительная электрическая дуга на контактах

Почему это особенно важно в промышленной автоматике?

Большинство нагрузок, коммутируемых реле в промышленной автоматике, не являются активными, а представляют собой реактивные нагрузки. Самые типичные примеры — катушки контакторов и соленоиды, которые переключаются часто и в течение длительного времени.

Это означает, что контакты реле значительную часть срока службы работают в условиях, которые существенно тяжелее, чем можно было бы предположить, глядя только на номинальный ток. Если тип нагрузки не учитывать, реальный срок службы реле может сократиться в разы.

Именно здесь и начинают по-настоящему проявляться различия между реле, контактными материалами и производителями.

Реактивная нагрузка AC — пусть цифры говорят сами за себя

Перейдём теперь к конкретным цифрам и рассмотрим строки таблицы, относящиеся к реактивной нагрузке в сетях AC. На первый взгляд значения выглядят довольно похожими, и ничего особенно бросающегося в глаза не видно.

Значения, отмеченные звёздочкой (*), считаны с графиков в технических описаниях производителей и не приведены в явном виде в таблицах. Двойной звёздочкой (**) обозначены данные, которые были приведены к одному и тому же cosφ, чтобы значения можно было корректно сравнивать между собой.

Именно этот последний шаг здесь особенно важен. Когда значения приводятся к одному cosφ, картина становится значительно понятнее, и реле Idec заметно выделяется более высокой допустимой индуктивной нагрузкой. На первый взгляд это может быть неочевидно, но при более внимательном изучении технических данных различие становится вполне явным.

Что это означает на практике?

Для катушек контакторов cosφ в установившемся режиме обычно составляет около 0,3. В момент включения cosφ может увеличиваться примерно до 0,75, однако одновременно с этим резко возрастает и ток. На практике пусковые токи могут быть до десяти раз выше номинального тока.

Разумеется, контактор с катушкой на 7,5 А является в промышленной автоматике скорее крупным и достаточно редким потребителем. В контексте сравнения реле это вовсе не означает, что такая катушка действительно будет коммутироваться. Скорее, это показатель коммутационного ресурса реле — того, насколько прочна конструкция контактов и насколько хорошо реле справляется с тяжёлыми индуктивными условиями.

Индуктивная нагрузка DC и электрический ресурс – где различия проявляются по-настоящему

В случае AC-нагрузок нулевая точка тока помогает контактам реле. При индуктивной нагрузке постоянного тока (DC) такой «помощи» уже нет. Именно здесь конструкция реле, материал контактов и стойкость к электрической дуге начинают играть решающую роль.

Рассмотрим две строки таблицы, которые особенно показательны в реальных применениях.

Значения, отмеченные звёздочкой (*), не приведены производителем в табличном виде и получены по графикам из технического описания.

Для индуктивной нагрузки постоянного тока определяющим является отношение L/R, которое описывает, как долго нагрузка сохраняет энергию после отключения. Значение L/R ≈ 7 ms является вполне типичным для промышленной автоматики и хорошо соответствует поведению соленоидов и небольших катушек контакторов.

Интересно отметить, что хотя Weidmüller формально допускает на стороне DC наибольший ток, это напрямую не отражается на электрическом ресурсе. Именно реле Idec выделяется количеством допустимых коммутаций при номинальной нагрузке, что указывает на очень хорошую стойкость контактов к дуге постоянного тока.

На практике это означает, что при работе с индуктивными DC-нагрузками не стоит ориентироваться только на максимальное значение тока. Не менее важно учитывать, сколько раз реле способно реально коммутировать такую нагрузку, прежде чем контакты начнут заметно деградировать.

Электрический и механический ресурс – почему большие числа могут вводить в заблуждение

Рассмотрим две строки таблицы, которые чаще всего вызывают путаницу при чтении технических описаний реле.

На первый взгляд внимание привлекают именно значения механического ресурса. Десятки миллионов операций создают впечатление, что реле практически «вечное». Однако на самом деле этот показатель означает не совсем то, что многие предполагают.

Механический ресурс описывает работу контактов без электрической нагрузки. Контакты замыкаются и размыкаются, пружины работают, но дуга не возникает и контактные поверхности не изнашиваются. Это хороший показатель механического качества реле, но он не отражает его надёжность в реальных условиях эксплуатации.

В промышленной автоматике реальный срок службы реле почти всегда определяется электрическим ресурсом. Именно при коммутации номинальной нагрузки возникают дуги, нагрев и износ контактов — и здесь значения падают с миллионов до сотен тысяч операций.

Здесь стоит привести небольшой практический расчёт, который быстро расставляет всё по местам. Если электрический ресурс реле составляет 100 000 коммутаций и оно переключает полную нагрузку каждые 5 минут, то за сутки получается 288 срабатываний. При таком режиме допустимый ресурс будет исчерпан примерно за 347 дней — то есть чуть меньше года. Иными словами, даже при довольно спокойной частоте переключений электрический ресурс реле — это вовсе не абстрактная цифра, а вполне конкретный предел.

Примечательно, что у реле Idec более высокий механический ресурс сочетается с лучшим электрическим ресурсом. Это говорит о сбалансированной конструкции, в которой механика и стойкость контактов эффективно дополняют друг друга.

На практике при выборе реле стоит задать простой, но важный вопрос:
сколько раз это реле действительно сможет коммутировать мою нагрузку?
Механический ресурс красиво смотрится в техническом описании, но с точки зрения надёжности он остаётся скорее второстепенной информацией.

Итог – маленькое реле с большим влиянием

Реле в промышленной автоматике — это небольшой и недорогой компонент, обычно стоимостью три–шесть евро, но его отказ может привести к серьёзным простоям и неприятным сбоям.

Визуально похожие реле не всегда равнозначны: материал контактов, стойкость к дуге и коммутационная способность в конечном итоге определяют надёжность.

Именно поэтому на реле не стоит экономить. Правильный выбор гарантирует стабильную и безотказную работу производственной линии — экономия пары евро сегодня может обойтись в разы дороже завтра.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом реле: Реле – информация и продажа | Electrobit OÜ