Oddělovací a spínací relé s pulzním transformátorem od firmy DELCON

V případě potřeby oddělení signálu či spínání menších zátěží většina uživatelů automaticky volí jen mezi elektromagnetickými (klasickými) relé a optočleny s tím, že určité požadavky plní lépe klasická relé, určité zase optočleny. Oba typy výrobků se vyznačují určitými nectnostmi, které lze elegantně překonat použitím relé s pulzním transformátorem. Připomeňme si, že klasická relé nabízí výhody spočívající v nízké ceně, velmi dobrém izolačním napětí a jednoduchém řešení. Problémem (zejména v případě častého spínání zátěže či vlivu koroze) může být použití mechanického kontaktu. V tomto případě se nabízí použití oblíbených optočlenů, jež se ale zpravidla vyznačují vyšší cenou a hodnotou zbytkového (leakage) proudu, navíc nutností napájení spínaného obvodu.  Společnou výhodou klasických relé i optočlenů je dostupnost a standardizace, naopak společným problémem obou bývá spínání induktivních zátěží, náchylnost na zbytkový proud a nehodnověrná signalizace indikačních LED diod. Určitou část nežádoucích vlastností lze samozřejmě eliminovat pečlivým výběrem výrobku, přesto nelze zahnat myšlenku, že moderní zařízení by si mělo s naznačenými problémy poradit lépe, tedy standardním způsobem a levně.

Výstupní relé DELCON

Česká pobočka OEM Automatic od roku 2006 spolupracuje s finskou společností DELCON, jež vyvinula vlastní koncepci oddělovacích a spínacích relé, která využívají pulzní transformátor. Již níže uvedené blokové schéma naznačuje další odlišnost konstrukce a silné stránky těchto relé.

Blokové schéma typického výstupního relé DELCON

Odolnost proti kapacitním přeslechům a induktivní vazbě

Jak známo, kapacita mezi žilami kabelu může dosáhnout cca 0,3µF/km, v kombinaci s induktivní vazbou (závislou na provedení kabelů) vznikne na neodstíněných signálových kabelech vedených paralelně se silovými kabely již poměrně velké napětí, které může způsobit nesprávnou funkci navazujících zařízení. Vstupní diodový obvod relé DELCON zajistí imunitu vůči tomuto druhu rušení.

Odolnost vůči svodovému proudu

Relé DELCON jsou odolné vůči zbytkovému proudu ze vstupních zařízení. Zejména dvouvodičové indukční snímače na střídavé napětí, jež mají jako spínací prvek tyristor, jsou nechvalně známé tím, že tento proud dosahuje až řádu jednotek mA. Pokud má navazující zařízení příliš velký vnitřní odpor, může být sepnuto tímto zbytkovým proudem, tedy přestože snímač nedetekuje daný předmět. Tato situace se týká především klasických oddělovacích relé - na jejich cívce (typ. o odporu v řádech desítek k?) vznikne díky zbytkovému proudu (typ. okolo 3mA ) napětí okolo 100V, zpravidla postačující minimálně ke kmitání kontaktu relé. Problém lze samozřejmě řešit instalací relé s nižším vnitřním odporem, to má však často větší vnější rozměry oproti zamýšlenému. Šířka patic i relé DELCON (i přes odlišné provedení vývodů) odpovídá šířce běžně užívaných oddělovacích relé - relé DELCON se tedy vejdou i do běžných modulárních rozvodnic.

Hystereze

Zatímco napěťovou hysterezi pochopitelně mají i klasická relé (k sepnutí relé je třeba vyššího napětí než k jeho rozepnutí), zajímavým jevem je proudová hystereze relé DELCON - pro udržení tohoto relé v sepnutém stavu postačuje nižší proud než k jeho zapnutí. Tento jev zásadně pomáhá spolehlivosti sepnutí.

Napájení, funkce a ochrana spínacích prvků

Spínací prvky jsou na rozdíl od optočlenů napájeny z primáru prostřednictvím pulzního transformátoru, který zajedno zaručuje galvanické oddělení (izolační napětí je 4,3kV), zadruhé poskytuje dostatek energie pro napájení výkonných spínacích prvků. Tento způsob napájení spínacích prvků umožňuje každému relé DELCON pracovat naprázdno.

Relé DELCON spínající střídavé zátěže využívají jako spínací prvek triak, zpoždění při sepnutí je podle typu modulu 0,3 - 50ms, což je pro účely střídavých aplikací stále velice příznivá hodnota. Triak je chráněn podle možných jevů na zátěži: proti napěťovým špičkám u všech typů varistorem, proti vysokofrekvenčnímu rušení u vybraných typů RC článkem. Relé DELCON bez RC článku se samozřejmě vyznačují velice nízkým zbytkovým proudem (50µA).

Relé DELCON ke spínání stejnosměrných zátěží využívají ke spínání MOSFETy, jež mají ve verzi na stejnosměrné napájení zpoždění při sepnutí typicky 0,3 - 1ms; určité typy jsou schopny dosáhnout frekvence spínání 10kHz, lze jimi tedy zpracovat signál například z enkodérů.

Barevné rozlišení

Relé DELCON jsou barevně odlišeny pro rychlou orientaci, s jakým napětím (vstupním i výstupním) relé pracuje a zda slouží jako vstupní či výstupní, tedy zda jeho hlavní funkcí je zpracování vstupního signálu a jeho standardizace pro jeho další použití, či zda slouží hlavně ke spínání výstupního zařízení a problém se předpokládá na této straně.

Spínání stejnosměrných induktivních zátěží

Rychlé stárnutí klasických relé je často způsobeno rozpínáním induktivních zátěží, respektive podceněním zhášení elektrického oblouku. U klasických relé hodnota max. spínaného proudu prudce klesá s růstem spínaného napětí - i velice kvalitní a robustní relé (např. od námi zastupované firmy Comat/Releco) s dvojitými kontakty dimenzovanými na 10A / 250VAC / AC1 dokáží sepnout jen 0,3A / 220VDC / DC13. Lepších parametrů dosahují relé s permanentním magnetem (pro zhášení elektrického oblouku), který hodnotu vylepší na sice velmi dobrých 2A / 220VDC / DC13, ale na úkor ztráty typické hlavní výhody relé - nízké ceny. Hlavním problémem ale bude životnost takto provozovaného relé. Výstupní relé DELCON typu SLO24CRA4, dimenzované na spínání induktivních zátěží 4A / 250VDC s L/R = 5 ms dokáže při běžných 220VDC sepnout silně induktivní zátěž 1,8A s L/R = 50ms.

Shrnutí - stručný přehled vlastností relé DELCON

Pokud zde stručně shrneme uvedené poznatky, můžeme konstatovat, že relé DELCON charakterizuje:
- Izolační napětí 4,3kV (odpovídá mechanické vzdálenosti kontaktů 8mm)
- Přesná signalizace LED diody (absence jevu svítící LED diody při nesepnutém výstupu)
- Minimální zbytkový proud (není-li užit výstupní RC článek, tak pouze v řádech desítek µA)
- Odolnost proti zbytkovému proudu ze vstupního zařízení (typicky z 2-vodič. snímače na střídavé napětí)
- Odolnost proti kapacitním přeslechům a induktivní vazbě
- Možnost paralelního vedení signál. kabelů se silovými na vzdálenost v řádech stovek metrů až kilometrů
- Časté, případně až extrémně rychlé spínání zátěže (10kHz)
- Odolnost proti krátkodobému přetížení (určitá relé až 30x Inom / 20 ms)
- Odolnost proti přepětí, včetně rekuperačního napětí (typicky z motorových zátěží)
- Spínání induktivních zátěží (např. až s L/R = 100ms) s minimální korekcí spínaného proudu
- Fyzické zapojení totožné s klasickými relé - bezproblémové připojení bez nutnosti změn instalace
- Šíře patice totožná s paticí klasických oddělovacích relé - bezproblémové fyzické nahrazení
- Finská kvalita, dlouhá životnost (běžně minimálně 15 let) i záruka (3 roky)

Použití relé DELCON

Relé DELCON naleznou své opodstatnění v mnoha aplikacích, kde panují standardní i nestandardní podmínky: dlouhé signálové cesty (typicky v dolech, lomech, elektrárnách, vápenkách, cementárnách, chemičkách, galvanovnách, rafinériích, na přehradách, pilách, aj.), v rozvodných sítích s velkým kolísáním napětí (v rozvojových zemích, u provizorních rozvodů, aj.), v případě spínání induktivních zátěží (typicky solenoidových ventilů), v prostředí se silným rušením (typicky v rozvodnách, trafostanicích, aj.), na obtížně přístupných místech (na jeřábech, lodích, aj.), na místech s možností koroze mechanického kontaktu a obecně všude tam, kde je životnost klasického relé zkracována vnějšími vlivy.

V případě zájmu o vyzkoušení relé DELCON nabízíme zájemcům možnost nezávazného bezplatného zapůjčení příslušného relé s paticí k vyzkoušení v reálných podmínkách. Rozhodně uvítáme jakýkoli váš postřeh ohledně jejich použití v různých typech aplikací!

Autor děkuje za cenné připomínky a náměty pánům M.Semerádovi (OEM Automatic) a R.Konttinenovi (DELCON).