Твердотельные реле KIPPRIBOR

Твердотельные реле KIPPRIBOR обеспечивают надежную коммутацию в диапазоне токов нагрузки от 5 до 800 А. Конструктивно высоконадежны (полная заливка элементов компаундом, медное основание для эффективного теплоотвода, автоматизированное производство, особая методика тестирования готовых изделий).

Твердотельные реле (ТТР от англ. SSR - Solid State Relay) – это один из видов электрических реле, полупроводниковые приборы, выполненные по гибридной технологии, содержащие в своем составе мощные силовые ключи на симисторных, тиристорных либо транзисторных структурах. Твердотельные реле с успехом используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей. Обеспечивают наиболее надежный метод коммутации цепей. Роль твердотельных реле в современных системах автоматики и управления переоценить трудно. В последние годы в различных областях техники: автомобильной электронике, системах связи, бытовой электронике и промышленной автоматике – происходит интенсивная замена электромагнитных реле и контакторов на их электронные твердотельные аналоги. Однофазные и трехфазные твердотельные реле KIPPRIBOR применяются в различных производственных процессах: управлении лампами накаливания, нагревательными элементами, маломощными электродвигателями, электромагнитами, соленоидными клапанами, а также иными исполнительными устройствами. Применение твердотельных реле обеспечивает высокую надежность и увеличивает срок службы систем управления технологическим оборудованием.

Преимущества твердотельных реле по сравнению с электромеханическими реле и контакторами

• ВЫСОКАЯ НАДЕЖНОСТЬ, обусловленная отсутствием механических контактов, подтверждается высокой наработкой на отказ;
• НЕИЗМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ в течение всего срока службы;
• ОТСУТСТВИЕ ДРЕБЕЗГА КОНТАКТОВ, искр и электрической дуги при коммутации, что значительно снижает внутрисхемный уровень помех в аппаратуре и обеспечивает стабильность её работы;
• ОТЛИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ изоляционных свойств между управляющими и силовыми цепями (до 4 кВ), высокое сопротивление изоляции корпуса;
• НИЗКОЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ: твердотельные реле потребляют электроэнергии значительно меньше, чем электромагнитные реле и контакторы;
• ОТСУТСТВИЕ акустического шума;
• ВЫСОКОЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ;
• МАЛЫЕ ГАБАРИТЫ и вес.

Экономический эффект от использования твердотельных реле (ТТР)

Преимущество и надежность твердотельных реле перед электромагнитными пускателями можно показать простым арифметическим расчетом. Считать будем в твердой валюте.

Предположим, что перед нами стоит задача коммутации цепи питания трехфазного нагревательного элемента, который поддерживает температуру в технологическом процессе при помощи ПИД-регулятора. Мощность нагревателей примем равной 50 кВт (Рн), напряжение питания трехфазное – 380В (Uл), схема соединения нагревателей – «треугольник». Рассчитаем номинальный ток нагрузки с целью выбора требуемых коммутационных аппаратов, подберем необходимый для наших условий контактор фирмы Schneider Electric экономичной серии Tesys E и альтернативный вариант на ТТР KIPPRIBOR серии SBDH.

1. Расчет тока нагрузки

Ток нагрузки для 3-х фазной сети по схеме «треугольник»: Iн = Pн/(√3×Uл×cosφ) = 50 000 /(√3×380×1) = 76А, где Рн – мощность нагревателей, в нашем случае 50 кВт; Uл – линейное напряжение, в нашем случае 380В; cosφ – коэффициент мощности, для нагревателей cosφ=1.

2. Выбор коммутационных аппаратов

Выбираем контактор на ток до 80 A для нагревателя (нагрузка категории АС-1) по каталогу Schneider Electric, это модификация LC1E50M5, справочная цена 35 у.е.

Выбираем ТТР серии SBDH (по одному на фазу), исходя из рекомендуемого запаса по току в 30% (76А×1,3≈99А). Используя таблицу подбора ТТР, выбираем однофазное твердотельное реле SBDH-10044.ZD3 и радиатор охлаждения РТР063.1. Справочная цена комплекта: 50 у.е. Стоимость для трех коммутируемых фаз составит 150 у.е. На первый взгляд, вариант с твердотельным реле дороже применения контактора.

3. Оценка затрат за три года эксплуатации

Рассчитаем ресурс контактора при управлении им от ПИД-регулятора. Для примера рассмотрим случай поддержания температуры в промышленной печи, когда количество циклов коммутации – 10 циклов/мин (наиболее распространенный случай).

За 8-часовой рабочий день количество циклов коммутации составит: 10 циклов/мин × 60 мин × 8 часов ≈ 4800 циклов/раб. день.

Делаем поправку, учитывая простои печи на время выгрузки/загрузки сырья и технологических пауз (коэффициент 0,8): 4800 × 0,8 = 3840 циклов/раб. день.

Исходя из показателя электрической износостойкости (для контактора LC1E50M5 это 0,35 млн циклов для нагрузки по категории АС-1) вычисляем количество дней, которые контактор может гарантированно проработать: (350000 циклов)/(3840 циклов/день) = 91 рабочий день.

Расчитаем требуемое количество контакторов для эксплуатации оборудования в течение 3-х лет, если принять, что в году 250 рабочих дней: ((250 раб. дней×3 года))/(91 раб. день) ≈ 9 штук. В итоге, финансовые затраты за 3 года эксплуатации оборудования составят: при использовании контакторов: 9 шт. Х 35 у.е = 315 у.е.*, при использовании ТТР: 150 у.е.

Вывод

Таким образом за счет исключения ограничения на количество циклов коммутации твердотельных реле по сравнению с электромеханическими аппаратами, экономия денежных средств за срок эксплуатации составляет 165 у.е. Значит, увеличение количества применений твердотельных реле в процессах с частой коммутацией, позволяет достичь существенного экономического эффекта. И окупаемость первоначальных затрат.

* без учета затрат на планово-предупредительный ремонт (ППР) для обслуживания контакторов (периодическая протяжка клемм, замена вышедших из строя аппаратов), а также без учета убытков от простоя на время ППР.

Преимущества твердотельных реле

Твердотельное реле

• длительный ресурс эксплуатации
• неизменные характеристики в течение всего срока службы
• отсутствие помех при коммутации в электрической сети
• низкое энергопотребление
• отсутствие шума при работе
• качественное регулирование, сокращающее энергопотребление нагрузки за счет большей допустимой частоты циклов вкл/выкл

• более высокая стоимость внедрения
• чувствительны к перегрузкам в коммутируемой цепи

Контактор

• выдерживает пусковые токи и кратковременные перегрузки
• меньшая стоимость внедрения

• меньший ресурс эксплуатации
• высокий уровень создаваемых помех
• снижение допустимых токов нагрузки в процессе эксплуатации
• высокий уровень акустического шума при коммутации
• большое время цикла вкл./выкл.

Обзор твердотельных реле KIPPRIBOR

Тип корпуса	Малогабаритный	Стандартный корпус	Стандартный корпус	Стандартный корпус
Серия	Серия MD-xx44.ZD3	Серия HD-хх44.ZD3	Серия HD-хх44.ZA2	Серия HD-хх25.DD3
Назначение	для коммутации маломощной нагрузки	общепромышленные	общепромышленные	для коммутации цепей-     постоянного тока
Количество фаз	однофазное	однофазное	однофазное	однофазное
Тип коммутируемой сети	однофазная трехфазная (устанавливается одно ТТР на каждую фазу) по схеме «звезда», «звезда с нейтралью», «треугольник»			oднофазная
Вид коммутируемого тока	переменный ток	переменный ток	переменный ток	постоянный ток
Тип нагрузки	резистивная (до 12 А)/ индуктивная (до 1,5 А)	резистивная (до 30 А)/ индуктивная (до 4 А)	резистивная (до 60 А)/ индуктивная (до 8 А)	резистивная (до 30 А) индуктивная (до 4 А)
Управляющий сигнал (диапазон или тип)	3…32 VDC	3…32 VDC	90…250 VAC	5…32 VDC
Диапазон коммутируемого напряжения	24…440 VAC	40…440 VAC	40…440 VAC	12…250 VDC
Максимальное пиковое напряжение	9 класс (900 VAC)	9 класс (900 VAC)	9 класс (900 VAC)	4 класс (400 VAC)
Пороги вкл/выкл управляющего сигнала	3 / 1 VDC	3 / 1 VDC	90 / 10 VAC	5 / 1 VDC
Тип выходных силовых элементов	симистор (TRIAC)	симистор (TRIAC)	HD-1044.ZА2, HD-2544.ZА2, HD-4044.ZА2– симистор (TRIAC) HD-6044.ZА2, HD-8044.ZА2– тиристор	транзистор
Вид коммутации	коммутация при переходе через 0			-
Потребляемый ток в цепи управления	6…35 мА	6…35 мА	5…30 мА	5…35 мА
Падение напряжения на реле в коммутируемой цепи	≤1,6 VAC	≤1,6 VAC	≤1,6 VAC	≤1,2 VAC
Ток утечки в коммутируемой цепи	≤10 мА	≤10 мА	≤10 мА	≤10 мА
Время переключения реле	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤5 мс (при частоте 50 Гц)
Гальваническая изоляция цепи управления	есть	есть	есть	есть
Сопротивление изоляции	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)
Электрическая прочность изоляции	соответствует стандартам UL1577 (2500 V в течение одной минуты)
Материал основания	алюминий	медь, гальванизированная никелем		медь, гальванизированная никелем
Габаритные размеры и масса	38,5х28,7х18 мм; ≤30 г	57,2х43,5х29 мм; ≤150 г	57,2х43,5х29 мм; ≤150 г	57,2х43,5х29 мм; ≤150 г

Тип корпуса	Стандартный корпус	Стандартный корпус	Стандартный корпус	Стандартный корпус
Серия	Серии HD-xx44.VA	Серия HD-xx22.10U	Серия HD-xx25.LA	Серия HDH-xx44.ZD3
Назначение	для непрерывного регулирования напряжения	для непрерывного регулирования напряжения	для непрерывного регулирования напряжения	для коммутации мощной нагрузки
Количество фаз	однофазное	однофазное	однофазное	однофазное
Тип коммутируемой сети	oднофазная
Вид коммутируемого тока	переменный ток	переменный ток	переменный ток	переменный ток
Тип нагрузки	резистивная (до 30 А)	резистивная (до 30 А)	резистивная (до 60 А)	резистивная (до 90 А)/ индуктивная (до 12 А)
Управляющий сигнал (диапазон или тип)	переменный резистор 470...560кОм	унифицированный сигнал напряжения 0…10 В	унифицированный сигнал тока 4…20 мА	3…32 VDC
Диапазон коммутируемого напряжения	10…440 VAC при Uпит.нагр.=220/380 VAC	10…220 VAC при Uпит.нагр.=220 VAC	10…250 VAC при Uпит.нагр.=220/230 VAC	40…440 VAC
Максимальное пиковое напряжение	9 класс (900 VAC)	6 класс (600 VAC)	9 класс (900 VAC)	9 класс (900 VAC)
Пороги вкл/выкл управляющего сигнала	-	-	-	3 / 1 VDC
Тип выходных силовых элементов	симистор (TRIAC)	симистор (TRIAC)	симистор (TRIAC)	тиристор SCR-типа на керамической подложке
Вид коммутации	фазовое управление симистором
Потребляемый ток в цепи управления	3...5 мА	3...5 мА	4...20 мА	6…25 мА
Падение напряжения на реле в коммутируемой цепи	-	-	-	≤1,6 VAC
Ток утечки в коммутируемой цепи	-	-	-	≤10 мА
Время переключения реле	-	-	-	≤10 мс (при частоте 50 Гц)
Гальваническая изоляция цепи управления	нет	есть	есть	есть
Сопротивление изоляции	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)
Электрическая прочность изоляции	соответствует стандартам UL1577 (2500 V в течение одной минуты)
Материал основания	медь, гальванизированная никелем	алюминий	медь, гальв. никелем	медь, гальванизированная никелем
Габаритные размеры и масса	57,2х43,5х29 мм; ≤150 г	60х45х26 мм; ≤145 г	57,2х43,5х29 мм; ≤150 г	57,2х43,5х29 мм; ≤150 г

B

Тип корпуса	Промышленный корпус малогабаритный	Промышленный корпус	Промышленный корпус с усиленным теплоотводом	Промышленный корпус с водяным охлаждением
Серия	Серия SBDH-xx44.ZD3	Серия BDH-xx44.ZD3	Серия GaDH-xxx120.ZD3	Серия GwDH-xxx120.ZD3
Назначение	для коммутации мощной нагрузки	для коммутации мощной нагрузки	для обеспечения гарантированного запаса по току	для обеспечения гарантированного запаса по току
Количество фаз	однофазное	однофазное	однофазное	однофазное
Тип коммутируемой сети	=однофазная трехфазная (устанавливается одно ТТР на каждую фазу) по схеме «звезда», «звезда с нейтралью», «треугольник»
Вид коммутируемого тока	переменный ток	переменный ток	переменный ток	переменный ток
Тип нагрузки	резистивная (до 112 А)/ индуктивная (до 15 А)	резистивная (до 187 А)/ индуктивная (до 25 А)	резистивная (до 600 А)/ индуктивная (до 80 А)	резистивная (до 600 А)/ индуктивная (до 80 А)
Управляющий сигнал (диапазон или тип)	3…32 VDC	3…32 VDC	3…32 VDC	3…32 VDC
Диапазон коммутируемого напряжения	40…440 VAC	40…440 VAC	60…1000 VAC	60…1000 VAC
Максимальное пиковое напряжение	12 класс (1200 VAC)	11 класс (1100 VAC)	16 класс (1600 VAC)	16 класс (1600 VAC)
Пороги вкл/выкл управляющего сигнала	3 / 1 VDC	3 / 1 VDC	3 / 1 VDC	3 / 1 VDC
Тип выходных силовых элементов	тиристор SCR-типа на керамической подложке	тиристор SCR-типа на керамической подложке	тиристор SCR-типа на керамической подложке	тиристор SCR-типа на керамической подложке
Вид коммутации	коммутация при переходе через 0
Потребляемый ток в цепи управления	5…25 мА	5…25 мА	5…25 мА	5…25 мА
Падение напряжения на реле в коммутируемой цепи	≤1,6 VAC	≤1,6 VAC	≤1,6 VAC	≤1,6 VAC
Ток утечки в коммутируемой цепи	≤10 мА	≤10 мА	≤10 мА	≤10 мА
Время переключения реле	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤10 мс (при частоте 50 Гц)
Гальваническая изоляция цепи управления	есть	есть	есть	есть
Сопротивление изоляции	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)
Электрическая прочность изоляции	соответствует стандартам UL1577 (2500 V в течение одной минуты)
Материал основания	медь, гальванизированная никелем
Габаритные размеры и масса	92х25х36 мм; ≤180 г	94х34х43 мм; ≤235 г	115х53х62 мм/127х63х72 мм; ≤1800 г	147х53х68,5 мм/160х63х72 мм; ≤1800 г

Тип корпуса	Корпус для трехфазного реле	Корпус для трехфазного реле
Серия	Серия HT-хх44.ZD3	Серия HT-хх44.ZA2
Назначение	для коммутации трехфазной нагрузки	для коммутации трехфазной нагрузки
Количество фаз	трехфазное	трехфазное
Тип коммутируемой сети	однофазная (три группы) трехфазная по схеме «звезда», «звезда с нейтралью», «треугольник»
Вид коммутируемого тока	переменный ток	переменный ток
Тип нагрузки	резистивная (до 90 А)	резистивная (до 90 А)
Управляющий сигнал (диапазон или тип)	3…32 VDC	90…250 VAC
Диапазон коммутируемого напряжения	40…440 VAC	40…440 VAC
Максимальное пиковое напряжение	9 класс (900 VAC)	9 класс (900 VAC)
Пороги вкл/выкл управляющего сигнала	3 / 1 VDC	90 / 10 VAC
Тип выходных силовых элементов	HT-1044.ZD3, HT-2544.ZD3, HT-4044.ZD3– симистор (TRIAC) HT-6044.ZD3, HT-8044.ZD3 – тиристор, HT-10044.ZD3, HT-12044.ZD3 – тиристор SCR-типа на керамической подложке	HT-1044.ZА2, HT-2544ZА2, HT-4044.ZА2– симистор (TRIAC) HT-6044.ZА2, HT-8044.ZА2 , HT-10044. ZA2, HT-12044.ZA2 - тиристор
Вид коммутации	коммутация при переходе через 0
Потребляемый ток в цепи управления	6…35 мА	5…35 мА
Падение напряжения на реле в коммутируемой цепи	≤1,6 VAC (по каждой фазе	≤1,6 VAC (по каждой фазе
Ток утечки в коммутируемой цепи	≤10 мА (по каждой фазе)	≤10 мА (по каждой фазе)
Время переключения реле	≤10 мс (при частоте 50 Гц)	≤10 мс (при частоте 50 Гц)
Гальваническая изоляция цепи управления	есть	есть
Сопротивление изоляции	500 МОм (при 500 VDC)	500 МОм (при 500 VDC)
Электрическая прочность изоляции	соответствует стандартам UL1577 (2500 V в течение одной минуты)
Материал основания	медь, гальванизированная никелем
Габаритные размеры и масса	106х75х31,5 мм; ≤540 г	106х75х31,5 мм; ≤540 г

Подбор однофазного ТТР

Однофазное твердотельное реле можно использовать для коммутации как однофазной, так и трехфазной нагрузки. Для трехфазной нагрузки применение однофазных реле наиболее оправдано, поскольку позволяет повысить надежность коммутации нагрузки за счет использования отдельного ТТР на каждую фазу. Кроме того, возможность использования в разных фазах питающей сети твердотельных реле с разными значениями номинального рабочего тока позволяет применять их для коммутации несимметричной трехфазной нагрузки (когда токи в разных фазах разные) с любой из возможных схем соединения нагрузки:

• «звезда с нейтралью» в случае номинального рабочего напряжения нагрузки 220В;
• «звезда» без нейтрали в случае номинального рабочего напряжения нагрузки 220В;
• «треугольник» в случае номинального рабочего напряжения нагрузки 380В.

* Использование ТТР допускается только c нагрузкой активно-индуктивного типа с cosφ>0,5 и пусковым током не более10×Iном.

** ТТР серий HD-xx44.VA, HD-xx44.10U, HD-xx44.LA рекомендуется использовать только для регулирования напряжения резистивной нагрузки

Подбор трехфазного ТТР

Нагревательные элементы, в том числе трубчатые (ТЭНы), наряду с другими типами нагрузки, могут подключаться к трехфазной сети с использованием трех основных схем соединений: «звезда», «звезда с нейтралью» и «треугольник». При применении одного ТТР серии HT для управления трехфазной нагрузкой рекомендуется использовать схемы соединения нагрузки:

• =«звезда с нейтралью» в случае номинального рабочего напряжения нагрузки 220В;
• «треугольник» в случае номинального рабочего напряжения нагрузки 380В.

Внимание! Схема соединения «звезда» без нейтрали не рекомендуется к применению совместно с трехфазным ТТР, поскольку она не обеспечивает равномерности распределения нагрузки по фазам как в рабочем, так и в аварийном режиме, а следовательно, правильный выбор трехфазного ТТР в данном случае затруднен.

ШАГ 4: МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМЫЙ ТОК НАГРУЗКИ (справочно)	ШАГ 2: У ВАС РЕЗИСТИВНАЯ НАГРУЗКА Рекомендуемый ток резистивной нагрузки (на каждую фазу)	ШАГ 1: ВЫБЕРИТЕ ТИП УПРАВЛЯЮЩЕГО СИГНАЛА
		=3…32 V	~90…250 V
		ШАГ 3: РЕКОМЕНДУЕМАЯ МОДИФИКАЦИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО РЕЛЕ KIPPRIBOR
10 A	8 A	HT-1044.ZD3	HT-1044.ZA2
25 A	19 A	HT-2544.ZD3	HT-2544.ZA2
40 A	30 A	HT-4044.ZD3	HT-4044.ZA2
60 A	45 A	HT-6044.ZD3	HT-6044.ZA2
80 A	60 A	HT-8044.ZD3	HT-8044.ZA2
100 A	75 A	HT-10044.ZD3	HT-10044.ZA2
120 A	90 A*	HT-12044.ZD3	HT-12044.ZA2

* ВАЖНО! Для коммутации нагрузки свыше 90 А рекомендуется использовать мощные реле серий BDH-xx44.ZD3, SBDH-xx44.ZD3, GaDH-xxx120.ZD3, GwDH-xxx120.ZD3 (по одному для каждой из 3-х фаз). Реле серий BDH-xx44.ZD3, SBDH-xx44.ZD3, GaDH-xxx120.ZD3, GwDH-xxx120.ZD3 имеют корпус промышленного исполнения и удобный клеммник для присоединения проводов большого сечения или шин.

ВАЖНО!

• При коммутации токов свыше 5 А необходимо применение радиаторов охлаждения (см. стр. 24–27).

• При недостаточной естественной циркуляции воздуха через радиатор используйте рекомендуемый тип вентилятора (см. стр. 49–52)

• ТТР при отключении нагрузки не обеспечивают полного размыкания электрической цепи и выходные клеммы находятся под напряжением. Для полного отключения нагрузки в периоды технического обслуживания оборудования необходимо применять дополнительные меры по отключению цепи питания нагрузки – использовать контакторы, рубильники, выключатели нагрузки.