內(nèi)容提要：工作在長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米甚至數(shù)千米的長(zhǎng)控制線末端的繼電器，由于線路壓降和分布電容的原因，它們的工作條件與一般回路中的控制電器不盡相同。這些繼電器的選用條件是：……

==========================

我們來(lái)看下圖，這張圖是ABB在中東沙漠油田中的工程實(shí)錄：

圖中黃色的區(qū)域有兩個(gè)手動(dòng)控制按鈕，它們位于1800米之外，它們下方的繼電器則用于本地的控制。這兩個(gè)開關(guān)安裝得如此之遠(yuǎn)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生何種影響？

初步想來(lái)，影響應(yīng)當(dāng)有兩方面：第一是線路壓降，第二是線路的分布電容。前者有可能造成繼電器電壓過(guò)低而無(wú)法吸合，后者則有可能因?yàn)檫h(yuǎn)處的開關(guān)被分布電容給短路造成繼電器吸合后無(wú)法釋放。

現(xiàn)在我們就來(lái)討論這兩個(gè)問(wèn)題。

首先，我們把圖中關(guān)鍵部位給等效出來(lái)，如下：

圖中S2為中間繼電器K5的閉合按鈕，我們還看到S2的兩端接有長(zhǎng)達(dá)1800米的控制導(dǎo)線用于連通電源和中間繼電器線圈。容易看出，長(zhǎng)控制線的壓降會(huì)使中間繼電器線圈壓降不足，同時(shí)又可能因?yàn)殚L(zhǎng)控制線的分布電容產(chǎn)生漏電使得中間繼電器誤動(dòng)作。

我們來(lái)看中間繼電器的參數(shù)：

從表中的數(shù)據(jù)我們可以看出，這種中間繼電器屬于高靈敏繼電器，它的線圈電阻較大，吸合電流在220Vac電壓下只有13.7毫安，吸合沖擊電流為0.14A。

為了定量計(jì)算，我們來(lái)看具體的計(jì)算方法：

ΔUd%——單相線路電壓損失百分位數(shù)，單位：%/A.km

ΔUa%——三相線路電壓損失百分位數(shù)，單位：%/A.km

R0——線路單位長(zhǎng)度電阻，單位：Ω/km

X0——線路單位長(zhǎng)度電抗值，單位：Ω/km

I——線路電流，單位：A

L——線路從首端至負(fù)荷點(diǎn)的線路長(zhǎng)度，單位：km

UN——線路額定電壓，單位：V

注意哦，三相線路中對(duì)于每相的負(fù)載來(lái)說(shuō)只有一根線，但單相負(fù)載則有兩根線。這在我寫的一個(gè)回答農(nóng)村用電線路壓降的帖子中出現(xiàn)過(guò)。

這個(gè)公式出現(xiàn)在《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版的第9章中。有興趣的知友們可以去查閱。

該手冊(cè)在書中的表9-10還給出了如下數(shù)據(jù)：

現(xiàn)在，我們就可以來(lái)定量計(jì)算了。

我們?nèi)【€路的功率因數(shù)為0.8，由此推出正切值為0.75，導(dǎo)線的截面積取2.5平方毫米

，導(dǎo)線電阻為7981歐，電流為0.14A，導(dǎo)線長(zhǎng)度自然就是1.8km。我們將這些數(shù)據(jù)代入表達(dá)式中：

我們看到，線路壓降的百分位數(shù)僅為1.06%，中間繼電器的壓降百分比為98.94%，因此中間繼電器的吸合毫無(wú)問(wèn)題。

我們?cè)倏捶植茧娙荩?/p>

截面積為2.5平方毫米于護(hù)套線內(nèi)部芯線并未絞繞，所以λ=1；εr為5；ψ為0.94；D為3.87mm；r為0.80mm；電纜長(zhǎng)度是1.8km。我們來(lái)計(jì)算此線的電容量：

也即0.184微法的電容量。我們將此電容量折算成電抗，得到：

我們來(lái)看線路的等效原理圖，見圖：

我們已知繼電器線圈電阻RK5=16100Ω，繼電器線圈感抗XK5=j161Ω，1800米電纜分布電容容抗為Xc=-j17.3Ω，1800米電纜的電阻Rc=2x1.8x7.981≈28.73Ω。我們來(lái)求流經(jīng)分布電容和繼電器線圈的電流Ix：

雖然控制按鈕S2并未按下，但電纜的分布電容產(chǎn)生的漏電流有30毫安，而且呈現(xiàn)弱容性。我們已經(jīng)知道中間繼電器的吸合電流是13.7毫安，可見分布電容產(chǎn)生的漏電流足以讓中間繼電器吸合動(dòng)作。

結(jié)論：

對(duì)于高靈敏繼電器，當(dāng)它使用在具有長(zhǎng)控制線的場(chǎng)所，長(zhǎng)控制線的線路電阻影響不是很大，而線路的分布電容則有可能讓它自動(dòng)吸合，或者吸合后不釋放。

怎么辦？我們讓中間繼電器的吸合電流等于線路分布電容漏電流的1.2～2.0倍，則中間繼電器誤動(dòng)作問(wèn)題就可以解決。

設(shè)計(jì)舉例：

我們來(lái)看ABB的N系列、NL系列和NF系列中間繼電器參數(shù)，見表：

從表中所列參數(shù)可以看出，N系列屬于一般的中間繼電器，NL系列屬于較高靈敏度的中間繼電器，而NF屬于低保持功耗的中間繼電器。我們就用這三種系列的中間繼電器進(jìn)行比較性設(shè)計(jì)。

我們用表中的數(shù)據(jù)計(jì)算各系列中間繼電器的吸合沖擊電流，如下：

上表是各種系列繼電器的吸合電流，下表代入公式計(jì)算得到的線路壓降，線路參數(shù)自然就是：1.8千米長(zhǎng)導(dǎo)線，電纜截面為2.5平方毫米。

注意哦，上表中的電流是吸合沖擊電流。吸合沖擊電流大約等于維持電流的10倍。關(guān)于吸合沖擊電流的計(jì)算方法，可參見：

GB14048.5-2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第5-1部分：控制電路電器和開關(guān)元件，機(jī)電式控制電路電器》的表7：“不同使用類別的接通與分?jǐn)嗄芰Φ慕油ê头謹(jǐn)鄺l件”，還有表10：“不同使用類別的約定操作性能的接通和分?jǐn)鄺l件”。

可見，當(dāng)采用1.8km長(zhǎng)的2.5平方毫米電纜時(shí)，這三種中間繼電器吸合沖擊電流產(chǎn)生的線路壓降均滿足要求，線圈吸合電壓均大于額定電壓的85%。

再看分布電容漏電流的影響，結(jié)果如下表所示：

我們已經(jīng)知道1.8km長(zhǎng)的2.5平方毫米電纜其分布電容產(chǎn)生的漏電流是30毫安，可見只有N系列和NL系列兩款中間繼電器滿足要求，而且從可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，NL系列中間繼電器比N系列中間繼電器更優(yōu)。

==========================

結(jié)論：

1）在具有長(zhǎng)控制線的線路中，各類繼電器的靈敏度不要太高，夠用即可。否則，線路的分布電容有可能會(huì)使得這些繼電器提前吸合，或者吸住不放。

2）設(shè)計(jì)完畢，一定要用計(jì)算線路壓降的公式將數(shù)據(jù)校核一遍，以期獲得較為完善的結(jié)果。

3）若條件允許，最好采用4~20毫安的控制信號(hào)來(lái)傳遞控制信息。事實(shí)上，4~20毫安電流信息的可靠性比開關(guān)量信息和現(xiàn)場(chǎng)總線通信信息要高得多。

延伸閱讀：

低壓電氣和低壓電器技術(shù)之2——趣談電器中的導(dǎo)體發(fā)熱

低壓電氣和低壓電器技術(shù)之3——淺談低壓空氣開關(guān)中的“空氣”和滅弧原理

低壓電氣和低壓電器技術(shù)之7——淺談低壓斷路器的限流技術(shù)