Różnica między przekaźnikiem a stycznikiem: cechy i różnice

Przy planowaniu sieci elektroenergetycznych o różnym stopniu złożoności (obejmującym nie tylko liczbę odbiorców końcowych, ale także ich charakterystykę elektryczną) projektanci stają przed koniecznością automatyzacji otwierania i zamykania obwodów. Na szczęście nie brakuje odpowiednich urządzeń. Na rynku dostępnych jest kilkadziesiąt modeli przekaźników i styków zarówno dla systemów nisko- jak i wysokoprądowych.

Ale w tym tkwi problem. Nie zawsze jest oczywiste, które konkretne urządzenie do otwierania lub zwarcia zasilania jest najlepsze. I o ile w kwestii parametrów elektrycznych wszystko jest jasne, o tyle zasada działania nie jest już tak oczywista.

I tak w tym materiale przyjrzymy się różnicy pomiędzy przekaźnikiem a stycznikiem, specyfice ich wykorzystania oraz podstawowym różnicom pomiędzy tymi dwoma kategoriami urządzeń.

Właściwości sieci o różnych poziomach indukcyjności

Jednym z największych wyzwań w projektowaniu sieci elektrycznych są błędy łukowe na kluczowych stykach. Mogą się one pojawić nawet w domu – na przykład po podłączeniu wadliwej ładowarki do smartfona lub laptopa można zaobserwować niewielkie, krótkie migotanie. Nazywa się to wyładowaniem łukowym.

Wyładowania łukowe (łuki elektryczne) charakteryzują się wysokim napięciem spowodowanym różnicą potencjałów na bokach. Natężenie prądu może być wyjątkowo niskie. Przykładowo, łuki elektryczne można zaobserwować podczas czesania długich włosów grzebieniem z materiału syntetycznego – a rozchodzące się „iskry” z pewnością nie są w stanie nikogo zabić. Ich napięcie może być w dziesiątkach tysięcy woltów.

Wyładowania łukowe na stykach łączników (wyłączników, przekaźników, a nawet gniazdek) mają podobny charakter, ale są bardziej niszczące. Ponieważ natychmiast podnoszą one temperaturę powierzchni, na której występują, mogą po prostu stopić metal. W rzeczywistości, dlatego są one stosowane w spawaniu.

A zgodnie z prawem Joule’a-Lenza, gdy zaczyna się tworzyć łuk, następuje znaczny wzrost natężenia prądu. Zasadniczo występuje coś w rodzaju zwarcia, ale nie powoduje ono (w krótkim okresie czasu) uszkodzenia urządzenia lub obwodu.

W sieciach prądu przemiennego łuki powstają głównie z powodu indukcji. Dokładniej, po podłączeniu do odbiorników końcowych o znacznej indukcyjności. W grę wchodzi kilka praw fizycznych, w tym nawet powstawanie prądów reakcyjnych.

Stosowanie przekaźników jest niepraktyczne, a nawet niebezpieczne w sieciach, w których zainstalowane są odbiorniki końcowe o dużej indukcyjności. Klasyczny mechanizm tego łącznika polega po prostu na połączeniu dwóch styków w celu utworzenia obwodu – przez czas, polecenie, temperaturę lub inne czynniki zewnętrzne, w zależności od rodzaju i przeznaczenia urządzenia. Jednak w każdym przypadku ten mechanizm przełączania prowadzi do powstania łuku elektrycznego. To z kolei charakteryzuje się dużym ryzykiem dla samego przekaźnika.

Kiedy właściwe jest użycie przekaźnika

Nie łudź się, że klasyczne przekaźniki są przeznaczone tylko do zastosowań niskoprądowych (domowych lub niektórych przemysłowych). Urządzenia te sprawdzają się w różnych środowiskach. Na przykład przekaźniki są często używane w lotnictwie do przełączania prądów stałych o wartości do setek amperów.

Główną cechą tych urządzeń elektromechanicznych jest to, że nie są one przeznaczone do pracy w łuku elektrycznym. Ich styki mogą zostać fizycznie uszkodzone przez to działanie, co prowadzi do utraty funkcjonalności i innych negatywnych konsekwencji – aż do zwarć lub zniszczenia maszyny.

Przekaźniki dobrze nadają się do przełączania obwodów wtórnych, w których znajdują się odbiorniki końcowe o niskiej indukcyjności. Na przykład lampy i systemy oświetleniowe, alarmy, urządzenia elektryczne małej mocy. Idealnie, jeśli w podłączonych urządzeniach nie ma silników elektrycznych lub innych elementów funkcjonalnych o znacznym poziomie indukcji.

Jednocześnie napięcie i prąd nie mają znaczenia. Istnieją przekaźniki niskoprądowe do stosowania w zasilaczach domowych oraz przekaźniki wysokoprądowe do przełączania wysokich amperowych prądów ciągłych. Głównym problemem jest właśnie kwestia indukcji i wynikającego z niej powstawania „iskier.

Nawiasem mówiąc, zasilacze, które zamieniają prąd zmienny na stały o obniżonym napięciu i natężeniu, to urządzenia o stosunkowo dużej indukcyjności. Dlatego lepiej nie używać przekaźników do ich przełączania. Zdarza się też, że z tego powodu „iskrzą” po włożeniu do gniazda.

Kiedy praktyczne jest stosowanie styczników?

Styczniki stosowane są do przełączania sieci prądu przemiennego, w których podłączone są obciążenia o dużej indukcyjności. Nie są one odporne na błąd łuku, ale starają się unikać łuku w jak największym stopniu. W tym celu wyposaża się je w różnego rodzaju dodatkowe elementy ochronne, jeden lub kilka:

1. Komory tłumienia łuku elektrycznego. Są to specjalne siatki, które neutralizują „iskry”. Łuk pomiędzy metalowymi płytami wydłuża swoją długość – i w ten sposób stygnie aż do całkowitego wygaszenia;

2. Mechanicznie ruchome styki, które nadają się do aktywnego przełączania. Większość styczników domowych i przemysłowych jest zaprojektowana dla częstotliwości przełączania od 30 do 3600 działań przełączających (cykli ON/OFF) na godzinę;

3. Oddzielny obwód sterowania. Krąży w nim pomocniczy prąd elektryczny, który ma znacznie niższe napięcie niż główny.

Dzięki tym wszystkim cechom konstrukcyjnym i technologicznym styczniki nadają się do sterowania sieciami z podłączonymi odbiornikami o dużej indukcyjności – od urządzeń domowych z silnikami elektrycznymi (lodówki, pralki, wentylatory) do maszyn przemysłowych.

Ponadto należy zauważyć, że maszyny z silnikami elektrycznymi mają tendencję do zużywania znacznie większych prądów przy rozruchu niż podczas pracy. Kiedy silnik się uruchamia, moc wzrasta gwałtownie – a wraz z nią natężenie prądu (w amperach) – co prowadzi do przeciążenia linii. Często przekaźniki zaprojektowane do pracy w systemach niskoprądowych nie wytrzymują obciążenia. W przypadku styczników nie ma takich problemów.

Podobnie nie należy zakładać, że stycznik jest urządzeniem do stosowania w ciężkich prądach. Istnieją modele przeznaczone do użytku domowego. Na przykład na rynku dostępne są styczniki na napięcie znamionowe 230 V i prądy 10 Amperów. W tym przypadku ich cewki są podłączone do pomocniczego obwodu 110 V.

Porównanie przekaźników i styczników

Podsumujmy więc, porównując te dwa typy urządzeń przełączających.

Styczniki są szczególnie przydatne tam, gdzie spodziewany jest duży pobór prądu lub wysoka indukcyjność i/lub napięcie bierne podczas rozruchu. W innych przypadkach wystarczy przekaźnik.