內容提要：工作在長達數百米甚至數千米的長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：……

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我們來看下圖，這張圖是ABB在中東沙漠油田中的工程實錄：

圖中黃色的區域有兩個手動控制按鈕，它們位于1800米之外，它們下方的繼電器則用于本地的控制。這兩個開關安裝得如此之遠，會對系統產生何種影響？

初步想來，影響應當有兩方面：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低而無法吸合，后者則有可能因為遠處的開關被分布電容給短路造成繼電器吸合后無法釋放。

現在我們就來討論這兩個問題。

首先，我們把圖中關鍵部位給等效出來，如下：

圖中S2為中間繼電器K5的閉合按鈕，我們還看到S2的兩端接有長達1800米的控制導線用于連通電源和中間繼電器線圈。容易看出，長控制線的壓降會使中間繼電器線圈壓降不足，同時又可能因為長控制線的分布電容產生漏電使得中間繼電器誤動作。

我們來看中間繼電器的參數：

從表中的數據我們可以看出，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。

為了定量計算，我們來看具體的計算方法：

ΔUd%——單相線路電壓損失百分位數，單位：%/A.km

ΔUa%——三相線路電壓損失百分位數，單位：%/A.km

R0——線路單位長度電阻，單位：Ω/km

X0——線路單位長度電抗值，單位：Ω/km

I——線路電流，單位：A

L——線路從首端至負荷點的線路長度，單位：km

UN——線路額定電壓，單位：V

注意哦，三相線路中對于每相的負載來說只有一根線，但單相負載則有兩根線。這在我寫的一個回答農村用電線路壓降的帖子中出現過。

這個公式出現在《工業與民用配電設計手冊》第三版的第9章中。有興趣的知友們可以去查閱。

該手冊在書中的表9-10還給出了如下數據：

現在，我們就可以來定量計算了。

我們取線路的功率因數為0.8，由此推出正切值為0.75，導線的截面積取2.5平方毫米

，導線電阻為7981歐，電流為0.14A，導線長度自然就是1.8km。我們將這些數據代入表達式中：

我們看到，線路壓降的百分位數僅為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問題。

我們再看分布電容：

截面積為2.5平方毫米于護套線內部芯線并未絞繞，所以λ=1；εr為5；ψ為0.94；D為3.87mm；r為0.80mm；電纜長度是1.8km。我們來計算此線的電容量：

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。我們來求流經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生的漏電流有30毫安，而且呈現弱容性。我們已經知道中間繼電器的吸合電流是13.7毫安，可見分布電容產生的漏電流足以讓中間繼電器吸合動作。

結論：

對于高靈敏繼電器，當它使用在具有長控制線的場所，長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，則中間繼電器誤動作問題就可以解決。

設計舉例：

我們來看ABB的N系列、NL系列和NF系列中間繼電器參數，見表：

從表中所列參數可以看出，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行比較性設計。

我們用表中的數據計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，下表代入公式計算得到的線路壓降，線路參數自然就是：1.8千米長導線，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。關于吸合沖擊電流的計算方法，可參見：

GB14048.5-2008《低壓開關設備和控制設備第5-1部分：控制電路電器和開關元件，機電式控制電路電器》的表7：“不同使用類別的接通與分斷能力的接通和分斷條件”，還有表10：“不同使用類別的約定操作性能的接通和分斷條件”。

可見，當采用1.8km長的2.5平方毫米電纜時，這三種中間繼電器吸合沖擊電流產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，結果如下表所示：

我們已經知道1.8km長的2.5平方毫米電纜其分布電容產生的漏電流是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出發，NL系列中間繼電器比N系列中間繼電器更優。

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結論：

1）在具有長控制線的線路中，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使得這些繼電器提前吸合，或者吸住不放。

2）設計完畢，一定要用計算線路壓降的公式將數據校核一遍，以期獲得較為完善的結果。

3）若條件允許，最好采用4~20毫安的控制信號來傳遞控制信息。事實上，4~20毫安電流信息的可靠性比開關量信息和現場總線通信信息要高得多。

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