1 

 

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego 

Badanie przekaźników napięciowych 

 
 

1. 

Wiadomości teoretyczne 

Przekaźniki napięciowe, są to przekaźniki pomiarowe, reagujące na obniżenie się napięcia poniżej wartości 

nastawionej  (przekaźniki  podnapięciowe)  lub  jego  wzrost  powyżej  wartości  nastawionej  (przekaźniki 
nadnapięciowe). 

Zadziałanie  przekaźnika  podnapięciowego  następuje  z  chwilą  zmniejszenia  się  napięcia  poniżej  wartości 

nastawionej na podziałce, względnie przy zaniku napięcia (odwzbudzenie się przekaźnika). Następuje wówczas 
zamknięcie  zestyku.  Z  chwilą,  gdy  napięcie  osiągnie  wartość  określoną  współczynnikiem  powrotu,  następuje 
wzbudzenie przekaźnika i rozwarcie zestyku. 

Współczynnik powrotu określony jest wzorem: 
 

r

p

p

U

U

k



 

(1) 

 
Gdzie: 

Ur – napięcie rozruchowe przekaźnika, 

 

 

Up – napięcie powrotu przekaźnika. 

Dla przekaźników podnapięciowych współczynnik powrotu ma wartość większą od jedności. 
Zadziałanie przekaźnika nadnapięciowego następuje z chwilą wzrostu napięcia ponad wartość nastawioną na 

podziałce  (wzbudzenie  przekaźnika).  Gdy  napięcie  zmaleje  do  wartości  określonej  współczynnikiem  powrotu, 
następuje odwzbudzenie przekaźnika i powrót do położenia początkowego. W przekaźnikach nadnapięciowych 
współczynnik powrotu jest mniejszy od jedności. 

Od  przekaźników  napięciowych  wymaga  się:  małego  poboru  mocy,  dobrego,  bliskiego  jedności 

współczynnika powrotu, dużej niezawodności. 

Aby  zapobiec  zadziałaniu  przekaźników  napięciowych  wskutek  krótkotrwałych  zmian  napięcia, 

współpracują one często z przekaźnikami czasowymi. 

Ze  względu  na  zasadę  działania  rozróżniamy  przekaźniki  napięciowe  elektromechaniczne  (najczęściej 

elekromagnetyczne), statyczne i mikroprocesorowe. 
 

1.1. 

Budowa przekaźników napięciowych 

1.1.1.  Przekaźniki napięciowe elektromagnetyczne 

Przekaźniki  napięciowe  elektromagnetyczne  wykonane  są  w  oparciu  o  takie  same  konstrukcje  jak 

elektromagnetyczne przekaźniki prądowe. Inne jest tylko wykonanie elektromagnesu. Oporności uzwojeń są dość 
duże, a przekrój przewodów mniejszy. Prąd w uzwojeniu wymuszony jest przez przyłożone napięcie: 

 

p

Z

U

I



 

(2) 

Gdzie: 

I – prąd w uzwojeniu przekaźnika napięciowego, 
Zp –impedancja uzwojenia przekaźnika, 

 

 

U – napięcie przyłożone do uzwojenia przekaźnika. 

 
Aby  uzyskać  dużą  czułość,  należy  utrzymywać  stałą  wartość  prądu  podczas  działania  przekaźnika. 

Uzwojenie  powinno  posiadać  znaczną  przewagę  rezystancji  nad  reaktancją,  dzięki  czemu  zmiana  szczeliny 
powietrznej  podczas  ruchu  zwory,  powodująca  wzrost  indukcyjności  uzwojenia,  w  niewielkim  stopniu  będzie 
wpływać  na  zmianę  impedancji  uzwojenia.  Wpływa  to  na  poprawę  współczynnika  powrotu.  Przekaźniki 
napięciowe  elektromechaniczne  wykonywane  są  z  obrotową  zworą.  Zwora  połączona  jest  z  bębenkiem  o 
odpowiedniej  bezwładności,  w  celu  uniknięcia  wibracji  zestyku.  Zestyk  jest  połączony  równolegle  z  układem 

2 

 

RC,  dla  zwiększenia  zdolności  łączeniowej  przy  prądzie  stałym.  Cewki  przekaźnika  wykonane  są  przeważnie 
jako  dwudzielne  i  mogą  być  połączone  szeregowo  lub  równolegle,  dzięki  czemu  przekaźnik  ma  dwa  zakresy 
pomiarowe.  

Jeżeli  napięcie  przyłożone  do  uzwojenia  elektromagnesu  przekaźnika  przekroczy  wartość  rozruchową 

nadnapięciowego lub wartość powrotu dla przekaźnika podnapięciowego, powstaje moment pokonujący moment 
zwrotny sprężyny, zwora zostaje przyciągnięta i styki ruchome zmieniają swoje położenie. Po obniżeniu napięcia 
poniżej wartości rozruchowej dla przekaźników podnapięciowych lub poniżej wartości powrotu dla przekaźnika 
nad  napięciowego,  moment  zwrotny  sprężyny  przezwycięża  działanie  momentu  pochodzącego  od  strumienia 
magnetycznego. Zwora odpada, następuje przełączenie styków przekaźnika. 
 

1.1.2.  Przekaźniki napięciowe statyczne 

Przekaźniki statyczne w stosunku do przekaźników elektromechanicznych posiadają szereg zalet: 



 

mały pobór mocy, 



 

duża szybkość działania, 



 

szeroki  zakres nastawień, 



 

możliwość otrzymania różnorodnych charakterystyk, 



 

duża odporność na wibracje i korozję. 

Posiadają jednak liczne wady: 



 

mała odporność na przepięcia, 



 

zależność parametrów od temperatury i czasu pracy (starzenie się elementów), 



 

brak odpowiednich układów zasilania, 



 

trudna lokalizacja uszkodzeń. 

Przykładem typowego przekaźnika statycznego jest przekaźnik typu Ret-1, schemat blokowy 

przedstawia rys. 1. Kontrolowane napięcie jest transformowane (T), prostowane (P) i po wyfiltrowaniu (F) jest 
porównywane ze stabilizowanym napięciem odniesienia otrzymywanym z diody Zenera. Wartość i znak różnicy 
porównywanych napięć określają stan pracy przekaźnika elektronicznego, sterującego przekaźnikiem 
kontaktronowym, który steruje przekaźnikiem wyjściowym. 

Przekaźnik Ret-1 w zakresie od minimalnego napięcia skali do napięcia znamionowego pracuje jako 

podnapięciowy, a od napięcia znamionowego do maksymalnego napięcia skali, jako nadnapięciowy. 
 

 

 

Rys. 1. Schemat blokowy przekaźnika statycznego RET-1 

 

1.1.3.  Przekaźniki napięciowe mikroprocesorowe 

Przykładem  przekaźnika  mikroprocesorowego  jest  RET-410,  którego  parametry  i  zasadę  działania 

zamieszczono w załączniku stanowiącym DTR „Przekaźnik napięciowo-czasowy okienkowy RET – 410” 

3 

 

 

1.2. 

Zastosowanie przekaźników napięciowych 

1.2.1.  Zastosowanie przekaźników podnapięciowych 

Zastosowanie przekaźników podnapięciowych jest oparte głównie na wykorzystaniu zjawiska obniżania się 

napięcia podczas zwarć (rys. 2). 

Przekaźniki podnapięciowe znalazły zastosowanie w następujących układach zabezpieczeń: 



 

Zabezpieczenie generatorów synchronicznych od przeciążeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi, 



 

Zabezpieczenie transformatorów od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi, 



 

Zabezpieczenie silników od obniżenia się napięcia, 



 

Układy samoczynnego załączenia rezerwy. 

 

 

Rys. 2. Przebieg napięć linii trójfazowej podczas zwarć 

 
W celu poprawienia czułości zabezpieczenia nadprądowego generatora od zwarć wewnętrznych, aby lepiej 

rozróżniało przetężenia od zwarć, wprowadza się blokadę napięciową. Zabezpieczenie nie może działać w stanie 

4 

 

normalnej  pracy  układu,  dlatego  napięcie  rozruchowe  przekaźników  podnapięciowych  powinno  spełniać 
warunek: 

 

u

p

b

r

n

k

k

U

U

min



 

(3) 

Gdzie:  Umin 

- najmniejsza wartość napięcia generatora (0,95U

nG

), 

 

kb 

- współczynnik bezpieczeństwa (1,1), 

 

kp 

- współczynnik powrotu, 

 

nu 

- przekładnia przekładników napięciowych. 

Jednocześnie musi btyć spełniony warunek czułości zabezpieczenia: 
 

r

p

p

U

U

k



 

(4) 

 

Gdzie:  Uz 

- największa wartość napięcia, w przypadku zwarcia na końcu odcinka o największej  

impedancji, przyłączonego do szyn zbiorczych generatora, 

 

Kc 

- współczynnik czułości (1,3 – 1,4). 

 
Zabezpieczenie transformatora od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi jest uzupełnione blokadą 

napięciową w celu poprawienia czułości zabezpieczenia i odstrojenia od prądów przeciążeniowych (rys. 3). 

Napięcie rozruchowe przekaźników podnapięciowych powinno spełniać warunek: 
 

u

p

b

r

n

k

U

k

U

min



 

(5a) 

 

u

z

c

r

n

U

k

U



 

(5b) 

gdzie:  Umin 

- minimalne napięcie robocze zasilające transformator (0,9 – 0,95) UnT, 

Uz 

- największa wartość napięcia zwarcia, przy zwarciu na końcu odcinka o największej 
impedancji, przyłączonego do szyn zbiorczych zasilanych przez transformator, 

 

kb 

- współczynnik bezpieczeństwa, 

 

kp 

- współczynnik powrotu przekaźników podnapięciowych, 

 

kc 

- współczynnik czułości (1,3 – 1,4), 

 

nu 

- przekładnia przekładników napięciowych. 

 

 

Rys. 3 Zabezpieczenie nadprądowo – zwłoczne transformatorów uzupełnione układem blokady napięciowej 

5 

 

 
Zabezpieczenie silników od skutków obniżenia się napięcia wykonywane jest jako podnapięciowe zwłoczne 

(rys. 4). 

Napięcie  rozruchowe  przekaźników  podnapięciowych  przyjmuje  się  w  przybliżeniu  (0,6  –  0,7)  Un. 

Zabezpieczenie  to  działa  ze  zwłoką  0,5s  dla  silników  nie  podlegających  samorozruchowi  oraz  (6  –  10)s  dla 
silników podlegających samorozruchowi. 

 

 

Rys. 4.  

Zabezpieczenie silników wysokiego napięcia od zaniku napięcia: a) schemat ideowy, b) 
obwody napięciowe 

 
W układzie Samoczynnego Załączenia Rezerwy przekaźniki podnapięciowe kontrolują napięcie na szynach 

rezerwowanych. Napięcie rozruchowe dobiera się z zależności: 

 

u

p

b

s

r

n

k

k

U

U



 

(6) 

 

gdzie:  Us 

- napięcie na szynach zbiorczych podczas samorozruchu silników (0,3 – 0,6) Un, 

 

Uz 

- największa wartość napięcia zwarcia, przy zwarciu na końcu odcinka o największej 

impedancji, przyłączonego do szyn zbiorczych zasilanych przez transformator, 

 

kb 

- współczynnik bezpieczeństwa (1,1 – 1,3), 

 

kp 

- współczynnik powrotu przekaźników podnapięciowych, 

 

nu 

- przekładnia przekładników napięciowych. 

 

 

1.2.2.  Zastosowanie przekaźników nadnapięciowych 

Przekaźniki nadnapięciowe znalazły zastosowanie w następujących układach zabezpieczeń: 



  zabezpieczenia nadnapięciowe zerowe sieci o małym prądzie zwarcia z ziemią, 



 

zabezpieczenia generatorów od zwarć międzyzwojowych, 



 

zabezpieczenia generatorów od pojedynczych zwarć doziemnych w obwodzie wzbudzenia, 



 

zabezpieczenia hydrogeneratorów od podwyższenia napięcia w uzwojeniu stojana, 



 

układy Samoczynnego Załączenia Rezerwy. 

W  zabezpieczeniach  nadnapięciowych  zerowych  linii  średniego  napięcia,  wspólny  dla  całej  sieci  układ 

kontroli izolacji oparty jest na pomiarze składowej zerowej napięcia (rys. 5). W czasie normalnej pracy napięcie 
U

ab

 = 0 (uchyby przekładni oraz trzecia harmoniczna napięcia są pomijane). 

 
 

6 

 

 

Rys. 4.5 Schemat układu kontroli stanu izolacji sieci 

 
Przy doziemieniu napięcie Uab osiąga wartość: 
 

ut

f

ut

ab

n

U

n

U

U

3

3

0





 

(7) 

gdzie: 

n

ut

 

- przekładnia przekładników napięciowych odniesiona do układu otwartego trójkąta. 

 
Zasada  zabezpieczania  generatorów  od  zwarć  międzyzwojowych  oparta  jest  na  pomiarze  napięcia  miedzy 

sztucznym  punktem  zerowym  uzwojeń  pierwotnych  przekładników  napięciowych  oraz  oraz  punktem  zerowym 
uzwojeń generatora (rys. 6). W przypadku zwarć zwojowych pojawia się napięcie w obwodzie otwartego trójkąta 
przekładników napięciowych, a więc i na zaciskach przekaźnika nadnapięciowego. 

 

 

Rys. 6. Zabezpieczenie od zwarć międzyfazowych generatora 

 
Zabezpieczenie  hydrogeneratora  od  podwyższenia  napięcia  w  uzwojeniu  stojana  realizowane  jest  jako 

nadnapięciowe  zwłoczne,  włączone  na  napięcia  międzyprzewodowe.  Zwłoka  czasowa  zabezpieczenia 
przyjmowana jest na poziomi 0,5s. 

Napięcie rozruchowe zabezpieczenia dobiera się z zależności: 
 





u

n

r

n

U

U

4

,

1

2

,

1





 

(8) 

gdzie:  Un 

- napięcie znamionowe hydrogeneratora. 

 
W  zabezpieczeniu  generatora  od  pojedynczych  zwarć  doziemnych  w  obwodzie  wzbudzenia  przekaźnik 

nadnapięciowy jest włączony między dowolny punkt obwodu wzbudzenia i ziemię (rys. 7). W przypadku zwarcia 

7 

 

w obwodzie wzbudzenia przekaźnik jest zasilany napięciem występującym między punktem zwarcia, a punktem 
przyłączenia przekaźnika do opornika. 

 

 

Rys. 7.  

Schemat układu do kontroli stanu izolacji obwodu wzbudzenia  hydrogeneratora: 
Wgs – wirnik generatora, Wz - wzbudnica 

 
W  układach  Samoczynnego  Załączenia  Rezerwy  przekaźniki  nadnapięciowe  kontrolują  napięcie  w  torze 

rezerwowym,  aby  dopuścić  jego  załączenie  tylko  w  przypadku,  gdy  jego  wartość  umożliwi  samorozruch 
silników: 

 





U

U

k

U

kr

b

r







 

(9) 

 

gdzie:  Ukr 

- napięcie utyku silnika, 



U 

- spadek napięcia między silnikami i stacją rozdzielczą (miejsce pomiaru), spowodowany 
samorozruchem silników, 

Kb 

- współczynnik bezpieczeństwa (1,05 – 1,1). 

 

 

2. 

Przebieg pomiarów 

2.1. 

Dane techniczne przekaźników 

Na podstawie tabliczki znamionowej i dokumentacji techniczno-ruchowej należy określić znamionowe dane 

techniczne przekaźnika: typ, napięcie znamionowe, zakres napięć nastawczych, klasa. 

 

2.2. 

Wyznaczanie napięcia rozruchu i powrotu 

 
Pomiary należy przeprowadzić w układzie, którego schemat przedstawiono na rys. 8. 

8 

 

 

Rys. 8. Schemat układu pomiarowego do sprawdzania zabezpieczenia napięciowego RET-410 

 
 

 

2.2.1.  Badanie członu nadnapięciowego 

 

Przed przystąpieniem do pomiarów należy nastawić odpowiednio: 
- czasy t1 = 0s, t2 = 0s; 
- napięcie U1=10V; 
- napięcie U2 = właściwą wartość pomiarową (z przedziału 15V .. 90V). 
 
Regulując  od  zera  wartość  napięcia przy pomocy autotransformatora  osiąga  się  napięcie, przy którym 

następuje wejście w stan normalnej pracy (zapalona kontrolka czerwona).  

Dalsze  zwiększanie  napięcia,  powyżej  napięcia  nastawionego,  powoduje  przełączenie  odpowiednich 

przekaźników  oraz  zapalenie  się  kontrolki  (U>U2)  i  wyłącznie  kontrolki  (U1<U<U2).  Wartość  napięcia,  przy 
którym to następuje jest napięciem rozruchu przekaźnika.  

Następnie obniżając napięcie pomiarowe do wartości, przy której następuje przełączenie zestyków oraz 

zapalenie kontrolki (U1<U<U2) otrzymuje się napięcie powrotu przekaźnika. 

Pomiary należy powtórzyć trzykrotnie dla każdej nastawianej wartości rozruchowej przekaźnika, wyniki 

zestawić w tabl. 1. 
 

Na podstawie pomiarów należy określić wartości współczynnika powrotu przekaźnika ze wzoru (1) oraz 

wartości uchybu względnego podziałki członu nadpradowego: 

%

100

nast

nast

r

I

I

I

I







 

(10) 

i rozrzutu względnego wartości rozruchowej: 

%

100

min

max

1

nast

r

r

I

I

I

r





 

(11) 

 

 

9 

 

 

Tabl. 1. Wyniki pomiarów sprawdzających przekaźnika nadnapięciowego 

 

Dane przekaźnika: 

Typ 

 

Nr fabr.   

 

 

 

Un 

 

zakres   

 

Unast 

Ur 

Ur śr 

Up 

Up śr 

kp 

r 



U 

 

V 

V 

V 

V 

V 

- 

% 

% 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.2.  Badanie członu podnapięciowego 

Przed przystąpieniem do pomiarów należy nastawić odpowiednio: 
- czasy t1 = 0s, t2 = 0s; 
- napięcie U2=90V; 
- napięcie U1 = właściwą wartość pomiarową (z przedziału 10V .. 85V). 
 
Regulując  od  zera  wartość  napięcia przy pomocy autotransformatora  osiąga  się  napięcie, przy którym 

następuje wejście w stan normalnej pracy (zapalona kontrolka czerwona) (U1<U<U2).  

Zmniejszając  napięcie,  powyżej  napięcia  nastawionego  U1,  następuje  pobudzenie  przekaźnika,  a  w 

konsekwencji  przełączenie  odpowiednich  przekaźników  oraz  zapalenie  się  kontrolki  (U<U1)  i  wyłącznie 
kontrolki (U1<U<U2). Wartość napięcia, przy którym to następuje jest napięciem rozruchu przekaźnika.  

Następnie  zwiększając  napięcie  pomiarowe  do  wartości,  przy  której  następuje  przełączenie  zestyków 

oraz zapalenie kontrolki (U1<U<U2) otrzymuje się napięcie powrotu przekaźnika. 

Pomiary należy powtórzyć trzykrotnie dla każdej nastawianej wartości rozruchowej przekaźnika, wyniki 

zestawić w tabl. 1. 

 

2.3. 

Pomiar czasu zadziałania 

Pomiaru czasu zadziałana dokonuje się w układzie z rys. 8. 
 

 

Pomiary  przeprowadzamy  dla  wskazanych  przez  prowadzącego  ćwiczenie  nastawień  na  podziałce 

czasowej.  Napięcie  w  obwodzie  pomiarowym  ustalić  przed  pomiarami  na  wartość  o  10V  wyższą  od  wartości 
nastawionej  U1  w  przypadku  badania  zabezpieczenia  podnapięciowego  lub  o  10V  niższą  od  nastawionej 
wartości  rozruchowej  U2.  Czas  należy  mierzyć  od  momentu  wyłączenia  obwodu  napięciowego  w  przypadku 
badania  zabezpieczenia  podnapięciowego  lub  po  załączeniu  dodatkowego  napięcia  dla  zabezpieczenia 
nadnapięciowego  -    do  zamknięcia  (otwarcia)  zestyku  zwłocznego.  Dla  każdego  nastawienia  pomiar  wykonać 
trzykrotnie, a wartości średnie zestawić w tabl. 2.  
Na tej podstawie wyznaczyć uchyb względny podziałki członu czasowego: 

%

100

nast

nast

zadz

t

t

t

t







 

(12) 

oraz rozrzut względny: 

%

100

min

max

1

nast

r

r

t

t

t

r





 

(13) 

 

10 

 

Tabl. 2. Wyniki pomiarów sprawdzających podziałkę czasową przekaźnika napięciowego 

 

Dane przekaźnika: 

Typ: 

Nr fabr. 

Nastawienia: 

Unast 

Uzw 

Lp. 

t

nast

 

t

zadz

 

t

śr

 



t 

r

t

 

- 

s 

s 

s 

% 

% 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

3. 

Sprawozdanie z ćwiczenia 

 

Sprawozdanie z ćwiczenia winno zawierać: 

a)  Dane techniczne badanych przekaźników oraz uwagi o ich stanie mechanicznym i elektrycznym. 
b)  Schematy układów pomiarowych. 
c)  Wyniki pomiarów przekaźników zestawione w tablicach. 
d)  Dyskusję otrzymanych wyników i wnioski.