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技術(shù)文章

長(zhǎng)距離控制電纜下接觸器的吸合和釋放問題

閱讀：16發(fā)布時(shí)間：2026-8-24

筆者在石油化工、電梯、起重行業(yè)遇到過長(zhǎng)距離控制電纜下接觸器的吸合和釋放問題，前者主要是由于線路阻抗造成壓降過大，導(dǎo)致線圈端實(shí)際電壓低于接觸器的可靠吸合電壓，引起吸合不良、線圈燒毀等故障；后者主要原因是線路電容電壓高于接觸器的可靠釋放電壓，引起接觸器無法釋放、設(shè)備無法停機(jī)等故障。

尤其是寬電壓電子線圈接觸器問世以后，這種擔(dān)心和疑問越來越多。

按照低壓接觸器標(biāo)準(zhǔn)GB/T14048.4標(biāo)準(zhǔn)，其可靠吸合電壓范圍是85%~110%Uc，釋放電壓范圍是75%~20%Uc(AC線圈)(注：75%-20%范圍內(nèi)產(chǎn)品是釋放電壓范圍，如果在這個(gè)范圍內(nèi)可以釋放，那么低于20%更加肯定會(huì)釋放)和75%~10%Uc(DC線圈)。

實(shí)際產(chǎn)品宣稱的釋放電壓范圍會(huì)窄一些，例如施耐德TeSys D接觸器純機(jī)械線圈的釋放電壓范圍為60%~30%Uc(交流線圈)和30%~10%Uc(直流線圈)，如圖1和圖2。

圖1 交流線圈接觸器的吸合釋放電壓范圍

圖2 直流線圈接觸器的吸合釋放電壓范圍

對(duì)于LC1D09M7C純機(jī)械線圈接觸器，M7代表控制電壓為AC220V，所以其可靠吸合電壓范圍為187V~242V，可靠釋放電壓范圍為132V~44V。

如果是寬電壓電子線圈接觸器LC1G205KUEC，KUE代表線圈額定電壓范圍是AC/DC100V~250V，其實(shí)際可靠性吸合電壓范圍是85V~275V，實(shí)際釋放電壓范圍是45V~0V，甚至吸合穩(wěn)定以后當(dāng)電壓跌落到20%Uc=55V時(shí)還可以保持穩(wěn)定吸合，見圖3。

圖3 接觸器的吸合和釋放電壓范圍

正因?yàn)閷掚妷弘娮泳€圈接觸器的吸合電壓和釋放電壓比較低，對(duì)于石化、半導(dǎo)體等有“"需求的客戶來說是優(yōu)勢(shì)，但是非晃電需求客戶對(duì)其在長(zhǎng)電纜控制下的吸合和釋放疑問也是最多的。

1、按線路電壓降校驗(yàn)控制電纜的長(zhǎng)度
由于接觸器線圈吸合電壓為85%，考慮電網(wǎng)正常波動(dòng)為10%，所以從設(shè)計(jì)手冊(cè)的角度考慮，例如《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》建議控制電纜回路本身的電壓降不應(yīng)大于5%，見圖4。

圖4 控制電纜的長(zhǎng)度和壓降限制

對(duì)于線圈控制回路，如果單根控制電纜的長(zhǎng)度Lsl為(單位m)，每千米的電阻為Rsl(單位Ω/km)，常見的1.5mm2電纜每千米電阻值為12.1Ω/km(20℃)，2.5mm2電纜每千米電阻值為7.41Ω/km(20℃)，單根電纜的電阻計(jì)算公式(1)為：

控制回路通常為兩芯電纜(電源→線圈→返回)，那么兩芯電纜的總電阻計(jì)算公式(2)為：

假設(shè)線圈額定控制電壓為Us(單位V)，允許電壓降百分比為Usl(%)，則實(shí)際的電壓降值計(jì)算公式(3)為：

①對(duì)于交流線圈接觸器
交流線圈接觸器吸合瞬間的功率因數(shù)為cosφon，吸合功率為Son(單位VA)，則線圈吸合瞬間的電流Ion(單位A)計(jì)算公式(4)：

根據(jù)歐姆定律，控制線路電壓降的計(jì)算公式(5)為：

將公式(1)~(3)帶入公式(4)，則有：

再求出控制電纜單根長(zhǎng)度lsl為：

對(duì)于直流線圈接觸器，吸合功率Pon為(W)，則控制電纜長(zhǎng)度為：

以LC1D09M7C交流線圈接觸器為例，M7代表220V交流 50/60Hz 線圈，其吸合功率為70VA，保持功率為7VA，吸合瞬間功率因數(shù)為0.75，采用1.5mm2電纜控制，如果控制電纜允許壓降為5%，求控制電纜長(zhǎng)度。將接觸器相關(guān)參數(shù)和電纜參數(shù)代入公式，則：

除了理論計(jì)算，還可以通過查表得到控制電纜的長(zhǎng)度，見圖5。

首先在左邊圖的橫軸上找到吸合功率70VA，向上作垂線與序號(hào)4的控制電壓230V斜線相交于一點(diǎn)，通過相交點(diǎn)做橫軸平行線與右側(cè)序號(hào)C的控制電纜截面1.5mm2斜線相交于一點(diǎn)，由交點(diǎn)引出垂線與橫軸的交點(diǎn)就是控制電纜的長(zhǎng)度約為1900m，與理論計(jì)算相近。

圖5 交流線圈接觸器吸合時(shí)控制電纜的長(zhǎng)度

如果是LC1D09BDC直流線圈接觸器，BD代表24V直流線圈，其吸合功率和保持功率都是5.4W，采用1.5mm2電纜控制，如果控制電纜允許壓降為5%，求控制電纜長(zhǎng)度，將接觸器相關(guān)參數(shù)和電纜參數(shù)代入公式，則：

同樣，通過查表也可以得到控制電纜的長(zhǎng)度，見圖6。

首先在左邊圖的橫軸上找到吸合功率5.4W，向上作垂線與序號(hào)7的控制電壓DC24V斜線相交于一點(diǎn)，通過相交點(diǎn)做橫軸平行線與右側(cè)序號(hào)C的控制電纜截面1.5mm2斜線相交于一點(diǎn)，由交點(diǎn)引出垂線與橫軸的交點(diǎn)就是控制電纜的長(zhǎng)度約為220m。

圖6 直流線圈接觸器吸合時(shí)控制電纜的長(zhǎng)度

上面從系統(tǒng)電壓允許波動(dòng)范圍和控制電纜允許電壓降的角度，結(jié)合接觸器線圈本身的吸合特性，分析了如何從理論上校驗(yàn)控制電纜的長(zhǎng)度，長(zhǎng)控制電纜除了考慮壓降對(duì)吸合的影響，還需要考慮線路電容電壓對(duì)釋放的影響。

2、按線路電容校驗(yàn)控制電纜的長(zhǎng)度
如前所示，低壓接觸器的釋放電壓不應(yīng)高于控制電源額定電壓的75%，交流線圈不應(yīng)低于額定控制電壓的20%，直流線圈不應(yīng)低于額定控制電壓的10%。

對(duì)于長(zhǎng)電纜控制的接觸器，帶有電位差的電纜芯線間類似于一個(gè)電容器，如果控制開關(guān)遠(yuǎn)離電源、線圈靠近電源側(cè)(見圖7)，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，由于線纜間電容電流的作用會(huì)導(dǎo)致接觸器無法釋放。

如果控制開關(guān)靠近電源、線圈遠(yuǎn)離電源側(cè)(見圖8)，雖然不會(huì)影響接觸器釋放，但還是會(huì)因?yàn)榫€路間電容效應(yīng)導(dǎo)致接觸器釋放延時(shí)。

圖7 控制開關(guān)K在遠(yuǎn)端

圖8 控制開關(guān)K在近端

對(duì)于兩芯電纜控制的接觸器，控制開關(guān)通常采用可自鎖定的按鈕(見圖9)，當(dāng)導(dǎo)線截面積為1.5~4mm2時(shí)，兩芯電纜的線間電容約為0.2μF/km，部分廠家樣本和設(shè)計(jì)手冊(cè)中電容取值0.3μF/km，則電纜長(zhǎng)度的計(jì)算公式如下：

其中，Sn為交流線圈的保持功耗(VA)，Uc為線圈控制電壓(V)。如果是三芯電纜控制的接觸器(見圖10)，通常采用接觸器NO觸點(diǎn)作為自鎖觸點(diǎn)，啟動(dòng)和停止按鈕單獨(dú)設(shè)置。當(dāng)導(dǎo)線截面積微1.5~4mm2時(shí)，三芯電纜中一芯對(duì)另外兩芯的電容約為0.4μF/km，部分廠家樣本和設(shè)計(jì)手冊(cè)中電容取值0.6μF/km，則電纜長(zhǎng)度的計(jì)算公式如下：

圖9 兩線控制方式(可自鎖定的按鈕)

圖10 三線控制方式

以LC1D09M7C交流線圈接觸器為例，M7代表220V交流 50/60Hz 線圈，其吸合功率為70VA，保持功率為7VA，吸合瞬間功率因數(shù)為0.75，采用1.5mm2三芯電纜控制，求控制電纜長(zhǎng)度。

將接觸器相關(guān)參數(shù)和控制電纜參數(shù)代入公式，則：

除了理論計(jì)算，還可以通過查表得到控制電纜的長(zhǎng)度，見圖11。

步在左邊圖的橫軸上找到吸合功率7VA，向上作垂線與序號(hào)4的控制電壓230V斜線相交于一點(diǎn)，通過相交點(diǎn)做橫軸平行線與右側(cè)序號(hào)7的3線控制斜線相交于一點(diǎn)，由交點(diǎn)引出垂線與橫軸的交點(diǎn)就是控制電纜的長(zhǎng)度約為180m。

圖11 交流線圈釋放時(shí)控制電纜長(zhǎng)度

由此可見：線路的電容和電壓降共同決定控制線路的允許長(zhǎng)度。

控制電路的電壓越高，按電容決定的允許長(zhǎng)度越短，而按電壓降決定的允許長(zhǎng)度則越長(zhǎng)。顯然，每一控制電壓下的允許長(zhǎng)度，應(yīng)取二者中較小的值。

例如LC1D09M7C交流線圈接觸器，采用1.5mm2電纜三線控制時(shí)，保證可靠吸合基于線路電壓降計(jì)算的長(zhǎng)度是1900m；保證可靠釋放基于線路電容計(jì)算的長(zhǎng)度是180m，那么控制電纜的允許長(zhǎng)度就是180m。當(dāng)交流控制電路無法滿足線路允許長(zhǎng)度的要求時(shí)，可采用直流控制電路。

3、解決接觸器釋放問題的主要措施
如果在設(shè)計(jì)階段或者運(yùn)行階段，發(fā)現(xiàn)控制電纜實(shí)際長(zhǎng)度大于理論計(jì)算允許長(zhǎng)度，就必須采取相關(guān)措施來消除線路電容的影響，保證接觸器可靠釋放。

第1種措施：采用直流線圈接觸器，直流控制線纜無需考慮線路電容的影響，適用于設(shè)計(jì)初期可以選擇線圈控制電壓類型；

第2種措施：線路中增加整流橋(圖12)，適用于設(shè)計(jì)初期或后期改造，此時(shí)由于交流線圈接觸器無法改變，只能通過增加其他元器件來消除線路電容的影響，該方案可優(yōu)先推薦。

圖12 增加整流橋改善釋放

第3種措施：采用較低的控制電壓，例如同樣是LC1D09接觸器，無論選擇哪一種交流電壓線圈其保持功耗都是7VA，采用1.mm25三芯電纜控制時(shí)，交流220線圈對(duì)應(yīng)的控制電纜允許長(zhǎng)度是180m，但是選擇交流110V線圈時(shí)允許長(zhǎng)度為723m。

第4種措施：接觸器線圈側(cè)并聯(lián)附加電阻，通常當(dāng)功率小于10W時(shí)才建議增加電阻模塊，見圖13。

圖13 線圈并聯(lián)電阻改善釋放
附加電阻值為：

；附加電阻的額定功率為：

，其中Rp為并聯(lián)電阻值，Cl為線路實(shí)測(cè)電容值μF，Ue為線圈控制電壓V，Pp為并聯(lián)電阻的功率值。為了避免線圈吸合階段由于并聯(lián)電阻造成更大的線路壓降，需要通過一個(gè)NO觸點(diǎn)確保接觸器吸合完畢以后電阻才投入運(yùn)行。

第5種措施：接觸器線圈側(cè)并聯(lián)附加阻容模塊(圖14)，阻容模塊的損耗較低，這種接線也可以限制線圈斷電瞬間產(chǎn)生的過電壓，但容量比較大。
接觸器線圈原廠配套的專門用于抑制浪涌電壓的阻容模塊，適用于小電流接觸器交流220V線圈的阻容模塊，其電阻值大約為200多Ω，電容值大約為200多。

圖14 線圈并聯(lián)阻容模塊改善釋放

但是，為了解決長(zhǎng)電纜釋放而附加的阻容模塊，其電容值由下式計(jì)算：Cp=4.5×Cl

其電阻的值一般大于等于100Ω，電阻的額定功率為：

，式中：Cl代表導(dǎo)線電容值μF(可以通過實(shí)測(cè)求得)；Rp為阻容模塊的附加電阻，約為100Ω；Ue線圈額定電壓V；f為額定頻率Hz；Cp為阻容模塊的附加電容值。

當(dāng)Ue=220V，f=50Hz，Rp=100Ω，那么電阻的額定功率：

；附加阻容模塊以后，接觸器的斷電釋放時(shí)間將增加50ms左右。

第6種措施：短接接觸器線圈。
對(duì)于兩線控制的回路，帶自鎖定功能的常開控制開關(guān)需要增加常閉觸點(diǎn)，用于斷電瞬間通過常閉觸點(diǎn)短接線圈，見圖15。

圖15 短接線圈接線(兩線控制)

對(duì)于三線控制的回路，停止按鈕通過增加常開觸點(diǎn)用于斷電瞬間短接線圈，見圖16：

圖16 短接線圈接線(三線控制)

通過增加觸點(diǎn)短接線圈的方案，接觸器的釋放時(shí)間有可能會(huì)延遲100ms，此外由于需要另外布置一根導(dǎo)線，所以投資也會(huì)相應(yīng)地增加。

第7種方案：改變控制電源與線圈的相對(duì)位置，讓線圈遠(yuǎn)離控制電源，控制開關(guān)設(shè)置在靠近電源側(cè)，這樣能解決長(zhǎng)控制電纜下接觸器不釋放問題，但是斷電后線路電容需要放電時(shí)間。

圖17 改變電源與線圈相對(duì)位置(兩線控制)

圖18 改變電源與線圈相對(duì)位置(三線控制)

4、總結(jié)
①低壓接觸器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠吸合電壓下限為85%，考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%，所以控制線路上允許的電壓降一般為5%；
②保證接觸器可靠吸合的控制電纜長(zhǎng)度與電纜截面成正比，與線圈控制電壓和吸合功率成反比；
③對(duì)于開關(guān)斷點(diǎn)遠(yuǎn)離電源的控制方式，需考慮長(zhǎng)控制電纜線路電容效應(yīng)對(duì)接觸器釋放的影響，保證接觸器可靠釋放的電纜長(zhǎng)度與線圈保持功耗成正比，與線纜截面、線圈控制電壓成反比；
④控制電纜長(zhǎng)度的校驗(yàn)，既要考慮壓降對(duì)吸合的影響，又要考慮線路電容對(duì)釋放的影響，綜合考慮取最小值；
⑤對(duì)于控制電纜太長(zhǎng)導(dǎo)致接觸器無法可靠吸合的問題，建議增加控制電纜截面、改用更高控制電壓、加中間繼電器過渡等措施，或采用寬電壓電子線圈接觸器；
⑥對(duì)于控制電纜太長(zhǎng)導(dǎo)致接觸器無法可靠釋放的問題，建議采用直流線圈控制和選擇更低的線圈電壓(適用于設(shè)計(jì)初期)，或采用整流橋過渡、線圈并聯(lián)電阻或阻容模塊、停止按鈕增加短接觸點(diǎn)、改變線圈與控制電源的位置等措施(適用于后期改造)；

主要參考資料：
①西門子：Long control conductors -Influence on the switching performance of contactors；
②伊頓電氣：Effect of the Cabel Capacitance of Long Control Cables on the Actuation of Contactors；
③羅克韋爾：Effect of long Contol line；
④施耐德電氣：TeSys系列電動(dòng)機(jī)控制與與保護(hù)產(chǎn)品目錄2026；
⑤鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè) ；
作者：賓昭平

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