Злипання фаз визначення. Реле контролю фаз. Вибір пристрою захисту

Класичні недоліки реле контролю фаз серії ЕЛ

"Новини Електротехніки" №5(29) 2004

Проблема захисту електрообладнання від неякісної напруги в мережі існує практично на будь-якому підприємстві, особливо під час роботи від джерел трифазної напруги. Крім зниження та підвищення напруги на всіх трьох фазах, істотну небезпеку становить так званий «перекіс фаз» – випадок, коли напруги на фазах мають різну величину, що призводить до перегріву обмоток двигунів або трансформаторів та виходу їх з ладу. Дуже часто зустрічається обрив однієї фази.

У багатьох випадках для нормальної роботи обладнання потрібен строго певний порядок чергування фаз напруги живлення. Іноді в результаті аварії в ланцюзі живлення може виникнути ситуація, коли всі три фази мають напругу 220 В щодо землі, але при цьому дві з них замкнені між собою (т.зв. "злипання" фаз). Робота обладнання при такій напрузі призведе до виходу з ладу.

Для захисту обладнання таких випадків випускається велика кількість різних реле контролю напруги (реле контролю фаз, монітори напруги).

Найбільш поширеними імпортними реле є SQZ3, С556, СМ-PVN концерну АВВ, TPW400VSN4X, TPF400S4X компанії TeleControl, EFN, PBN фірми Entrelec та ін.

Наймасовішими вітчизняними реле контролю фаз для роботи в мережах з ізольованою нейтраллю є реле серії ЕЛ - ЕЛ-11, ЕЛ-12 і ЕЛ-13. Вони були розроблені близько 30 років тому КБ «Ритм» Київського «НУО реле та автоматика». Вдало обрані пороги спрацьовування та мінімум регулювань, а також повна відсутність альтернативи сприяли широкому поширенню цих реле. Практично без змін вони виробляються й досі.
Деякі заводи випускають ці реле в первозданному вигляді з усіма їхніми перевагами та недоліками. Інші компанії пропонують покращені моделі з цифровою обробкою сигналу, додатковими функціями контролю, регулюваннями, підвищеною надійністю.

Переваги реле ЕЛ

Реле ЕЛ-11, ЕЛ-12 і ЕЛ-13 призначені для контролю повнофазності мережевої напруги, порядку чергування фаз, зниження напруги і можуть використовуватися в схемах автоматичного керування та захисту від неприпустимої асиметрії фазної напруги та роботи на двох фазах.

Незважаючи на величезний вибір імпортних приладів на російському ринку, реле серії ЕЛ залишаються популярними в першу чергу через свою низьку ціну, яка становить 20–25 USD. Мінімальна вартість реле зарубіжного виробництва – 50 USD, а максимальна – до 250 USD, що за умов фінансової нестабільності багатьох російських промислових підприємств є перешкодою застосування імпортної продукції.

Крім того, деякі зарубіжні реле вимагають для роботи окремої напруги живлення (так званої напруги «оперативного живлення»), що ускладнює схему їх підключення та обмежує сферу застосування. При цьому живлення реле серії ЕЛ здійснюється від контрольованої мережі.

Ще одним аргументом на користь застосування вітчизняних реле є діапазон робочих температур. У імпортних реле він рідко буває нижче мінус 25оС, у наших зазвичай до мінус 40°C. У російських кліматичних умовах це важливий чинник.

Не завжди імпортні прилади розраховані працювати у важких умовах. Наприклад, великі труднощі виникають при контролі напруги мережі в метрополітені і на залізницях. Рух електропоїзда супроводжується появою великої кількості нелінійних спотворень напруги мережі в суміжних електромережах (рис. 1). Не краще і у металургійному виробництві (рис. 2). Спостерігалися випадки, коли дорогі імпортні реле контролю (навіть відомих фірм) під час використання у таких мережах працювали нестабільно чи відмовлялися працювати. Вітчизняні реле, спочатку розроблені для наших мереж, зазвичай працюють у таких умовах більш стійко.

Рис. 1

Рис. 2

Виявлені недоліки реле ЕЛ

Спочатку у всіх реле серії ЕЛ недоліком було велике тепловиділення і, як наслідок, низька надійність. При щільній установці в шафі та поганій вентиляції реле швидко виходили з ладу. Так, у старих київських реле на напругу 380 В споживана потужність за номінальної напруги була близько 5 Вт. Сучасні реле споживають близько 3 Вт, а деякі навіть менше 2 Вт, що значно підвищило їхню надійність.

Іншим істотним недоліком всіх реле серії ЕЛ з аналоговою обробкою сигналу можна вважати некоректність роботи реле при включенні аварійному режимі. На жаль, у супровідній документації багатьох заводів-виробників це не відображено. Тим часом реле дають хибне включення на встановлений час затримки при подачі на нього зниженої чи підвищеної напруги. Здавалося б, це досить невинна ситуація. Але, наприклад, при використанні на кругов'язальній машині такого реле аварія неминуча, тому навіть однієї-двох секунд обертання в зворотну сторону достатньо для поломки всіх голок (від 500 до 2000 шт. Залежно від типу машини). Тому при експлуатації таких машин діють по-старому: після підключення машини або ремонту силового кабелю знімають приводний ремінь, включають двигун і дивляться, в який бік він обертається. Зазначимо, що вказаного недоліку позбавлено реле з цифровою обробкою сигналу.

Наведемо трагічний приклад нестачі реле з аналоговою обробкою сигналу. Дерево впало на ЛЕП і обірвало два дроти. Проводи впали на землю один на одного, сталося так зване "злипання" фаз. Автоматика не відключила напругу і в результаті загинула людина. Як захисне реле застосовувалося реле ЕЛ-11. Електротехнічна лабораторія експлуатуючої організації, у веденні якого знаходилася ЛЕП, провела порівняльні випробування реле ЕЛ-11 різних виробників. Були отримані такі результати:

• при включенні реле на номінальну напругу з подальшою імітацією різних видів аварій напруги, обумовлених у супровідній документації, всі реле працювали точно відповідно до документації;
• при включенні реле на номінальну напругу з наступною імітацією «злипання» фаз (ця ситуація в документації не обумовлена), реле, крім приладів з цифровою обробкою сигналу, здебільшого не відключаються, що призвело до трагічних наслідків;
• при включенні реле на напругу з обірваною фазою, або зворотним порядком чергування фаз, або при "злиплих" фазах, або при заниженому напрузі, все реле, крім вироблених ЗАТ "Меандр", включали виконавче реле на встановлений час затримки і тільки після цього відключали його , виявивши аварію напруги мережі.

Залишають бажати кращого застарілого дизайну корпусу реле серії ЕЛ, якість лиття корпусу, а часом і сам матеріал корпусу. Тому деякі виробники вже освоїли виробництво реле в інших корпусах, зокрема імпортних.

Області застосування реле ЕЛ

Незважаючи на те, що всі реле серії ЕЛ контролюють повнофазність напруги, вони мають різні сфери застосування: ЕЛ-11 призначено для контролю рівня напруги, ЕЛ-12 – для контролю порядку чергування фаз та асиметрії напруги (перекосу фаз), ЕЛ-13 – для контролю асиметрії напруги без контролю чергування. Деякі сфери застосування:

Реле ЕЛ-11 використовується для захисту джерел живлення, генераторів, а також як прилади контролю в системах АВР та ін.

Реле ЕЛ-12 застосовується для захисту потужних асинхронних електродвигунів, що працюють у нереверсивному режимі.
На жаль, у документації на це реле у більшості виробників зазначений поріг спрацьовування при зниженні напруги однієї з фаз при номінальній напрузі двох інших, що не дозволяє повністю судити про те, як реле працює. Експериментальним шляхом було встановлено, що воно спрацьовує при асиметрії напруг більше 15–18%.

При обриві однієї з фаз деякі типи двигунів генерують напругу (напр. напруга рекуперації) на обірвану фазу. Амплітуда напруги може досягати 95% від напруги на інших фазах (залежно від типу двигуна та умов його роботи). Реле ЕЛ-12 з цифровим обробленням сигналу мають регулювання допустимого значення асиметрії в межах від 5 до 20% лінійної напруги, що дозволяє зупинити двигун при обрив фази. При цьому реле не реагуватиме на симетричне просідання напруги при пуску двигуна. Ще одним плюсом таких реле є наявність мінімального порога включення. Реле увімкнеться, лише якщо напруга в мережі буде не нижчою за 70% номінального значення. Це особливо актуально для двигунів насосів, компресорів та ін, де момент на валу не залежить від швидкості обертання.

Реле ЕЛ-13 використовується для захисту потужних електродвигунів, що працюють у реверсивному режимі. Контрольовані параметри практично ті ж, що у ЕЛ-12, крім контролю чергування фаз.

Реле випускаються з різним часом спрацьовування - 0,1 с, 0,15 і 0,5 с, а також з регулюванням затримки від 0,1 до 10 с. Ці реле можуть застосовуватися для захисту від падіння вантажу та стріли на підйомних кранах при обриві однієї або двох фаз мережі живлення. Відповідно до «Правил пристрою та безпечної експлуатації вантажопідіймальних кранів», ці механізми повинні бути оснащені пристроями контролю, що забезпечують увімкнення режиму гальмування при аварії мережі живлення. Цим вимогам відповідають реле ЕЛ-13 виробництва київського «НВО реле та автоматики» та московського ТОВ «Реле та автоматика», ЕЛ-13М петербурзького ЗАТ «Завод СТС», ЕЛ-13М-10-01 та ЕЛ-13М-11-01 компанії "Меандр". Реле зі збільшеним часом спрацьовування (0,5 с) застосовується на кранах, де можливе короткочасне зникнення напруги живлення при переході струмозйомника з одного тролея на інший для виключення помилкових спрацьовувань. Для виключення людського фактора застосовувати для цього реле з регулюванням часу спрацьовування не рекомендується.
Випускається також модифікація реле з регулюванням часу спрацьовування та регулювання порога спрацьовування за напругою ЕЛ-13М-5-01. Регулятор часу реакції дозволяє встановити бажане значення від 0,1 до 10 секунд, щоб уникнути помилкових спрацьовувань за наявності короткочасних збурень у мережі.

Про нові моделі

Декілька слів про моделі реле типу ЕЛ з розширеним набором функцій. Усі реле виробництва ЗАТ «Меандр» мають контроль перенапруги на рівні 1,3 Uном. Реле ЕЛ12М-5-01 та ЕЛ13М-5-01 мають додатково поріг включення реле на рівні 0,7 Uном для захисту електродвигунів від пуску при заниженій напрузі, а реле ЕЛ12М-6-01 та ЕЛ13М-6-01 – ще й затримку повторного включення 6 хв. Ці реле призначені для захисту електродвигунів компресорів, холодильників, кондиціонерів, де часті повторні включення небажані.

На закінчення хотілося б відзначити таке. Еволюція реле серії ЕЛ, а саме:

• застосування сучасних мікроконтролерів з аналого-цифровою обробкою сигналів;
• рятування від вроджених вад;
• поява додаткових функцій та регулювань,
• ставить ці реле за своїми характеристиками та надійністю в один ряд з реле контролю світових лідерів, таких як ABB, Siemens, Turk, Crouzet та ін.

Таблиця

Порівняльні характеристики реле контролю фаз різних виробників

Тип реле

Проіз- води- тель

Контро- льоване лінійне напряже- ня, (напряже- ня харчування)

Реле спрацьовує

(вимикається) при:

Міні- маль- ное нап- ряже- ня вклю- чення

Час сраба- тива- ня, з

Заде- ржка пов- тор- ного вклю- чення

Потре- бля- емая мощ- ність, Вт

Спо- соб обра- черевики сигн- ала

можливо примі- няння замість:

асим- метрії фазних напр- одружений

одне- фазному зниженні напряже- ня

симмет- річному зниженні фазних напряже- ній

одне- фазному вище- ні напряже- ня

зворотному низка- ванні фаз

урвищі однієї або двох фаз

сліпа- ні фаз

100, 110, 220, 380, 400, 415

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

ана- лог- овий

ЕЛ11 М - 01

100, 110, 220, 380, 400, 415

циф- ро- виття

ЕЛ 11 М-5-01

100, 110, 220, 380, 400, 415

регул 0,8-1,1 Uлн

циф- ро- виття

SSU31, SSU 33L (Turck), EW 2, F3US (Crouzet), С556, SQZ3 (ABB), SUD140 (Bender), PFS (Entrelec), 3UG3511 (Siemens)

100, 220, 380, 400

< 0,7 - 0,81 Uфн

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

циф- ро- виття

100, 110, 220, 380, 400, 415

регул. 5 – 20%

циф- ро- виття

EWА 2, FWA3 (Crouzet), PLR, PLM, DLM (ABB), 3UG 3512/13 (Siemens), PFN, PFS (Entrelec), SUD140, SAD142 (Bender)

ЕЛ 12 М-6-01

100, 110, 220, 380, 400, 415

регул. 5 – 20%

циф- ро- виття

100, 220, 380

ана- лог- овий

110, 220, 380

ана- лог- овий

220, 380

ана- лог- овий

220, 380

ана- лог- овий

220, 380

ана- лог- овий

100, 110, 220, 380, 400, 415

циф- ро- виття

100, 110, 220, 380, 400, 415

регул. 5 – 20%

циф- ро- виття

EWА 2, FWA3 (Crouzet), PLR, PLM, DLM (ABB), SUD140, SAD142 (Bender), PFN, PFS (Entrelec), 3UG 3512/13, 3UG 3063/64 (Siemens)

220, 380

ана- лог- овий

220, 380

ана- лог- овий

• Uн – номінальна напруга,
• Uфн - фазна номінальна напруга,
• Uлн – лінійна номінальна напруга

• * н/н – не нормується,
• ** дані отримані експериментально для реле на 380 В при номінальній напрузі

Виробники:

1. «НВО реле та автоматики», м. Київ
2. ЗАТ "Завод СТС", м. Санкт Петербург
3. ТОВ «Реле та автоматика», м. Москва
4. ЗАТ "Меандр", м. Санкт-Петербург
5. ВАТ «ВНДІР», м. Чебоксари

Реле контролю фаз серії ЕЛ, незважаючи на те, що вони були розроблені близько 30 років тому, за відповідної модернізації можуть скласти конкуренцію реле провідних світових виробників – вважає автор попереднього матеріалу. З ним не зовсім погоджується Валентин Сушко, співробітник одного з провідних російських підприємств у галузі релебудування.

Свого часу при розробці реле серії ЕЛ ставилося завдання отримати більш-менш прийнятні технічні характеристики приладів за мінімальної вартості. Тому, як найпростіше технічне рішення, вимірювальної частини реле була використана безтрансформаторна схема з використанням випрямлення фазних напруг.

Саме це і викликало технічну недосконалість реле в частині визначення несиметрії напруги живлення. У зв'язку з випрямленням вимірюваних синусоїдальних величин вимірювалася амплітудна несиметрія при однофазному зниженні напруги. У цьому фазна несиметрія не враховувалася. Такий метод визначення несиметрії напруги живлення не дає однозначного співвідношення з величиною напруги зворотної послідовності, що призводить до перегріву і виходу з ладу асинхронних двигунів. Не виключається і пошкодження окремих типів двигунів з урахуванням їх навантажувальних режимів, так як реле не спрацьовує по каналу несиметрії напруги живлення.

Визначення амплітудної несиметрії в реле серії ЕЛ породило ще один їх недолік: вони не реагують на аварійні режими, коли відсутня амплітудна несиметрія або вона незначна, але є істотна фазова несиметрія, що викликає появу великих значень напруги зворотної послідовності, що призводять до перегріву двигунів . Одним з таких режимів є аварійний режим так званого «злипання» фаз, коли при пошкодженні мережі живлення обривається одна з фаз і замикається з боку двигуна на іншу фазу. При цьому одна лінійна напруга мережі подається на три фази двигуна, дві з яких замкнуті між собою.

Вітаючи спроби вітчизняних виробників модернізувати реле серії ЕЛ, не можу не наголосити на наступних моментах.

Про несиметрію напружень

Технічні вдосконалення реле ЕЛ-12, ЕЛ-13 з використанням мікропроцесорної елементної бази проводилися, як це випливає зі схем реле, з використанням вимірювальної частини трифазного випрямного моста. Таким чином, обробка інформації в реле стала аналого-цифровою з операціями зі скалярними величинами, а не з векторами, що не дозволяє покращити алгоритми функціонування реле.

На жаль, відсутність у матеріалі Е. Васіна докладного опису алгоритмів обробки інформації після випрямлення напруг трифазним випрямляючим мостом не дозволяє об'єктивно оцінити технічну досконалість цих алгоритмів. Заявлені технічні характеристики реле можуть або прийматися довірливо, або перевірятися експериментально. Як випливає з даних таблиці, цифрова обробка сигналів скалярних величин дозволила забезпечити роботу реле при «злипанні» фаз, хоча це завдання можна вирішити і аналогових принципах.

Алгоритм визначення асиметрії напруги живлення, при зазначених вище принципах аналого-цифрової обробки інформації, принципово поліпшити неможливо.

Про регулювання розбалансу фаз

Введення плавного регулювання розбалансу фаз у реле серії ЕЛ практично мало що дає, оскільки вибір уставки буде проводитися «наосліп». Вибір уставки розбалансу фаз за принципом відбудови від несиметрії напруг, що тривало існує в мережі, також не гарантує захист від небезпечного перегріву двигуна і виходу його з ладу з урахуванням тривалого навантажувального режиму.
Застосований в удосконалених реле алгоритм не дозволяє використовувати для розрахунку уставок розбалансу фаз відомі псевдотеплові математичні моделі двигунів, що базуються на використанні фазних струмів та струмів зворотної послідовності, як надходить, наприклад, Schneider Electric. Застосування зазначених математичних моделей дозволяє розрахувати з використанням постійних часів нагрівання та охолодження двигуна (наведених фірмою-виробником або отриманих експериментально) уставку спрацьовування реле за напругою зворотної послідовності, небезпечною з точки зору перегріву двигуна.

Однак визначити величину напруги зворотної послідовності у реле ЕЛ-12М, ЕЛ-13М принципово неможливо. Для цього потрібно реле з іншими алгоритмами обробки інформації про три вектори напруги замість обробки інформації про скалярні величини. Відповідно буде необхідний більш продуктивний процесор і трифазний розділовий трансформатор. При цьому ціна реле може зрости у кілька разів.

Затребуваність російським ринком таких досконаліших і водночас дорогих реле перебуває під питанням. При сучасному стані російської економіки споживач, на жаль, часто віддає перевагу менш досконалим, але дешевшим технічним пристроям.

Крім того, стан нормативно-технічної бази в Росії в найближчі роки також не сприятиме застосуванню більш досконалих реле захисту, оскільки, відповідно до закону РФ «Про технічне регулювання», всі нормативно-технічні документи, крім технічних регламентів, не носитимуть обов'язкового характеру, включаючи національні стандарти та ПУЕ.
Необхідно відзначити, що реле контролю фаз не можуть повністю забезпечити захист приєднань 0,4 кВ, включаючи двигуни, від аварійних та ненормальних режимів, і вони повинні доповнюватися струмовими захистами приєднань.
Навіть застосовувані зарубіжними виробниками технічні рішення не забезпечують здебільшого захист двигунів від несиметричних режимів у мережі 0,4 кВ. Західні фірми (Schneider Electric, Moeller та інші) випускають спеціальні автоматичні вимикачі для захисту двигунів із термоелектромагнітними або електронними розчіплювачами. Але ці вимикачі в кращому разі реагують на «чистий» обрив фази в мережі 0,4 кВ, але не реагують на обрив фази з боку високої напруги трансформатора зі схемою з'єднання обмоток «зірка-трикутник» і «трикутник-зірка», а також інших випадках несиметричних режимів.

У Росії автоматичні вимикачі для захисту двигунів не випускаються взагалі, а від перевантаження двигуни захищаються електротепловими струмовими реле. У зв'язку з відомими недоліками останніх, з 80-х років минулого століття, різними виробниками випускаються мікроелектронні реле захисту двигунів, у тому числі від несиметричних режимів. Вони застосовуються на додаток або замість електротеплових струмових реле.

Застосувати для захисту двигуна 0,4 кВ технічно досконалі мікропроцесорні захисту високовольтних двигунів неможливо через високої ціни останніх (від 50 до 150 тис. рублів за комплект). Отже, назріла необхідність розробки оптимальної системи побудови у Росії захисту приєднань 0,4 кВ.

1. Модернізація реле контролю фаз серії ЕЛ з використанням мікропроцесорної елементної бази та аналого-цифровою обробкою інформації про скалярні величини не дозволяє принципово покращити захист від асиметрії напруги живлення. Уставки захисту неможливо узгодити з тепловою характеристикою асинхронного двигуна при перегріві його струмами зворотної послідовності, викликаними напругою зворотної послідовності внаслідок асиметрії напруги живлення трифазного.

2. Технічне вдосконалення захисту від асиметрії напруги живлення можливе тільки на шляху застосування фільтрового аналогового або цифрового реле напруги зворотної послідовності або введення відповідної функції захисту в моніторі напруги, як це реалізується у всіх моніторах напруги в мережах 6-35 кВ. Однак вартість таких реле контролю фаз низьковольтної напруги значно зросте порівняно з існуючими реле серії ЕЛ, що ставить під сумнів їхню затребуваність на російському ринку найближчим часом.

3. Проведена модернізація реле контролю фаз серії ЕЛ із застосуванням аналого-цифрової обробки інформації є корисною з точки зору введення додаткових функцій: захисту від підвищення напруги, від «злипання» фаз, введення мінімальної напруги включення.

Увага!

Наше підприємство реалізує аналоги реле контролю фаз серії ЕЛ із покращеними характеристиками.

У статтях провідного наукового співробітника ВАТ «ВНДІР» м. Чебоксари В. Сушко «Повноцінний захист коштує дорого. Чи готовий платити споживач? («Новини Електротехніки» №5(29) 2004) та «Реле серії ЕЛ. Вроджені вади навряд чи виліковні» («Новини Електротехніки» №6(30) 2004) автор ставить під сумнів по-перше, саму доцільність використання мікропроцесорної техніки на боці низької напруги, а по-друге, можливість цієї техніки у визначенні чинного значення напруги та струму. Він вважає, що методами аналогової техніки таке завдання вирішується і простіше і дешевше.

З ним не згодні фахівці компанії «Новатек-Електро», які вважають, що таке завдання методами аналогової техніки вирішити практично неможливо та розкривають алгоритми обробки інформації своїх пристроїв.

Принцип вимірювання чинного значення.

За визначенням квадрат діючого значення сигналу X2 дорівнює середньому значенню квадрата сигналу

X2= , (1)

де< >означає усереднення.

Для періодичного сигналу x(t+T)=x(t) середнє значення квадрата визначається інтегруванням за період сигналу T.

(2)

Завдання реле напруги: визначити значення напруги, що діє, і в залежності від його величини прийняти певне рішення. Визначення чинного значення та прийняття рішень можна проводити або аналоговими чи цифровими методами.

Аналогові методи

а) отримати із вхідного сигналу за допомогою різних аналогових модулів необхідний вихідний сигнал.

б) за величиною вихідного сигналу ухвалити рішення

Цифрові методи

а) запровадити масив величин значень сигналу (відліків).

б) провести математичну обробку відліків.

в) сформувати числову величину та прийняти за нею рішення.

Методами аналогової схемотехніки можна легко інтегрувати аналогові сигнали. Маючи вхідний сигнал y(t) можна порівняно просто на операційному підсилювачі реалізувати інтегратор, який виконує перетворення сигналу згідно із законом

Такий інтегратор можна запускати та скидати у потрібні моменти часу. Проте методами аналогової схемотехніки практично неможливо здійснити:

а) операцію зведення сигналу в квадрат, тобто реалізувати такий вузол, у якому здійснювалося перетворення

x(t) > y(t) = x2(t)

б) операцію вилучення квадратного кореня

x(t) > y(t) = vx(t)

Реалізація таких операцій потребує застосування складних та дорогих вузлів, виконаних на спеціалізованих аналогових мікросхемах. Такі аналогові перетворювачі сигналів виконуються на нелінійних елементах, відрізняються низькою температурною стабільністю, доглядом параметрів і потребують періодичного підстроювання характеристик.

Можна стверджувати, що в жодному з аналогових реле по-справжньому не визначається значення напруги, що діє. Як правило, сигнал випрямляється та усереднюється

=∫|x(t)|dt (4)

і отримана в такий спосіб величина використовується замість діючого значення прийняття рішень в аналогових реле.

За допомогою сучасних мікроконтролерів, що мають вбудовані АЦП (аналогово-цифрові перетворювачі), можна визначати чинне значення сигналу з високою точністю.

Визначення чинного значення напруги.

Для дискретних сигналів або дискретного введення безперервного сигналу замість x(t) відомі значення x i
сигнал замінюється відліками x(t) > xi ,

Інтеграл замінюється сумою (5)

Вхідна напруга через резистивний дільник подається на аналоговий вхід мікроконтролера. Мікроконтролер вводить із частотою 10 кНz миттєві відліки напруги Ui.

За миттєвими відліками провадиться:

стеження за періодом сигналу (напруги),

визначення чинного значення.

Для визначення чинного значення сигналу здійснюється накопичення за період суми квадратів миттєвих відліків SUi2. Величини відліків зводяться у квадрат і підсумовуються. Накопичена за період сума нормується на кількість взятих відліків SUi2/n, з отриманої величини витягується квадратний корінь

Обчислена величина U лінійно пропорційна чинному значенню напруги мережі. Коефіцієнт пропорційності визначається

а) дільником вхідної напруги

б) розрядністю внутрішнього АЦП.

в) опорною напругою АЦП.

Для кожного приладу автоматично підбирається і записується в пам'ять перекладний множник X, такий щоб величина V = U * X відповідала величині напруги, що діє, у вольтах.

Таким чином, тільки застосування мікроконтролерів дозволяє створювати масові, дешеві пристрої, з високою точністю вимірюють діючі значення напруг.

Особливістю вимірювання чинного значення напруги мережі є

а) велика величина вхідного сигналу. Сигнал послаблюється вхідним дільником, у ньому відсутні шуми електроніки.

б) мінімальний діапазон зміни сигналу. Для прийняття рішень через мережу ~220 V достатньо вимірювати з високою точністю напругу в діапазоні 150-300 Вольт, тобто діапазон змін вхідного сигналу лише 2 рази.

Для напруги метод цифрового накопичення суми квадратів відліків дозволяє з високою точністю проводити вимірювання чинного значення.

Визначення чинного значення струму.

Особливістю вимірювання діючого значення струмів є:

а) мінімальна величина вхідного сигналу.

Сигнал знімається з різних датчиків (Холу, трансформаторів струму, шунтів), як правило, віддалених від приладу і вимагає попереднього посилення. У сигналі присутні шуми електроніки та постійні зміщення;

б) великий діапазон зміни сигналу. Вимірювані величини струму залежить від включеної навантаження і може різнитися в 100 – 1000 раз.

Для таких сигналів метод цифрового накопичення суми квадратів відліків не забезпечує необхідної точності. Для задач вимірювання діючого значення струмів застосовується метод визначення діючого значення вимірювання окремих гармонік сигналу струму. Принципом виміру є згортка вхідної послідовності відліків струму з відповідною опорною гармонікою, побудованої за періодом напруги, тобто. будується функція синуса, період якої збігається із періодом вхідної напруги. Це пов'язано з тим, що струм може або взагалі бути відсутнім або не мати чітко вираженої періодики, а мережна напруга завжди має чітко виражену періодичність.

Відліки вхідного сигналу x i згортається із синусом першої гармоніки sin(t i) (7)

Аналогічно сигнал згортається з косинусом першої гармоніки.

Сенс відмінності синуса і косинуса у тому, що це дві взаємо ортогональні функції (9)

Співвідношення величин S1 і С1 визначається зсувом фаз між вимірюваним струмом і напругою, що дозволяє вимірювати зрушення фаз між струмами та напругами, а також зрушення фаз між струмами (у трифазному навантаженні).

Величина (10) лінійно пропорційна чинному значенню першої гармоніки струму.

Аналогічно проводиться згортки з кратними опорними гармоніками та визначаються діючі значення 3-ї, 5-ї, 7-ї гармонік вхідного сигналу.

Величина (11) лінійно пропорційна чинному значенню струму.

У прилад автоматично підбирається і записується в пам'ять перекладний множник X, такий щоб величина V = U * X відповідала величині діючого значення струму в амперах. Кількість гармонік включаються в аналіз залежить від можливостей мікроконтролера за швидкістю введення інформації та проведення обчислень. Для дешевих приладів досить обмежитися 7-й гармонікою, тому що досвід показує, що в реальних струмових сигналах сумарна потужність гармонік вище 7 не перевищує часток відсотка та їх виняток не впливає на точність визначення чинного значення та прийняття рішень.

Застосування універсальних мікроконтролерів з аналоговими входами дозволяє створювати дешеві та надійні пристрої контролю, що з високою точністю вимірюють діючі значення вхідних величин.

Реле напруги та струму на мікроконтролерах відрізняються високою стабільністю, тривалим терміном служби і не вимагають підстроювання параметрів протягом усього терміну експлуатації.

Schneider Electric нашій електриці не вказівник.

У другій із вищевказаних статей В. Сушко прозвучала не лише критика на адресу вітчизняних мікропроцесорних пристроїв, а й твердження про те, що західні виробники, особливо Schneider Electric, пішли у плані надійності та точності вимірів значно далі. Реальність показує абсолютно зворотну картину і дозволяє нам стверджувати, що у зазначеного виробника у вимірювальному ланцюгу використовуються аналогові (порогові) елементи, не здатні в принципі зробити надійні вимірювання, особливо в проблемних мережах.

Випробним Центром Залізничної Автоматики та Телемеханіки (ІЦ ЖАТ ПГУПС) при Петербурзькому Державному Університеті Шляхів Повідомлення проводився вибір постачальника реле напруги на сучасній елементній базі для заміни дискретних пристроїв сертифікованих ще в 60-х роках минулого століття. Їхній вибір зупинився на трьох виробниках реле: Меандр, Schneider Electric, Новатек-Електро. Випробування проводилися за ГОСТ Р 50656-2001, що передбачає жорсткіші параметри випробувань, ніж випробування пристроїв загальнопромислового призначення. Відповідно до цього ГОСТу зазначені пристрої відносяться до технічних засобів, які безпосередньо не впливають на безпеку руху поїздів і передбачуване місце їх експлуатації характеризується жорсткою електромагнітною обстановкою третього класу ТЗ ЖАТі має функціонувати з критерієм якості Впри впливі перешкод зі ступенями твердості, передбаченими для цього класу.

Для ТЗ ЖАТ третього класу передбачені такі максимальні параметри випробувальних впливів:

Електростатичні розряди за ГОСТ Р 51317.4.2-99

Амплітуда напруги імпульсу контактного розряду + 6 кВ

Амплітуда напруги імпульсу повітряного розряду + 8 кВ

Наносекундні імпульсні завади за ГОСТ Р 51317.4.4-99

Амплітуда напруги імпульсу перешкоди в ланцюгах живлення та заземлення + 2 кВ

Амплітуда напруги імпульсу перешкоди в ланцюгах введення/виводу + 1 кВ

Мікросекундні імпульсні перешкоди великої енергії за ГОСТ Р 51317.4.5-99

Амплітуда напруги імпульсу "провід - земля" + 2 кВ

Амплітуда напруги імпульсу "провід - провід" + 1 кВ

Амплітуда напруги імпульсу на порти введення-виводу + 1 кВ

Динамічні зміни напруги електроживлення за ГОСТ Р 51317.4.11-99

Випробувальна напруга та тривалість дії при:

провалі напруги живлення 0,7 Uном протягом 1;

переривання напруги живлення з критерієм 0 Uном протягом 1,3 с;

викид напруги живлення 1,2 Uном протягом 1 с.

Магнітне поле промислової частоти за ГОСТ Р 50648-94

Тривале магнітне поле 30 А/м

Короткочасне магнітне поле 300 А/м

Радіочастотне електромагнітне поле за ГОСТ Р 51317.4.3-99

Напруженість поля смуги частот 80 - 1000 МГц 10 У/м

Напруженість поля у смузі частот 800 - 960 МГц та 1,4 - 2 ГГц 30 В/м

Кондуктивні перешкоди, наведені електрочастотними радіочастотами

полями за ГОСТ Р 51317.4.6-99

Випробувальна напруга у смузі частот 0,15 - 80 МГц 10 В

Кондуктивні перешкоди у смузі частот від 0 до 150 кГц за ГОСТ Р 51317.4.16-2000

Тривале напруження перешкоди на частоті 50 Гц 30 В

Короткочасне напруження перешкоди на частоті 50 Гц 100 В

Тривале напруження перешкоди у смузі частот 15-150 Гц 100-10 1)

Тривале напруження перешкоди у смузі частот 150-1500 Гц 10 В

Тривале напруження перешкоди у смузі частот 1,5-15 кГц 10-100 2)

Тривале напруження перешкоди у смузі частот 15-150 кГц 100 В

Примітки:

Випробування дали такі результати:

Реле напруги виробництва Меандр згоріли (у прямому сенсі) після першого ж випробування,
- реле виробництва Schneider Electric не дали жодного надійного спрацьовування за жодним параметром,
- Реле Новатек-Електро пройшли усі випробування.

В результаті замовник зупинився саме на них, і зараз ці реле сертифіковані у складі комплетного пристрою автоматики для залізниці.

У цій публікації ми розглянемо, як убезпечитися від перепадів та стрибків напруги в трифазних електричних мережах 380В.

Про те, як впливають перепади напруги на електропроводку та підключені до неї прилади, я вже докладно розглядав. Нагадаю коротко.

Підвищення напруги вище за допустиме призводить до виходу з ладу побутової техніки – вона просто згорає.

Зниження напруги нижче за допустимий рівень небезпечне для побутової техніки з електродвигунами, оскільки збільшуються пускові струми, що може призвести до пошкодження їх обмоток.

Тому, з метою захисту електропроводки і електроприладів, що підключаються до неї, застосовують реле контролю напруги, які також ще називають реле перенапруги, «бар'єрами» або реле максимальної і мінімальної напруги.

Ці реле здійснюють контроль діючого значення напруги в електричній мережі і, у разі виходу його за встановлений діапазон, відключають зовнішню мережу живлення від внутрішньої мережі, захищаю саму внутрішню електропроводку і підключені до неї електричні прилади.

У цій статті ми розглянемо дві різні схеми та два різні варіанти використання реле напруги в трифазних електричних мережах 380В на прикладі реле напруги DigiTOP.

Мета цієї статті – показати схематичне рішення щодо захисту від перепадів напруги у трифазних електричних мережах.Можна застосовувати реле інших виробників, принцип залишається таким самим.

Детально опис принципу роботи самого реле напруги та схеми я розглядав у статті. Детальну інструкцію на саме реле ви можете завантажити в інтернеті, тут нагадаю коротко, що реле має дві уставки:

- перша при перевищенні напругою максимального значення за замовчуванням 250В;
- Друга уставка при зниженні напруги нижче 170В (за замовчуванням).

Ці параметри виставляються на передній панелі самого реле за допомогою кнопок.

При виході напруги за цей діапазон реле розмикає свій силовий контакт і відключає зовнішню електричну мережу від внутрішньої.

Можна також встановити час затримки на повторне підключення. Після того, як реле відключилося, схематехніка реле відстежує значення напруги, і коли воно знову повертається в робочий діапазон, через затримку часу реле знову замикає свій силовий контакт і підключає зовнішню електричну мережу до внутрішньої.

У тих квартирах та будинках, де електропроводка трифазна, все одно в основному використовуються однофазні споживачі – звичайні побутові прилади та техніка.

Споживачі по фазах, щоб по можливості було рівномірне навантаження по кожній фазі.

Давайте розглянемо це на конкретному прикладі.

Трифазна напруга підводиться через ввідний автоматичний вимикач, трифазний лічильник електричної енергії до електропроводки квартири.

Споживачі згруповані по кожній із трьох фаз наступним чином:

- У першу фазу LA підключена електроплита;
- в другу фазу LB підключені кондиціонер, пральна машина та розетки однієї з кімнат;
— до третьої фази LC підключені розетки кухні, розетки іншої кімнати та освітлення.

Для того щоб при виході напруги за свої допустимі значення при спрацьовуванні контролю напруги не знеструмлювалася відразу вся квартира, замість одного загального встановлюють три окремих реле напруги в кожну фазу.

Якщо в одній фазі напруга вийде за свій робочий діапазон, спрацює відповідне реле і відключить внутрішню проводку тільки в цій фазі. У фазах, що залишилися, якщо величина напруги знаходиться в заданому діапазоні, споживачі залишаться підключеними і працездатними.

Детально покрокову роботу цієї схеми дивіться у відео нижче цієї статті.

У разі підключення трифазних споживачів застосовується дещо інша схемотехніка.

Для цього застосовують спеціальне трифазне реле напруги, яке дозволяє контролювати напругу в кожній окремій фазі, послідовність чергування фаз та контроль перекосу фаз.

Схема підключення в цьому випадку виглядатиме так.

До реле напруги підключаються всі три фази і щоб контролер реле контролював напругу окремо по кожній з фаз, правильність чергування фаз і контроль перекосу фаз.

Через силові контакти реле контролю напруги підключений контактор К1. Один кінець обмотки контактора підключений до нульового дроту, другий через силові контакти реле підключений до однієї фази. На нашій схемі до фази LA.

Силові нормально розімкнені контакти К1.1, К1.2, К1.3 контактора підключають зовнішню трифазну електричну мережу до трифазного навантаження. Це можуть бути електродвигуни, потужні калорифери, проточні водонагрівачі та ін.

Реле напруги контролює рівень діючих напруг у всіх трьох фазах і, якщо вони знаходяться в допуску, через силовий контакт реле подається харчування на К1. Контакти контактора знаходяться у замкнутому стані та трифазна напруга зовнішньої мережі подається до навантаження.

Якщо в одній фазі напруга виходить за встановлений діапазон, реле напруги розмикає свій силовий контакт, знімаючи живлення з обмотки контактора К1. Контакти контактора розмикаються, відключаючи навантаження від зовнішньої трифазної мережі.

Коли напруга повернеться у свій робочий діапазон, реле напруги через витримку часу знову замкне свій силовий контакт, подаючи живлення на обмотку контактора.

Контакти контактора замкнуться і навантаження знову підключиться до мережі живлення.

Таким чином працює ця схема. У побуті ця схема застосовується рідко, це більше промисловий варіант, найчастіше застосовується перша схема.

Докладніше покроково дивіться роботу цих схем у відео:

Реле контролю напруги. Захист від стрибків напруги у трифазних мережах

Рекомендую матеріали

Для контролю якості трифазної напруги та захисту електрообладнання при виникненні аварійних ситуацій застосовують реле контролю фаз. Аварійними ситуаціями у разі є: порушення симетрії фаз, обрив фази, порушення порядку чергування фаз, і навіть зниження чи збільшення напруги нижче рівня уставки хоча б у одній із фаз трифазної мережі. Крім захисту від неякісного електроживлення, застосування таких реле дуже сприяє полегшенню налагоджувальних робіт.

Застосування реле контролю фаз особливо корисно в умовах частого перепідключення обладнання до трифазної мережі, тим більше якщо це обладнання вимагає строгого фазування, тобто дотримання черговості слідування фаз. Правильне напрям обертання двигунів деяких верстатів часто залежить від порядку чергування фаз, і якщо його порушити, то обертання відбуватиметься в інший бік, а це може не тільки порушити правильний робочий режим, а й призвести до серйозної несправності верстата, що вимагає дорогого ремонту.

Від таких ситуацій надійно захистить реле контролю фаз. Схема реле визначить порядок чергування фаз на вході, а відповідно до нього спрацюють належним чином контакти на виході. І при порушенні правильного порядку фаз верстат просто не запуститься і залишиться цілим.

При пропаданні однієї з фаз, так само як і при падінні напруги на одній із фаз нижче заданого уставкою значення, реле відключить навантаження через 1-3 секунди. Коли напруга повернуться до заданих допустимих значень, то через 5-10 секунд відбудеться включення навантаження назад до мережі. Реле автоматично визначить вихід напруги хоча б однієї з фаз за допустимі межі і відключить навантаження, потім відстежить повернення до допустимого рівня, і знову включить навантаження.

У деяких моделях таких реле час затримки на відключення та включення можна регулювати, а ось рівень асиметрії напруги налаштовується на всіх реле контролю фаз вручну. Виходи реле контролю фаз можуть комутувати як котушки контакторів або магнітних пускачів, наприклад, запуску двигунів, так і контрольний ланцюг, що містить сигнальну лампу або дзвінок.

В основу принципу дії реле контролю фаз покладено виділення гармонік зворотної послідовності (кратних двом від основної). При перекосах та обривах фаз у мережі з'являються саме такі гармоніки. Для цілі виділення цих гармонік застосовуються фільтри зворотної послідовності, що являють собою, у найпростішому випадку, пасивні аналогові фільтри з активними та реактивними елементами (RC-ланцюжка) двоплечового типу, на виході яких включаються електромагнітні реле. Схема управління може бути зібрана і мікроконтролері.

Використання таких реле для захисту електрообладнання в мережах трифазної напруги врятує обмотки асинхронних двигунів від перегорання, а дороге обладнання від передчасного виходу з ладу. Холодильники, пральні машини, кондиціонери, та інша побутова техніка, що має, легко може вийти з ладу, якщо напруга живлення раптом знизилася, тому реле контролю фаз широко застосовуються не тільки на великих підприємствах, але і в побуті.

Результатом технічної ситуації, коли обмотки двигуна двигуна споживають струму більше встановлених параметричних значень, є надмірне тепло. Цей фактор спричиняє зниження якості ізоляції двигуна. Обладнання виходить із ладу.

Часу реакції теплових реле перевантаження зазвичай недостатньо, щоб забезпечити ефективний захист від надлишкового тепла, що створюється високим струмом. У разі лише реле контролю фаз бачиться дієвим захисним пристроєм.

Функціональність електричних приладів подібного типу значно ширша, ніж захист від перегріву і КЗ.

Насправді відзначені ефективні властивості реле вибору перевантажених фаз, які зрештою забезпечують комплексний захист.

Один із численних варіантів конструкторських рішень у виробництві реле фаз. Однак, незважаючи на різноманітність корпусів та схемних конфігурацій, функціональність приладів єдина

Завдяки пристроям відстеження стану фаз досягаються переваги:

• збільшення терміну служби двигуна;
• скорочення дорогого ремонту чи заміну мотора;
• зменшення часу простою через дефекти двигуна;
• зниження ризиків ураження електричним струмом.

Крім того, пристосування забезпечує надійний захист від загоряння та від КЗ обмоток двигуна.

Типове виконання захисних реле

Існує два основних типи захисних приладів, призначених для використання у складі трифазних систем, - реле вимірювання струму та вимірювання напруги.

Плюси використання пристроїв

Переважна сторона струмових захисних реле по відношенню до очевидна. Цей тип приладів функціонує незалежно від впливу ЕРС (електрорушійної сили), що незмінно супроводжує фазовий збій при перевантаженні двигуна.

Крім того, пристрої, що діють за принципом вимірювання струму, здатні визначати аномальну поведінку двигуна. Контроль можливий або на стороні лінії ланцюга відгалуження, або на стороні навантаження, де встановлено реле.

Так виглядає одна із моделей реле контролю напруги. Подібні пристрої можуть застосовуватися не тільки для виробничих потреб, але й для приватних господарств

Прилади, що контролюють процес за принципом вимірювання напруги, обмежуються виявленням ненормальних умов роботи тільки на лінії, де підключено пристрій.

Проте пристосування, чутливі до зміни напруги, теж мають важливу перевагу. Полягає воно в здібностях приладів подібного типу виявляти ненормальний стан, що не залежить від стану двигуна.

Наприклад, тип реле, чутливий до змін струму, виявляє ненормальний стан фаз лише у процесі роботи двигуна. А ось пристрій виміру напруги забезпечує захист безпосередньо перед запуском двигуна.

Також серед переваг апаратів вимірювання напруги виділяються просте встановлення та менша ціна.

Цей тип приладів захисту:

• не потребує додаткових трансформаторів струму;
• застосовується незалежно від навантаження системи.

А для його роботи потрібно лише підключити напругу.

Виявлення фазового збою

Збій фази цілком можливий через виходу з експлуатації запобіжника однієї з елементів системи розподілу електроенергії. Механічна відмова комутаційного обладнання або обрив однієї з ліній електропередач також провокують збій фази.

Захист електродвигуна, організований через реле контролю. Такий спосіб дозволяє ефективніше експлуатувати мотори, без побоювання їх швидкого виведення з ладу.

Трифазний двигун, що працює на одній фазі, витягує необхідний струм з двох ліній, що залишилися. Спроба запустити його в однофазному режимі призведе до блокування ротора і двигун не запуститься.

Час реакції на одиницю теплового навантаження може бути надто тривалим, щоб забезпечити ефективний захист від надмірного нагрівання. Якщо для захисту від нього не встановлено, то коли відбувається збій через перегрівання, що з'явився в обмотках двигуна.

Захист трифазного двигуна від фактора відмови фази утруднена з тієї причини, що недовантажений трифазний двигун, що працює на одній фазі з трьох, генерує напругу, яка називається регенерованим (зворотною ЕРС).

Воно утворюється всередині обірваної обмотки і практично дорівнює величині втраченої напруги, що підводиться. Тому реле виміру напруги, що контролюють тільки його величину, у таких ситуаціях не забезпечують повного захисту від фактора відмови фази.

Схема підключення пристрою контролю фаз і напруги в ланцюг управління трифазним мотором. Це класичний схемний варіант, застосовуваний практично повсюдно

Більш висока ступінь захисту може бути отримана за допомогою пристрою, якому доступне виявлення усунення фазового кута, як правило, що супроводжує відмову фази. У нормальних умовах трифазна напруга становить 120 градусів за фазою відносно один одного. Збій призведе до зміщення кута від нормальних показників 120 градусів.

Виявлення фазового реверсу

Реверсування фази може статися:

1. Виконується технічне обслуговування на моторному устаткуванні.
2. У систему розподілу електроенергії внесено зміни.
3. Коли відновлення потужності призводить до іншої фазової послідовності, що була до вимкнення електроенергії.

Виявлення розвороту фази важливо, якщо двигун, що працює у зворотному напрямку, може пошкодити ведений механізм або, що ще гірше, завдати фізичної шкоди обслуговуючого персоналу.

Окрім іншого, використання захисних реле – це забезпечення безпеки робочого персоналу: 1 – обірвана фаза; 2 – крокова напруга

Правила експлуатації електромереж потребують застосування захисту від можливого реверсування фаз на всьому устаткуванні, включаючи транспортні засоби для перевезення персоналу (ескалатори, ліфти тощо).

Виявлення дисбалансу напруги

Незбалансованість зазвичай проявляється, якщо вхідні лінійні напруги, що подаються електроенергетичною компанією, мають різні рівні. Дисбаланс може мати місце, коли однофазні навантаження освітлення, електричних виходів, однофазних двигунів та іншого обладнання підключаються на окремих фазах і не розподіляються збалансованим чином.

У кожному з таких випадків у системі утворюється дисбаланс струму, який знижує ефективність та скорочує термін служби двигуна.

Незбалансована або недостатня напруга, що прикладається до трифазного двигуна, призводить до дисбалансу струму в обмотках статора, що дорівнює багаторазовому значенню розбалансування міжфазних напруг. Цей момент, у свою чергу, супроводжується збільшенням нагріву, що є основною причиною швидкого руйнування ізоляції двигуна.

Згоріла обмотка статора мотора - можна сказати, звичайне явище там, де не передбачалося впровадження в коло управління релейного контролю

Виходячи з усіх описаних технічних і технологічних факторів, стає очевидною важливість застосування цього типу реле і не тільки для експлуатації електричних двигунів, але також для генераторів, трансформаторів та іншого електрообладнання.

Як підключити контроль?

Конструкції реле, що здійснюють контроль фаз, при наявному великому асортименті виробів, мають уніфікований корпус.

Конструктивні елементи виробу

Клемники для підключення електричних провідників зазвичай виведені на фронтальну частину корпусу, що зручно для проведення монтажних робіт.

Сам прилад виготовлений під установку на рейку типу DIN або просто на рівну поверхню. Інтерфейс клемника зазвичай є стандартним надійним затискачем, призначеним під кріплення мідних (алюмінієвих) жил перетином до 2,5 мм 2 .

Передня панель приладу містить регулятор/регулятори, а також світлову контрольну індикацію. Остання показує присутність/відсутність напруги живлення, а також стан виконавчого механізму.

Серед елементів налаштування потенціометра може бути індикатор аварій, індикатор підключеного навантаження, потенціометр вибору режиму, регулювання рівня асиметрії, регулятор падіння напруги, потенціометр регулювання затримки за часом

Підключення трифазної напруги виконується на робочих клемах пристрою, що позначені відповідними технічними символами (L1, L2, L3). Монтаж нульового провідника на таких пристроях зазвичай не передбачається, але цей момент визначається виконанням реле - типом моделі.

Для з'єднання з ланцюгами управління використовується друга інтерфейсна група, що складається зазвичай не менше ніж з 6 робочих клем. Однією парою контактної групи реле комутується ланцюг котушки магнітного пускача, а через другу - ланцюг управління електроустаткування.

Все досить просто. Однак, кожна окрема модель реле може мати свої особливості підключення. Тому застосовуючи пристрій практично, слід завжди керуватися супровідною документацією.

Кроки налаштування пристрою

Знову ж таки залежно від виконання, конструкція виробу може оснащуватися різними схемними варіантами налаштування та регулювання. Є моделі прості, що передбачають конструктивно виведення на панель керування одного-двох потенціометрів. І є пристрої із розширеними елементами налаштування.

Елементи налаштування мікроперемикачами: 1 – блок мікроперемикачів; 2, 3, 4 – варіанти встановлення робочої напруги; 5, 6, 7, 8 – варіанти встановлення функцій асиметрії/симетрії

Серед таких розширених настроювальних елементів часто зустрічаються блокові мікроперемикачі, розташовані безпосередньо на друкованій платі під корпусом приладу або в спеціальній ніші, що відкривається. Установкою кожного їх у те чи інше положення створюється необхідна конфігурація.

Налаштування зазвичай зводиться до того, щоб виставити за допомогою обертання потенціометрів або розташування мікроперемикачів номінальні значення захисту. Наприклад, контролю стану контактів рівень чутливості різниці напруг (ΔU) зазвичай ставлять значення 0,5 У.

Якщо необхідно контролювати лінії живлення навантаження, регулятор чутливості різниці напруг (U) налаштовують на таке граничне положення, де відзначається точка переходу від робочого сигналу до аварійного з невеликим допуском у бік номіналу.

Як правило, всі нюанси налаштування приладів зрозуміло описує супровідна документація.

Маркування пристрою контролю фаз

Прилади класичного виконання маркуються просто. На передній або бічній панелі корпусу наноситься символьно-цифрова послідовність або позначення зазначається в паспорті.

Варіант маркування одного з найпопулярніших пристроїв вітчизняного виробництва. Позначення винесено на фронтальній панелі, але трапляються також варіації з розміщенням на боковинах

Так, пристрій російського виробництва на підключення без нульового дроту маркується:

ЕЛ-13М-15 АС400В

де: ЕЛ-13М-15 - найменування серії, АС400В - допустима напруга змінного струму.

Зразки імпортної продукції мають маркування дещо інше.

Наприклад, реле серії «PAHA» відзначено наступною абревіатурою:

PAHA B400 A A 3 C

Розшифровка приблизно така:

1. PAHA – найменування серії.
2. B400 – стандартна напруга 400 В або підключена від трансформатора.
3. А – регулювання потенціометрами та мікроперемикачами.
4. А (Е) – тип корпусу під монтаж на DIN рейку або спеціальний роз'єм.
5. 3 – розмір корпусу 35 мм.
6. С – кінець кодового маркування.

На деяких моделях до пункту 2 може додаватися ще одне значення. Наприклад, "400-1" або "400-2", а послідовність решти не змінюється.

Так маркуються апарати контролю фаз, наділені додатковим інтерфейсом живлення під зовнішнє джерело. У першому випадку напруга живлення 10-100, у другому 100-1000 В.

З принципом дії, конструктивними особливостями та призначенням вимикача навантаження ознайомить, прочитати яку ми дуже радимо.

Висновки та корисне відео на тему

Відеоролик присвячений опису та огляду окремого виробу від компанії EKF. Однак за таким же принципом діють практично всі апарати контролю фаз:

При всьому різноманітті приладів на ринку складно визначити який стандарт маркування. Якщо закордонні виробники маркують за одними канонами, то вітчизняні - за іншими. Проте завжди є можливість звернутися до довідкових даних, якщо потрібне точне розшифрування характеристик.

Якісне виконання тих чи інших технологічних процесів у сучасному світі забезпечується за рахунок високоточного та дорогого обладнання. Робота якого безпосередньо залежить від якості електроенергії, що поставляється, і стану електропостачальних ліній. На жаль, далеко не всі вітчизняні мережі здатні забезпечити безпечний режим роботи для них, через що створюється загроза поломки. Для запобігання якій використовують спеціальні захисні пристрої – реле контролю фаз (РКФ).

Вони дозволяють відключити навантаження у разі будь-яких несправностей у мережі живлення. Все що може нести загрозу для обладнання і впливає на результативність його роботи або технологічний процес, сприймається як сигнал до негайного знеструмлення і реле контролю переводить елементи, що комутують, в відключене положення.

Конструкція та принцип роботи

Рис. 1. Конструктивне виконання реле з прикладу пристрою CKF-2BT

Конструктивно пристрій включає вхідні та вихідні контакти, індикатори нормального електропостачання та аварійної ситуації, регулятори, позначені на схемі відповідними номерами (рисунок 1):

1. Індикатор аварійної ситуації;
2. Індикатор підключеного живлення;
3. Потенціометр, що дозволяє вибирати потрібний режим;
4. Регулятор рівня асиметрії;
5. Регулятор зниження напруги;
6. Потенціометр, що дозволяє регулювати часову уставку спрацьовування.

Не всі моделі надають весь комплекс налаштувань за наведеними вище параметрами. Вони залежать від призначення конкретного реле та сфери застосування.

Рис. 2. Принципова схема роботи

У нормальному режимі до ланцюга живлення від джерела ЕРС E1 (рисунок 2) подається напруга до споживача, двигун, верстат або інше обладнання. Реле контролю фаз R підключається у відпаювання через відповідні клеми, позначені на схемі, як L1, L2, L3 і нульовим проводом N. Усередині пристрою зібрана логічна схема на транзисторах, яка посилає сигнал з вихідних контактів на розрив котушки пускача P для відключення. При необхідності сигнал відключення можна налаштувати як для знеструмлення споживача, так і відключення зовнішньої електричної мережі.

У разі аварійної ситуації – пропадання однієї з фаз, короткого замикання, різкого збільшення струмів, змінюється гармонійна складова електричних параметрів мережі. На що реагує пристрій захисту та посилає по ланцюгах живлення через клеми 24 та 21 на котушку контактора відповідний сигнал відключення.

Після спрацьовування силових контактів у практиці електропостачання споживачів може статися природне відновлення параметрів мережі живлення, при якій відбудеться вирівнювання фаз. При цьому реле поверне контакти у включене положення, за рахунок чого реалізується система АПВ і обмотки двигуна або іншого споживача відновиться подача напруги.

За допомогою кнопок «Пуск» та «Стоп» можна здійснювати ручне керування живленням електричного приладу.

Призначення та функції

Ця технологія застосовується у мережі трифазних навантажень. Найбільш потрібна для захисту електродвигуна синхронного або асинхронного, трифазних верстатів високої точності, технологічної електроніки, насосів. Зауважте, що неправильне чергування фаз призведе до низької ефективності його роботи, перегріву та зниження рівня ізоляції, що може призвести до пробою.

Застосовується для таких цілей:

• Для комутації перетворювального обладнання, якому важливе дотримання послідовності фаз: джерел живлення, випрямлячів, інверторів та генераторів;
• (введення в роботу резервних джерел живлення) або підключення системи аварійного освітлення;
• Для спеціального обладнання – верстатів, кранових установок, потужність яких не перевищує 100 кВт;
• Для електроприводів трифазних двигунів, що мають потужність трохи більше 75 кВт.

Для комутації однофазного навантаження цей пристрій не використовується.

В цілому реле контролю фаз застосовується для різного промислового та побутового обладнання та є обов'язковим запобіжником для тих схем управління, в яких потрібен постійний моніторинг величини напруги та інших параметрів зовнішніх ліній.

У трифазних мережах здійснює контроль:

• рівня напруги, що реалізується, переважно, для обладнання такого класу у випадках, коли його величина виходить за встановлені межі;
• чергування фаз– виконає комутацію у разі аварійного злипання фаз або при їх неправильному розташуванні щодо живильних вводів обладнання;
• пропадання фази– здійснює відключення споживача у разі обриву фази та подальшої відсутності напруги;
• перекосу фаз– здійснює комутацію у разі зміни фазної або лінійної напруги по відношенню до номінального значення.

Переваги реле контролю фаз

У порівнянні з іншими пристроями аварійних відключень дані електронні реле відрізняються вагомими перевагами:

• в порівнянні з не залежить від впливу ЕРС живильної мережі, так як його робота відбудовується від струму;
• дозволяє визначати аномальні стрибки не тільки в трифазній мережі живлення, але і з боку навантаження, що дозволяє розширити спектр компонентів, що захищаються;
• на відміну від реле, що працюють на зміну струму в електродвигунах, це обладнання дозволяє фіксувати ще й параметр напруги, забезпечуючи контроль за декількома параметрами;
• здатне визначити дисбаланс рівнів напруг, що живлять, через нерівномірність завантаження окремих ліній, що чревато перегрівом двигуна і зниженням параметрів ізоляції;
• не потребує формування додаткової трансформації з боку робочої напруги.

На відміну від реле, що працюють тільки за напругою, забезпечує діючий захист від регенерованої напруги, що виробляється зворотними ЕРС. У випадку, коли одна з фазних напруг зникає, двигун продовжує набирати достатній рівень енергії з двох. При цьому в знеструмленій фазі генеруватиметься ЕРС від обертання ротора, який продовжує крутитися від двох фаз в аварійному режимі.

Через те, що контактори електродвигунів не розмикаються від реле при такій роботі, виникає ризик пошкодження електричної машини з подальшою поломкою. Реле контролю, своєю чергою, здатне виявити зміщення фазового кута, з допомогою чого забезпечується повноцінна захист.

Така функція особливо актуальна, коли робочий режим двигуна, у разі його реверсивного обертання, здатний пошкодити елемент, що обертається, або травмувати працівника. Як правило, така ситуація виникає при внесенні змін під час знеструмлення електричної машини, зміні фазних навантажень, порядку чергування фаз та інших.

Технічні характеристики

Серед технічних параметрів, що реалізуються реле контролю фаз, необхідно виділити:

• напруга живлення;
• діапазон контролю перенапруги;
• діапазон зниження рівня напруги;
• межі тимчасової затримки для увімкнення після стрибка напруги;
• межі тимчасової затримки для увімкнення після падіння напруги;
• час, витрачається відключення у разі пропадання фази;
• номінальний струм на контактах електромагнітного реле;
• кількість контактів для здійснення комутаційних опрацій;
• потужність пристрою;
• Кліматичне виконання;
• механічна та електрична зносостійкість.

Схема підключення визначає порядок чергування фаз, тому нормальне харчування навантаження можливе за умови їх правильного дотримання на етапі монтажу та налаштування. При цьому існує можливість регулювання затримки комутації різних режимів роботи пристрою. Таким чином, для двигунів, в момент пуску, можна відбудувати час затримки спрацьовування від 1 до 3 с, для витримки пускових струмів.

Те ж саме відноситься до можливості відбудови аварійного спрацьовування у випадку, де час до комутації можна регулювати від 5 до 10 с.

Огляд популярних реле контролю фаз

• Реле РНВП-311українського виробництва є одним із найбільш популярних та підходящих для мереж пострадянського простору. Абревіатура розшифровується як реле напруги, перекосу та послідовності фаз. Сучасні модифікації, на додаток до стандартних параметрів, здатні відстежувати ще й частоту напруги.
• OMRON K8ABдана модель здійснює контроль не тільки за зниженням, а й за перевищенням рівня напруги, виконуючи тим самим функції обмежувача або розрядника, причому значно ефективніше. Має ряд модифікацій, що відрізняються регулюванням порогів спрацьовування та технічними параметрами.
• Carlo Gavazzi DPC01відрізняється двома реле на вихідних клемах пристрою. Має кілька точок регулювання різних параметрів і перемикач режимів. Надає 7 можливих функцій щодо виставлення затримок, інтервалів або циклічних функцій.
• Реле ЕЛ-11вітчизняного виробництва контролює параметри електричної мережі, що може застосовуватися як у закритих опалюваних, так і в не опалюваних приміщеннях. Встановлюється в будь-якому положенні, але вимагає захисту від прямого потрапляння на них сонячних променів та атмосферної вологи.

Типові схеми підключення

У більшості випадків на корпусі кожного пристрою виробником встановлюються всі необхідні дані про спосіб підключення конкретного реле. Наприклад заберемо кілька схем відомих виробників:

Схема підключення РКФ РНВП-311

На схемі показано підключення клемного ряду до відповідних фаз лінії L1, L2, L3 і нейтралі N. На виході можна отримати два ланцюги управління «Вихід 1» і «Вихід 2», що відрізняються за рівнями напруг.

Живлення здійснюється по вступних каналах L1, L2, L3 і через нейтраль N. На виході виходить два варіанти трифазна трипровідна система і трифазна чотирипровідна, для роботи з відповідним комутатором.

На відміну від попередніх варіантів клеми введення L1, L2, L3 запитуються через запобіжники. Блок регулювання параметрів дозволяє відбудовувати відповідний режим роботи та межі відключення за ними. Два виходи з можливістю ручної комутації надсилають управлінські сигнали на перемикання тих чи інших пристроїв.

Останні дві схеми демонструють роботу вторинних ланцюгів відключення навантаження з відповідною тимчасовою затримкою цих клем. Як бачите, всі схеми підключення мають ідентичні компоненти, призначені для відстеження всіх параметрів мережі, здатних сигналізувати збій електропостачання трифазних споживачів.