Схема подключения реле контроля напряжения трёх фаз

Что такое перекос фаз?

Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях
Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Пример диаграммы напряжений при возникновении пере
Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Видео

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.

В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.

Порядок подключения

Разобраться с порядком подключения реле поможет предварительное ознакомление с особенностями его конструкции. Заметно облегчит этот процесс понимание принципа работы, а также умение настраивать прибор непосредственно перед запуском.

Конструктивные элементы

Конструкция реле контроля напряжения

Корпус реле рассчитан для установки на DIN рейку или на заранее подготовленную ровную поверхность. Вынесенный наружу разъем позволяет подключать его к электросети с помощью типовых зажимов, к которым подводятся медные жилы сечением до 2,5 мм2. На передней панели располагаются органы настройки, а также контрольная лампочка индикации включения прибора.

В рабочей схеме предусмотрены индикаторы аварийной ситуации и подключенной нагрузки, а также переключатели режима, регуляторы асимметрии и задержки по времени. Для подключения устройства используются три клеммы, имеющие обозначение L1, L2 и L3. Подобно автоматам защиты в них не предусмотрено подсоединение нулевого проводника (это справедливо не для всех моделей реле).

На корпусе устройства имеется еще одна контактная группа из 6-ти клемм, используемая для соединения с цепями управления. С этой целью в разводке силового оборудования предусматривается жгут, содержащий соответствующее количество проводов. Одна из контактных групп управляет цепью катушки магнитного пускателя, а вторая – коммутацией подключенного к линии оборудования.

Элементы настройки

Инструкция по подключению и настройке предполагает наличие различных схемных решений самого прибора. В простейших моделях на лицевую панель выводится не более одного или двух регуляторов. Этим они отличаются от образцов с расширенными настройками. В моделях с большим числом регулирующих элементов (их называют мультифункциональными) предусмотрен отдельный блок микропереключателей. Он располагается на печатной плате, размещенной прямо под корпусом прибора или в специальной скрытой нише.

Нужная конфигурация реле получается последовательной настройкой каждого из имеющихся регулировочных элементов. С их помощью – путем вращения ручек управления с одновременным нажатием соответствующего микропереключателя – выставляются требуемые параметры защиты. Шаг их установки или чувствительность прибора у большинства образцов составляет 0,5 Вольт.

Характеристики

Современные реле контроля фаз выбираются с учетом следующих характеристик:

  1. НАПРЯЖЕНИЕ. Рабочее U напрямую зависит от спецификации оборудования. К примеру, EL серии 11 могут работать на напряжении от 100 до 415 В (в том числе 110 В, 220 В, 380 В и 400 В). Что касается ЕЛ 13, они работают на напряжении 220 и 380 В.
  2. ГРАНИЦА СРАБАТЫВАНИЯ. Этот параметр также зависит от вида реле и сложившейся ситуации. Так, при симметричном уменьшении напряжения устройства ЕЛ серий 11, 12 и 13 имеют минимальный предел, равный 0,7; 0,5 и 0,5 Uфн соответственно. В случае обрыва одной или более фаз все реле сработают. Если нарушено чередование, то модели ЕЛ11 и 12 распознают проблему и замыкают контактную группу, а ЕЛ13 нет.
  3. ВРЕМЯ ЗАДЕРЖКИ. Этот показатель отражает, насколько задерживается срабатывание реле контроля фаз напряжения при достижении необходимой уставки (заданное пороговое значение). Для моделей ЕЛ11 и 12 этот показатель равен от 0,1 до 10 секунд (в зависимости от регулировки), а для ЕЛ13 — до 0,15 с.
  4. РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА. Как и в рассмотренных выше случаях, здесь ситуация зависит от типа реле. ЕЛ типа 11 и 12 работают от 40 градусов мороза до 40 градусов тепла. Что касается ЕЛ13, эти реле имеют меньший диапазон — от -10 до +45 градусов Цельсия.
  5. Температура хранения — от -60 до +50 градусов Цельсия.
  6. Вес изделия — 300 грамм (ЕЛ 11 и 13) и 250 грамм (ЕЛ 12).

Неравномерное подключение нагрузки

Перекос фаз вызывается неравномерным подключением нагрузки при сборке цепи. Как правило, это свидетельствует о низкой квалификации монтажника и совершении грубых ошибок:

  • При большом количестве потребителей электроэнергии, они должны быть включены в сеть по группам, а распределение мощности, при этом, должно происходить равномерно. Если потребители сгруппированы неравномерно, это может вызвать асимметрию в распределении нагрузок.
  • При случайном или ошибочном отсоединении нейтрали от общей цепи.
  • При ошибочном подключении заземления через фазный провод.

Все перечисленные ошибки неизбежно влекут за собой перекос фаз с негативными последствиями для оборудования. Если на одной из кабельных жил трёхфазной сети наблюдается снижение напряжения, то остальные провода находятся под действием повышенной нагрузки, что и приводит к асимметрии.

Импульсные блоки питания

Многие производители, выпускающие высокотехнологичное оборудование со сложной электроникой, пытаются избежать риска перекоса фаз путём включения в цепь импульсных блоков питания. Данные устройства позволяют добиться определённых эффектов, положительно влияющих на работу оборудования:

  • ИБП изменяют форму гармонических электрических колебаний, выравнивая их траекторию до состояния идеальной синусоиды. Устройство работает по принципу нелинейного распределения нагрузки между фазами.
  • Устройства успевают потреблять электрический ток до создания предельной разности потенциалов в цепи. Если же разность потенциалов невелика, то ИБП вообще перестаёт потреблять ток. Это приводит к выравниванию перекоса и стабилизации работы электрооборудования.

Каждый компьютер, телевизор или бытовой электроприбор, оснащённый электронной микросхемой, снабжается импульсным блоком питания, что позволяет существенно продлить их ресурс и исключить сбои в работе.

Методы защиты

На практике существует несколько способов защиты оборудования от перекоса фаз в электрической сети:

  • При выборе кабельной жилы, выдерживающей повышенную нагрузку, вызываемую перекосом фаз.
  • Корректное включение потребителей электроэнергии в сеть с равномерным распределением нагрузки между фазами.
  • Включение в сеть дополнительного стабилизирующего оборудования, выравнивающего асимметрию при эксплуатации бытовых приборов.
  • Перед организацией бытовой сети следует предварительно разработать проект, создать схему подключения и учесть равномерное распределение нагрузки на каждый элемент цепи.
  • Устройство в распределительном щитке реле, позволяющего вести контроль фаз.

При устройстве протяжённой сети с приборами, работающими одновременно, лучшим решением избавиться перекоса фаз будет устройство трансформатора, способного одновременно стабилизировать работу сети и выдавать нужные параметры тока.

Особенности различных исполнений и их возможности

Известны две разновидности приборов, используемых в составе линейных трехфазных систем: фазные реле тока и коммутаторы напряжения. Они имеют типовое исполнение, определяемое требованиями нормативной документации. Интерес представляет сравнительная оценка двух разновидностей модульных устройств.

Плюсы токовых реле


Классическая схема подключения прибора контроля фаз и напряжения в цепь управления трехфазным мотором

Бесспорными преимуществами токовых защитных реле (ТР) при их сравнении с устройствами контроля напряжения являются:

  • независимость от ЭДС, постоянно возникающей при фазных сбоях в случае перегрузки электродвигателя;
  • возможность определения отклонений в поведении электрической машины;
  • допустимость контроля не только самой линии (перед ответвлением), но и подключенной к ней нагрузки.

В отличие от ТР приборы контроля напряжения не позволяют реализовать большинство из перечисленных функций. Они предназначаются в основном для установки в линейные цепи.

Обнаружение фазного сбоя

Сбой из-за обрыва фазы – рядовое явление, связанное со сгоревшим предохранителем или механическим повреждением в сети. В схожих условиях 3-хфазный двигатель, например, при пропадании одной из фаз продолжает работать за счет мощности, отбираемой от оставшихся двух. Любая попытка запустить его вновь при отсутствии одной из фаз будет безуспешной.

Длительность ее обнаружения (реакция на перегрузку) бывает настолько продолжительной, что за это время тепловая защита просто не успевает отключить агрегат. В ее отсутствии реле обрыва фазной жилы срабатывает из-за перегрева обмоток электродвигателя. Но это случается далеко не всегда, что объясняется особенностями работы недогруженного по одной из фаз устройства. В этом случае в нем начинает действовать так называемая «обратная ЭДС».

Обнаружение реверса


Использование защитных реле – это обеспечение безопасности рабочего персонала: 1 – оборванная фаза; 2 – шаговое напряжение

Возможность обнаружения реверса фазы востребована в следующих ситуациях:

  • на двигателе проводится техобслуживание;
  • в систему распределения энергоносителя внесены существенные изменения;
  • после восстановления показателя мощности меняется фазовая последовательность.

Необходимость в использовании реле смены чередования фаз связана с недопустимостью реверса двигателя, который способен повредить сам механизм, а также угрожает обслуживающему персоналу. Положениями ПУЭ предписывается применение этого устройства для любого оборудования, включая транспортеры, эскалаторы, лифты и другие движущиеся системы.

Выявление дисбаланса


Выявление дисбаланса в электроцепи

Несбалансированность в электросетях обычно проявляется как значительное различие амплитуд фазных напряжений, поступающих с районной подстанции. Такой дисбаланс наблюдается в ситуациях, когда на стороне потребителя нарушено равномерное распределение нагрузок по каждой из фаз. Его наличие в системе приводит к разбросу токов в отдельных линиях, что заметно сокращает срок службы подключенного оборудования (электродвигателей, например).

Объясняется это тем, что так называемое «слипание» фаз в линиях индуктивных нагрузок вызывает дополнительный нагрев проводов и способствует разрушению изоляции. Все это является обоснованием необходимости установки в действующие электросети указанной модели реле защиты фазы.

Негативные последствия перекоса

Работа трехфазной сети с перекосом фаз приводит к следующим отрицательным действиям.

  • Перекос вызывает рост уравнивающих токов, тем самым увеличивается расход электроэнергии на потребление оборудованием.
  • Отклонение фазного напряжения, превышающее номинальное значение при отсутствии автоматических выключателей может вывести бытовое или промышленное электрооборудование из строя.Отклонение напряжения в меньшую сторону от нормаль
  • Отклонение напряжения в меньшую сторону от нормального создаст для оборудования следующие проблемы: увеличится нагрузка на электромоторы, их мощность падает, для запуска необходимы еще более высокие пусковые токи, электроника будет работать со сбоями, некоторые устройства просто не будут включаться.
  • Эксплуатационный срок работы оборудования в режиме перекоса фаз будет меньшим. Ресурсные показатели не будут соответствовать паспортным данным.
  • Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрального провода может резко повысить опасность получения электрического удара. Шина заземляющего устройства на трансформаторной подстанции теряет связь с местным контуром заземления, тем самым оставляя пользователя без защиты.

Допустимые нормы напряжения в трёхфазной сети

Идеальная симметрия распределения напряжения между фазами и нейтралью при работе сети невозможно. В связи с этим, согласно ГОСТ 13109-97, допускаются следующие отклонения:

  • При стандартной работе оборудования предельный показатель асимметрии распределения нагрузок не может превышать 15%. То есть, каждое значение модуля напряжения AN, BN или CN находится в пределах от 187В до 253В.
  • При монтаже электрической схемы с использованием распределительного щита, включающим несколько контуров, показатели перекоса фаз могут быть увеличены в 2 раза – до 30%.

Большинство современных электроприборов имеют внутреннюю защиту, либо стабилизаторы, позволяющие исключить поломку при асимметрии в пределах нормативных значений.

Преимущества и отличия реле контроля фаз от реле напряжения

На первый взгляд может показаться, что оба типа реле выполняют те же функции. Однако если разобраться с функциями реле напряжения, становятся видны существенные отличия в этих устройствах.

К основным преимуществам реле контроля фаз отнесу:

  • прибор не подвержен воздействию ЭДС сети и работает исключительно исходя из значений тока;
  • обладает возможностями защиты питаемого оборудования, например, обмотки электродвигателя;
  • контроль выполняется за несколькими параметрами сети, а не одним, как у реле напряжения.

Кроме этого, реле контроля фаза способно улавливать обратную ЭДС. Последняя возникает в ситуациях, когда на подаче пропадает одна из 3 фаз, при этом двух оставшихся хватает для работы электродвигателя. Реле отключает подачу тока еще до момента, когда ЭДС может нанести вред электрическому оборудованию.

Для чего предназначено

Применение реле контроля фазового напряжения

Специальные контроллеры фаз востребованы в местах, где требуется часто подключаться к питающей сети и где важно соблюдать их чередование. В качестве примера обычно рассматривается ситуация, когда подключаемое оборудование постоянно переносится с одного места на другое. В этом случае вероятность перепутать фазы линейных напряжений очень велика.

В некоторых нагрузках неверное их чередование способно привести к неправильной работе устройства и последующей поломке. Любой агрегат, включенный в такую сеть длительное время, с большой вероятностью выйдет из строя. При эксплуатации такого прибора можно легко ошибиться с оценкой его состояния, считая, что устройство нуждается в ремонте.

Реле контроля фаз Шнайдер

Компания Schneider (Шнайдер) считается одним из лучших производителей устройств в сфере электроэнергетики. Изделия этого предприятия активно применяются как на гражданских объектах, так и в крупных промышленных организациях.

Преимущества товаров предприятия заключаются в гибкой ценовой политике высоком качестве и специальных условий для покупателей.

Компания производит автоматические выключатели, предохранители, выключатели нагрузки и щитовое оборудование.

Кроме того, на заводе Schneider выпускаются реле, рубильники, розетки, контакторы и многие другие устройства.

К популярным моделям можно отнести реле:

  • Контроля 1-фазного напряжения (от 65 до 260 В и временной выдержкой от 0,1 до 10 с — RM17UBE
  • Контроля 3-фазного напряжения (от 208 до 480 В) — RM17TE
  • Контроля 1-фазного напряжения (от 160 до 280 В, 30-секундная задержка) — EZ9C
  • Контроля 3-фазного напряжения (от 208 до 480 В) — RM17TT00 и другие.

Принцип работы и функции реле контроля фаз

Итак, в каждом станке существует правильный порядок фаз, при котором все двигатели при данном подключении крутятся в правильном направлении. Если питающие фазы перепутаны, то всё тоже будет крутиться, но неправильно, и возможно недолго.

В реле контроля фаз есть схема, которая вычисляет порядок чередования фаз (Phase-sequence), и в соответствии с этим порядком срабатывают выходные контакты. Контакты эти можно подключить куда угодно — в контрольную цепь, к звонку или лампочке, разрывать цепь питания цепь питания всего устройства или катушки контактора двигателя.

Последнее применение рекомендует производитель, я же рекомендую включать его в аварийную (контрольную) цепь, чтобы весь станок, в котором установлено это реле, не мог запуститься. Естественно, если аварийная цепь выполнена правильно, как я это рекомендую в статье по приведённой ссылке.

Это главное применение.

Другое применение — защита от пропадания фазы (Phase-loss). Или от существенного понижения напряжения на одной из фаз (асимметрия, или перекос фаз) (Three-phase Asymmetry).

Последние две функции в принципе идентичны, весь вопрос только в уровне падения напряжения.

От пропадания фазы для защиты электродвигателей также применяется мотор-автомат или тепловое реле, но они срабатывают по тепловой перегрузке, а это уже критический режим. А реле контроля фаз — электронное устройство, и сработает раньше (1-3 сек), не дав двигателю перегреться. В случае выравнивания фаз включение происходит тоже не сразу, а через необходимое время (5-10 сек).

Уровень напряжения асимметрии можно выставить во всех реле контроля фаз, а вот время включения/выключения, как правило, регулируется лишь в навороченных моделях. Кроме того, для функции обнаружения асимметрии существует такой полезный параметр, как гистерезис, который обеспечивает более «плавную» работу устройства. Он тоже, как правило, не регулируется.

Как работает гистерезис, спросите у того, кто знает что это такое))

Таким образом, можно сказать, что реле контроля фаз — устройство, которое контролирует качество трехфазного питающего напряжения в промышленном оборудовании. И естественно, что реле контроля фаз – 3-х фазное устройство.

Теги