Контроль трехфазных электрических сетей

Одно- и многофункциональные устройства для контроля параметров электрических сетей.

Работоспособность электрических установок стала одним из ключевых факторов промышленного производства. Сбои в подаче электроэнергии часто являются причиной срыва производства, влияют на последующие стадии производственного процесса и приводят к дополнительным затратам на дорогостоящий ремонт. Поэтому очень важно контролировать параметры электрических сетей.

Контроль параметров трехфазных электрических сетей может быть реализован с минимальными усилиями и затратами при помощи электронных реле контроля. Эти приборы заблаговременно обнаруживают ошибки и позволяют отключать неисправные компоненты, прежде чем произойдет дальнейшая поломка оборудования.

Трехфазные реле контроля АББ

Параметры трехфазной сети

Трехфазные реле контроля позволяют контролировать следующие параметры:

Последовательность фаз

Нарушение последовательности фаз при работе двигателя или неправильное подключение фаз до пуска приводит к изменению направления вращения подключенного оборудования. Генераторы, насосы или вентиляторы вращаются в неверном направлении, что приводит к неправильной работе оборудования. Своевременное обнаружение ошибок в чередовании фаз имеет большое значение, особенно для машин с вращающимися и движущимися частями.

Обрыв фазы

Обрыв фазы может привести к тому, что двигатели перестанут запускаться или будут забирать необходимый ток из других фаз. Такая ситуация приводит к неравномерным нагрузкам на обмотку двигателя и может вызвать его поломку.

Повышенное и пониженное напряжение

Повышенное напряжение приводит к нагреву подключенного оборудования. Если своевременно не обнаружить перенапряжение, оно может привести к разрушению оборудования.

Пониженное напряжение приводит к возникновению неопределенного состояния в работе оборудования. Если на катушку контактора подается пониженное напряжение, контакты могут неправильно работать при переключении.

Асимметрия

При несимметричном напряжении питания двигателя часть энергии двигателя превращается в реактивную мощность. Производительность падает; кроме того, двигатель подвергается повышенной тепловой нагрузке и может выйти из строя.

Обрыв нейтрального провода

В случае симметричной нагрузки в сети обрыв нейтрального провода не оказывает никакого влияния на сеть. При обрыве нейтрального провода в сети с ассиметричной нагрузкой в отдельных фазах возникают колебания напряжения, способные нанести значительный ущерб подключенному оборудованию.

Примеры использования

Двигатель с рекуперацией энергии (двигатель, способный генерировать энергию в сеть).

Обрыв фазы работающего трехфазного двигателя может быть четко зафиксирован при помощи реле контроля асимметрии фаз.

В номинальном режиме, сразу после подачи напряжения питания, реле контроля фиксирует правильность чередования фаз L1-L2-L3 и соответствие всех напряжений диапазону Uмин./Uмакс. Тем самым гарантируется отсутствие перенапряжений, пониженного напряжения и обрыва фазы. Только после этого двигатель запускается.

При обрыве фазы (в примере, фаза L2, рис. 1.), фазный ток IL2 становится равным 0, а фазное напряжение UL2 уменьшается на величину Д1Т. Величина остаточного напряжения Ul2 может составлять до 95% от номинального, в зависимости от типа используемого двигателя. Приборы контроля фаз и пониженного напряжения контролируют пропадание фаз только до 60 % от номинального напряжения. Таким образом, обрыв фазы работающего двигателя нельзя с достаточной уверенностью определить при помощи реле контроля фазы. Надежное определение данной неисправности может гарантировать только контроль асимметрии фаз. При обнаружении асимметрии фаз, реле контроля асимметрии отключает двигатель, чтобы предотвратить его повреждение (рис. 2).

Рис. 1. Трехфазный двигатель с рекуперацией и реле контроля перед отключением из-за обрыва фазы: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

Рис. 2. Трехфазный двигатель с обрывом фазы в L2 после срабатывания реле контроля: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

Обнаружение обрыва нулевого провода

При симметричной нагрузке обрыв нулевого провода не влияет на работу оборудования, так как фазные токи IL1, IL2 и IL3 равны по величине и сдвинуты относительно друг друга на 120°.

Ток, протекающий через нулевой провод In согласно закону Кирхгофа, определяется как сумма всех фазных токов и в любой момент времени равен нулю и контроля обрыва нулевого провода не требуется.

В сетях с несимметричной нагрузкой — фазные токи IL1 IL2 и IL3 имеют разные значения и разную величину фазного угла, а фазные напряжения UL1, UL2 и UL3 относительно Un -одинаковые. Вследствие разницы фазных токов, через нулевой провод протекает компенсирующий ток In. При обрыве нулевого провода ток In становится равным 0, при этом сдвигается нейтральная точка звезды, и, следовательно, происходит перераспределение фазных напряжений по отдельным фазам (рис. 3). Это означает, что фазное напряжение в цепи с пониженной нагрузкой снижается, а в цепи с повышенной нагрузкой — повышается. Таким образом, в одной из цепей появляется перенапряжение, которое может привести к выходу из строя подключенного оборудования. В другой цепи, наоборот, происходит падение напряжения, которое может привести к различным последствиям в зависимости от нагрузки. Если нагрузка — например, работающий двигатель — продолжает потреблять из сети такую же мощность, которую он потреблял до обрыва нулевого провода, ток в данной цепи повышается и вызывает нагрев нагрузки и может привести к ее разрушению. В контакторах из-за падения напряжения могут возникнуть «нестабильные» состояния в работе (произвольное включение — выключение). Это приводит к непредсказуемым переключениям подключенной нагрузки и возникновению опасных ситуаций для оборудования.

Рис. 3. Обрыв нейтрального провода в трехфазной сети

Реле контроля трехфазного тока с функцией контроля нулевого провода обеспечивают безопасную и надежную защиту от обрыва нулевого провода. Эти реле подключаются к трем фазам сети электропитания и нулевому проводу, как показано на рисунке 4. Внутри реле моделируется соединение «звездой», а нагрузка подключается к нулевому проводу.

Рис. 4. Подключение трехфазного реле контроля нейтрального провода

При подключении нулевого провода возникает компенсирующий ток In, который вызывает падение напряжения Urn. При обрыве нулевого провода ток In равен нулю. Напряжение Urn при этом также равно нулю и выходное реле сообщает об обрыве нулевого провода.

Заключение

Примеры, рассмотренные выше, показывают целесообразность и важность контроля параметров в трехфазных сетях. При минимальных затратах обеспечивается безопасная работа оборудования, сохраняется процесс производства и предотвращаются поломки.

Ключевые характеристики, которые компания АББ стремится придать всем реле контроля, — это простота в эксплуатации и универсальность. При своих небольших размерах многофункциональные реле имеют полный набор функций и при изменении параметров процесса реле можно с легкостью перенастроить, выбрав необходимую функцию.

Одним из таких устройств является многофункциональное реле CM-MPS. Это реле обеспечивает контроль всех параметров фаз: последовательности фаз, обрыва фаз, перепадов напряжения и асимметрии. Для питания этого реле не требуется дополнительных цепей, т.к. оно может осуществляться от контролируемой сети.

Также в номенклатуре реле компании АББ есть и более простые устройства, контролирующие только определенный параметр, что позволяет осуществлять экономичный контроль трехфазных сетей.

Трехфазные реле контроля компании АББ

Трехфазные реле контроля компании АББ обеспечивают контроль всех важных параметров трехфазных цепей. Они распознают ошибки на ранней стадии, помогая избежать отключения всей установки. В случае серьезных ошибок реле производят безопасное отключение подключенных устройств и двигателей, предохраняя установку от поломок.

Благодаря этому, трехфазные реле контроля сохраняют безопасную работу оборудования с максимальной эксплуатационной готовностью и являются важным вкладом в экономику.