Реле контроля фаз: его назначение, устройство, схема подключения

Реле контроля фаз (РКФ) представляют собой специальные устройства защиты оборудования, которое питается от трехфазной сети. Последняя нашла широкое применение как способ поставки электроэнергии потребителям.

Для этого есть много причин:

● Трехфазное питание позволяет передавать больше энергии по сравнению с однофазным при той же нагрузке. Это делает его более эффективным для питания оборудования, которое потребляет большое количество электроэнергии.

● Трехфазное питание обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на электросеть, что уменьшает вероятность перегрузок, делает работу оборудования стабильнее.

● В условиях, когда требуется высокая надежность электроснабжения, 3-фазное питание обладает дополнительными преимуществами. Например, при потере одной из фаз трехфазное оборудование часто способно продолжать работу. Его эффективность будет ниже, но однофазное питание в такой ситуации просто перестанет выполнять задачи.

● Трехфазное питание позволяет использовать более тонкие провода при той же передаваемой мощности, что может снизить затраты на проводку и сэкономить пространство. Это важно при проектировании любых объектов, будь то многоквартирный дом или мощные электродвигатели на очистных сооружениях.

Более сложный принцип работы, помимо преимуществ, привносит и недостатки. Из-за неверной работы, повреждений, сбоев, брака элементов сети передачи энергии, оборудование трехфазного питания может начать работать неправильно или даже совсем выйти из строя. Поэтому отвечая на вопрос, зачем нужно реле контроля фаз, можно сказать, что оно защищает нагрузку от нарушений режима электропитания.

Для чего нужно реле контроля фаз

Какие же неисправности могут случиться?

1. Отсутствие хотя бы одной из фаз (иногда такую ситуацию называют «обрыв фазы»). Происходить это может по целому ряду причин: из-за повреждения одного из питающих кабелей, неверного подключения оборудования, выхода из строя компонентов энергогенерирующей сети или сети передачи электричества. Это неприятная ситуация, которая серьезно нарушает работу устройств, питающихся от трехфазной сети.
2. Уменьшение напряжения ниже уставки. Это состояние, известное как «саг» или «дип», возникает, когда напряжение падает на 10–90% на короткий период. Обычно такое происходит при включении в сеть мощных потребителей энергии, таких как асинхронные электродвигатели (мощности всего в 1 кВт может хватить, чтобы так серьезно влиять на сеть), промышленное оборудование. Иногда просадки возникают из-за работы электриков на системах энергораспределения. Общий же корень их возникновения — недостаточная пиковая мощность электрической сети.
3. Увеличение напряжения выше уставки. Это обратная ситуация (называют «свелл» или «перенапряжение»), которая возникает, например, при быстром отключении мощного промышленного оборудования, из-за процессов коммутации электросети и даже после простого возобновления питания.
4. Обратный порядок чередования фаз. Каждый из компонентов трехфазного питания должен приходить вовремя. И если они вдруг начинают приходить в обратном порядке, то это грозит неправильной работой оборудования. Питаемый неправильным порядком двигатель начнет вращаться в обратную сторону, и, например, вместо открытия задвижек гидросооружения начнет их закрывать, когда это неуместно. Основная причина неверного чередования фаз — неправильное подключение оборудования.
5. Обрыв нулевого провода (в отдельных конструкциях). Потеря нулевого соединения может привести к неравномерному распределению напряжения между фазами, что создает риск перенапряжения на подключенных устройствах.
6. Несимметрия токов и напряжений (так называемый перекос фаз). Это отклонение в величине фазных токов или напряжений, которое может привести к неэффективной работе системы и повышенной нагрузке на оборудование.
7. Изредка в сетях случаются внезапные пики напряжения (так называемые импульсные перенапряжения). Это кратковременные, но очень высокие увеличения напряжения, которые вызывает молния или коммутационные операции в сети.

Отвечая на вопрос, для чего предназначено реле контроля фаз, можно утверждать, что оно необходимо для предотвращения неисправностей, которые связаны с нестабильностью трехфазного энергопитания. Принцип работы реле контрольных фаз заключается в автоматическом определении возникновения неисправности в сети, отключении оборудования до того, как оно повредит что-то из-за своей неправильной работы или выйдет из строя само.

Реле напряжения и реле контроля фаз. Отличия

Реле контроля фаз и напряжения выполняют связанные, но все же разные функции в системах электроснабжения.

Что делает реле контроля фаз? РКФ обычно используют в трехфазных системах для защиты электродвигателей, насосов, вентиляторов и другого оборудования от повреждений, которые связаны с ненормальной работой именно фаз.

Реле напряжения, в свою очередь, предназначены для контроля и реагирования на отклонения от нормы величины напряжения в электросети: они фокусируются на перенапряжении или недонапряжении. Реле напряжения могут применять как в однофазных, так и в трехфазных системах. Они защищают оборудование, чувствительное к колебаниям напряжения, например, компьютеры, коммуникационное оборудование, бытовую технику. А вот реле контроля фаз применяют только в трехфазных сетях.

Выбор между реле контроля фаз и реле напряжения зависит от конкретных требований системы электроснабжения и задач, которые должно выполнять защитное оборудование.

Характеристики реле контроля фаз. Как выбрать реле контроля фаз

При выборе конкретного вида реле контроля фаз стоит обратить внимание на диапазон контролируемого напряжения. Это указывает на минимальное и максимальное значение напряжения, которое реле может контролировать. Диапазон в 200–500 В можно считать хорошим для современного устройства.

Обращайте внимание на точность измерения — способность реле надежно определять отклонения и адекватно на это реагировать. Хорошим уровнем можно считать ±1%.

Время отклика реле стоит выбирать с учетом ожидаемых угроз, которые оно должно предотвращать. Для импульсных перенапряжений длительностью в 100 мкс время отклика в 100 мс может быть слишком большим.

Важно учесть частоту тока, для которой предназначено реле. В европейских сетях необходимо устанавливать устройства, рассчитанные на 50 Гц.

Номинальную мощность, с которой может работать реле защиты, важно подбирать так, чтобы нагрузка на него потребляла меньшую мощность, чем та, на которую рассчитано защитное устройство.

Функции реле контроля фаз у разных моделей могут отличаться. Они включают защиту от потери фазы, несимметрии фаз, обратной последовательности фаз, а также от перенапряжений и недонапряжений. Чем больше функций требуется, тем дороже устройство, тем безопаснее эксплуатация. На требуемый набор укажут характеристики защищаемого оборудования.

Учитывайте, что реле занимает место и объем. Исполнение (в DIN-рейку или на панель), размеры, требования к окружающей, легкость доступа к управлению настройки реле контроля фаз, сложность монтажа и перемонтажа могут помочь сузить список потенциальных «кандидатов».

Наличие аудио и визуальных индикаторов для сигнализации о работе устройства и обнаруженных неисправностях могут существенно упростить эксплуатацию. Поэтому при прочих равных, устройства с развитой системой отображения предпочтительнее.

Некоторые РКФ предлагают возможность настройки параметров защиты, таких как пороги срабатывания для напряжения и времени задержки. Это позволяет адаптировать работу под конкретные условия эксплуатации, но усложняет процесс регулировки реле контроля фаз.

Важно убедиться, что выбранное РКФ будет совместимо с другими элементами электрической системы, в том числе с типом нагрузки, которую оно будет защищать. Если планируется установка реле контроля фаз на промышленном объекте, то следует обратить внимание на принятую на производстве систему управления. Если она реализована в цифровой форме, то хорошей идеей может быть включение реле в систему SCADA. Здесь необходимо будет уточнить протоколы, которые доступны на предприятии, и подобрать устройство с их поддержкой. В то же время необходимо сверить ценность подключения каждого конкретного реле к системе со стоимостью этих работ, учитывать, проложена ли сеть связи (если нет, то важно просчитать, оправдывают ли работы по ее монтажу и настройке получаемую от цифровизации выгоду).

Устройство реле контроля фаз

Есть разные реализации этих устройств. Описание реле контроля фаз аналогового типа: схема контроля основана на физических процессах, которые должны протекать при нормальных параметрах тока. В таких устройствах могут использовать тепловые реле или реле на токах утечки. Такие устройства проще, дешевле в изготовлении, но менее надежны и не отличаются гибкостью в применении.

В современных системах есть датчики напряжения, которые подключают к каждой из фаз. С помощью делителей напряжение понижается до такого, которое может обработать аналогово-цифровой преобразователь. Подключенный к нему микропроцессор постоянно оценивает качество поставляемого электропитания, в случае отклонений от заданных аппаратно или программно норм он отдает команду исполнительному реле, которое безопасно отключит нагрузку от сети. Такая реализация позволяет тонко управлять поведением системы, может обеспечивать автоматическое включение нагрузки в сеть при стабилизации параметров, а также оперативное оповещение операторов.

Схема подключения реле контроля фаз

Схемы подключения реле контроля фаз могут варьироваться в зависимости от модели, требуемой функциональности и конкретного применения. Однако обязательно нужно следующее:

1. Подключение клемм к трехфазной сети. Без этого устройство защиты не будет работать. Иногда для согласования напряжения сети и входных напряжений РКФ включение проводят через трансформатор. Необходимость применения дополнительного преобразователя зависит от параметров сети и устройства. Предпочтительно применение реле контроля фаз без промежуточных устройств.
2. Подключение питания реле контроля фаз. Современные устройства для удобства запитывают прямо от контролируемой сети, но некоторые модели могут требовать подведения отдельного питания.
3. У РКФ обычно один или несколько выходных контактов, которые могут быть нормально замкнутыми (НЗ) или нормально разомкнутыми (НР). Эти контакты подключают к цепи управления нагрузкой или системе автоматики. В случае обнаружения неисправности РКФ изменяет состояние этих контактов, включая или отключая защищаемое оборудование.

Реле контроля фаз можно интегрировать в цепь управления оборудованием. В этом случае выходные контакты РКФ подключают к управляющему входу пускателя, контактора или системы управления. При обнаружении неисправности реле изменяет состояние контакта, что приводит к отключению пускателя или включению сигнала тревоги.

В некоторых случаях РКФ могут использовать для контроля и защиты нескольких устройств одновременно. Это делают путем подключения выходных контактов реле к нескольким цепям управления. Важно учитывать номинальные токи и напряжения выходных контактов реле, чтобы избежать перегрузки.