Пофазный контроль наличия напряжения

Принцип работы и виды реле контроля фаз

Все современные механизмы, облегчающие труд и бытовые работы, функционируют на основе электричества. Для питания применяется переменный ток, поставляемый конечному потребителю тремя фазами и нейтралью энергетической сети.

При нагрузке линии менее 10 кВт для питания маломощной техники достаточно подводить одну из фаз, вместе с нейтралью. Что обычно и делается в отношении жилых помещений. Зачастую вводом в квартиру или дом выступает всего два провода. Хотя есть и исключения. К примеру, в некоторых моделях холодильников, вентиляционных механизмов или плит, обязательно подключение всех трех фаз. Другое дело производства, где используются мощные электромоторы, сварки, компрессоры и все прочие механизмы, сильно нагружающие сети электропитания. Снабжение их полноформатным электрическим током обеспечивает необходимую функциональность с покрытием всех возникающих запросов.

Для механизмов, использующих полнофазное питание, есть некоторые требования к его характеристикам. Речь идет об очередности и вольтаже во всех трех линиях. Если они отличаются от стандарта или неправильны подведены, КПД конечных устройств будет ниже. Последнее в большей степени затрагивает электродвигатели и трансформаторы тока. С целью соблюдения настоящего условия соответствия и применяются реле контроля фаз вводных линий.

Что такое переменный ток

Стандартный трехфазный ввод:

С целью понимания необходимости 3 фаз электропитания и соответствующей защиты на линиях, вначале разберем о каком конкретно токе идет речь. В отличие от постоянного, движение электронов в каждой линии переменного тока происходит в соответствии с синусоидальным напряжением поля. В момент, когда оно достигает своего пика, перемещение частиц максимально в канале по направлению к нейтрали или фазового провода с текущим нулевым индексом. Последний становится таким в период, когда мощность поля в нем равна «0». Затем сила, приводящая в движение электроны своего знака, изменяет полярность и продолжает перемещать в канале уже частицы с противоположным зарядом.

Подобное периодическое движение электронов и служит сущностью понятия переменного тока. Его плюсы по сравнению с постоянным:

1. Нагрузка линии не постоянна, а значит каналы передачи энергии можно сделать физически тоньше относительно используемых при непрерывном движении электронов.
2. Возможность экономичной передачи тока на большие расстояния, за счет поднятия его вольтажа несложными трансформаторами в начале пути и последующим уменьшением его до рабочих характеристик, такими же аппаратами, находящимися на стороне получателя.
3. Упрощается создание кругового магнитного поля, что дает возможность облегчить конструкцию электромоторов.
4. Получение двух рабочих напряжений в трехфазных устройствах.
5. При симметричных характеристиках на всех трех линиях, конечный потребитель, использующий их для своего питания, не нуждается в отдельной нейтрали. Ему достаточно приходящего переменного тока. Конечно, при соответствующем соединении линий и нагрузки.

Пример системы 3 фаз без нейтрали — соединение «звездой»:

Еще один способ подключения трехфазового оборудования без нейтрали (если в его конструкции нагрузка соединена в связку типа «треугольник»). Правда, для названого случая обязателен монтаж с правильным чередованием вводных фаз.

Соединение треугольником потребителей и генераторных мощностей:

Одну из фаз вместе с нейтралью, можно использовать для питания относительно слабого по мощности потребителя, что и делается в отношении жилых помещений. На всю квартиру обычно заводят только одну линию из трех с общим нулем.

Зачем нужно реле контроля фаз

Ранее были описаны плюсы при использовании фазового питание. Есть и минусы:

1. Происходит небольшая, но постоянная потеря реактивной мощности в соединяющих проводах.
2. При обрыве нулевого провода и несимметричной нагрузке на каналы сети, в момент синусоидального простоя, по одной из линий может пройти напряжение выше нормы, что зачастую и губит квартирную бытовую технику. Она перегорает от излишних токов. Что происходит при разрыве нуля:
3. Перечисленное во втором пункте происходит еще и по причине чрезмерного потребления на одной или двух фазах общей цепи питания. Скажем, когда нагрузка не сбалансирована.
4. Излишнее использование импульсных блоков питания на одной из приходящих линий может вызвать проблему гармоник, кратных третьей. Что в конечном итоге приводит к возникновению излишних токов в нейтрали сети. Распространение блоки питания настоящего типа получили в малогабаритной технике, наподобие ПК, ноутбуков, зарядок, офисного оборудования и многих других устройств.
5. В случае обрыва одной или нескольких фаз, коэффициент полезного действия питаемого оборудования резко снижается, а общая нагрузка на сеть увеличивается. Это может привести к весьма печальным последствиям.
6. Нарушение порядка чередования также приведет к выходу техники из строя. Примером может стать промышленный винтовой компрессор. Если он подключается к линии неверно, обмотки двигателя зачастую перегорают.

Именно для целей предотвращения перечисленных факторов, приводящих к выходу из строя конечных потребителей, и применяется реле контроля фаз.

Принцип работы реле

С переменным током и причинами проблем на линии разобрались. Осталось понять, зачем нужно фазное реле и каков принцип его работы.

Одна из производимых промышленностью моделей реле контроля фаз:

Функциональность реле построена на основе размыкания всех трех каналов, участвующих в поставке энергии.

Это для тех случаев, когда происходит:

• разрыв «нуля»;
• асимметрия фазного тока;
• уменьшение или повышение уровня напряжения на одной из линий;
• нарушение в правильном чередовании фаз.

Выключение в идеале производится не сразу, а через небольшой период времени (в расчете на то, что колебание параметров сети имеет разовый характер и сразу нормализуется). К примеру, такое случается одномоментным образом с подсоединением к линии мощного потребителя. Из-за этого в аппарат защиты обычно встраивается реле времени, контролирующее период срабатывания.

Не все выпускаемые заводами модели оснащены полным функционалом устройства. Некоторые из дешевых реле контроля фаз определяют только один из факторов, требующий действия. Зачастую в них отсутствует и таймер.

При желании можно сделать простой аппарат защиты подключенных многофазных устройств своими руками, используя приведенную схему:

Это наиболее простая конструкция из множества возможных. Тем не менее, свою функцию защиты на базовом уровне она выполняет.

Главное, что нужно помнить о принципе работы реле контроля фаз — оно определяет только состояние входящей линии, а не каналов потребления. То есть, если происходит какая-либо проблема на клиентских устройствах, в отличие от иных автоматов отключения, срабатывания системы защиты ждать не стоит.

Различия моделей

Как было описано ранее, основой различия реле контроля фаз, представленных на рынке, служит ширина возможностей. В настоящем устройстве не сильно важна цифровая составляющая, для наблюдения за характеристиками сети вполне достаточно обычной электронной схемы. А вот возможность установки изначальных параметров срабатывания защиты зачастую необходима.

Таблица нескольких моделей реле контроля фаз:

Наименование	Задержка срабатывания (сек)	Задание начальных характеристик&	Факторы, приводящие реле в действие					Цена на октябрь 2020 г. (руб.)
			Перекос	Мин. напряжение	Макс. напряжение	Обрыв	Чередование
IEK ORF-06-220-460VAC	0.5	Есть	Да	Да	Да	Да	Да	1743
IEK ORF-03-220-460VAC	0.5	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Нет	1555
EKF RKF-8	0.5–10	Есть	Да	Да	Да	Да	Да	2249
F & F CKF-318-1	0.3–15	Есть	Да	Да	Да	Да	Да	1890
TDM ЕЛ-11М-3х380В	0.5–4	Есть	Да	Да	Да	Да	Да	1312
Line Energy RKF-03-02	0.1–99.9	Есть	Да	Да	Да	Да	Да	2000

Примечание: ошибку неправильного чередования фаз автомат отключения может отловить и за счет перекоса напряжения, так что корректный монтаж его в любом виде исполнения к трехфазовой сети обязателен.

В приведенном перечне указаны не все модели, получившие широкое распространенные, но он позволяет сделать прикидку средней цены аппаратов защиты одинаковой функциональности.

Вопрос выбора

Основные характеристики, которыми рекомендуется руководствоваться при выборе реле контроля фаз:

1. Скорость срабатывания.
2. Наличие реле времени на задержку включения и отсечки.
3. Установка параметров вручную, и широта их задания. Последнее как раз скажет лучше любой документации о чувствительности устройства защиты.
4. Функциональная полнота, выраженная в контроле перекосов, напряжений, направлений и обрывов фазовых линий и/или нейтрали.
5. Шасси монтажа. Некоторые модели рассчитаны на установку в стандартную DIN-рейку для классического щитка, другие крепятся непосредственно к ровным поверхностям. Не редкость и объединение разных фиксаторов в одном корпусе.

Смонтированное реле контроля фаз в стандартный щиток:

Вторичным условием выбора можно назвать класс защиты устройства — его IP-индекс. Но он важен только при использовании автомата отключения без дополнительного корпуса, при установке непосредственно на улице.

Схемы подключения

Осталось рассмотреть, как подключить реле контроля фаз к существующей линии. Речь идет не о частных бытовых случаях, использующих один канал питания и нейтраль. Монтаж автомата защиты оправдан в отношении ввода ко многим потребителям или организации снабжения энергией мощного оборудования. Он производится согласно следующей схеме:

Само устройство проходное и устанавливается после трехфазовых рубильников, на линию между ними и потребителями. Схема подключения реле контроля фаз достаточно проста, но нуждается в уточнении к каждой модели автомата. Контактные последовательности могут отличаться, хотя метки соединяемых линий обычно нанесены на корпус аппарата. Кроме того, есть реле, оснащенные внутренним контактором. Существуют и модели, для которых обязательно использование отдельного, внешнего. Сами же проводники ввода обычно выполнены в соответствии со следующей цветовой маркировкой:

Реле контроля фаз к конечному устройству зачастую проводится с использованием дополнительных аппаратов защиты, которые контролируют состояние внутренней линии. К примеру, схема подсоединения промышленного насоса:

Есть некоторые реле, содержащие в своей конструкции контактные группы, используемые при состоянии «выключено». То есть, внутреннее устройство автомата, отключая ход энергии по одним входящим каналам, перенаправляет их на другие. Последнее достаточно интересно в плане резервного энергоснабжения оборудования. Например, если на одном вводе возникла проблема, реле перекинет потребителей на иной.

Схема монтажа для использования резервной линии подачи тока:

Для защиты мощного и дорогого оборудования, подключаемого к полноформатному питанию, необходимо использовать реле контроля фаз. Отсекая внешнюю линию энергоснабжения при обнаружении проблем, возникших на каком-либо канале, автомат спасает конечную и сопутствующую технику от выхода из строя. Вместе с этим, если характеристики сети приходят в норму, реле автоматически произведет соединение ввода с потребителями.

Единственный минус подобной защиты — ее направленность на внешние условия. Все, что происходит на линии после реле контроля фаз, никакого влияния на его работу не оказывает. Соответственно и использовать автомат такого типа нужно в совокупности с иными средствами защиты энергосетей.

Видео по теме

Источник

Что такое реле контроля фаз, и где его применяют

Реле контроля фаз устанавливается в цепи питания ответственных электродвигателей. Его работа незаметна. Но в случае обрыва одной из фаз данное автоматическое устройство спасет дорогостоящий двигатель от сгорания обмоток.

Функционал реле

Реле фазного контроля (РКФ) создано для защиты промышленного и бытового электрооборудования от ненормальных режимов работы питающей сети. Устройство контролируют такие параметры как:

• наличие всех 3 питающих фаз;
• угол сдвига между фазами;
• симметричность напряжений;
• величина напряжения в каждой фазе в отдельности.

Распространенная сфера применения прибора — это защита асинхронных электрических двигателей. Они неспособны работать от 2 фаз. В таком режиме двигатели быстро выходят из строя. С помощью реле контроля реализуется схема, отключающая мотор при пропаже одной из фаз.

Обратите внимание! По своей задаче РКФ напоминает трехфазное реле контроля напряжения. Оба прибора отслеживают вольтаж в сети. Но реле фазного контроля обладает более широким перечнем настроек и возможностей.

Устройство и принцип работы

Большинство приборов данного типа предназначены для крепления в электрические шкафы защищаемого оборудования. На корпусе предусмотрена защелка под монтаж на DIN рейку. Спереди находятся регуляторы для настройки пределов срабатывания.

Принцип работы устройства основан на непрерывном отслеживании состояния сети. Если напряжение или угол между фазами выходят за критический уровень, защитное устройство сформирует отключающий сигнал и выведет оборудование из работы. Отключение производится с задержкой по времени. Его величина также настраивается.

Виды РКФ

Различные модели РКФ имеют отличающиеся технические характеристики. Поэтому каждый из подобных приборов относится к тому или иному типу.

По возможностям настройки реле делятся на 2 категории:

1. Регулируемые. Возможно выставить требуемую уставку срабатывания по напряжению и времени (ЕЛ-11, ЕЛ-12, ЕЛ-13, ЕЛ-15).
2. Нерегулируемые. Поддерживают только настройки завода изготовителя. Пример подобного устройства — Е-511.

Реле ЕЛ-13Е

Основные технические параметры

Защитные устройства применяются в широком перечне оборудования. Поэтому их параметры способны заметно отличаться в зависимости от условий работы. Из важнейших технических характеристик реле фазного контроля отмечают следующие:

• рабочее напряжение;
• пределы регулировок срабатывания;
• время задержки срабатывания;
• диапазон рабочих температур;
• условия хранения.

Напряжение питания

Этот параметр выбирается в зависимости от напряжения питания защищаемого оборудования. Если оно работает от 380 В, то подбирается реле с аналогичным значением вольтажа. Помимо этого, распространены РКФ на 110 и 220 В линейного напряжения.

Важно! Линейным напряжением называется потенциал между фазными проводами. Обычно он составляет 380 В. Фазное же напряжение находится между фазным проводом и нейтралью. Обычно это 220 В как в квартирной розетке.

Пределы настроек РКФ

Различные реле фазного контроля обладают отличающимися пределами регулировок. Если оборудование предназначено для работы с точными параметрами питающего напряжения, то можно выбрать реле с узким диапазоном регулирования 0,9-1,1 Uном, которое подходит, например, для электрических двигателей.

Если точность питающего напряжения не принципиальна, то подойдет реле с пределами 0,7-1,3 Uном. Подобные защитные приборы пригодны для трехфазных нагревательных устройств и ТЭНов.

Задержка включения/отключения

Многие промышленные потребители электроэнергии имеют нелинейную пусковую характеристику. В момент включения двигателя или ТЭНа пусковой ток в десятки раз превышает номинальный. Соответственно, при запуске просаживается и напряжение.

Чтобы РКФ не отключало сеть в момент падения напряжения, в алгоритм его работы добавлена задержка срабатывания. При запуске двигателя напряжение снижается ниже допустимого уровня, но реле не отключает питание в течение некоторого времени. Этот параметр можно настроить регулятором на передней панели устройства.

Рабочая температура

Сильная жара или холод пагубно сказываются на электронной схеме РКФ. Ненормальное значение температуры способно привести к дрейфу характеристик внутренних радиокомпонентов устройства, что спровоцирует его ложные срабатывания и отключения. Также резкое охлаждение может вызвать конденсацию паров воды внутри прибора, что выведет его из строя. Поэтому важно соблюдать температурный режим РКФ.

Для примера, устройства серии ЕЛ-11Е, ЕЛ-12Е и ЕЛ-13Е способны работать при температурах от –40 до +80°C. Поэтому их возможно эксплуатировать в условиях не слишком морозных зим.

Требования при хранении

У каждого электронного устройства есть как условия для эксплуатации, так и для хранения. Обычно они похожи. Любое реле фазного контроля должно храниться в заводской упаковке. По возможности необходимо избегать попадания прибора во влажную среду или в условия экстремальных температур. При хранении следует исключить вибрацию и лишнюю транспортировку реле.

Обзор популярных реле фазного контроля

На рынке представлены десятки моделей от отечественных и зарубежных производителей. Каждая из них обладает своими особенностями и техническими характеристиками. Выбирая РКФ, необходимо учесть, кто и для каких задач его выпускает.

Zamel CKM 01

Трехфазное реле контроля чередования фаз с крепежом на DIN рейку. Обладает компактными размерами. Ширина стандартная для 1 модуля и составляет 17,5 мм. Более подробные характеристики указаны в таблице.

Питающее напряжение	Однофазное 220 или двухфазное 380 В
Максимальное допустимое напряжение для контактов	250 В
Предельная мощность внутреннего реле	2,5 кВА
Выходные контакты	1NO и 1NC
Максимальный коммутируемый ток	10 А
Собственное потребление	34 мА
Класс защиты корпуса от пыли и влаги	IP 20
Габаритные размеры	9х17,5х6,6 см

РНПП 311

Реле от отечественного производителя «Новатек-электро». Устанавливается в щит на DIN-рейку. Имеет на передней панели минимум регуляторов для настройки, что делает его пригодным для обслуживания даже неподготовленным персоналом.

Номинальное напряжение питания	380 В
Частота питающей сети	45-55 Гц
Собственный потребляемый ток	Не более35 мА
Диапазон регулирования по напряжению	1,05-1,25Umax (для Umin аналогичные значения)
Фиксированная задержка отключения	12 сек
Напряжение катушки пускателя	110-380 В
Критические значения питающего напряжения	80-500 В
Рабочая температура	–25 +40°C
Климатическое исполнение	УХЛ4
Количество циклов переключений при нагрузке 5 А	Не менее100 тыс. раз

ABB 1SVR750488R8300

Компания ABB специализируется на высококлассном электротехническом оборудовании. Качество соответствует цене. Рассматриваемое реле стоит около 11 тыс.

Напряжение питания цепи управления	450 В
Рабочая частота	50-60 Гц
Задержка включения/отключения	0,1-30 сек
Количество переключающих (перекидных) контактов	2
Габаритные размеры	85,6х45х104,8 мм

OMRON K8AB

Компактный прибор, имеющий несколько другое назначение, чем обычное РКФ. OMRON K8AB контролирует не напряжение, а ток. Поэтому для его работы требуется дополнительный трансформатор тока. Производитель позиционирует прибор как идеальное средство для контроля тока в промышленных нагревателях и электродвигателях.

Питающее напряжение (зависит от модификации)	24 Впер./пост. тока или 100-115 В или 200-230 В
Контролируемый ток	2 мА– 200 А
Количество контролируемых фаз	1
Максимальный ток выходного реле	6 А
Гистерезис срабатывания	5-50 %
Модель необходимого для работы реле трансформатора тока	K8AC-CT200L

Важно! Гистерезис, если говорить простым языком — это задержка переключения. Он позволяет включать и выключать реле при отличающихся значениях тока. Это необходимо, чтобы предотвратить слишком частое переключение и механический износ контактов. Например, реле выключается при 5 А, а включается при 4. Или регулятор температуры выключает обогреватель, когда в комнате 24°C и включает, когда 18°C.

Carlo Gavazzi DPC01

Мультифункциональное трехфазное РКФ с расширенным перечнем регулировок. Реле данного производителя встречается в промышленном компрессорном оборудовании. На передней панели имеются стандартные регуляторы напряжения и задержки срабатывания. А также индикаторные светодиоды, что облегчает взаимодействие человека с устройством.

Напряжение питания	24 В пост. тока или 230 переменного
Предельный ток выхода	8 А
Регулировка задержки срабатывания	От 0,1 до30 сек
Диапазон регулировки напряжения срабатывания	2-22 %от номинального значения
Количество контролируемых фаз	3
Степень защиты от пыли и влаги	IP 20
Монтаж	На DIN-рейку
Предельное напряжение для контактов выходного реле	550 В

Евроавтоматика ФиФ CKF-318-1

Белорусское реле фазного контроля, зарекомендовавшее себя как простое, дешевое и надежное решение для защиты электродвигателей. Данное РКФ срабатывает на критическое снижение/превышение напряжения и пропажу одной и более питающих фаз. Характеристики в таблице.

Рабочее напряжение	220/380 В
Предельный ток выходного реле	8 А при 250 В
Тип контактов	2NO и 2NC
Цвет индикатора аварии	Красный
Диапазон нижнего предела напряжения	150-210 В
Диапазон верхнего предела напряжения	240-280 В
Гистерезис	5 В
Потребляемая от сети мощность	1,6 Вт

Плюсы и минусы отечественных реле

Разработчикам и наладчикам оборудования периодически приходится выбирать между отечественными и зарубежными производителями автоматики. С одной стороны, все хочется сделать дешевле, а с другой — надежнее. Для правильного выбора необходимо учесть плюсы и минусы каждого из вариантов.

Достоинства российских реле контроля:

1. Низкая цена. Импортные РКФ стоят минимум в 2 раза больше.
2. Возможность действия устройства при температурах ниже –25°C. У зарубежных такая выносливость встречается реже.
3. Российские реле серии ЕЛ не требуют дополнительного питания 24 В. Большинству же зарубежных требуется дополнительный источник напряжения.

Устройства производства Электротехнической Компании Меандр

Недостатки российских РКФ:

1. Высокое тепловыделение. Это указывает на ненадежность силовых контактов или большое потребление тока собственных нужд.
2. Некорректность работы аналоговых цепей РКФ. Чувствительность к внешним помехам.
3. Устаревший внешний вид. Хотя в последнее десятилетие в плане дизайна отечественной автоматики наблюдается «оттепель».

Схемотехника

В разумных пределах схема подключения РКФ зависит от фантазии разработчика. Стандартное устройство имеет 3 входа для подключения фаз. Обычно они расположены в верхней части прибора. Снизу находится клеммник с 4 выводами — NO и NC контактами реле. К ним подключается какой-либо исполнительный механизм. Например, более мощное реле, контактор или магнитный пускатель. Возможно подключить нагрузку и напрямую, но требуется учесть потребляемый ею ток.

Элементы конструкции реле

Старые советские реле контроля обрыва и чередования фаз фиксировались на монтажном месте с помощью 2 винтов. Современные приборы оснащаются крепежом под DIN-рейку. Такой подход упрощает ремонт и разработку электрических шкафов.

Вторая конструктивная особенность реле фазного контроля — винтовые клеммники для подключения проводов. Подобными контактами оснащается подавляющее большинство устройств защиты.

Регуляторы для настройки

Регуляторы настройки рабочих параметров реле находятся на передней панели. Это позволяет внести изменения, не снимая само устройство с электрического щита. Регуляторы выполнены на основе подстроечных резисторов. Они не выпирают с поверхности прибора. Для их вращения необходимо воспользоваться любой подходящей отверткой.

Некоторые модели реле защиты от перекоса в сети оснащены кнопками и дисплеем. В таких устройствах ничего вращать не требуется. Однако несколько сложнее разобраться в том, что и как регулируется. Особенно без руководства пользователя.

Маркировка назначения выводов

В плане маркировки и обозначения клемм все так же, как и на любых современных устройствах. Буквы на корпусе прибора имеют следующие обозначения:

• L1, L2, L3 — выводы для подключения 3 фаз контролируемой сети;
• NO/NC — контакты выходных реле;
• Umax — максимальный порог напряжения, при котором РКФ отключит защищаемое оборудование;
• Umin — соответственно минимальный порог отключения;
• задержка — время, через которое сработает реле.

Обратите внимание! NC/NO (normal closed / normal open) — нормально закрытые/открытые контакты реле. Данная маркировка применяется во всем современном оборудовании. NC контакты находятся в замкнутом состоянии и накоротко прозваниваются мультиметром, если на катушку реле не подано напряжение. Как если бы оно просто лежало на столе. NO — контакты наоборот. Без напряжения находятся в разомкнутом состоянии.

На любом промышленном предприятии имеются сотни и тысячи трехфазных асинхронных двигателей. Каким бы современным и надежным не был мотор, если во время работы пропадет одна из питающих его фаз, то он сгорит. Стоимость самых больших и мощных двигателей сопоставима с ценой неплохого автомобиля. Реле контроля стоит гораздо дешевле мотора. Но оно точно спасет его при обрыве фазы. Этим объясняется экономическая целесообразность установки РКФ для защиты двигателя.

Качество напряжения важно не только для асинхронных машин. При коротком замыкании в линии вольтаж в одной из фаз просаживается практически до нуля. Такой режим работы недопустим. РКФ заметит критический перекос напряжения и отключит линию. Тем самым все потребители будут защищены от ненормальных режимов работы и последующих убытков.

С учетом сказанного, РКФ — это далеко не последнее по важности защитное устройство. Оно нисколько не потеряло актуальности с советских времен. Напротив, с развитием и усложнением оборудования реле становится только востребованней, ведь оно позволяет защитить от поломки дорогостоящие электрические машины.

Источник