Technológia ochrany pri strate fázy relé: princípy, aplikácie a vývojové trendy

Relé ako základná súčasť elektrického riadiaceho systému zohráva nezastupiteľnú úlohu v oblasti ochrany elektrickej energie. Medzi nimi je ochrana pred stratou fázy dôležitou funkciou relé, ktorá priamo súvisí s bezpečnou prevádzkou motorov a iných elektrických zariadení. Tento článok komplexne analyzuje pracovný princíp, typické aplikačné scenáre, technické ťažkosti a najnovšie vývojové trendy ochrany relé pri strate fázy, aby čitateľom pomohol hlboko pochopiť dôležitosť tejto kľúčovej technológie v modernom priemysle.

Základné princípy a význam ochrany pri strate fáz

Definícia straty fázy

Strata fázy sa týka straty alebo odpojenia ktorejkoľvek fázy v trojfázovom napájacom zdroji alebo prerušenia obvodu v jednej fáze vinutia motora, stykača, poistky, ističa, svorky alebo iného spojenia, čo vedie k asymetrickej prevádzke trojfázového obvodu. Bežné príčiny zahŕňajú:

• Spálená jednofázová poistka;
• Jednofázový kontakt stýkača nie je zatvorený alebo spálený;
• Porucha jednofázového ističa;
• Odpojenie jednofázového kábla alebo terminálu;
• Otvorený obvod vinutia jednofázového motora;
• Jednofázové uzemnenie alebo odpojenie na strane siete.

Nebezpečenstvo porúch fázovej straty

Strata fázy sa týka javu, pri ktorom chýba ktorákoľvek fáza napájania v trojfázovom napájacom systéme. Je to jedna z hlavných príčin vyhorenia trojfázových asynchrónnych motorov. Keď trojfázový motor stratí fázu počas prevádzky, vytvorí sa zložka prúdu so zápornou sekvenciou, čo spôsobí nerovnováhu trojfázového prúdu alebo nadmerný prúd, čo následne spôsobí okamžité vyhorenie vinutia motora. Podľa štatistík asi 40% porúch motora súvisí so stratou fázy napájania.

Základné princípy ochrany pred stratou fázy relé

Detekcia prúdu a detekcia napätia

Ochrana pri strate fázy zvyčajne určuje poruchy pomocou nasledujúcich metód:

• Typ detekcie prúdu: sleduje, či je trojfázový prúd symetrický. Po strate fázy je prúd v jednej fáze nulový alebo výrazne znížený, zatiaľ čo prúd v ostatných dvoch fázach sa zvyšuje.
• Typ detekcie napätia: sleduje, či je trojfázové napätie symetrické. Po strate fázy sa napätie v jednej fáze zníži alebo zmizne a neutrálny bod sa posunie.
• Typ detekcie komponentov v zápornej sekvencii: extrahuje zápornú sekvenciu prúdu alebo zápornú sekvenciu napätia pomocou algoritmov s vysokou citlivosťou a vhodnosťou pre elektronické chrániče.
• Typ detekcie rozdielového posunu: využíva rozdiel v ohýbaní bimetalových pásov pod teplom na stlačenie diferenciálneho mechanizmu, ktorý sa používa hlavne v tepelných relé s ochranou proti výpadku fázy.

Rozdiely medzi hviezdicovým a trojuholníkovým pripojením

Ochrana pred stratou fázy relé zisťuje, či došlo k poruche straty fázy sledovaním abnormalít prúdu alebo napätia v trojfázovom obvode. Pri motoroch s hviezdicovým (Y) zapojením, keďže sa prúd vo vedení rovná fázovému prúdu, môžu účinnú ochranu poskytnúť bežné tepelné relé. Avšak pre motory s trojuholníkovým (Δ) zapojením, keďže fázový prúd sa nerovná prúdu linky, bežné tepelné relé nemusia fungovať včas a musia sa použiť špeciálne relé ochrany pred výpadkom fázy.

Diferenciálny ochranný mechanizmus pri výpadku fázy

Tepelné relé s ochranou proti výpadku fázy využívajú diferenciálny mechanizmus zložený z hornej vodiacej dosky, spodnej vodiacej dosky a páky. Keď je fáza odpojená, bimetalový pásik tejto fázy sa ochladzuje a resetuje, čím sa zatlačí horná vodiaca doska, aby sa posunula doprava, zatiaľ čo bimetalové pásiky ostatných dvoch fáz sa naďalej ohýbajú pod vplyvom tepla, tlačia na spodnú vodiacu dosku, aby sa posunuli doľava, čím sa spustí ochranná akcia prostredníctvom diferenciálnej akcie.

Schémy technickej implementácie ochrany pred stratou fázy

Ochrana pred stratou fázy tepelného relé

Bežné tepelné relé tlačia pohon cez ohyb bimetalových pásov za tepla, ale ich ochranný účinok na motory zapojené do trojuholníka je obmedzený.

Diferenciálne tepelné relé riešia tento problém prostredníctvom špeciálneho konštrukčného riešenia. Keď dôjde k strate fázy, bimetalový pásik na strane straty fázy sa ochladí a resetuje, zatiaľ čo ostatné dve fázy sa naďalej ohýbajú pod vplyvom tepla, čím sa spúšťa ochrana prostredníctvom diferenciálneho pôsobenia.

Ochrana pred stratou fázy s monitorovaním napätia

Používajú sa tri nízkonapäťové relé s nastaviteľným výpadkovým napätím; ich cievky sú zapojené do hviezdy a spoločný uzol je pripojený k neutrálnej linke.

Nevýhodou je nedostatočná citlivosť. Keď motor stratí fázu, stále sa môže udržiavať relatívne vysoké napätie, čo vedie k oneskorenej ochrane.

Elektronické komplexné ochranné relé

Integruje mikroprocesor a pokročilú technológiu snímania, dokáže súčasne monitorovať viacero parametrov, ako je prúd a napätie, a realizuje všestrannú ochranu.

Technológia polovodičového relé (SSR).

Polovodičové relé (SSR) používajú polovodičové zariadenia na realizáciu bezkontaktného spínania a majú výhody rýchlej odozvy, dlhej životnosti, bez oblúka a vysokej spínacej frekvencie. Samotné sa používajú hlavne na zapínanie a vypínanie, a nie na detekciu straty fázy. Vo vysokonapäťových jednosmerných alebo vysokofrekvenčných AC aplikáciách sa polovodičové relé môžu použiť ako rýchlo vypínacie prvky v kombinácii s elektronickými detekčnými modulmi.

Vo vysokonapäťových systémoch nových energetických vozidiel sa vysokonapäťové relé a polovodičové spínače používajú na spínanie obvodov správy batérií, prednabíjania, nabíjania a riadenia motora. Je potrebné poznamenať, že vo vysokonapäťových jednosmerných systémoch nedochádza k tradičnej „strate fázy“, ale v trojfázových hnacích motoroch a výstupoch meniča sa stále môžu vyskytnúť poruchy fázového zlyhania, čo si vyžaduje špeciálne diagnostické a ochranné stratégie.

FH31L 80A západkové relé s možnosťou jednej alebo dvoch cievok Toto 80A západkové relé podporuje konfigurácie s jednou aj dvojitou cievkou na rovnakom pôdoryse, čo z neho robí flexibilnú voľbu pre inteligentné merače, ktoré potrebujú súlad s UC2 a nízku spotrebu v pohotovostnom režime. Zobraziť produkt →

Výzvy a riešenia v praktických aplikáciách

Ťažkosti s ochranou pre motory pripojené do trojuholníka

Riešenia zahŕňajú použitie vyhradených relé ochrany pri výpadku fázy, komplexných ochrán motorov alebo navrhovanie pomocných ochranných obvodov.

Nesúlad napätia pri výpadku stýkača

Rozsah výpadkového napätia bežných stýkačov je medzi 0,2 Us a 0,7 Us, čo môže spôsobiť zlyhanie ochrany pri strate fázy.

Uskutočniteľnejším riešením je prijať stratégiu ochrany založenú najmä na súčasnej ochrane.

Riziko zlyhania relé

Preventívne opatrenia zahŕňajú výber produktov spoľahlivej kvality, pravidelné testovanie a údržbu, redundantný dizajn a používanie inteligentných relé s funkciami vlastnej diagnostiky.

Fázové straty vo fotovoltaických systémoch

Relé je možné použiť na odpojenie fotovoltaického systému od siete, keď dôjde k poruche siete, čím sa dosiahne rýchla ochrana.

Sprievodca výberom ochrany pred stratou fázy relé

Výber podľa typu zaťaženia

Odporové záťaže, indukčné záťaže a kapacitné záťaže majú rôzne požiadavky na charakteristiky relé.

Zodpovedajúce hodnoty napätia a prúdu

Uistite sa, že výkon relé je vyšší ako maximálne prevádzkové parametre systému.

Úvahy o adaptabilite na životné prostredie

Voľbu relé ovplyvňujú faktory prostredia, ako je vysoká teplota, vysoká vlhkosť a vibrácie.

Analýza funkčných požiadaviek

Rôzne požiadavky ako základná ochrana, inteligentné monitorovanie alebo diaľkové ovládanie určujú typ produktu.

Typické aplikačné scenáre ochrany pred stratou fázy relé

Ochrana priemyselných motorov

Ochrana pred stratou fázy pre kľúčové zariadenia, ako sú vodné čerpadlá, ventilátory a kompresory.

W15-1 16A 20A výkonové relé W151 je výkonové relé s jedným normálne otvoreným (1 tvar A) kontaktom, navrhnuté pre spoľahlivé spínanie v aplikáciách priemyselného riadenia a správy napájania. Zobraziť produkt →

Vysokonapäťové systémy nových energetických vozidiel

Ochrana obvodov pre správu batérie, riadenie motora, systémy nabíjania a ďalšie prepojenia.

FH21L 90A západkové relé Vyhovujúce TUV FH21L je 90A elektrické blokovacie relé s vysokou spínacou schopnosťou a v súlade s RoHS. Zobraziť produkt →

Fotovoltaické systémy na výrobu energie

Aplikácie ako ochrana meniča, prepínanie sieťového pripojenia a správa skladovania energie.

W12 30A 40A výkonové relé Fanhar W12 je kompaktné napájacie relé 40A s prierazným napätím 4KV, certifikáciami UL/TUV/CQC a dizajnom montáže na PCB, vďaka čomu je ideálne pre nabíjanie elektromobilov, fotovoltaické systémy a priemyselné riadiace aplikácie. Zobraziť produkt →

Inteligentná distribúcia energie budov

Monitorovanie napájania dôležitých záťaží, ako sú výťahy a klimatizácie.

FH32 1A 2A Signálne relé Reléová linka FH32 nesie certifikácie UL, TUV a CQC, ktoré odrážajú súlad s hlavnými medzinárodnými bezpečnostnými a kvalitatívnymi normami. Samotná spoločnosť Fanhar funguje v rámci systémov riadenia ISO9001, ISO14001 a ISO45001 a jej produkty sú plne v súlade so smernicami EÚ RoHS a REACH. Zobraziť produkt →