Technologie ochrany před ztrátou fáze relé: princip, aplikace a vývojový trend

Základní princip a význam ochrany proti výpadku fáze

Nebezpečí poruch při ztrátě fáze

Ztráta fáze označuje jev, že v třífázovém napájecím systému chybí jakákoliv fáze napájení, což je jeden z hlavních důvodů, které vedou ke spálení třífázových asynchronních motorů. Když je třífázový motor v provozu, když chybí fáze, bude produkovat proudovou složku se zápornou složkou, což má za následek nevyvážení třífázového proudu nebo příliš velké, což následně způsobí okamžité spálení vinutí motoru. Podle statistik asi 40 % poruch motoru souvisí se ztrátou fáze napájení.

Základní princip ochrany před ztrátou fáze relé

Ochrana před ztrátou fáze relé určuje, zda došlo k poruše ztráty fáze monitorováním proudové nebo napěťové abnormality třífázového obvodu. U motorů se zapojením do hvězdy (Y) mohou běžná tepelná relé poskytnout účinnou ochranu, protože proud ve vedení je roven proudu fáze; avšak u motorů s trojúhelníkovým (Δ) zapojením, protože fázový proud není roven proudu ve vedení, běžná tepelná relé nemusí být schopna včas zasáhnout a je třeba použít speciální ochranná relé při výpadku fáze.

Mechanismus diferenciální ochrany proti fázovému přerušení

Tepelná relé s ochranou proti fázovému přerušení používají diferenciální mechanismus, který se skládá z horní vodicí desky, spodní vodicí desky a páky. Když je fáze odpojena, bimetal této fáze se ochladí a resetuje, zatlačí horní vodicí desku, aby se posunula doprava, zatímco bimetal ostatních dvou fází se nadále ohýbá teplem, tlačí spodní vodicí desku doleva, čímž se spustí ochranná akce prostřednictvím diferenciální akce.

Schéma technické realizace ochrany proti výpadku fáze

Tepelná ochrana před ztrátou fáze

Obyčejné tepelné relé protlačí pohon bimetalovým ohybem teplem, ale má omezený vliv na ochranu motoru s připojením Δ.

Diferenciální tepelné relé řeší tento problém speciálním konstrukčním řešením. Když dojde ke ztrátě fáze, bimetal na straně ztráty fáze se ochladí a resetuje se, zatímco ostatní dvě fáze jsou nadále ohýbány teplem, čímž se spouští ochrana diferenciálním působením.

Ochrana proti ztrátě fáze typu monitorování napětí

používá tři nízkonapěťová relé s nastavitelným spouštěcím napětím, cívky jsou zapojeny do hvězdy a společný uzel je připojen k nulovému vedení.

Nevýhodou je nedostatečná citlivost a motor může stále udržovat vysoké napětí během ztráty fáze, což má za následek zpožděnou ochranu.

Elektronické komplexní ochranné relé

Díky integraci mikroprocesoru a pokročilé snímací technologii může monitorovat více parametrů, jako je proud a napětí současně, a realizovat tak všestrannou ochranu.

Technologie Solid State Relay (SSR).

Vhodné pro vysokonapěťové automobilové bateriové systémy s výstupním výdržným napětím až 900 V, vyznačuje se rychlou odezvou a dlouhou životností.

Výzvy a řešení v praxi

Ochranné výzvy pro motory s připojením Δ

Řešení zahrnují použití specializovaných relé ochrany proti výpadku fáze, integrované ochrany motoru nebo návrh pomocných ochranných obvodů.

Problémy s nesouladem spouštěcího napětí stykače

Běžná spouštěcí napětí stykače se pohybují od 0,2 Us do 0,7 Us, což může vést k selhání ochrany při ztrátě fáze.

Schůdnějším řešením je přijmout strategii ochrany založenou na proudové ochraně.

Riziko samovolného selhání relé

Preventivní opatření zahrnují používání spolehlivých kvalitních produktů, pravidelné testování a údržbu, redundantní design a použití inteligentních relé s autodiagnostickými funkcemi.

Mimofázové poruchy ve FV systémech

Pro rychlou ochranu lze použít relé k odpojení FV systému od sítě v případě poruchy sítě.

Technologická inovace ochrany před ztrátou fáze relé

Inteligentní systém ochrany před ztrátou fáze na bázi CPLD

Obsahuje modul sběru signálu, modul logického zpracování CPLD a modul ochrany tyristorového řízení.

Pomocí algoritmu posuzování stavu obvodu v reálném čase, jakmile je detekována ztráta fáze, okamžitě uzavřete jediný SCR, abyste chránili relé.

Integrovaný a miniaturizovaný design

jako jsou malá polovodičová relé, což snižuje velikost řešení až o 90 % a zároveň snižuje náklady na kusovníky.

Nové aplikace materiálů

Použití kontaktů ze slitiny stříbra, keramických izolačních materiálů atd. zlepšuje odolnost relé vůči vysokým teplotám a jiskření.

Širokopásmová polovodičová technologie

Uvedení zařízení z karbidu křemíku (SiC) a nitridu galia (GaN) zvýšilo provozní teplotu polovodičových relé na více než 200 °C a přineslo spínací frekvenci do éry MHz.

Průvodce výběrem ochrany před ztrátou fáze relé

Výběr podle druhu zátěže

Odporové, indukční nebo kapacitní zátěže vyžadují různé charakteristiky relé.

Odpovídající jmenovité hodnoty napětí a proudu

Ujistěte se, že jmenovitý výkon relé je vyšší než maximální provozní parametry systému. Zohlednění adaptability na životní prostředí

Výběr relé ovlivňují faktory prostředí, jako je vysoká teplota, vysoká vlhkost, vibrace atd.

Analýza funkčních požadavků

Různé požadavky, jako je základní ochrana, inteligentní monitorování nebo dálkové ovládání, určují typ produktu.

Typické aplikační scénáře ochrany před ztrátou fáze relé

Průmyslová ochrana motoru

Ochrana proti ztrátě fáze pro klíčová zařízení, jako jsou vodní čerpadla, ventilátory a kompresory.

Nový systém vysokého napětí energetických vozidel

Ochrana obvodu pro správu baterie, řízení motoru, nabíjecí systém a další odkazy.

Fotovoltaický systém výroby elektřiny

Ochrana invertoru, přepínání sítě, správa skladování energie a další aplikace.

Inteligentní rozvod energie v budovách

Monitorování výkonu důležitých zátěží, jako jsou výtahy a klimatizace

Budoucí vývojové trendy

Inteligentní a digitální

Nová generace ochranných zařízení integrující mikroprocesory, algoritmy digitálního zpracování signálu a komunikační rozhraní k dosažení softwarové definice a vzdálené správy ochranných funkcí.

Technologie polovodičového relé

S pokrokem polovodičové technologie se bude podíl polovodičových relé ve vysokonapěťových a vysokoproudých aplikacích postupně zvyšovat.

Prediktivní údržba a integrace IoT

Inteligentní relé mohou předem detekovat potenciální nebezpečí selhání prostřednictvím nepřetržitého sledování parametrů stavu zařízení a hluboké integrace v rámci průmyslových systémů IoT.

Standardizovaný a modulární design

Moderní ochranná relé běžně používají zabudovanou montáž, standardní terminály a HD LCD rozhraní pro zjednodušení procesu instalace a konfigurace