Technologie ochrany před ztrátou fáze relé: Principy, aplikace a vývojové trendy

Relé jako základní součást elektrického řídicího systému hraje nezastupitelnou roli v oblasti ochrany elektrické energie. Mezi nimi je ochrana proti ztrátě fáze důležitou funkcí relé, která přímo souvisí s bezpečným provozem motorů a dalších elektrických zařízení. Tento článek bude komplexně analyzovat pracovní princip, typické aplikační scénáře, technické potíže a nejnovější vývojové trendy ochrany relé při ztrátě fáze, aby čtenářům pomohl hluboce porozumět důležitosti této klíčové technologie v moderním průmyslu.

Základní principy a význam ochrany před ztrátou fáze

Definice fázové ztráty

Ztráta fáze se týká ztráty nebo odpojení jakékoli fáze v třífázovém napájecím zdroji nebo přerušení obvodu v jedné fázi vinutí motoru, stykače, pojistky, jističe, svorky nebo jiného spoje, což má za následek asymetrický provoz třífázového obvodu. Mezi běžné příčiny patří:

• Spálená jednofázová pojistka;
• Kontakt jednofázového stykače není sepnutý nebo spálený;
• Porucha jednofázového jističe;
• Odpojení jednofázového kabelu nebo svorek;
• Přerušený obvod vinutí jednofázového motoru;
• Jednofázové uzemnění nebo odpojení na straně sítě.

Nebezpečí fázových ztrát

Ztráta fáze se týká jevu, při kterém chybí jedna fáze napájení v třífázovém napájecím systému. Je to jedna z hlavních příčin vyhoření třífázových asynchronních motorů. Když třífázový motor během provozu ztratí fázi, vytvoří se složka proudu se zápornou složkou, která způsobí nevyváženost třífázového proudu nebo nadměrný proud, což následně způsobí okamžité spálení vinutí motoru. Podle statistik asi 40 % poruch motoru souvisí se ztrátou fáze napájení.

Základní principy ochrany před ztrátou fáze relé

Detekce proudu a detekce napětí

Ochrana proti ztrátě fáze obvykle určuje poruchy pomocí následujících metod:

• Typ detekce proudu: sleduje, zda je třífázový proud symetrický. Po ztrátě fáze je proud v jedné fázi nulový nebo výrazně snížen, zatímco proud v ostatních dvou fázích se zvyšuje.
• Typ detekce napětí: sleduje, zda je třífázové napětí symetrické. Po ztrátě fáze se napětí v jedné fázi sníží nebo zmizí a neutrální bod se posune.
• Typ detekce komponent se zápornou sekvencí: extrahuje zápornou sekvenci proudu nebo zápornou sekvenci pomocí algoritmů, vyznačuje se vysokou citlivostí a vhodností pro elektronické chrániče.
• Typ detekce rozdílového posunu: využívá rozdílu v ohýbání bimetalových pásků za tepla k ovládání diferenciálního mechanismu, který se používá hlavně v tepelných relé s ochranou proti výpadku fáze.

Rozdíly mezi hvězdicovým a trojúhelníkovým připojením

Reléová ochrana před ztrátou fáze určuje, zda došlo k poruše výpadku fáze, sledováním proudových nebo napěťových abnormalit v třífázovém obvodu. U motorů se zapojením do hvězdy (Y), protože proud ve vedení se rovná proudu fáze, mohou běžná tepelná relé poskytnout účinnou ochranu. Avšak u motorů s trojúhelníkovým (Δ) zapojením, protože fázový proud není roven proudu vedení, běžná tepelná relé nemusí včas fungovat a je třeba použít speciální relé ochrany proti výpadku fáze.

Diferenciální ochranný mechanismus proti výpadku fáze

Tepelná relé s ochranou proti výpadku fáze používají diferenciální mechanismus složený z horní vodicí desky, spodní vodicí desky a páky. Když je fáze odpojena, bimetalový pásek této fáze se ochladí a resetuje, přičemž tlačí horní vodicí desku, aby se posunula doprava, zatímco bimetalové pásky ostatních dvou fází se dále ohýbají pod teplem a tlačí spodní vodicí desku doleva, čímž se spustí ochranná akce prostřednictvím diferenciální akce.

Technická implementační schémata pro ochranu před ztrátou fáze

Ochrana před ztrátou fáze tepelného relé

Obyčejná tepelná relé protlačují pohon ohybem bimetalových pásků za tepla, ale jejich ochranný účinek na motory zapojené do trojúhelníku je omezený.

Diferenciální tepelná relé řeší tento problém speciální konstrukcí. Když dojde ke ztrátě fáze, bimetalový pásek na straně ztráty fáze se ochladí a resetuje se, zatímco další dvě fáze se dále ohýbají působením tepla a spouští ochranu prostřednictvím diferenciální akce.

Ochrana proti ztrátě fáze s monitorováním napětí

Jsou použita tři nízkonapěťová relé s nastavitelným odpadovým napětím; jejich cívky jsou zapojeny do hvězdy a společný uzel je připojen k neutrálnímu vedení.

Nevýhodou je nedostatečná citlivost. Když motor ztratí fázi, může být stále udržováno relativně vysoké napětí, což má za následek zpožděnou ochranu.

Elektronické komplexní ochranné relé

Integruje mikroprocesor a pokročilou technologii snímání, dokáže současně sledovat více parametrů, jako je proud a napětí, a realizuje všestrannou ochranu.

Technologie Solid-State Relay (SSR).

Polovodičová relé (SSR) využívají k realizaci bezkontaktního spínání polovodičová zařízení a mají výhody rychlé odezvy, dlouhé životnosti, bez oblouku a vysoké spínací frekvence. Samotné se používají hlavně pro zapínání a vypínání, spíše než pro detekci ztráty fáze. Ve vysokonapěťových stejnosměrných nebo vysokofrekvenčních střídavých aplikacích lze polovodičová relé použít jako rychlé vypínací prvky v kombinaci s elektronickými detekčními moduly.

Ve vysokonapěťových systémech nových energetických vozidel se vysokonapěťová relé a polovodičové spínače používají pro spínání obvodů správy baterie, předběžného nabíjení, nabíjení a řízení motoru. Je třeba poznamenat, že ve vysokonapěťových stejnosměrných systémech nedochází k tradiční „ztrátě fáze“, ale u třífázových hnacích motorů a výstupů invertoru se mohou stále vyskytovat poruchy fázového selhání, což vyžaduje speciální diagnostické a ochranné strategie.

FH31L 80A přídržné relé s možností jednoduché nebo dvojité cívky Toto 80A západkové relé podporuje konfigurace s jednou i dvojitou cívkou na stejném půdorysu, což z něj činí flexibilní volbu pro inteligentní měřiče, které vyžadují shodu s UC2 a nízkou spotřebu v pohotovostním režimu. Zobrazit produkt →

Výzvy a řešení v praktických aplikacích

Obtížnost ochrany pro motory s připojením do trojúhelníku

Řešení zahrnují použití vyhrazených relé ochrany proti výpadku fáze, komplexní ochrany motoru nebo navrhování pomocných ochranných obvodů.

Stykač Dropout Voltage Nesoulad

Rozsah výpadkového napětí běžných stykačů je mezi 0,2Us a 0,7Us, což může způsobit selhání ochrany proti ztrátě fáze.

Schůdnějším řešením je přijmout strategii ochrany založenou především na proudové ochraně.

Riziko selhání relé

Preventivní opatření zahrnují výběr spolehlivých kvalitních produktů, pravidelné testování a údržbu, redundantní design a používání inteligentních relé s funkcemi vlastní diagnostiky.

Fázové ztráty ve fotovoltaických systémech

Relé lze použít k odpojení fotovoltaického systému od sítě, když dojde k poruše sítě, čímž se dosáhne rychlé ochrany.

Průvodce výběrem ochrany před ztrátou fáze relé

Výběr podle typu zatížení

Odporové zátěže, indukční zátěže a kapacitní zátěže mají různé požadavky na charakteristiky relé.

Odpovídající jmenovité hodnoty napětí a proudu

Ujistěte se, že jmenovitý výkon relé je vyšší než maximální provozní parametry systému.

Úvahy o přizpůsobivosti prostředí

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

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

Ochrana průmyslových motorů

Ochrana před ztrátou fáze pro klíčová zařízení, jako jsou vodní čerpadla, ventilátory a kompresory.

W15-1 16A 20A Výkonové relé W151 je výkonové relé s jedním normálně otevřeným (1 tvar A) kontaktem, navrženým pro spolehlivé spínání v aplikacích průmyslového řízení a správy napájení. Zobrazit produkt →

Vysokonapěťové systémy nových energetických vozidel

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

FH21L 90A západkové relé Vyhovující TUV FH21L je 90A elektrické přídržné relé s vysokou spínací schopností a v souladu s RoHS. Zobrazit produkt →

Fotovoltaické systémy pro výrobu energie

Aplikace, jako je ochrana střídačů, přepínání připojení k síti a správa skladování energie.

W12 30A 40A napájecí relé Fanhar W12 je kompaktní 40A napájecí relé s průrazným napětím 4KV, certifikacemi UL/TUV/CQC a designem pro montáž na PCB, díky čemuž je ideální pro nabíjení elektromobilů, fotovoltaické systémy a průmyslové řídicí aplikace. Zobrazit produkt →

Inteligentní rozvod energie budov

Monitorování napájení důležitých zátěží, jako jsou výtahy a klimatizace.

FH32 1A 2A Signální relé Reléová linka FH32 nese certifikace UL, TUV a CQC, které odrážejí shodu s hlavními mezinárodními standardy bezpečnosti a kvality. Samotná společnost Fanhar působí v rámci systémů řízení ISO9001, ISO14001 a ISO45001 a její produkty jsou plně v souladu se směrnicemi EU RoHS a REACH. Zobrazit produkt →