Нормальный режим в трехфазной сети 380 В (0,4 кВ) предполагает уровень напряжения в пределах допустимого «окна» и сдвиг между фазами, равный 120 градусов. Если эти условия не соблюдаются (из-за неисправности или неравномерной по величине и реактивности загрузки), это приводит к невозможности нормальной работы потребителей (особенно, электродвигателей). Для защиты оборудования от таких ситуаций предназначены реле контроля фаз (РКФ).
Назначение и определение реле контроля фаз
Реле контроля фаз предназначено для отключения потребителей при возникновении проблем, связанных с нарушением конфигурации трехфазных сетей переменного тока. Так как потребители такой сети в большинстве случаев имеют достаточно высокую потребляемую мощность, то управление нагрузкой производится обычно через промежуточное реле (контактор). Это позволяет уменьшить габариты РКФ за счет уменьшения размеров выходной контактной группы (ее не обязательно делать мощной и трехфазной).
Принцип работы и функции
Принцип работы реле контроля фаз основан на постоянном измерении напряжение между фазами, между каждой фазой и нулевым проводом, при этом отслеживается не только абсолютная величина, но и угол между напряжениями, а также порядок чередования фаз. Срабатывание реле вызывают следующие ситуации:
- Выход напряжения одной или нескольких фаз за верхний установленный предел.
- Понижение напряжения одной или нескольких фаз ниже установленной границы.
- Нарушение порядка чередования фаз.
- Обрыв одной фазы.
- Обрыв нейтрального провода.
- «Слипание» фаз (обрыв одной из фаз и ее замыкание с другой фазой после места аварии).
- Изменение угла между фазами («перекоса фаз»).
При возникновении аварии на одной из фаз генерируется общий сигнал отключения. Для исключения ложных срабатываний при кратковременных всплесках, предусмотрена выдержка времени на отключение.
В списке перечислен максимальный комплект контролируемых параметров. Конкретный прибор может отслеживать как все аварии, так и часть из них.
Практически все современные РКФ выполняются на электронной полупроводниковой элементной базе. Продвинутые модели с множеством функций выполняют на основе микроконтроллеров.
Чем отличается реле контроля фаз и реле напряжения
Помимо реле контроля фаз, для защиты потребителей применяются реле напряжения (РН), также отключающие нагрузку при возникновении нештатных ситуаций. Однако, в отличие от РКФ, реле напряжения контролируют только уровень напряжения (повышение или понижение за установленные лимиты). То есть, реле контроля фаз (можно встретить очень характерный термин «реле перекоса фаз») является прибором с расширенными функциями защиты. Кроме того, РН могут выпускаться как в 3-фазном, так и однофазном исполнении, а однофазное реле контроля фаз не имеет смысла.
Основные параметры и характеристики
При выборе устройства защиты в первую очередь руководствуются набором защитных функций. Чем их больше, тем большее количество аварий способен предотвратить прибор.
Второе, на что нужно обратить внимание – можно ли изменять уставки срабатывания по уровню и по времени. В недорогих моделях, как правило, можно задавать вручную только время срабатывания. В более продвинутых приборах можно регулировать и уровни срабатывания раздельно для каждой функции.
Еще нужно обратить внимание на номинальное напряжение РКФ. Для бытовой сети подойдут приборы на 380 вольт. Для промышленных электроустановок свыше 1000 вольт выпускаются защитные устройства для подключения через измерительный трансформатор напряжения. Они рассчитаны на напряжение 100 вольт и для сети 380 В не подойдут.
Важен и такой параметр, как температурные условия, в которых может работать РКФ. Не менее важен температурный диапазон хранения.
Можно обратить внимание и на нагрузочную способность выходной контактной группы, но так как РКФ напрямую нагрузкой не управляют, как правило, контакты любого защитного реле рассчитаны на управление контактором или промежуточным реле.
Типы реле и их применение
В качестве примеров можно рассмотреть несколько различных устройств. Реле РНПП-3111 предназначено для работы в сетях 380 вольт и контролирует:
- выход напряжения за установленные верхние и нижние пределы (можно регулировать);
- обрыв фазы;
- нарушение чередования;
- асимметрию фаз.
Время срабатывания фиксировано и составляет около 0,02 секунды.
При включении в сеть устройство включается с задержкой, установленной на заводе. Время задержки определяется при заказе.
Другое реле РКФ-М07-1 предназначено для контроля работы трехфазных сетей свыше 1000 В и подключается через трансформаторы напряжения с напряжением вторичной обмотки 100 вольт. Прибор контролирует:
- выход напряжения за установленные пороги (регулируется пользователем);
- мгновенное срабатывание при повышении напряжения свыше 1,3 от номинала;
- обрыв фаз;
- нарушение чередования фаз;
- появление «слипания фаз».
- Время срабатывания можно настроить от 0,1 до 10 секунд.
Маркировка и обозначение реле контроля фаз на схемах
Стандартами, определяющими УГО электрических элементов на схемах, отдельного значка для РКФ не предусмотрено. Скорее всего, это связано с тем, что это устройство защиты выполняет несколько функций, а условное графическое обозначение реле предполагает:
- Общий значок обмотки реле (прямоугольник).
- Символ функции реле.
Так, разработчики одного из реле в паспорте на изделие попытались указать функции, исполняемые прибором. В результате УГО загромождено символами контроля превышения и понижения напряжения, указанием на 3-фазное исполнение, на регулируемую выдержку времени и т.п. В результате получилось наслоение трудновоспринимаемой визуально информации.
Поэтому в большинстве случаев РКФ обозначается прямоугольником, внутри которого или рядом с которым наносят надпись «реле контроля фаз» или указывают его тип. Кроме того, УГО реле контроля фаз может содержать частично внутреннюю структуру прибора (выходную контактную группу и т.п.).
Установка и схемы подключения
Большинство реле контроля фаз выпускается для установки на DIN-рейку. Это означает, что удобнее всего его монтировать в распределительном щите. Схему подключения можно рассмотреть на примере схемы из инструкции по эксплуатации прибора РНПП-31 — она наиболее близка к типовой.
Схему подключения конкретного реле контроля фаз (она может отличаться, большей частью, маркировкой клемм) можно найти в паспорте на прибор, а иногда ее наносят прямо на корпус (обычно, с тыльной или боковой стороны).
Принцип подключения несложен и одинаков для большинства устройств. Напряжение каждой фазы подключается к соответствующим выводам L1, L2, L3. Для подключения нейтрали предусмотрена клемма N. Так как токи, потребляемые для измерения, невелики, нет нужды заботиться о достаточном сечении для проводов. 1,5 кв.мм подойдет для практического большинства ситуаций.
Фазные провода подключаются в строгом порядке следования. Нарушение порядка вызовет немедленное срабатывание реле.
Для управления нагрузкой (в данном ее роль выполняет магнитный пускатель МП) подключается к нормально разомкнутым выходным контактам – в этом случае при срабатывании реле катушка МП обесточится, пускатель отпадет, отключив потребителей. Обычно нагрузочная способность выходной контактной группы невелика, и непосредственно управлять мощной нагрузкой не может (особенно, с учетом пусковых токов электродвигателей).
Реле контроля фаз не является универсальным прибором, способным защитить оборудование от любых аварий в сети электроснабжения. Тем не менее, значительно повысить безопасность эксплуатации с помощью РКФ вполне возможно. Относительно дешевое устройство способно продлить сроки эксплуатации дорогостоящего электрооборудования.
