Реле серии ЕЛ. Врожденные пороки вряд ли излечимы Валентин Сушко, к.т.н., ведущий научный сотрудник ОАО «ВНИИР», г. Чебоксары

В свое время при разработке реле серии ЕЛ ставилась задача получить более-менее приемлемые технические характеристики приборов при минимальной стоимости. Поэтому, как наиболее простое техническое решение, в измерительной части реле была использована бестрансформаторная схема с использованием выпрямления фазных напряжений.
Именно это и вызвало техническое несовершенство реле в части определения несимметрии питающего напряжения. В связи с выпрямлением измеряемых синусоидальных величин, измерялась амплитудная несимметрия при однофазном снижении напряжения. При этом фазная несимметрия не учитывалась. Такой метод определения несимметрии питающего напряжения не дает однозначного соотношения с величиной напряжения обратной последовательности, приводящего к перегреву и выходу из строя асинхронных двигателей. Не исключается и повреждение отдельных типов двигателей с учетом их нагрузочных режимов, так как реле не срабатывает по каналу несимметрии питающего напряжения.
Определение амплитудной несимметрии в реле серии ЕЛ породило еще один их недостаток: они не реагируют на аварийные режимы, когда отсутствует амплитудная несимметрия или она незначительна, но имеется существенная фазовая несимметрия, вызывающая появление больших значений напряжения обратной последовательности, приводящих к перегреву двигателей и выходу их строя. Одним из таких режимов является аварийный режим так называемого «слипания» фаз, когда при повреждении питающей сети обрывается одна из фаз и замыкается со стороны двигателя на другую фазу. При этом одно линейное напряжение сети подается на три фазы двигателя, две из которых замкнуты между собой.
Приветствуя попытки отечественных производителей модернизировать реле серии ЕЛ, не могу не отметить следующие моменты.

О несимметрии напряжений
Технические усовершенствования реле ЕЛ-12, ЕЛ-13 с использованием микропроцессорной элементной базы проводились, как это следует из схем реле, с использованием в измерительной части трехфазного выпрямительного моста. Таким образом, обработка информации в реле стала аналого-цифровой с операциями со скалярными величинами, а не с векторами, что не позволяет принципиально улучшить алгоритмы функционирования реле.
К сожалению, отсутствие в материале Е. Васина подробного описания алгоритмов обработки информации после выпрямления напряжений трехфазным выпрямительным мостом не позволяет объективно оценить техническое совершенство этих алгоритмов. Заявленные же технические характеристики реле могут либо приниматься доверительно, либо проверяться экспериментально. Как следует из данных таблицы, цифровая обработка сигналов скалярных величин позволила обеспечить работу реле при «слипании» фаз, хотя эта задача может быть решена и на аналоговых принципах.
Алгоритм определения асимметрии питающего напряжения, при указанных выше принципах аналого-цифровой обработки информации, принципиально улучшить невозможно.

О регулировке разбаланса фаз
Введение плавной регулировки разбаланса фаз в реле серии ЕЛ практически мало что дает, так как выбор уставки будет проводиться «вслепую». Выбор уставки разбаланса фаз по принципу отстройки от длительно существующей в сети несимметрии напряжений также не гарантирует защиту от опасного перегрева двигателя и выхода его из строя с учетом продолжительного нагрузочного режима.
Примененный в усовершенствованных реле алгоритм не позволяет использовать для расчета уставок разбаланса фаз известные псевдотепловые математические модели двигателей, базирующиеся на использовании фазных токов и токов обратной последовательности, как поступает, например, Schneider Electric. Применение указанных математических моделей позволяет рассчитать с использованием постоянных времени нагрева и охлаждения двигателя (приведенных фирмой-производителем или полученных экспериментально) уставку срабатывания реле по напряжению обратной последовательности, опасному с точки зрения перегрева двигателя.

Однако определить величину напряжения обратной последовательности в реле ЕЛ-12М, ЕЛ-13М принципиально невозможно. Для этого требуется реле с другими алгоритмами обработки информации о трех векторах напряжения вместо обработки информации о скалярных величинах. Соответственно будет необходим более производительный процессор и разделительный трехфазный трансформатор. При этом цена реле может вырасти в несколько раз.
Востребованность российским рынком таких более совершенных и одновременно дорогих реле находится под большим вопросом. При современном состоянии российской экономики потребитель, к сожалению, часто отдает предпочтение менее совершенным, но более дешевым техническим устройствам.
Кроме того, состояние нормативно-технической базы в России в ближайшие годы также не будет способствовать применению более совершенных реле защиты, так как, в соответствии с законом РФ «О техническом регулировании», все нормативно-технические документы, кроме технических регламентов, не будут носить обязательного характера, включая национальные стандарты и ПУЭ.
Необходимо отметить, что реле контроля фаз не могут полностью обеспечить защиту присоединений 0,4 кВ, включая двигатели, от аварийных и ненормальных режимов и они должны дополняться токовыми защитами присоединений.
Даже применяемые зарубежными производителями технические решения не обеспечивают в большинстве случаев защиту двигателей от несимметричных режимов в сети 0,4 кВ. Западные фирмы (Schneider Electric, Moeller и другие) выпускают специальные автоматические выключатели для защиты двигателей с термоэлектромагнитными или электронными расцепителями. Но эти выключатели в лучшем случае реагируют на «чистый» обрыв фазы в сети 0,4 кВ, но не реагируют на обрыв фазы со стороны высокого напряжения трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда–треугольник» и «треугольник–звезда», а также в других случаях несимметричных режимов.
В России автоматические выключатели для защиты двигателей не выпускаются вообще, а от перегрузки двигатели защищаются электротепловыми токовыми реле. В связи с известными недостатками последних, с 80-х годов прошлого столетия различными производителями выпускаются микроэлектронные реле защиты двигателей, в том числе от несимметричных режимов. Они применяются в дополнение или вместо электротепловых токовых реле.
Применить для защиты двигателя 0,4 кВ технически совершенные микропроцессорные защиты высоковольтных двигателей не представляется возможным из-за высокой цены последних (от 50 до 150 тыс. рублей за комплект). Таким образом, назрела необходимость разработки оптимальной системы построения в России защиты присоединений 0,4 кВ.

Выводы

1. Модернизация реле контроля фаз серии ЕЛ с использованием микропроцессорной элементной базы и аналого-цифровой обработкой информации о скалярных величинах не позволяет принципиально улучшить защиту от асимметрии питающего напряжения. Уставки защиты невозможно согласовать с тепловой характеристикой асинхронного двигателя при перегреве его токами обратной последовательности, вызванными напряжением обратной последовательности вследствие асимметрии питающего трехфазного напряжения.
2. Техническое совершенствование защиты от асимметрии питающего напряжения возможно только на пути применения фильтрового аналогового или цифрового реле напряжения обратной последовательности или введения соответствующей функции защиты в мониторе напряжения, как это реализуется во всех мониторах напряжения в сетях 6–35 кВ. Однако стоимость таких реле контроля фаз низковольтного напряжения значительно возрастет по сравнению с существующими реле серии ЕЛ, что ставит под сомнение их востребованность на российском рынке в ближайшее время.
3. Проведенная модернизация реле контроля фаз серии ЕЛ с применением аналого-цифровой обработки информации представляется полезной с точки зрения введения дополнительных функций: защиты от повышения напряжения, от «слипания» фаз, введения минимального напряжения включения.