Контроль параметров трехфазных сетей

при помощи реле производства АББ

Рис. 1 Гамма реле контроля производства АВВ: от мультифункциональных трехфазных до монофункциональных, контролирующих отдельные сетевые параметры

Работоспособность электрических установок стала одним из ключевых факторов, влияющих на успех промышленного предприятия и на его способность выпускать продукцию точно в срок. Сбои в подаче электроэнергии часто становятся причиной срыва технологических процессов, влияют на последующие стадии производственного цикла и приводят к дополнительным затратам на дорогостоящий ремонт. Таким предприятиям особенно важно контролировать параметры трехфазных электрических сетей. Эта задача может быть решена с минимальными усилиями и затратами при помощи электронных реле контроля (рис. 1), которые заблаговременно обнаруживают отклонения параметров и позволяют отключать неисправные компоненты, прежде чем оборудование выйдет из строя. При этом нет необходимости вносить изменения в производственный процесс и устанавливать дополнительное технологическое оборудование.

Промышленность давно оценила преимущества электроснабжения по трехфазным сетям. Как никакая другая, эта система подходит для различных областей индустриального применения. Трехфазная сеть позволяет не только экономично и надежно передавать значительную мощность, но и использовать конструктивно простые и эффективные трехфазные двигатели.

Рис.2a
Соединение звездой

Рис.2б
Соединение ртеугольником

В трехфазных сетях чаще всего применяются два типа соединений элементов – соединение звездой и соединение тре-угольником. Соединение звездой: три проводника трехфазной сети соединяются в одной точке (нейтральная точка звезды), к которой также подходит нейтральный провод. Такое соединение допускает использование двух различных напряжений: напряжение между одной из трех фаз и нейтральным проводом – 220/230 В и напряжение между любыми двумя фазами – 380/400 В (рис. 2а). Соединение треугольником: напряжение между любыми двумя точками (u1, v1 и w1) составляет 400 В (рис. 2б).

Параметры трехфазной сети

Чтобы обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии на производство, необходимо следить за состоянием трехфазных сетей. Одно- и многофункциональные трехфазные реле позволяют контролировать ряд важнейших параметров.

Последовательность фаз

Этот параметр определяет направление вращения электродвигателя. Нарушение последовательности фаз при работе двигателя или неправильное подключение фаз до его пуска меняет направление вращения подключенного оборудования. Вращение в неверном направлении становится причиной неправильной работы генераторов, насосов, вентиляторов и т.д. Своевременно обнаруживать ошибки в чередовании фаз очень важно, особенно для машин с вращающимися и движущимися частями, для приводов, а также для передвижных потребителей, таких как строительная техника.

Обрыв фазы

Из-за обрыва фазы двигатели перестают запускаться или начинают забирать необходимый ток из других фаз. В такой ситуации обмотки двигателя подвергаются неравномерным нагрузкам, что может послужить причиной его повреждения.

Обрыв нейтрального провода

Повлияет или нет на работу оборудования обрыв нейтрального (нулевого) провода, зависит от того, симметричная или асимметричная нагрузка в сети. При симметричной нагрузке (это, например, электродвигатели или трехфазные обогреватели) обрыв нейтрального провода не влияет на сеть. Обрыв нейтрального провода в сети с асимметричной нагрузкой вызывает в отдельных фазах отклонения напряжения, способные нанести значительный ущерб подключенному оборудованию. В этом случае необходимо предпринять такие меры защиты, как показано в примере «Определение обрыва нейтрального провода».

Повышенное и пониженное напряжение

Длительная эксплуатация электрооборудования, которое включено в сеть с напряжением, выходящим за пределы допустимого, имеет нежелательные последствия. При повышенном напряжении подключенное оборудование перегревается и в результате получает повреждения или даже разрушается. При пониженном напряжении оборудование работает нестабильно, не гарантирован надежный пуск двигателей. Если пониженное напряжение подается на катушку контактора, то контакты могут неправильно сработать при переключении – занять неопределенное положение.

Асимметрия

Из-за неравномерного распределения нагрузки по фазам сети напряжение питания двигателя становится несимметричным. При этом производительность оборудования падает, электродвигатель испытывает повышенную тепловую нагрузку и может выйти из строя, если в устройствах тепловой защиты, которыми он оснащен, нет функции контроля асимметрии фаз.

Примеры использования реле контроля

Выявление обрыва фазы двигателя, работающего с рекуперацией энергии в сеть

Реле контроля асимметрии фаз способно четко зафиксировать обрыв фазы работающего трехфазного двигателя. В номинальном режиме, сразу после подачи напряжения питания, это устройство фиксирует правильность чередования фаз L1–L2–L3 и соответствие всех напряжений диапазону Uмин/Uмакс. Тем самым гарантируется отсутствие перенапряжений, пониженного напряжения и обрыва фазы (рис. 3а). Только после этого двигатель запускается.

Рис.3a
Трехфазный двигатель с реле контроля в работе: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

Рис.3б
Контроль трехфазного двигателя с рекуперацией и реле контроля перед отключением из-за обрыва фазы: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

При обрыве фазы (на рис. 3б фаза L2) фазный ток IL2 становится равным 0, а фазное напряжение UL2 уменьшается на величину DU. Величина остаточного напряжения UL2 может составлять до 95% от номинального в зависимости от типа используемого двигателя, нагрузки и других факторов. Приборы контроля фаз и пониженного напряжения контролируют пропадание фаз только до 60% от номинального напряжения. Поэтому обрыв фазы работающего двигателя нельзя с достаточной уверенностью определить при помощи реле контроля фазы или пониженного напряжения. Надежное определение данной неисправности может обеспечить только контроль асимметрии фаз. Обнаружив асимметрию фаз, реле контроля асимметрии отключает двигатель, чтобы предот-вратить его повреждение.

Определение обрыва нейтрального провода

Как уже было отмечено, последствия обрыва нейтрального провода зависят от вида нагрузки в трехфазной сети. Ток, протекающий через нейтральный провод IN, согласно закону Кирхгофа, определяется, как сумма всех фазных токов. При симметричной нагрузке обрыв нейтрального провода не влияет на работу оборудования, так как фазные токи IL1, IL2 и IL3 равны по величине и сдвинуты относительно друг друга на 120O. Ток, протекающий через нейтральный провод IN , в любой момент времени равен нулю (см. кривые тока/напряжения на рис. 3а), и контролировать обрыв N не требуется.

Рис.3с
Трехфазный двигатель с обрывом фазы в L2 после срабатывания реле контроля: электрическая схема, эквивалентная схема двигателя, кривые тока и напряжения

В сетях с несимметричной нагрузкой – таких, как правило, большинство – фазные токи IL1, IL2 и IL3 имеют разные значения и разную величину фазного угла, а фазные напряжения UL1, UL2 и UL3 относительно UN – одинаковые. Из-за разницы фазных токов через нейтральный провод протекает компенсирующий ток IN. При обрыве нейтрального проводника ток IN становится равен 0, при этом сдвигается нейтральная точка звезды, следовательно, фазные напряжения перераспределяются по отдельным фазам (рис. 4). Это означает, что фазное напряжение в цепи с пониженной нагрузкой снижается, а в цепи с повышенной нагрузкой – повышается.

Рис.4
Обрыв нейтрального провода в
трехфазной сети

Рис.5
Подключение трехфазного реле контроля
нейтрального провода

Таким образом, в одной из цепей появляется перенапряжение, которое может вывести из строя подключенное оборудование. В другой цепи, наоборот, происходит падение напряжения с различными, зависящими от нагрузки, последствиями. Так, если нагрузка – это работающий двигатель и он продолжает потреблять из сети такую же мощность, какую он потреблял до обрыва нулевого провода, то в данной цепи повышается ток, вызывая нагрев нагрузки и при определенных обстоятельствах её разрушение. Переключающие устройства, например, контакторы, из-за падения напряжения могут работать нестабильно, произвольно включаясь/выключаясь. Это приводит к непредсказуемым коммутациям подключенной нагрузки и возникновению опасных для оборудования ситуаций. Реле контроля трехфазного тока с функцией контроля нейтрали обеспечивают безопасную и надежную защиту от обрыва N-провода. Эти реле подключаются к трем фазам сети электропитания и нейтральному проводу (рис. 5). Внутри реле моделируется соединение звездой, а нагрузка подключается к N. Состояние нейтрального провода можно определить, измерив напряжение на сопротивлении в его цепи. При подключении этого провода возникает компенсирующий ток IN, который вызывает падение напряжения URN. В случае, когда ток IN и напряжение URN равны нулю, выходное реле сообщает об обрыве нулевого провода.

Заключение

Рассмотренные примеры показывают целесообразность и важность контроля параметров в трехфазных сетях. При минимальных затратах такой шаг обеспечивает безопасную, уверенную работу оборудования, сохраняет процесс производства, предотвращает убытки и вместе с тем помогает экономить на издержках. Ключевые характеристики, которые компания АББ стремится придать всем производимым трехфазным реле контроля, – это простота в эксплуатации и универсальность. При своих небольших размерах многофункциональные реле имеют полный набор функций, позволяющих достаточно гибко встроить их практически в любой технологический процесс. При изменении параметров процесса реле можно с легкостью перенастроить, вы-брав необходимую функцию. Одним из таких устройств является многофункциональное реле CM-MPS. Это устройство обеспечивает контроль всех параметров фаз: последовательности фаз, обрыва фаз, перепадов напряжения и асимметрии. Для его питания не нужны дополнительные цепи, т.к. с этой целью можно использовать контролируемую сеть. В номенклатуре реле компании АББ есть также более простые устройства, отслеживающие только определенный параметр, что позволяет осуществлять экономичный контроль трехфазных сетей.

Страховка для бизнеса: трехфазные реле контроля компании АББ

Трехфазные реле контроля компании АББ обеспечивают контроль всех важных параметров трехфазных цепей. Они распознают неисправности на ранней стадии, помогая избежать отключения всей установки. В случае серьезных нарушений в работе сети, они выполняют безопасное отключение подключенных устройств и двигателей, уменьшая риск повреждения и предохраняя установку от поломок, которые приводят к потере времени и денежным затратам.

Благодаря применению трехфазных реле контроля сохраняется безопасная работа оборудования с максимальной эксплуатационной готовностью, что является важным вкладом в экономику предприятия.

Вам нужна дополнительная информация?

Целый мир электронных изделий и реле
www.abb.com

117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 23 тел.: (495) 956-93-93, 960-22-00 факс: (495) 913-96-95, 120-44-90
193029, Санкт-Петербург, Б. Смоленский пр., д. 6 тел.: (812) 326-99-15, 326-99-14 факс: (812) 326-99-16
394006, Воронеж, ул. Свободы, д. 73, оф. 406 тел.: (4732) 39-31-60 факс: (4732) 39-31-70
620062, Екатеринбург, ул. Гагарина, д. 8 тел.: (343) 376-25-66 факс: (343) 376-25-67
664050, Иркутск, ул. Байкальская, д. 291, оф. 808 тел.: (3952) 56-34-58 факс: (3952) 56-34-59
630099, Новосибирск, Красный пр., д. 28, оф. 502 тел.: (383) 223-18-11 факс: (383) 223-47-68
344002, Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, д. 72а, оф. 10 тел.: (863) 255-97-51
420021, Казань, ул. Парижской Коммуны, д. 26, оф. 401 тел: (843) 292-39-71, факс: (843) 292-39-21
603093, Нижний Новгород, ул. Родионова, д. 23, оф. 211 тел.: (8312) 61-91-02, факс: (8312) 61-91-64
443010, Самара, ул. Красноармейская, 1 тел.: (917) 110-09-87

АББ Индустри и Стройтехника

www.abb.ru/ibs