принцип работы, конструкция, схемы подключения

Качественное выполнение тех или иных технологических процессов в современном мире обеспечивается за счет высокоточного и дорогостоящего оборудования. Работа которого напрямую зависит от качества поставляемой электроэнергии и состояния электроснабжающих линий. Увы, далеко не все отечественные сети способны обеспечить безопасный режим работы для них, из-за чего создается угроза поломки. Для предотвращения которой используются специальные защитные устройства – реле контроля фаз (РКФ).

Они позволяют отключить нагрузку в случае каких-либо неисправностей в питающей сети. Все что может нести угрозу для оборудования и влияет на результативность его работы или технологический процесс, воспринимается как сигнал к немедленному обесточиванию и реле контроля переводит коммутирующие элементы в отключенное положение.

Конструкция и принцип работы

Рис. 1. Конструктивное исполнение реле на примере устройства CKF-2BT

Конструктивно устройство включает в себя входные и выходные контакты, индикаторы нормального электроснабжения и аварийной ситуации, регуляторы, обозначенные на схеме соответствующими номерами (рисунок 1):

1. Индикатор аварийной ситуации;
2. Индикатор подключенного питания нагрузки;
3. Потенциометр, позволяющий выбирать нужный режим;
4. Регулятор уровня асимметрии;
5. Регулятор снижения напряжения;
6. Потенциометр, позволяющий регулировать временную уставку срабатывания.

Далеко не все модели предоставляют весь комплекс настроек по вышеприведенным параметрам. Они зависят от назначения конкретного реле и сферы применения.

Рис. 2. Принципиальная схема работы

В нормальном режиме к цепи питания от источника ЭДС E1 (рисунок 2) подается напряжение к потребителю, будь то двигатель, станок или другое оборудование. Реле контроля фаз R подключается в отпайку через соответствующие клеммы, обозначенные на схеме, как L1, L2, L3 и нулевым проводом N. Внутри устройства собрана логическая схема на транзисторах, которая посылает сигнал с выходных контактов на разрыв катушки пускателя P для отключения. При необходимости сигнал отключения можно настроить как для обесточивания потребителя, так и отключения внешней электрической сети.

В случае аварийной ситуации – пропадания одной из фаз, короткого замыкания, резкого увеличения токов, изменяется гармоническая составляющая электрических параметров сети. На что реагирует устройство защиты и посылает по цепям питания через клеммы 24 и 21 на катушку контактора соответствующий сигнал на отключение.

После срабатывания силовых контактов в практике электроснабжения потребителей может произойти естественное восстановление параметров питающей сети, при которой произойдет выравнивание фаз. При этом реле возвратит контакты во включенное положение, за счет чего реализуется система АПВ и на обмотки двигателя или другого потребителя возобновится подача напряжения.

За счет кнопок «Пуск» и «Стоп» можно осуществлять ручное управление питанием электрического прибора.

Назначение и функции

Данная технология применяется в сети трехфазных нагрузок. Наиболее востребована для защиты электродвигателя синхронного или асинхронного, трехфазных станков высокой точности, технологичной электроники, насосов. Заметьте, что неправильное чередование фаз приведет к низкой эффективности его работы, перегреву и снижению уровня изоляции, что может привести к пробою.

Применяется для следующих целей:

• Для коммутации преобразовательного оборудования, которому важно соблюдение последовательности фаз: источников питания, выпрямителей, инверторов и генераторов;
• Для систем АВР (введения в работу резервных источников питания) или подключения системы аварийного освещения;
• Для специального оборудования – станков, крановых установок, мощность которых составляет не более 100 кВт;
• Для электроприводов трехфазных двигателей, имеющих мощность не более 75 кВт.

Для коммутации однофазной нагрузки данное устройство не используется.

В целом реле контроля фаз применяется для различного промышленного и бытового оборудования и является обязательным предохранителем для тех схем управления, в которых требуется постоянный мониторинг величины напряжения и других параметров внешних линий.

В трехфазных сетях осуществляет контроль:

• уровня напряжения, реализуемая, в преимущественном большинстве, для оборудования такого класса в случаях, когда его величина выходит за установленные пределы;
• чередования фаз – выполнит коммутацию в случае аварийного слипания фаз или при их неверном расположении  относительно питающих вводов оборудования;
• пропадания фазы – производит отключение потребителя в случае обрыва фазы и последующего отсутствия напряжения;
• перекоса фаз – производит коммутацию в случае изменения фазного или линейного напряжения по отношению к номинальному значению.

Преимущества реле контроля фаз

В сравнении с другими устройствами аварийных отключений данные электронные реле отличаются рядом весомых преимуществ:

• в сравнении с реле контроля напряжения не зависит от влияния ЭДС питающей сети, так как его работа отстраивается от тока;
• позволяет определять аномальные скачки не только в трехфазной сети питания, но и со стороны нагрузки, что позволяет расширить спектр защищаемых компонентов;
• в отличии от реле, работающих на изменение тока в электродвигателях, данное оборудование позволяет фиксировать еще и параметр напряжения, обеспечивая контроль по нескольким параметрам;
• способно определить дисбаланс уровней питающих напряжений из-за неравномерности загрузки отдельных линий, что чревато перегревом двигателя и снижением параметров изоляции;
• не требует формирования дополнительной трансформации со стороны рабочего напряжения.

В отличии от реле, работающих только по напряжению обеспечивает действующую защиту от регенерированного напряжения, вырабатываемого обратными ЭДС. В случае, когда одно из фазных напряжений пропадает, двигатель продолжает набирать достаточный уровень энергии с остающихся двух. При этом в обесточенной фазе будет генерироваться ЭДС от вращения ротора, который продолжает крутиться от двух фаз в аварийном режиме.

Из-за того, что контакторы электродвигателей не размыкаются от реле при такой работе, возникает риск повреждения электрической машины с ее дальнейшей поломкой. Реле контроля, в свою очередь, способно обнаружить смещение фазового угла, за счет чего обеспечивается полноценная защита.

Такая функция особенно актуальна, когда рабочий режим двигателя, в случае его реверсивного вращения, способен повредить вращаемый элемент или травмировать работника. Как правило, такая ситуация возникает при внесении изменений во время обесточивания электрической машины, смене фазных нагрузок, порядка чередования фаз и прочих.

Технические характеристики

Среди технических параметров, реализуемых реле контроля фаз необходимо выделить:

• питающее напряжение;
• диапазон контроля перенапряжения;
• диапазон снижения уровня напряжения;
• границы временной задержки для включения после скачка напряжения;
• границы временной задержки для включения после падения напряжения;
• время, расходуемое на отключение в случае пропадания фазы;
• номинальный ток на контактах электромагнитного реле;
• количество контактов для совершения коммутационных опраций;
• мощность устройства;
• климатическое исполнение;
• механическая и электрическая износоустойчивость.

Схема подключения определяет порядок чередования фаз, поэтому нормальное питание нагрузки возможно при условии их правильного соблюдения на этапе монтажа и настройки.  При этом существует возможность регулировки задержки коммутации для различных режимов работы устройства. Таким образом, для двигателей, в момент пуска можно отстроить время задержки срабатывания от 1 до 3 сек, для выдержки пусковых токов.

То же относиться к возможности отстройки аварийного срабатывания в случае перегрузки фаз, где время до коммутации можно регулировать от 5 до 10 сек.

Обзор популярных реле контроля фаз

• Реле РНПП-311 украинского производства является одним из наиболее популярных и подходящих для сетей постсоветского пространства. Аббревиатура расшифровывается как реле напряжения, перекоса и последовательности фаз. Современные модификации, в дополнение к стандартным параметрам способны отслеживать еще и частоту напряжения.
• OMRON K8AB данная модель осуществляет контроль не только за снижением, но и за превышением уровня напряжения, выполняя тем самым функции ограничителя или разрядника, причем, куда более эффективно. Имеет ряд модификаций, отличающихся регулировками порогов срабатывания и техническими параметрами.
• Carlo Gavazzi DPC01 отличается двумя реле на выходных клеммах устройства. Имеет несколько точек регулировки различных параметров, и переключатель режимов. Предоставляет 7 возможных функций по выставлению задержек, интервалов или цикличных функций.
• Реле ЕЛ-11 отечественного производства контролирует параметры электрической сети, может применяться как в закрытых отапливаемых, так и в не отапливаемых помещениях. Устанавливается в любом положении, но требует защиты от прямого попадания на них солнечных лучей и атмосферной влаги.

Типичные схемы подключения

В большинстве случаев, на корпусе каждого устройства производителем устанавливаются все необходимые данные о способе подключения конкретного реле. Для примера заберем несколько схем известных производителей:

Схема подключения РКФ РНПП-311

На схеме показано  подключение клеммного ряда к соответствующим фазам линии L1, L2, L3 и нейтрале N. На выходе возможно получить две цепи управления «Выход 1» и «Выход 2», отличающиеся по уровням напряжений.

Схема подключения реле OMRON

Питание осуществляется по вводным каналам L1, L2, L3 и через нейтраль N. На выходе получается два варианта  трехфазная трехпроводная система и трехфазная четырехпроводная, для работы с соответствующим коммутатором.

Схема подключения РКФ Carlo Gavazzi

В отличии от предыдущих вариантов клеммы вводов L1, L2, L3 запитываются через предохранители. Блок регулировки параметров позволяет отстраивать соответствующий режим работы и пределы отключения по ним. Два выхода с возможностью ручной коммутации посылают управленческие сигналы на переключение тех или иных устройств.

Последние две схемы демонстрируют работу вторичных цепей отключения нагрузки с соответствующей временной задержкой по этим клеммам. Как видите, все схемы подключения имеют идентичные компоненты, предназначенные для отслеживания всех параметров сети, способных сигнализировать сбой в электроснабжении трехфазных потребителей.

Реле контроля фаз — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 июля 2018; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 июля 2018; проверки требует 1 правка. Самодельное реле контроля фаз (справа) на испытательном стенде

Реле контроля фаз — устройство, предназначенное для защиты электродвигателя или электроустановки, питаемой от трёхфазной сети, в случаях:

Кроме того некоторые конструкции реле контроля фаз предусматривают регулировку уставок срабатывания по минимальному и максимальному напряжению, а также времени срабатывания. Обычно в качестве выходного элемента в реле контроля фаз применяют набор релейных «сухих» контактов (нормально замкнутых и нормально разомкнутых). Реле может быть снабжено также индикационными элементами наличия фаз и вида ненормального режима.

Принцип действия реле контроля фаз основан на выделении гармоник обратной последовательности (кратных двум от основной), которые появляются в сети при перекосах и обрывах фаз. Для выделения напряжений обратной последовательности применяются фильтры обратной последовательности, в простейшем случае это пассивные аналоговые фильтры с активными и реактивными элементами (резистивно — конденсаторные цепочки) двухплечевого типа, на выходе которого включается электромагнитное реле.

Одним из представителей реле контроля фаз относится реле Е — 511 (СССР), обычно называемое «реле обрыва фаз», модификации которого выпускались на линейное напряжение 100 В, 220 В и 380 В, при этом уставки по напряжению были нерегулируемыми. Современные реле контроля фаз (например серий ЕЛ — 11, 12, 13, 15 производства «ООО «Реле и автоматика»») снабжаются регулировками уставок по напряжению и времени.

• «Справочник по наладке электроустановок», под ред. А. С. Дорофеюка, А. П. Хечумяна, М., «Энергия», 1975 г
• Чернобровов Н.В. «Релейная защита», М., «Энергия», 1974 г.

для чего необходим, и как работает

Необходимо отметить тот факт, что к современным видам оборудования предъявляются достаточно жесткие требования в плане их качества и корректной работы. Но корректность в основном будет зависеть от параметров питающей электрической сети, особенно от напряжения. Не секрет, что отечественные ЛЭП похвастаться стабильностью этого показателя не могут. Поэтому на питающих контурах устанавливаются различные электронные приборы, обеспечивающие защиту оборудования от перепадов напряжения. Одним из таких приборов является реле напряжения и контроля фаз РНПП 311М.

 

Этот прибор устанавливается в трехфазных сетях, он контролирует не только напряжение, но и перекос фаз, это когда в разных фазах присутствует разное напряжение. Именно такое положение приводит к перегреву обмоток трансформаторов и электродвигателей, которые обязательно перегорят, и оборудование выйдет из строя. Как один из часто встречающихся случаев – это обрыв фазы.

Есть еще одна ситуация, которая приводит к поломке электрического оборудования. Нормальная работа электрооборудования – это строгий порядок чередования фаз. Нередко можно встретиться с ситуацией, когда в трехфазной сети в каждой фазе находится 220 вольт (относительно земли), но при этом две фазы замкнуты между собой. Такая ситуация называется слипание фаз.

К тому же есть большая вероятность, что напряжение может отклониться от номинального в больших пределах, как вниз, так и вверх. Если напряжение будет завышенным, то его не выдержит ни одно электрооборудование. С пониженным попроще, но и здесь работать электрооборудование с механическим приводом тоже не будет. Моторы просто начнут гореть.

РНПП 311М

Итак, переходим к рассмотрению прибора – реле напряжения и контроля фаз марки РНПП 311М. Это многофункциональное электронное устройство микропроцессорного типа. Почему многофункциональное? Потому с его помощью контролируется и напряжение, и перекос фаз, и слипание фаз (их последовательность). Самое главное, что даже после отключения нагрузки, реле продолжает работать и контролировать питающую сеть. И если что-то в сети не так, он не подаст электричество на оборудование. Как только параметры электрической сети придут в норму, устройство тут же в автоматическом режиме включает питание.

Внимание! Это уникальный прибор, который не только показывает наличие напряжение в каждом фазном контуре и ее величину, но и появление аварийной ситуации, плюс причину этой ситуации.

Настройка защитного прибора достаточно проста, она производится с помощью специальных DIP-переключателей, которые расположены на лицевой стороне корпуса. Какие параметры можно устанавливать с помощью переключателей:

• установить контроль (полный) над напряжением в сети;
• при этом учитывать минимальное и максимальное его значение;
• контролировать напряжение в каждой фазе – ее наличие и величину;
• контроль перекоса фаз;
• контроль определенного их чередования, то есть, определения слипания фаз.

Кстати, это устройство может быть использовано и для защиты импортного оборудования, в котором максимальный предел напряжения равен 400 вольт, по сравнению с отечественным 380 В. Плюс ко всему к прибору может быть подключено так называемое оперативное питание, оно может быть как постоянным, так и переменным. Вообще, отличный экземпляр, который показал себя только с положительной стороны.

Что еще можно добавить относительно конструкции и наполнения реле контроля фаз РНПП 311М? Добавим, что дополнительно конструкция прибора снабжена двумя потенциометрами. С их помощью выставляется время: первый выставляет диапазон отключения, второй включения. Есть возможность увеличить порог срабатывания в пределах 5-50%, это по показателю напряжения. Плюс ко всему, это небольшие габаритные размеры, которые позволяют провести установку в любой электрический шкаф. Монтаж производится на DIN рейку.

Технические характеристики

О некоторых технических характеристиках выше уже упоминалось. О них больше говорить не будем. Остальные же обозначим списком.

• Реле работает при частоте тока 45-65 Гц.
• При минимальном напряжении реле срабатывает через 12 секунд.
• Если произошел обрыв фазы, то отключение сети производится через 0,2 миллисекунды.
• То же самое можно сказать и об автоматическом включении.
• Номинальный перекос фаз (величина) – 60 вольт.
• выдерживает нагрузку не больше 3,0 ВА.
• Сила тока на контактах реле – 5 ампер.
• Может эксплуатироваться при температурах от минус 35С до плюс 55С.
• Вес – 200 грамм.
• Габариты: 35х92х58 мм.

Модификации

Существует достаточно широкая модельная линейка этого электронного устройства. И если марка РНПП 331М предназначается для трехфазной сети, то реле напряжения РН 113 для однофазной. Именно его сегодня часто используют электрики, собирая распределительный шкаф для частных домов и квартир, куда входит однофазная линия на 220 вольт.

Этот прибор предназначен для одного – разорвать питающую сеть при скачках напряжения. Конечно, на реле напряжения РН 113, как и на предыдущей модели, можно сделать настройки, выставив минимальный и максимальный показатель. Также здесь выставляется время, после которого устройство должно включиться автоматически при выравнивании до номинальной величины.

По отзывам многих специалистов реле напряжения РН 113 – один из лучших приборов данной модели, используемый в однофазных сетях. В эту же категорию можно отнести реле напряжения РН 111М и РН 116. Кстати, последний может устанавливаться под нагрузку до 3,5 кВт.

Подключить все виды реле несложно. На корпусе есть схемы, в которых разобраться будет не трудно.

Реле контроля фаз | Область применения, модификации, принцип работы, преимущества и недостатки – на промышленном портале Myfta.Ru

Защита оборудования, которое работает от электрической сети, от некачественного напряжения необходима практически на любом предприятии. Особенно эта защита актуальна, когда приборы работают от трёхфазного напряжения. Для защиты электрооборудования существуют реле контроля фаз.

Кроме повышения или снижения напряжения во всех трёх фазах, существует опасность «перекос фаз». «Перекос фаз» – случай в сети электропроводки, когда напряжения имеют разную величину на разных фазах.

Такая ситуация может привести к перегреву трансформаторов или обмоток двигателей. Часто в сети может случиться обрыв одной фазы.

Чаще всего для нормальной работы электрических устройств нужен определённый порядок чередования фаз питающего напряжения. Когда в сети происходит авария, все три фазы могут иметь напряжение 220 В.

При этом две фазы замкнуты между собой. Эта ситуация называется «слипание» фаз. При таком напряжении в сети любое электрооборудование выходит из строя.

Эти приборы выпускаются в различных модификациях.

В основе принципа работы реле контроля фаз лежит так называемый режим самовозврата. При подаче трехфазного напряжения на прибор проверяются все параметры напряжения в сети. Если все параметры в норме, то встроенное электромагнитное реле включается и происходит замыкание цепи. Напряжение подается на приборы.

Если какой-либо параметр напряжения сети выходит из строя, то устройство размыкает сеть и происходит остановка работы оборудования.

Как правило, такое действие сопровождается загоранием красного светодиода на передней панели. Когда параметры напряжения в сети приходят в норму, то оборудование само снова замыкает цепь и электропитание подается на приборы. При нормальной работе на панели светится зеленый светодиод.

Устройство контроля фаз контролирует на протяжении всего времени работы качество напряжения в электрической сети.

К достоинствам моделей из серии ЕЛ относят его дешевизну. Отечественные приборы стоят порядка 20-25 долларов, импортные же – от 50 до 250 долларов. Во времена финансовой нестабильности многих предприятий такие устройства не доступны для использования.

Кроме того, многие импортные аппараты устроены так, что сами требуют питания от источника электроэнергии, отличного от контролируемого. Это усложняет схему их подключения. Отечественные реле контроля фаз питаются всегда от текущей сети, в которую подключены и которую контролируют.

Еще одно из достоинств отечественных приборов – это диапазон рабочих температур. Импортные модели не рассчитаны на работу при температурах ниже -25ºС. Отечественные выдерживают температуру воздуха до -40ºС. В климатических условиях постсоветского пространства это очень существенное достоинство.

Отечественные устройства более выносливы к перепадам напряжения, так как изначально разрабатывались для работы в отечественных сетях электрического напряжения. На металлургических предприятиях, на железных дорогах они проявили себя как более надежные.

Но у реле серии ЕЛ существует ряд недостатков. Это, во-первых, большая теплоотдача, что приводит к снижению надежности. При плохой вентиляции электрического шкафа прибор быстро может выйти из строя. Во-вторых, при аналоговой обработке сигнала в аварийном режиме его работа может быть некорректной. В технической документации производители, к сожалению, об этом умалчивают. Эта проблема решена в моделях с цифровой обработкой сигнала. В частности, в реле контроля фаз Шнайдер, производства Франции.

На рисунке представлена принципиальная схема реле контроля фаз модификации ЕЛ-11.

Ниже приведен пример схемы подключения реле контроля фаз в сеть электрического питания. Применение моделей серии ЕЛ различно: ЕЛ-11 используется непосредственно для контроля показателей напряжения в сети, ЕЛ-12 контролирует чередование фаз их «перекос», ЕЛ-13 – только асимметрию напряжения.

Исходя из вышеприведенных направлений применения, можно определить сферы применения реле. Первый вид приборов можно подключать к сети, где работают генераторы системы АВР. Тип ЕЛ-12 применим для защиты асинхронных двигателей большой мощности, которые работают в режиме без реверса.

Порог срабатывания, которые указывают в технической документации производители, работает только при нормальном номинальном напряжении двух оставшихся фаз. Такая техническая характеристика не дает возможности в полной мере оценить качество работы устройства. Испытания показали, что срабатывает оно при отклонениях напряжения 15-18% при асимметрии.

Когда происходит обрыв одной из фаз, многие типы двигателей начинают генерировать напряжение на фазу, где произошел обрыв. Напряжение на ней может достигать амплитуды 95%. Разница амплитуд зависит от типа двигателя и условий его работы. Модель ЕЛ-12, которая имеет цифровую обработку сигнала, может регулировать асимметрию от 5 до 20% напряжения в сети. Это позволяет произвести остановку двигателя, если обнаруживается обрыв фазы.

Еще одним из достоинств такого реле является присутствие минимального порога включения. Оно включится и подаст напряжение на сеть, только если напряжение в сети будет в нормах допустимого (не ниже 70% минимального). Хорошо использовать подобные приборы в сетях, где питаются двигатели насосов и компрессоров. Другими словами момент вращения вала не зависит от скорости его вращения.

Параметры электрической сети, которые контролирует ЕЛ-13 практически такие же, как у ЕЛ-12. Отличный параметр – это контроль чередования фаз. Время срабатывания подобных устройств от 0,1 до 0,5 сек. Оптимальное применение их может быть на подъемных устройствах (кранах, их стрелах) для безопасного передвижения грузов и защиты их от падения.

Описание параметра «Контролируемые параметры по вводу(ам)»

АВР, в зависимости от исполнения, может контролировать следующие типы аварий:

Перенапряжение. Повышенное напряжение приводит к нагреву подключенного оборудования. Если своевременно не обнаружить перенапряжение, оно может привести к разрушению оборудования.

• ›U — ненастраиваемый пользователем уровень перенапряжения
• ∆›U — регулируемый пользователем уровень перенапряжения

Низкий уровень напряжения. Пониженное напряжение приводит к возникновению неопределенного состояния в работе оборудования. Если на катушку контактора подается пониженное напряжение, контакты могут неправильно работать при переключении.

• ‹U — ненастраиваемый пользователем уровень низкого напряжения
• ∆‹U — регулируемый пользователем уровень низкого напряжения

¦L — обрыв/пропадание фазы. Обрыв фазы может привести к тому, что двигатели перестанут запускаться или будут забирать необходимый ток из других фаз. Такая ситуация приводит к неравномерным нагрузкам на обмотку двигателя и может вызвать его поломку.

¦N — обрыв нейтрального провода. В случае симметричной нагрузки в сети обрыв нейтрального провода не оказывает никакого влияния на сеть. При обрыве нейтрального провода в сети с ассиметричной нагрузкой в отдельных фазах возникают колебания напряжения, способные нанести значительный ущерб подключенному оборудованию.

⅍U — асимметрия напряжения (только для трехфазных реле). При несимметричном напряжении питания двигателя часть энергии двигателя превращается в реактивную мощность. Производительность падает; кроме того, двигатель подвергается повышенной тепловой нагрузке и может выйти из строя.

§L — нарушение чередования фаз (только для трехфазных реле). Нарушение чередования фаз при работе двигателя или неправильное подключение фаз до пуска приводит к изменению направления вращения подключенного оборудования. Генераторы, насосы или вентиляторы вращаются в неверном направлении, что приводит к неправильной работе оборудования. Своевременное обнаружение ошибок в чередовании фаз имеет большое значение, особенно для машин с вращающимися и движущимися частями.

ʏL — «слипание» фаз (только для трехфазных реле). Аварийный режим «слипания» фаз происходит в случае обрыва одной из питающих фаз и замыкании ее со стороны двигателя на другую фазу. При этом одно и то же фазное напряжение подается на две фазы двигателя, на третьей остается в норме. При незначительной амплитудной несимметрии наблюдается значительная фазная несимметрия, приводящая к появлению значительных напряжений обратной последовательности, вызывающих перегрев двигателя и выход его из строя.

Описание параметра «Контролируемые параметры по вводу(ам)»

АВР, в зависимости от исполнения, может контролировать следующие типы аварий:

Перенапряжение. Повышенное напряжение приводит к нагреву подключенного оборудования. Если своевременно не обнаружить перенапряжение, оно может привести к разрушению оборудования.

• ›U — ненастраиваемый пользователем уровень перенапряжения
• ∆›U — регулируемый пользователем уровень перенапряжения

Низкий уровень напряжения. Пониженное напряжение приводит к возникновению неопределенного состояния в работе оборудования. Если на катушку контактора подается пониженное напряжение, контакты могут неправильно работать при переключении.

• ‹U — ненастраиваемый пользователем уровень низкого напряжения
• ∆‹U — регулируемый пользователем уровень низкого напряжения

¦L — обрыв/пропадание фазы. Обрыв фазы может привести к тому, что двигатели перестанут запускаться или будут забирать необходимый ток из других фаз. Такая ситуация приводит к неравномерным нагрузкам на обмотку двигателя и может вызвать его поломку.

¦N — обрыв нейтрального провода. В случае симметричной нагрузки в сети обрыв нейтрального провода не оказывает никакого влияния на сеть. При обрыве нейтрального провода в сети с ассиметричной нагрузкой в отдельных фазах возникают колебания напряжения, способные нанести значительный ущерб подключенному оборудованию.

⅍U — асимметрия напряжения (только для трехфазных реле). При несимметричном напряжении питания двигателя часть энергии двигателя превращается в реактивную мощность. Производительность падает; кроме того, двигатель подвергается повышенной тепловой нагрузке и может выйти из строя.

§L — нарушение чередования фаз (только для трехфазных реле). Нарушение чередования фаз при работе двигателя или неправильное подключение фаз до пуска приводит к изменению направления вращения подключенного оборудования. Генераторы, насосы или вентиляторы вращаются в неверном направлении, что приводит к неправильной работе оборудования. Своевременное обнаружение ошибок в чередовании фаз имеет большое значение, особенно для машин с вращающимися и движущимися частями.

ʏL — «слипание» фаз (только для трехфазных реле). Аварийный режим «слипания» фаз происходит в случае обрыва одной из питающих фаз и замыкании ее со стороны двигателя на другую фазу. При этом одно и то же фазное напряжение подается на две фазы двигателя, на третьей остается в норме. При незначительной амплитудной несимметрии наблюдается значительная фазная несимметрия, приводящая к появлению значительных напряжений обратной последовательности, вызывающих перегрев двигателя и выход его из строя.

что это такое, причины, последствия, защита

Самая распространенная проблема, порождающая массу деструктивных последствий – перекос фаз в трехфазной сети (до 1,0 кВ) с глухозаземленной нейтралью. При определенных условиях такое явление может вывести из строя электрические приборы и создать угрозу для жизни. Учитывая актуальность проблемы, будет полезным узнать, что представляет собой несимметрия токов и напряжений, а также причины ее возникновения. Это позволит выбрать наиболее оптимальную стратегию защиты.

Что такое перекос фаз?

Данный термин используется для описания состояния сети, при котором возникают неравномерные нагрузки между фазами, что приводит к возникновению перекоса. Если составить векторную диаграмму идеальной трехфазной сети, то она будет выглядеть так, как показано на рисунке ниже.

Диаграмма напряжений в идеальных трехфазных сетях

Как видно из рисунка, в данном случае равны как линейные напряжения (АВ=ВС=СА=380,0 В), так и фазные (АN=ВN=СN=220,0 В). К сожалению, на практике добиться такого идеального равенства нереально. То есть, линейные напряжения сети, как правило, совпадают, в то время как в фазных наблюдаются расхождения. В некоторых случаях они могут превысить допустимый предел, что приведет к возникновению аварийной ситуации.

Пример диаграммы напряжений при возникновении перекоса

Допустимые нормы значений перекоса

Поскольку в трехфазных сетях предотвратить и полностью устранить перекосы невозможно, существуют нормы несимметрии, в которых установлены допустимые отклонения. В первую очередь это ГОСТ 13109 97, ниже приведена вырезка из него (п. 5.5), чтобы избежать разночтения документа.

Нормы несимметрии напряжения  ГОСТ 13109-97

Поскольку, основная причина перекоса фаз напрямую связана с неправильным распределением нагрузок, существуют нормы их соотношения, прописанные в СП 31 110. Вырезку из этого свода правил также приведем в оригинале.

Вырезка из СП 31-110 (п 9.5)

Здесь необходимы пояснения в терминологии. Для описания несимметрии используются три составляющих, это прямая, нулевая и обратная последовательность. Первая считается основной, она определяет номинальное напряжение. Две последние можно рассматривать в качестве помех, которые приводят к образованию в цепях нагрузки соответствующих ЭДС, которые не участвуют в полезной работе.

Причины перекоса фаз в трехфазной сети

Как уже упоминалось выше, данное состояние электросети чаще всего вызвано неравномерным подключением нагрузки на фазы и обрывом нуля. Чаще всего это проявляется в сетях до 1, кВ, что связано с особенностями распределения электроэнергии, между однофазными электроприемниками.

Обмотки трехфазных силовых трансформаторов подключаются «звездой». Из места соединения обмоток отводится четвертый провод, называемый нулевым или нейтралью. Если происходит обрыв нулевого провода, то в сети возникает несимметрия напряжений, причем перекос напрямую будет зависеть от текущей нагрузки. Пример такой ситуации приведен ниже. В данном случае R_Н это сопротивления нагрузок, одинаковые по значению.

Перекос фаз, вызванный обрывом нейтрали

В данном примере напряжение на нагрузке, подключенной к фазе А, превысит норму и будет стремиться к линейному, а на фазе С упадет ниже допустимого предела. К подобной ситуации может привести перекос нагрузки, выше установленной нормы. В таком случае напряжение на недогруженных фазах повысится, а на перегруженных упадет.

К перекосу напряжений также приводит работа сети в неполнофазном режиме, когда происходит замыкание фазного провода на землю. В аварийных ситуациях допускается эксплуатация сети в таком режиме, чтобы обеспечить электроснабжение потребителям.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать три основные причины перекоса фаз:

1. Неравномерная нагрузка на линии трехфазной сети.
2. При обрыве нейтрали.
3. При КЗ одного из фазных проводов на землю.

Несимметрия в высоковольтных сетях

Вызвать подобное состояние в сети 6,0-10,0 кВ иногда может подключенное к ней оборудование, в качестве характерного примера можно привести дугоплавильную печь. Несмотря на то, что она не относится к однофазному оборудованию, управление тока дуги в ней производится пофазно. В процессе плавки также могут возникнуть несимметричные КЗ. Учитывая, что существуют дугоплавильные установки запитывающиеся от напряжения 330,0 кВ, то можно констатировать, что и в данных сетях возможен перекос фаз.

В высоковольтных сетях перекос фаз может быть вызван конструктивными особенностями ЛЭП, а именно, разным сопротивлением в фазах. Чтобы исправить ситуацию выполняется транспозиция фазных линий, для этого устанавливаются специальные опоры. Эти дорогостоящие сооружения не отличаются особой прочностью. Такие опоры не особо стремятся устанавливать, предпочитая пожертвовать качеством электроэнергии, чем надежностью ЛЭП.

Опасность и последствия

Считается, что наиболее значимые последствия несимметрии связаны с низким качеством электроэнергии. Это, безусловно, так, но нельзя забывать и о других негативных воздействиях. К таковым относится образование уравнительных токов, вызывающих увеличение расхода электрической энергии. В случае с трехфазным автономным электрическим генератором это также приводит к повышенному расходу дизеля или бензина.

При равномерном подключении нагрузки, геометрическая сумма проходящих через нее токов была бы близкой к нулю. Когда возникает перекос, растет уравнительный ток и напряжение смещения. Увеличение первого приводит к росту потерь, второго – к нестабильному функционированию бытовых приборов или другого оборудования, срабатыванию защитных устройств, быстрому износу электроизоляции и т.д.

Перечислим, какие последствия можно ожидать, когда появляется перекос:

1. Отклонение фазного напряжения. В зависимости от распределения нагрузок возможно два варианта:

• Напряжение выше номинального. В этом случае большинство электрических устройств, оставленных включенными в бытовые розетки, с большой вероятностью выйдут из строя. При срабатывании защиты результат будет менее трагическим.
• Напряжение падает ниже нормы. Увеличивается нагрузка на электродвигатели, происходит падение мощности электромашин, растут пусковые токи. Наблюдаются сбои в работе электроники, устройства могут отключиться и не включаться пока перекос не будет устранен.

2. Увеличивается потребление электричества оборудованием.
3. Нештатная работа электрооборудования приводит к уменьшению эксплуатационного срока.
4. Снижается ресурс техники.

Не следует забывать, что перекос может создать угрозу для жизни. При превышении номинального напряжения вероятность КЗ в проводке не велика, при условии, что она не ветхая, а кабель подобран правильно. Более опасны в этом случае электроприборы, подключенные к сети. Когда появляется перекос, может произойти КЗ на корпус или возгорания электроприбора.

Защита от перекоса фаз в трехфазной сети

Наиболее простой, но, тем не менее, эффективный способ минимизировать негативные последствия описанного выше отклонения — установить реле контроля фаз. С внешним видом такого устройства и примером его подключения (в данном случае после трехфазного счетчика), можно ознакомиться ниже.

Реле контроля фаз (А) и пример схемы его подключения (В)

Данный трехфазный автомат может обладать следующими функциями:

1. Производить контроль амплитуды электротока. Если параметр выходит за установленные границы, нагрузка отключается от питания. Как правило, диапазон срабатывания прибора можно настраивать в соответствии с особенностями сети. Данная опция имеется у всех приборов данного типа.
2. Проверка очередности подключения фаз. Если чередование неправильное питание отключается. Данный вид контроля может быть важен для определенного оборудования. Например, при подключении трехфазных асинхронных электромашин от этого зависит, в какую сторону будет происходить вращение вала.
3. Проверка обрыва на отдельных фазах, при обнаружении такового нагрузка отключается от сети.
4. Функция отслеживает состояние сети, как только появляется перекос, происходит срабатывание.

Совместно с реле контроля фаз можно использовать трехфазные стабилизаторы напряжения, с их помощью можно несколько улучшить качество электроэнергии. Но данный вариант не отличается эффективностью, поскольку такие приборы сами могут взывать нарушение симметрии, помимо этого на стабилизаторах возникают потери.

Лучший способ симметрировать фазы – использовать для этой цели специальный трансформатор. Этот вариант выравнивания фаз может дать результаты, как при неправильном распределении однофазных нагрузок на автономный 3-х фазный генератор электроэнергии, так и в более серьезных масштабах.

Защита в однофазной сети

В данном случае повлиять на внешние проявления системы электроснабжения не представляется возможным, например, если фазы перегружены, потребители электроэнергии не могут исправить ситуацию. Все, что можно сделать, это обезопасить электрооборудование путем установки реле напряжения и однофазного стабилизатора.

Имеет смысл установить общее стабилизирующее устройство на всю квартиру или дом. В этом случае необходимо высчитать максимальную нагрузку, после этого добавить запас 15-20%.. Это запас на будущее, поскольку со временем количество электрооборудования может увеличиться.

Совсем не обязательно подключать к стабилизатору сети все оборудование, некоторые виды приборов (например, электропечи или бойлеры), могут быть подключены к реле напряжения (через АВ)  напрямую. Это позволит сэкономить, поскольку устройства меньшей мощности стоят дешевле.