Реле контроля фаз: принцип работы, конструкция, схемы подключения

Функционал реле

Реле фазного контроля (РКФ) создано для защиты промышленного и бытового электрооборудования от ненормальных режимов работы питающей сети. Устройство контролируют такие параметры как:

• наличие всех 3 питающих фаз;
• угол сдвига между фазами;
• симметричность напряжений;
• величина напряжения в каждой фазе в отдельности.

Распространенная сфера применения прибора — это защита асинхронных электрических двигателей. Они неспособны работать от 2 фаз. В таком режиме двигатели быстро выходят из строя. С помощью реле контроля реализуется схема, отключающая мотор при пропаже одной из фаз.

Обратите внимание! По своей задаче РКФ напоминает трехфазное реле контроля напряжения. Оба прибора отслеживают вольтаж в сети. Но реле фазного контроля обладает более широким перечнем настроек и возможностей.

Устройство и принцип работы

Большинство приборов данного типа предназначены для крепления в электрические шкафы защищаемого оборудования. На корпусе предусмотрена защелка под монтаж на DIN рейку. Спереди находятся регуляторы для настройки пределов срабатывания.

Принцип работы устройства основан на непрерывном отслеживании состояния сети. Если напряжение или угол между фазами выходят за критический уровень, защитное устройство сформирует отключающий сигнал и выведет оборудование из работы. Отключение производится с задержкой по времени. Его величина также настраивается.

Разделение реле контроля фаз по типам

Выбор типа реле контроля фаз зависит от области его применения. Среди них можно выделить оборудование ЕЛ серий:

• ЕЛ11 и ЕЛ11МТ – защищают блоки питания, участвуют в системах АВР, питании различных преобразователей и трансформаторов, генераторов;
• ЕЛ12 и ЕЛ12МТ – защищают установки, в том числе краны, мощностью не более 100 кВт;
• ЕЛ13 – защита реверсивных электродвигателей, мощностью не более 75 кВт.

ЕЛ11 отечественного производства выглядят довольно грубо
ФОТО: price-altai.ru

Технические характеристики оборудования

При выборе типа реле контроля фаз следует учитывать технические характеристики, которые напрямую зависят от типа оборудования. Имеет смысл подробно разобрать, на что следует обратить особое внимание.

Хотя некоторые зарубежные аналоги нисколько не красивее

Рабочее напряжение

Наиболее широкий диапазон рабочего напряжения имеет первый тип реле контроля фаз – устройства ЕЛ11 и ЕЛ11МТ. Эти приборы предназначены для оборудования, работающего от сети 100, 110, 220, 380, 400 и 415 В. У реле второго типа (ЕЛ12 и ЕЛ12МТ) диапазон скромнее. Он ограничивается напряжением 100, 200 и 280 В. А самым малым диапазоном обладает ЕЛ13. Это реле рассчитано на рабочее напряжение 220 и 380 В.

Пределы срабатывания реле контроля фаз

В случае исчезновения одной из фаз, сработает реле любого типа, а вот при падении напряжения отсечка на разных типах будет отличаться по показателям. Устройства серии ЕЛ11 имеют отсечку при 0,7 Uфн, у серии ЕЛ12 и ЕЛ13 этот предел равен 0,5 Uфн.

Неправильная фазировка также может стать причиной отсечки реле контроля фаз, серий ЕЛ11 и ЕЛ12. А вот ЕЛ13 при неправильном подключении фаз, не сработает, это также не стоит упускать из вида.

РНПП-301 выглядят значительно аккуратнее

Время срабатывания: порог отсечки

При снижении напряжения ниже установленного типом порога, реле контроля фаз может сработать через различный временной промежуток. У моделей ЕЛ11 и 12 он составляет 0,1-10 сек, а у ЕЛ13 – 0,1-0,15 сек.

Рабочая температура и её диапазон

Серия ЕЛ13 имеет наименьший диапазон рабочих температур. Эти модели работают при минимальной -10ºС и максимальной +45ºС. Что касается серии ЕЛ11 и ЕЛ13, то здесь рабочий диапазон шире. Он варьируется от -40 до +40ºС.

Масса устройств и условия их хранения

Разница в массе практически незначительна. У ЕЛ 11 и 12 она составляет 300 г, а ЕЛ13 весит 250 г. Температура хранения реле любых типов -60ºС до +50ºС.

Схемы подключения

Осталось рассмотреть, как подключить реле контроля фаз к существующей линии. Речь идет не о частных бытовых случаях, использующих один канал питания и нейтраль. Монтаж автомата защиты оправдан в отношении ввода ко многим потребителям или организации снабжения энергией мощного оборудования. Он производится согласно следующей схеме:

Само устройство проходное и устанавливается после трехфазовых рубильников, на линию между ними и потребителями. Схема подключения реле контроля фаз достаточно проста, но нуждается в уточнении к каждой модели автомата. Контактные последовательности могут отличаться, хотя метки соединяемых линий обычно нанесены на корпус аппарата. Кроме того, есть реле, оснащенные внутренним контактором. Существуют и модели, для которых обязательно использование отдельного, внешнего. Сами же проводники ввода обычно выполнены в соответствии со следующей цветовой маркировкой:

Реле контроля фаз к конечному устройству зачастую проводится с использованием дополнительных аппаратов защиты, которые контролируют состояние внутренней линии. К примеру, схема подсоединения промышленного насоса:

Есть некоторые реле, содержащие в своей конструкции контактные группы, используемые при состоянии «выключено». То есть, внутреннее устройство автомата, отключая ход энергии по одним входящим каналам, перенаправляет их на другие. Последнее достаточно интересно в плане резервного энергоснабжения оборудования. Например, если на одном вводе возникла проблема, реле перекинет потребителей на иной.

Схема монтажа для использования резервной линии подачи тока:

Для защиты мощного и дорогого оборудования, подключаемого к полноформатному питанию, необходимо использовать реле контроля фаз. Отсекая внешнюю линию энергоснабжения при обнаружении проблем, возникших на каком-либо канале, автомат спасает конечную и сопутствующую технику от выхода из строя. Вместе с этим, если характеристики сети приходят в норму, реле автоматически произведет соединение ввода с потребителями.

Единственный минус подобной защиты — ее направленность на внешние условия. Все, что происходит на линии после реле контроля фаз, никакого влияния на его работу не оказывает. Соответственно и использовать автомат такого типа нужно в совокупности с иными средствами защиты энергосетей.

Типичное исполнение защитных реле

Существует два основных типа защитных приборов, предназначенных для использования в составе трехфазных систем, — реле измерения тока и измерения напряжения.

Плюсы использования устройств

Преимущественная сторона токовых защитных реле по отношению к реле контроля напряжения очевидна. Этот тип приборов функционирует независимо от влияния ЭДС (электродвижущей силы), которая неизменно сопровождает фазовый сбой при перегрузках двигателя.

Кроме того, устройства, действующие по принципу измерения тока, способны определять аномальное поведение мотора. Контроль возможен либо на стороне линии в цепи ответвления, либо на стороне нагрузки, где установлено реле.

Так выглядит одна из моделей реле контроля напряжения. Подобные устройства могут применяться не только для производственных нужд, но также и для частных хозяйств

Приборы, контролирующие процесс по принципу измерения напряжения, ограничиваются обнаружением ненормальных условий работы только на стороне линии, где подключено устройство.

Тем не менее приспособления, чувствительные к изменению напряжения, тоже обладают важным преимуществом. Заключается оно в способностях приборов подобного типа обнаруживать ненормальное состояние, не зависящее от состояния двигателя.

К примеру, тип реле, чувствительный к изменениям тока, обнаруживает ненормальное состояние фаз только непосредственно в процессе работы двигателя. А вот устройство измерения напряжения обеспечивает защиту непосредственно перед запуском мотора.

Также среди преимуществ аппаратов измерения напряжения выделяются простая установка и меньшая цена.

Этот тип приборов защиты:

• не нуждается в дополнительных трансформаторах тока;
• применяется независимо от нагрузки системы.

А для его работы требуется всего лишь подключить напряжение.

Обнаружение фазового сбоя

Сбой фазы вполне возможен по причине выхода из строя предохранителя одной из частей системы распределения электроэнергии. Механический отказ коммутационного оборудования или обрыв одной из линий электропередач также провоцируют сбой фазы.

Защита электродвигателя, организованная через реле контроля. Такой способ позволяет более эффективно эксплуатировать моторы, без опасения их быстрого вывода из строя

Трехфазный двигатель, работающий на одной фазе, вытягивает необходимый ток из оставшихся двух линий. Попытка его запустить в однофазном режиме приведет к блокировке ротора и двигатель не запустится.

Время реакции на единицу тепловой перегрузки может быть слишком продолжительным, чтобы обеспечить эффективную защиту от чрезмерного нагрева. Если для защиты от него не установлено тепловое реле, то когда происходит сбой из-за перегрева, появившегося в обмотках двигателя.

Защита трехфазного двигателя от фактора отказа фазы затруднена по той причине, что недогруженный трехфазный двигатель, работающий на одной фазе из трех, генерирует напряжение, называемое регенерированным (обратной ЭДС).

Оно образуется внутри оборванной обмотки и практически равняется величине утраченного подводимого напряжения. Поэтому реле измерения напряжения, контролирующие только его величину, в таких ситуациях не обеспечивают полной защиты от фактора отказа фазы.

Схема подключения прибора контроля фаз и напряжения в цепь управления трехфазным мотором. Это классический схемный вариант, применяемый на практике повсеместно

Более высокая степень защиты может быть получена с помощью устройства, которому доступно обнаружение смещения фазового угла, как правило, сопровождающего отказ фазы. В нормальных условиях трехфазное напряжение составляет 120 градусов по фазе относительно друг друга. Сбой приведет к смещению угла от нормальных показателей в 120 градусов.

Выявление фазового реверса

Реверсирование фазы может произойти:

1.  Выполняется техническое обслуживание на моторном оборудовании.
2. В систему распределения электроэнергии внесены изменения.
3. Когда восстановление мощности приводит к другой фазовой последовательности, что была до отключения электроэнергии.

Обнаружение разворота фазы важно, если двигатель, работающий в обратном направлении, может повредить ведомый механизм или, что еще хуже, – нанести физический вред обслуживающему персоналу.

Кроме всего прочего, использование защитных реле – это обеспечение безопасности рабочего персонала: 1 – оборванная фаза; 2 – шаговое напряжение

Правила эксплуатации электросетей требуют применения защиты от возможного реверсирования фаз на всем оборудовании, включая транспортные средства для перевозки персонала (эскалаторы, лифты и т. п.).

Обнаружение дисбаланса напряжения

Несбалансированность обычно проявляется, если входящие линейные напряжения, подаваемые электроэнергетической компанией, имеют разные уровни. Дисбаланс может иметь место, когда однофазные нагрузки освещения, электрических выходов,однофазных двигателей и прочего оборудования подключаются на отдельных фазах и не распределяются сбалансированным образом.

В любом из таких случаев в системе образуется дисбаланс тока, который снижает эффективность и сокращает срок службы двигателя.

Несбалансированное или недостаточное напряжение, прикладываемое к трехфазному двигателю, приводит к дисбалансу тока в обмотках статора, равному многократному значению разбаллансировки межфазных напряжений. Этот момент, в свою очередь, сопровождается увеличением нагрева, что является основной причиной быстрого разрушения изоляции двигателя.

Сгоревшая обмотка статора мотора – можно сказать, обычное явление там, где не предусматривалось внедрение в цепь управления релейного контроля

Исходя из всех описанных технических и технологических факторов, становится очевидной важность применения этого типа реле и не только для случаев эксплуатации электрических двигателей, но также для генераторов, трансформаторов и прочего электрооборудования.

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик посвящен описанию и обзору отдельно взятого изделия от компании EKF. Однако по такому же принципу действуют практически все выпускаемые аппараты контроля фаз:

При всем многообразии приборов на рынке сложно определить какой-никакой стандарт маркировки. Если зарубежные производители маркируют по одним канонам, то отечественные — по другим. Тем не менее всегда есть возможность обратиться к справочным данным, если требуется точная расшифровка характеристик.

Zamel CKM 01

Трехфазное реле контроля чередования фаз с крепежом на DIN рейку. Обладает компактными размерами. Ширина стандартная для 1 модуля и составляет 17,5 мм. Более подробные характеристики указаны в таблице.

Устройство Zamel CKM 01 для монтажа на DIN-рейку

РНПП 311

Реле от отечественного производителя «Новатек-электро». Устанавливается в щит на DIN-рейку. Имеет на передней панели минимум регуляторов для настройки, что делает его пригодным для обслуживания даже неподготовленным персоналом.

Монитор напряжения РНПП-311

ABB 1SVR750488R8300

Компания ABB специализируется на высококлассном электротехническом оборудовании. Качество соответствует цене. Рассматриваемое реле стоит около 11 тыс.

OMRON K8AB

Компактный прибор, имеющий несколько другое назначение, чем обычное РКФ. OMRON K8AB контролирует не напряжение, а ток. Поэтому для его работы требуется дополнительный трансформатор тока. Производитель позиционирует прибор как идеальное средство для контроля тока в промышленных нагревателях и электродвигателях.

Важно! Гистерезис, если говорить простым языком — это задержка переключения. Он позволяет включать и выключать реле при отличающихся значениях тока. Это необходимо, чтобы предотвратить слишком частое переключение и механический износ контактов. Например, реле выключается при 5 А, а включается при 4. Или регулятор температуры выключает обогреватель, когда в комнате 24°C и включает, когда 18°C.

Carlo Gavazzi DPC01

Мультифункциональное трехфазное РКФ с расширенным перечнем регулировок. Реле данного производителя встречается в промышленном компрессорном оборудовании. На передней панели имеются стандартные регуляторы напряжения и задержки срабатывания. А также индикаторные светодиоды, что облегчает взаимодействие человека с устройством.

РКФ-МО

Реле контроля фаз РКФ-МО от российской фирмы Приборэнерго представлено тремя моделями – РКФ МО5, МО6, МО8. Они имеют различные возможности регулирования, но один принцип действия.

Реле контроля фаз ПриборЭнерго

У самой простой модели, РКФ-М08, имеется только одна регулировка – времени срабатывания, остальные параметры установлены на заводских настройках и не регулируются. Топовая модель реле контроля фаз от Приборэнерго, РКФ-М05, имеет уже три регулировки – порог низкого напряжения, верхнего, и время срабатывания.  Все модели имеют индикацию питания, работы и аварии.

Вопрос выбора

Основные характеристики, которыми рекомендуется руководствоваться при выборе реле контроля фаз:

1. Скорость срабатывания.
2. Наличие реле времени на задержку включения и отсечки.
3. Установка параметров вручную, и широта их задания. Последнее как раз скажет лучше любой документации о чувствительности устройства защиты.
4. Функциональная полнота, выраженная в контроле перекосов, напряжений, направлений и обрывов фазовых линий и/или нейтрали.
5. Шасси монтажа. Некоторые модели рассчитаны на установку в стандартную DIN-рейку для классического щитка, другие крепятся непосредственно к ровным поверхностям. Не редкость и объединение разных фиксаторов в одном корпусе.

Смонтированное реле контроля фаз в стандартный щиток:

Вторичным условием выбора можно назвать класс защиты устройства — его IP-индекс. Но он важен только при использовании автомата отключения без дополнительного корпуса, при установке непосредственно на улице.

Евроавтоматика ФиФ CKF-318-1

Белорусское реле фазного контроля, зарекомендовавшее себя как простое, дешевое и надежное решение для защиты электродвигателей. Данное РКФ срабатывает на критическое снижение/превышение напряжения и пропажу одной и более питающих фаз. Характеристики в таблице.

Реле контроля наличия и чередования фаз F&F CKF-318-1