Технология релейной защиты от обрыва фазы: принцип, применение и тенденции развития

Основной принцип и важность защиты от обрыва фазы

Опасности, связанные с потерей фазы

Потеря фазы относится к явлению отсутствия какой-либо одной фазы электропитания в трехфазной энергосистеме, что является одной из основных причин, приводящих к возгоранию трехфазных асинхронных двигателей. Когда трехфазный двигатель работает, когда отсутствует фаза, возникает составляющая тока обратной последовательности, что приводит к дисбалансу трехфазного тока или слишком большому току, что, в свою очередь, приводит к мгновенному сгоранию обмотки двигателя. По статистике около 40% поломок электродвигателей связаны с обрывом фазы электропитания.

Основной принцип релейной защиты от потери фазы

Релейная защита от потери фазы определяет, произошла ли неисправность при потере фазы, путем мониторинга отклонения тока или напряжения в трехфазной цепи. Для двигателей со звездой (Y), поскольку ток линии равен фазному току, обычные тепловые реле могут обеспечить эффективную защиту; однако для двигателей с соединением треугольником (Δ), поскольку фазный ток не равен току сети, обычные тепловые реле могут не сработать вовремя, и необходимо использовать специальные реле защиты от обрыва фазы.

Механизм дифференциальной защиты от обрыва фазы

В тепловых реле с защитой от обрыва фазы используется дифференциальный механизм, состоящий из верхней направляющей пластины, нижней направляющей пластины и рычага. При отключении фазы биметалл этой фазы охлаждается и возвращается в исходное положение, толкая верхнюю направляющую пластину вправо, в то время как биметалл двух других фаз продолжает сгибаться под воздействием тепла, толкая нижнюю направляющую пластину влево, вызывая защитное действие за счет дифференциального действия.

Схема технической реализации защиты от потери фазы

Тепловое реле защиты от потери фазы

Обычное тепловое реле подталкивает привод к изгибу биметалла под действием тепла, но оно оказывает ограниченное влияние на защиту двигателя с Δ-соединением.

Дифференциальное тепловое реле решает эту проблему за счет специальной конструкции. При потере фазы биметалл на стороне потери фазы охлаждается и восстанавливается, в то время как две другие фазы продолжают изгибаться под воздействием тепла, вызывая срабатывание защиты дифференциальным действием.

Тип контроля напряжения, защита от потери фазы

используются три реле низкого напряжения с регулируемым напряжением отпускания, катушки соединены звездой, а общий узел соединен с нулевой линией.

Недостаток заключается в том, что чувствительность недостаточна, и двигатель может поддерживать высокое напряжение при потере фазы, что приводит к срабатыванию защиты с задержкой.

Электронное реле комплексной защиты

Интегрируя микропроцессор и передовую сенсорную технологию, он может одновременно контролировать несколько параметров, таких как ток и напряжение, обеспечивая всестороннюю защиту.

Технология твердотельных реле (SSR)

Подходит для высоковольтных автомобильных аккумуляторных систем с выходным выдерживаемым напряжением до 900 В, отличается быстрым откликом и длительным сроком службы.

Проблемы и решения на практике

Проблемы защиты двигателей с Δ-соединением

Решения включают использование специализированных реле защиты от обрыва фазы, встроенных устройств защиты двигателя или разработку вспомогательных схем защиты.

Проблемы несоответствия напряжения отпускания контактора

Обычное напряжение отключения контактора находится в диапазоне от 0,2Us до 0,7Us, что может привести к сбоям в работе защиты от потери фазы.

Более осуществимое решение — принять стратегию защиты, основанную на текущей защите.

Риск выхода реле из строя самостоятельно

Профилактические меры включают использование надежной и качественной продукции, регулярное тестирование и техническое обслуживание, дублирующую конструкцию и использование интеллектуальных реле с функциями самодиагностики.

Несинхронные неисправности в фотоэлектрических системах

Реле можно использовать для отключения фотоэлектрической системы от сети в случае неисправности сети для быстрой защиты.

Технологическая инновация релейной защиты от потери фазы

Интеллектуальная система защиты от потери фазы на базе CPLD

Содержит модуль сбора сигналов, модуль логической обработки CPLD и модуль защиты управления тиристором.

Благодаря алгоритму оценки состояния цепи в режиме реального времени при обнаружении потери фазы немедленно закройте одиночный тиристор для защиты реле.

Интегрированный и миниатюрный дизайн

например, небольшие твердотельные реле, что позволяет сократить размер решения до 90 % и одновременно снизить стоимость спецификации.

Новые применения материалов

Использование контактов из серебряных сплавов, керамических изоляционных материалов и т. д. повышает устойчивость реле к высоким температурам и искрению.

Широкополосная полупроводниковая технология

Появление устройств на основе карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) повысило рабочую температуру твердотельных реле до более чем 200°C и привело к появлению частоты переключения в эру МГц.

Руководство по выбору реле защиты от потери фазы

Выбор по типу нагрузки

Резистивные, индуктивные или емкостные нагрузки требуют различных характеристик реле.

Соответствие номинального напряжения и тока

Убедитесь, что номинал реле превышает максимальные рабочие параметры системы. Учет экологической адаптации

Факторы окружающей среды, такие как высокая температура, высокая влажность, вибрация и т. д., влияют на выбор реле.

Анализ функциональных требований

Тип продукта определяется различными требованиями, такими как базовая защита, интеллектуальный мониторинг или дистанционное управление.

Типичные сценарии применения релейной защиты от потери фазы

Защита промышленных двигателей

Защита от потери фазы для основного оборудования, такого как водяные насосы, вентиляторы и компрессоры.

Система высокого напряжения для транспортных средств на новой энергии

Защита цепей управления аккумулятором, управления двигателем, системы зарядки и других связей.

Фотоэлектрическая система производства электроэнергии

Защита инвертора, переключение сети, управление накоплением энергии и другие приложения.

Интеллектуальное распределение электроэнергии в здании

Мониторинг мощности важных нагрузок, таких как лифты и кондиционеры.

Будущие тенденции развития

Интеллектуальный и цифровой

Новое поколение устройств защиты, объединяющее микропроцессоры, алгоритмы цифровой обработки сигналов и интерфейсы связи для обеспечения программного определения и удаленного управления функциями защиты.

Технология твердотельных реле

По мере развития полупроводниковых технологий доля твердотельных реле в приложениях высокого напряжения и сильного тока будет постепенно увеличиваться.

Прогнозируемое обслуживание и интеграция Интернета вещей

Интеллектуальные реле могут заранее обнаруживать потенциальные опасности сбоев посредством непрерывного мониторинга параметров состояния оборудования и глубокой интеграции с промышленными системами Интернета вещей.

Стандартизированная и модульная конструкция

Современные реле защиты обычно используют встроенный монтаж, стандартные клеммы и интерфейсы с ЖК-дисплеем высокой четкости для упрощения процессов установки и настройки.