Технология релейной защиты от потери фазы: принципы, применение и тенденции развития

Являясь основным компонентом электрической системы управления, реле играет незаменимую роль в области защиты электроэнергетики. Среди них защита от потери фазы является важной функцией реле, которая напрямую связана с безопасной работой двигателей и другого электрооборудования. В этой статье будут всесторонне проанализированы принцип работы, типичные сценарии применения, технические трудности и последние тенденции развития защиты от потери фазы реле, чтобы помочь читателям глубже понять важность этой ключевой технологии в современной промышленности.

Основные принципы и важность защиты от потери фазы

Определение потери фазы

Потеря фазы означает потерю или отключение любой одной фазы в трехфазном источнике питания или обрыв одной фазы обмотки двигателя, контактора, предохранителя, автоматического выключателя, клеммы или другого звена, что приводит к асимметричной работе трехфазной цепи. Общие причины включают в себя:

• Перегорел однофазный предохранитель;
• Контакт однофазного контактора не замкнут или не сгорел;
• Неисправность однофазного выключателя;
• Отключение однофазного кабеля или клеммы;
• Обрыв обмотки однофазного двигателя;
• Однофазное заземление или отключение со стороны сети.

Опасности, связанные с потерей фазы

Потеря фазы относится к явлению, при котором отсутствует какая-либо фаза электропитания в трехфазной энергосистеме. Это одна из основных причин перегорания трехфазных асинхронных двигателей. Когда трехфазный двигатель теряет фазу во время работы, генерируется составляющая тока обратной последовательности, вызывающая дисбаланс трехфазного тока или чрезмерный ток, что, в свою очередь, приводит к мгновенному перегоранию обмотки двигателя. По статистике около 40% неисправностей электродвигателей связаны с обрывом фазы электропитания.

Основные принципы релейной защиты от потери фазы

Обнаружение тока и обнаружение напряжения

Защита от потери фазы обычно определяет неисправности следующими методами:

• Тип определения тока: контролирует симметричность трехфазного тока. После потери фазы ток в одной фазе равен нулю или значительно снижается, тогда как ток в двух других фазах увеличивается.
• Тип обнаружения напряжения: контролирует симметричность трехфазного напряжения. После потери фазы напряжение в одной фазе уменьшается или исчезает, а нейтральная точка смещается.
• Тип обнаружения компонентов обратной последовательности: извлекает ток обратной последовательности или напряжение обратной последовательности с помощью алгоритмов, отличающихся высокой чувствительностью и пригодностью для электронных защитных устройств.
• Тип обнаружения дифференциального смещения: использует разницу в изгибе биметаллических полос под воздействием тепла для запуска дифференциального механизма, в основном используется в тепловых реле с защитой от обрыва фазы.

Различия между соединениями звездой и треугольником

Релейная защита от обрыва фазы определяет, произошло ли обрыв фазы, отслеживая отклонения тока или напряжения в трехфазной цепи. Для двигателей с соединением звездой (Y), поскольку линейный ток равен фазному току, эффективную защиту могут обеспечить обычные тепловые реле. 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.

Дифференциальный механизм 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 биметаллическая полоска этой фазы охлаждается и возвращается в исходное положение, толкая верхнюю направляющую пластину вправо, в то время как биметаллические полоски двух других фаз продолжают изгибаться под воздействием тепла, толкая нижнюю направляющую пластину влево, тем самым запуская защитное действие за счет дифференциального действия.

Схемы технической реализации защиты от потери фазы

Тепловое реле защиты от потери фазы

Обычные тепловые реле подталкивают привод за счет изгиба биметаллических полос под действием тепла, но их защитное действие на двигателях, соединенных треугольником, ограничено.

Дифференциальные тепловые реле решают эту проблему за счет специальной конструкции. При потере фазы биметаллическая полоса на стороне потери фазы охлаждается и восстанавливается, в то время как две другие фазы продолжают изгибаться под воздействием тепла, вызывая срабатывание защиты за счет дифференциального действия.

Защита от потери фазы с контролем напряжения

Используются три низковольтных реле с регулируемым падением напряжения; их катушки соединены звездой, а общий узел соединен с нейтралью.

Недостаток – недостаточная чувствительность. Когда двигатель теряет фазу, относительно высокое напряжение все еще может поддерживаться, что приводит к срабатыванию защиты с задержкой.

Электронное реле комплексной защиты

Он объединяет микропроцессор и передовую сенсорную технологию, может одновременно контролировать несколько параметров, таких как ток и напряжение, и обеспечивает всестороннюю защиту.

Технология твердотельных реле (SSR)

Твердотельные реле (SSR) используют полупроводниковые устройства для реализации бесконтактного переключения и обладают преимуществами быстрого реагирования, длительного срока службы, отсутствия дуги и высокой частоты переключения. Сами они в основном используются для включения и выключения, а не для обнаружения обрыва фазы. В приложениях с высоким напряжением постоянного тока или высокочастотным переменным током твердотельные реле можно использовать в качестве элементов быстрого отключения в сочетании с электронными модулями обнаружения.

В высоковольтных системах транспортных средств на новой энергии высоковольтные реле и полупроводниковые переключатели используются для переключения цепей управления аккумулятором, предварительной зарядки, зарядки и управления двигателем. Следует отметить, что в высоковольтных системах постоянного тока нет традиционной «потеря фазы», ​​но в трехфазных приводных двигателях и выходах инверторов все же могут возникать неисправности из-за обрыва фазы, что требует специальных стратегий диагностики и защиты.

FH31L Реле с блокировкой, 80 А, с одинарной или двойной катушкой Это реле с блокировкой на 80 А поддерживает конфигурации как с одной, так и с двумя катушками на одной и той же площади, что делает его гибким выбором для интеллектуальных счетчиков, которым требуется соответствие UC2 и низкое энергопотребление в режиме ожидания. Посмотреть продукт →

Проблемы и решения в практическом применении

Сложности защиты двигателей, соединенных треугольником

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

Несоответствие напряжения на контакторе

Диапазон напряжения падения обычных контакторов составляет от 0,2Us до 0,7Us, что может привести к сбою защиты от потери фазы.

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

Риск отказа реле

Профилактические меры включают выбор надежной и качественной продукции, регулярное тестирование и техническое обслуживание, дублирование конструкции и использование интеллектуальных реле с функциями самодиагностики.

Потеря фазы в фотоэлектрических системах

Реле можно использовать для отключения фотоэлектрической системы от сети при возникновении неисправности в сети, обеспечивая быструю защиту.

Руководство по выбору реле защиты от потери фазы

Выбор в зависимости от типа нагрузки

Резистивные нагрузки, индуктивные нагрузки и емкостные нагрузки предъявляют разные требования к характеристикам реле.

Соответствие номинального напряжения и тока

Убедитесь, что номинал реле превышает максимальные рабочие параметры системы.

Соображения экологической адаптации

Факторы окружающей среды, такие как высокая температура, высокая влажность и вибрация, 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.

W15-1 16А 20А Силовое реле W151 — это силовое реле с одним нормально разомкнутым контактом (1 форма A), предназначенное для надежного переключения в приложениях промышленного контроля и управления питанием. Посмотреть продукт →

Высоковольтные системы транспортных средств на новой энергии

Защита цепей управления батареями, двигателями, системами зарядки и другими звеньями.

FH21L 90A Реле с блокировкой, соответствующее TUV FH21L — это электрическое реле с блокировкой на 90 А, обладающее высокой коммутационной способностью и соответствующее требованиям RoHS. Посмотреть продукт →

Фотоэлектрические системы производства электроэнергии

Такие приложения, как защита инверторов, переключение подключений к сети и управление накоплением энергии.

W12 30А 40А Силовое реле Fanhar W12 — это компактное силовое реле на 40 А с напряжением пробоя 4 кВ, сертификатами UL/TUV/CQC и конструкцией для монтажа на печатной плате, что делает его идеальным для зарядки электромобилей, фотоэлектрических систем и приложений промышленного управления. Посмотреть продукт →

Интеллектуальное распределение электроэнергии в здании

Мониторинг мощности важных нагрузок, таких как лифты и кондиционеры.

FH32 1A 2A Сигнальное реле Линия реле FH32 сертифицирована UL, TUV и CQC, что свидетельствует о соответствии основным международным стандартам безопасности и качества. Сама компания Fanhar работает в соответствии с системами управления ISO9001, ISO14001 и ISO45001, а ее продукция полностью соответствует директивам ЕС RoHS и REACH. Посмотреть продукт →