Реле напряжения трехфазное

Общее описание. Принцип действия 

     Трехфазные реле напряжения относятся к классу устройств, выполняющих функции защиты потребителей от опасных отклонений параметров питающей сети. Функциональные возможности отдельных приборов различаются между собой, но перечень основных факторов, на которые обычно реагируют реле, в основном общий и выглядит следующим образом:

• Отклонение величины питающего сетевого напряжения от номинального значения в сторону повышения или понижения за пределы, определяемые уставками реле

• Нарушение симметрии питающего напряжения. Данный режим отслеживается путем сравнения разности фазных напряжений с величиной уставки реле. Крайним случаем несимметричного режима является обрыв одной или двух фаз питающей сети

• Обрыв нулевого провода, характеризующийся отсутствием фазных напряжений при наличии линейных

• Изменение порядка чередования фаз. Такая ситуация чаще всего происходит, когда работники сетевой организации, после ремонта или замены силового кабеля, подключают его, не выполнив фазирование, то есть, попросту перепутав фазы

• Отклонение частоты питающего напряжения за пределы интервала, заданного уставкой реле. Этот симптом носит глобальный характер и указывает на дефицит или избыток активной мощности в энергосистеме. Устраняется средствами системной автоматики и регулированием нагрузки генераторов на электростанциях

Функциональная схема реле напряжения состоит из трех основных частей:

• Блок измерений

• Блок логики

• Исполнительный орган

     Измерительная часть реле осуществляет непосредственный контроль параметров сети, передавая результаты измерений блоку логики. Этот блок выполняет сравнение измеренных величин с некоторыми базовыми, определяемыми выставленными на реле уставками. Далее, при выполнении необходимых условий, формируется сигнал управления, поступающий на исполнительный орган. Первые два блока схемы реле, в зависимости от конструкции, могут быть выполнены в одном чипе. Разделение их условно и носит только функциональный характер. Исполнительным органом чаще всего служит электромагнитное реле.

     Контакты исполнительного органа реле отключают защищаемый участок сети, когда измеряемые величины достигают значений, заданных уставками. При этом контроль параметров внешней сети не прекращается, так как реле постоянно подключено к питающему напряжению. После того, как значение критического параметра вновь возвращается к норме (напряжение сети вновь входит в допустимую зону, перекос фаз устраняется и т.п.), контакты исполнительного органа, через заданный промежуток времени, снова подключают защищаемую нагрузку к сети. Таким образом, восстановление питания происходит без участия человека.

     По способу коммутации нагрузки исполнительным органом, реле напряжения делятся на два типа:

• Реле, предназначенные для коммутации цепи катушки управления магнитного пускателя или контактора, отключающего и включающего нагрузку

• Реле, непосредственно коммутирующие цепи нагрузки потребителя.

     На фото 1 изображено реле первого типа. В верхней части реле расположены клеммы для присоединения питающей сети. Контакты L1, L2, L3 и N соединяются соответственно с проводами A, B, C и 0. В нижней части реле находятся клеммы двух контактных групп (по одному нормально замкнутому и нормально разомкнутому в каждой).

     На рисунке 1 изображена схема подключения этого реле. В качестве нагрузки изображен электродвигатель, но на его месте может быть ввод питания квартиры или частного дома, а также электрической сборки, к которой присоединена группа промышленных потребителей. Коммутация нагрузки осуществляется силовыми контактами контактора КМ. Катушка контактора управляется с помощью одной пары контактов реле напряжения (клеммы 5,6).

     Когда параметры питающей сети находятся в пределах нормы, якорь исполнительного реле притянут, контакты 5 и 6 замкнуты. В этом положении катушка контактора находится под напряжением, его силовые контакты замкнуты, нагрузка подключена к питающей сети.

     При отклонении параметров сети на величину, больше допустимой, логическое устройство посылает сигнал исполнительному реле. В результате реле отпускается, контакты 5,6 размыкаются. При размыкании контактов 5,6 обесточивается катушка контактора КМ, в результате чего размыкаются силовые контакты КМ. Нагрузка отключается от сети.

     При этом реле напряжения продолжает работать, контролируя параметры сети. Когда режим сети возвращается к норме, логический блок формирует сигнал на включение исполнительного органа, что приводит к его срабатыванию и включению контактора КМ.

     На фото 2 представлено реле второго типа. Ввод питания осуществляется сверху, на клеммы N, L1, L2, L3. Нагрузка подключается снизу, на клеммы N, U, V, W.

    Схема подключения изображена на лицевой панели реле. Из нее следует, что исполнительный орган имеет три нормально разомкнутых контакта, каждый из них коммутирует свою фазу.

     Если качество питающего напряжения в норме, исполнительное реле подтянуто, все три контакта замкнуты, нагрузка подключена к питанию.

     При отклонении параметров до величины, определяемой выставленной уставкой, срабатывает логика, реле отпускается, нагрузка обесточивается. Восстановление питания происходит в обратном порядке, аналогично тому, как описано для реле первого типа.

     Контакты реле способны коммутировать токи до 63 Ампер, что вполне достаточно для питания квартиры или не слишком большого дома. На лицевой панели хорошо видны переключатели, с помощью которых выставляются уставки реле. Крайним левым переключателем устанавливается верхний предел напряжения сети, при достижении которого нагрузка отключается. Положение второго переключателя определяет минимальный уровень напряжения, при снижении до которого нагрузка также отключается. Крайний правый переключатель определяет промежуток времени, по истечении которого после восстановления режима происходит подключение нагрузки.

     Рассмотренные типы устройств контроля напряжения имеют важное различие. Реле первого типа могут использоваться только совместно с контактором или магнитным пускателем. Реле второго типа выполняют свои функции самостоятельно, без каких либо дополнительных устройств. Это обстоятельство делает применение реле второго типа более экономичным вариантом и больше подходит для защиты квартир и частных домов. Применение реле совместно с контактором оправдано в случаях большого тока нагрузки, когда реле второго типа подобрать не удается.

Преимущества использования. Область применения

     Применение реле напряжения особенно актуально в промышленных электроустановках, питающих трехфазные асинхронные электродвигатели. Типовая схема подключения таких двигателей часто ограничивается применением только максимальных токовых защит, а именно, токовой отсечки и защиты от перегрузки, действующей с выдержкой времени. Еще чаще эти защиты реализуются путем применения одного универсального устройства – автоматического выключателя, снабженного механизмом токовой отсечки и имеющего тепловой расцепитель.

     Защиты, интегрированные в автоматический выключатель, надежно ликвидируют последствия аварийных режимов, сопровождающихся значительным повышением тока. Но эти устройства бессильны при возникновении несимметричного режима или при обрыве фаз, хотя последствия этих нарушений могут оказаться губительными для электрических машин.

     При решении задачи обеспечения безопасности электрических машин в случае возникновении описанных выше ситуаций, обычно рассматриваются варианты:

• Оснащение каждого электродвигателя блоком современных защит, реагирующих, в числе прочих факторов, на опасное изменение питающего напряжения, нарушение симметрии или обрыв фаз, отклонение частоты

• Установка на вводе секции, питающей группу электродвигателей, всего одного трехфазного реле напряжения.

Второй вариант имеет очевидные преимущества:

• Стоимость реле напряжения в разы, а то и на порядок дешевле комплектования каждого электродвигателя индивидуальной дорогостоящей защитой

• Установка реле требует несоизмеримо меньшего объема монтажных работ, соответственно, меньшей их стоимости.

     Важным обстоятельством является то, что эти преимущества достигаются без всякого ущерба быстродействию и надежности защит электродвигателей.

     Также целесообразным может оказаться применение реле напряжения в трехфазных схемах питания частных домов. Проблемы электроснабжения жилых домов возникают по разным причинам. Приведем некоторые из них:

• Электропитание объекта осуществляется по воздушной линии, склонной к перехлесту и обрыву проводов при ветреной погоде

• Нагрузка района электроснабжения характеризуется высокой неравномерностью потребления в течение суток. Трансформаторы подстанций, питающих район, не имеют устройств автоматического регулирования напряжения (АРНТ).

     Первая причина обусловливает повышенную вероятность возникновения неполнофазного режима. Кроме этого, вероятен обрыв нулевого провода с одновременным перехлестом его с фазным проводом. В этом случае, электроприборы потребителя, рассчитанные на работу при напряжении 220 Вольт, оказываются под напряжением 380 Вольт, что приводит к их массовой порче.

      Второй кейс причин вызывает суточные колебания напряжения в большом диапазоне, вплоть до недопустимых значений.

     С технической точки зрения, наиболее полно решает эти проблемы установка на вводе питания дома трехфазного стабилизатора напряжения, оборудованного необходимыми защитами. Но ввиду того, что этот вариант многим недоступен по цене, вполне приемлемой и надежной альтернативой может стать трехфазное реле напряжения. При возникновении опасного режима, электропитание мгновенно отключается, что обеспечивает защиту электроприборов от возможного повреждения.