Навіщо потрібне реле контролю фаз?

У звичайних побутових мережах, які складаються лише з фазного та нульового дроту, проблем із плутаниною фаз виникнути не може. Тим не менш, у промисловості більшість апаратів потребує трифазної напруги, яка повинна подаватися строго таким чином, як це передбачено конструктивним виконанням пристроїв. Від правильності підключення залежить не тільки працездатність устаткування, але й їхня справність загалом, коректна та довгострокова робота. У свою чергу, будь-які помилки у комутації можуть спричинити зниження максимальної потужності, серйозні поломки, зупинку виробництва та великі незаплановані витрати. У системах з безліччю механізмів, що обертаються, помилка у підключенні може призвести до неправильного напрямку обертання елементів, що разюче позначиться на принципі дії пристрою. Навіть ті системи, які можуть бути розраховані на двосторонній рух (вентиляційне та насосне обладнання) на певних ділянках виробничої лінії, завжди повинні працювати тільки у одному напрямку.

Слід розуміти, що промислове обладнання не можна порівнювати за складністю зі звичайними світильниками або простенькими приладами для побуту. Будь-яка неправильна поведінка верстатів та агрегатів може призвести до серйозних наслідків, аж до масштабних аварій з людськими жертвами. Серед несправностей пристроїв з живленням від трьох фаз, які часто зустрічаються, називають обрив фази, перекіс фаз та злипання фаз. Усе це призводить до втрат у потужності двигунів, перегріву їхніх обмоток та повному виходу вузлів з ладу. Безумовно, існують інші типи поломок, які можуть призвести до неприємностей різного роду. Саме для того, щоб унеможливити виникнення будь-яких подібних ситуацій і існують реле контролю фаз (РКФ). На відміну від інших видів датчиків та реле, РКФ просто тимчасово знеструмлює обладнання, а не переводить його у інший робочий режим. Реле контролю фаз є захисним модулем, а не просто засобом автоматизації роботи силових ланцюгів у трифазних електромережах. Своєчасне відключення навантаження зберігає справність як обладнання, так і лінії живлення, що буває критично важливо саме на виробництві, де виключення однієї ланки з великою ймовірністю може призвести до непередбачуваних наслідків.

Як влаштовані реле контролю фаз

З погляду конструктивного виконання РКФ не можна віднести до надто складних виробів. У першому наближенні вони є досить тривіальним електромагнітним реле, оснащеним керуючим мікроконтролером. Електроніка постійно моніторить характеристики струму – його напругу по кожній з трьох фаз та частоту. Як тільки виявляється один із факторів небезпеки (зникнення фази, асиметрія параметрів струму), живлення відразу відключається. Надалі, коли аварійна ситуація буде усунута, РКФ заново просканує стан мережі та знову підключить навантаження.

Якщо порушена послідовність фаз, реле не дасть заново комутувати силове обладнання. Даний функціонал є найбільш корисним при експлуатації агрегатів, які часто доводиться переміщувати цехом, заново підключати та налаштовувати. У подібних обставинах ще складніше повністю виключити людський фактор, а тому РКФ виявляється дуже доречним.

Для того, щоб мати можливість легко розмикати та замикати пари ланцюга, реле контролю фаз зазвичай має дві групи абсолютно незалежних один від одного клем з нормально замкненими та нормально розімкненими контактами. Чимало моделей РКФ піддаються регулюванню мінімального та максимального порога спрацьовування за вхідною напругою, а також мають функціонал затримки спрацьовування, що дозволяє компенсувати нестабільність вольтажу у мережі, якщо це короткочасне явище.

Реле контролю фаз випускаються у різному конструктивному виконанні, що дозволяє закріплювати їх і як окремі пристрої, і як елементи модульного наповнення розподільного щита. Тип кріплення дозволяє встановлювати на монтажні панелі або дин-рейку поряд з багатьма іншими компонентами захисної автоматики. Усі необхідні користувачам органи управління та індикатори виведені на лицьову панель, тож при раптовому відключенні людина легко зможе отримати інформацію, у чому проблема.

Залежно від цього, для яких електричних систем РКФ призначається, та навіть за супутньої обставинам величині вольтажу, зазвичай розрізняють три категорії моделей:

• для захисту генераторів, пристроїв автоматичного введення резервного живлення, джерел безперебійного живлення та акумуляторів;
• для моніторингу напруги реверсивних приводів (до 75 кВт);
• для захисту електродвигунів та їх блоків живлення (при вольтажі до 100 кВт).

Найбільш просунуті РКФ мають декілька діодів-сигналізаторів та до чотирьох-п'яти потенціометрів, які дозволяють регулювати окремі характеристики мережі чи навантаження. Індикатори показують наявність живлення у системі, а також наявність підключених приладів. Потенціометри допомагають налаштувати режим роботи, збалансувати асиметрію трифазної мережі, відкалібрувати чутливість до просідання вольтажу, встановити значення за замовчуванням для часу спрацювання автоматики. На превеликий жаль, вироби із загального споживчого сегменту зазвичай пропонують не більше двох-трьох способів регулювання налаштувань роботи, втім для пересічних користувачів у приватних домогосподарствах та котеджах цього цілком достатньо.

З погляду реалізованих функцій реле контролю фаз пропонує чотири найголовніші операції:

• контроль за рівнем електричної напруги (переважно спрямований на відстеження виходу за допустимі верхні межі);
• врахування принципу чергування фаз – РКФ має бути здатен у автоматичному режимі проводити комутацію при раптовому виникненні явища злипання фаз, а також перепідключення (якщо це можливо) при їх неправильному розташуванні щодо штатних контактів силового обладнання;
• контроль відсутності фази – реле відключає споживачів від лінії при розриві лінії живлення та відсутності напруги;
• виключення перекосу фаз – РКФ вміє здійснювати комутацію при зміні фазного або лінійного вольтажу по відношенню до номінального значення.

Відмінність від іншої автоматики та сфера застосування

Не для усіх очевидно, чим саме реле контролю фаз відрізняється від того ж реле напруги або ПЗІП, особливо трифазного. Насправді між ними них ціла група відмінностей, але основним є те, що реле контролю напруги безпосередньо залежить від ЕРС у мережі живлення, але на РКФ вона жодним чином не впливає. У даному випадку до уваги береться лише величина сили струму.

Крім того, найважливішою відмінністю реле контролю фаз від багатьох інших пристроїв автоматики є двосторонній моніторинг системи. РКФ може фіксувати та реагувати на стрибки не тільки у зовнішній мережі живлення за усіма трьома фазами, але й аналізувати процеси, які відбуваються у самому навантаженні. Таким чином, воно до певної міри бере на себе функції автоматичних вимикачів, вчасно запобігаючи випадкам перегріву та перевантаження, а також короткому замиканню у системі.

Досить очевидною, але при цьому не менш корисною у сукупності з іншими є функція фіксації напруги. У той час, як звичайна автоматика реагує тільки на зміну сили струму під час нормальної роботи електродвигунів, РКФ фіксує напругу, даючи електроніці можливість всебічно контролювати роботу пристрою. До того ж, реле може визначити різницю у рівнях напруги живлення, пов'язану з тим, що кожна відвідна лінія навантажується не однаково. Якщо така ситуація торкнеться роботи двигуна, РКФ зуміє вчасно діагностувати перегрів та запобігти поломці агрегату, а також виключить термічне псування ізоляції у ключових місцях.

Сьогодні реле контролю фаз найчастіше розглядається у зв'язці з різними типами електродвигунів – як елементами силових ланцюгів, які найбільше потребують такого захисту. Справедливо сказати, що саме тут РКФ розкривається повною мірою, обростаючи необхідними нюансами. Наприклад, багато інших видів реле не здатні забезпечити реальний захист від так званої регенерованої напруги. Якщо раптом трапиться так, що при роботі електродвигуна одна з фазних напруг зникла, ротор продовжить обертання і буде цілком здатен набрати необхідні робочі показники на тих двох, які залишилися. У цей момент у лінії знеструмленої фази через обертання генеруватиметься своя, нова ЕРС. Порушення у процесі не побачать ані контактори, ні аварійна автоматика, зате ближче до зупинки пристрою може статися його поломка, і вже наступного разу він просто не увімкнеться знову. А ось реле контролю фаз від початку експлуатації двигуна буде безперервно моніторити стан напруг в усіх вузлових точках системи, а тому зможе вчасно виявити зміщення фазового кута та зупинити роботу агрегату, не допустивши наведення ЕРС у знеструмленій частині. Подібна реалізація захисту є вкрай важливою для тих випадків, коли технологічний процес побудований на періодичній зміні напряму обертання ротора. Реверсний режим може пошкодити верстат через спробу запуститися при некоректній напрузі, з підвищенням сили струму, а також призвести до фізичної поломки прямо під час обертання, що загрожує персоналу підприємства серйозними травмами.

Взагалі для людей, непосвячених у різні аспекти електрики, часто незрозуміло, у чому сутність проблеми, оскільки вони розглядають трифазну мережу лише як три однофазні, і не беруть їх до уваги як єдину сукупність із відмінними властивостями. Тому не зайвим буде повторити: кожен промисловий агрегат, верстат або апарат може мати одразу декілька контактних клем для підключення (зазвичай до п'яти). Цим же визначається, що усі компоненти – ті ж двигуни, при від початку правильному підключенні будуть обертатися у правильних напрямках. Якщо ж якісь фази (або усі вони) переплутані – рухливі елементи так само будуть обертатися, але не у тих напрямках, як потрібно. Часто це призводить до розсинхронізації окремих фрагментів обладнання, їх зіткнення та зламу – особливо якщо це шестерні або асиметричні компоненти верстата.

Сьогодні у найбільш технічно просунутих РКФ є мікросхема, яка здатна проводити аналіз приладу-навантаження та визначати порядок чергування фаз. Це означає, що будь-яку фазу можна підключити до будь-якої клеми і електроніка сама перекине ланцюги так, як потрібно, встановивши правильний порядок спрацьовування контактів. Тим не менш, на переважній більшості реальних виробництв такі системи ще не стоять, а тому комутувати агрегати із дотриманням фазності доводиться вручну.

Часто виробник РКФ не пропонує точне розташування пристрою у загальній схемі підприємства, через що на кожному заводі реле контролю фаз може бути підключеним по-своєму. Десь воно включене у контрольні ланцюги разом із дзвінком та лампочкою оповіщення, десь – у лінії живлення модуля цілком, десь – лише до котушок двигуна та ін. Найбільш досвідчені монтажники радять приєднувати РКФ до загального аварійно-контрольного ланцюга: так несправний апарат просто не зможе запуститися і персонал точно зверне на нього увагу своєчасно.

Для відстеження зникнення фази чи зниження вольтажу сьогодні досі нерідко застосовують теплові реле чи звані мотор-автомати. Обидва вироби реагують на теплове тло, пов'язане з перевантаженням – а це вже критичний стан обладнання. Принадність реле контролю фаз у тому, що воно є електронним пристроєм, якому потрібно лише 1,5-2 секунди на спрацьовування після виявлення неполадки. За цей період двигун просто не встигне перегрітися та пошкодити свої обмотки.

Сьогодні реле контролю фаз вважається одним з найнеобхідніших елементів у системах живлення промислового обладнання. Виріб має порівняно невисоку ціну навіть за сучасними мірками, але при цьому ефективно запобігає суттєвим фінансовим та технічним збиткам підприємств. Щитове обладнання, яке не включає РКФ, зараз вважається несучасним та навіть потенційно небезпечним для забезпечення постійної роботи з випуску продукції.