Technologia zabezpieczenia przed utratą fazy przekaźnika: zasada, zastosowanie i tendencje rozwojowe

Podstawowa zasada i znaczenie zabezpieczenia przed utratą fazy

Niebezpieczeństwa związane z utratą fazy

Zanik fazy odnosi się do zjawiska braku jakiejkolwiek fazy zasilania w trójfazowym systemie zasilania, co jest jedną z głównych przyczyn prowadzących do spalania trójfazowych silników asynchronicznych. Gdy silnik trójfazowy działa, gdy brakuje fazy, będzie wytwarzać składową przeciwną prądu, co powoduje niezrównoważenie prądu trójfazowego lub jego zbyt dużą wartość, co z kolei powoduje natychmiastowe spalenie uzwojenia silnika. Według statystyk około 40% awarii silników ma związek z zanikiem fazy w zasilaniu.

Podstawowa zasada zabezpieczenia przed utratą fazy przekaźnika

Zabezpieczenie przed utratą fazy przekaźnika określa, czy wystąpiło uszkodzenie utraty fazy, poprzez monitorowanie nieprawidłowości prądu lub napięcia w obwodzie trójfazowym. W przypadku silników z połączeniem w gwiazdę (Y), ponieważ prąd sieciowy jest równy prądowi fazowemu, zwykłe przekaźniki termiczne mogą zapewnić skuteczną ochronę; jednakże w przypadku silników z połączeniem w trójkąt (Δ), ponieważ prąd fazowy nie jest równy prądowi sieciowemu, zwykłe przekaźniki termiczne mogą nie być w stanie zadziałać na czas i należy zastosować specjalne przekaźniki zabezpieczające przed zanikiem fazy.

Mechanizm różnicowego zabezpieczenia przed zerwaniem fazy

Przekaźniki termiczne z zabezpieczeniem przed zerwaniem fazy wykorzystują mechanizm różnicowy składający się z górnej płyty prowadzącej, dolnej płyty prowadzącej i dźwigni. Kiedy faza jest odłączona, bimetal tej fazy ochładza się i resetuje, popychając górną płytkę prowadzącą do ruchu w prawo, podczas gdy bimetal pozostałych dwóch faz jest w dalszym ciągu wyginany pod wpływem ciepła, popychając dolną płytę prowadzącą do ruchu w lewo, wyzwalając działanie zabezpieczające poprzez działanie różnicowe.

Schemat realizacji technicznej zabezpieczenia przed utratą fazy

Zabezpieczenie przed utratą fazy w przekaźniku termicznym

Zwykły przekaźnik termiczny popycha siłownik przez zginanie bimetalu pod wpływem ciepła, ale ma to ograniczony wpływ na ochronę silnika z połączeniem Δ.

Różnicowy przekaźnik termiczny rozwiązuje ten problem dzięki specjalnej konstrukcji. Kiedy nastąpi utrata fazy, bimetal po stronie utraty fazy ochładza się i resetuje, podczas gdy pozostałe dwie fazy są nadal zaginane pod wpływem ciepła, uruchamiając zabezpieczenie poprzez działanie różnicowe.

Zabezpieczenie przed utratą fazy typu monitorowania napięcia

wykorzystuje trzy przekaźniki niskiego napięcia z regulowanym napięciem wyzwalającym, cewki są połączone w gwiazdę, a wspólny węzeł jest podłączony do linii zerowej.

Wadą jest to, że czułość jest niewystarczająca i silnik może nadal utrzymywać wysokie napięcie podczas utraty fazy, co skutkuje opóźnioną ochroną.

Elektroniczny przekaźnik kompleksowej ochrony

Integrując mikroprocesor i zaawansowaną technologię wykrywania, może jednocześnie monitorować wiele parametrów, takich jak prąd i napięcie, zapewniając wszechstronną ochronę.

Technologia przekaźnika półprzewodnikowego (SSR).

Nadaje się do systemów akumulatorów samochodowych wysokiego napięcia o napięciu wyjściowym wytrzymywanym do 900 V, charakteryzuje się szybką reakcją i długą żywotnością.

Wyzwania i rozwiązania w praktyce

Wyzwania związane z ochroną silników z podłączeniem Δ

Rozwiązania obejmują zastosowanie specjalistycznych przekaźników zabezpieczających przed zanikiem fazy, zintegrowanych zabezpieczeń silników lub projektowanie pomocniczych obwodów zabezpieczających.

Problemy z niedopasowaniem napięcia zwolnienia stycznika

Typowe napięcia zwolnienia stycznika mieszczą się w zakresie od 0,2Us do 0,7Us, co może prowadzić do awarii zabezpieczenia przed utratą fazy.

Bardziej wykonalnym rozwiązaniem jest przyjęcie strategii ochrony opartej na aktualnej ochronie.

Ryzyko samoczynnej awarii przekaźników

Środki zapobiegawcze obejmują stosowanie produktów o niezawodnej jakości, regularne testowanie i konserwację, redundantną konstrukcję oraz stosowanie inteligentnych przekaźników z funkcjami autodiagnostyki.

Zwarcia pozafazowe w instalacjach fotowoltaicznych

Przekaźniki mogą służyć do odłączania systemu fotowoltaicznego od sieci w przypadku awarii sieci w celu szybkiego zabezpieczenia.

Innowacja technologiczna zabezpieczenia przed utratą fazy przekaźnika

Inteligentny system ochrony przed utratą fazy oparty na CPLD

Zawiera moduł akwizycji sygnału, moduł przetwarzania logiki CPLD i moduł zabezpieczenia sterowania tyrystorowego.

Dzięki algorytmowi oceny stanu obwodu w czasie rzeczywistym, po wykryciu utraty fazy, należy natychmiast zamknąć pojedynczy tyrystor SCR, aby chronić przekaźnik.

Zintegrowana i zminiaturyzowana konstrukcja

takie jak małe przekaźniki półprzewodnikowe, redukując rozmiar rozwiązania nawet o 90% przy jednoczesnym obniżeniu kosztów BOM.

Nowe zastosowania materiałów

Zastosowanie styków ze stopu srebra, ceramicznych materiałów izolacyjnych itp. poprawia odporność przekaźnika na wysokie temperatury i wyładowania łukowe.

Szerokopasmowa technologia półprzewodnikowa

Wprowadzenie urządzeń z węglika krzemu (SiC) i azotku galu (GaN) podniosło temperaturę roboczą przekaźników półprzewodnikowych do ponad 200°C i wprowadziło częstotliwość przełączania do ery MHz.

Przewodnik po wyborze zabezpieczenia przed utratą fazy w przekaźniku

Dobór w zależności od rodzaju obciążenia

Obciążenia rezystancyjne, indukcyjne lub pojemnościowe wymagają różnych charakterystyk przekaźnika.

Dopasowane wartości napięcia i prądu

Upewnij się, że wartość znamionowa przekaźnika jest wyższa niż maksymalne parametry pracy systemu. Uwzględnienie możliwości adaptacji do środowiska

Czynniki środowiskowe, takie jak wysoka temperatura, wysoka wilgotność, wibracje itp. wpływają na wybór przekaźnika.

Analiza wymagań funkcjonalnych

O typie produktu decydują różne wymagania, takie jak podstawowa ochrona, inteligentny monitoring czy zdalne sterowanie.

Typowe scenariusze zastosowań zabezpieczenia przed utratą fazy przekaźnika

Ochrona silnika przemysłowego

Ochrona przed utratą fazy dla kluczowych urządzeń, takich jak pompy wodne, wentylatory i sprężarki.

Nowy system wysokiego napięcia pojazdów energetycznych

Ochrona obwodów do zarządzania akumulatorem, sterowania silnikiem, systemem ładowania i innymi ogniwami.

System wytwarzania energii fotowoltaicznej

Ochrona falowników, przełączanie sieci, zarządzanie magazynowaniem energii i inne zastosowania.

Inteligentna dystrybucja energii w budynku

Monitorowanie zasilania ważnych obciążeń, takich jak windy i klimatyzatory

Przyszłe trendy rozwojowe

Inteligentny i cyfrowy

Nowa generacja urządzeń zabezpieczeniowych integrujących mikroprocesory, algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów i interfejsy komunikacyjne w celu osiągnięcia definicji oprogramowania i zdalnego zarządzania funkcjami zabezpieczeniowymi.

Technologia przekaźników półprzewodnikowych

W miarę postępu technologii półprzewodników udział przekaźników półprzewodnikowych w zastosowaniach wysokonapięciowych i wysokoprądowych będzie stopniowo wzrastał.

Konserwacja predykcyjna i integracja IoT

Inteligentne przekaźniki potrafią z wyprzedzeniem wykryć potencjalne ryzyko awarii poprzez ciągłe monitorowanie parametrów stanu sprzętu i głęboką integrację z przemysłowymi systemami IoT.

Znormalizowana i modułowa konstrukcja

W nowoczesnych przekaźnikach ochronnych powszechnie stosuje się wbudowany montaż, standardowe zaciski i interfejsy HD LCD, aby uprościć procesy instalacji i konfiguracji