Реле контроля фаз: принцип работы, схема подключения

Ввод 1

У заказчика есть 4 ввода на два здания, все они имеют отличия, буду обращать внимание читателей по ходу статьи. Первый ввод

В электрощитовой увидел такую картину:

Первый ввод. В электрощитовой увидел такую картину:

1 – электрощитовая

Вверху слева – щиток с вводным рубильником, трехполюсный автомат D80.

Подробнее внутренности щитка:

1 – внутренности электрощита

Вверху – Трехфазный счетчик Энергомера, цифровой вольтметр Digitop ВМ-3, переключатель улица-генератор.

Вот поближе первый ряд, он будет очень важен для нас, поскольку там будут происходить все подключения:

1 – Выходы счетчика на переключатель

На рубильнике, вверху слева – провода (белый, голубой, коричневый), в разрыв которых нужно будет включить нашу схему реле защиты. Вот это место, ещё ближе:

1 – Переключатель счетчик-генератор

Гибкие провода справа на рубильнике – от генератора, который установлен на крыше здания.

Не смотря на то, что электрощит этот собирала солидная фирма, сразу видно грубую ошибку – обратите внимание на автоматы 25 Ампер:

1 – Грубая ошибка в выборе защитных автоматов

И если в правой части фото провод сечением 2,5 мм² понять и простить можно, то шесть проводков 1,5 мм² ни в какие ворота уже не лезет. Тут бы понизить номинал до 13 или 10А, но надо разбираться с нагрузкой, да и не за этим я пришёл на этот объект. Кому интересно – подробно рассматриваю эту проблему в статье про выбор автоматов в квартирный щиток. Там же – много ссылок на релевантные статьи.

Ладно, приступаем к сборке нашей схемы, которую я вынес в отдельный щиток:

Процесс сборки электрощита 1

Провод для монтажа использовал ПВ1, одножильный, сечением 4 мм². А точнее – распущенный на жилы ВВГ4х4. Подключал в разрыв через клеммное соединение под винт, сфотографировать не получилось, ниже ещё примеры будут.

Вот что в итоге получилось:

1 – Окончательный вид трехфазного реле контроля напряжения

Напечатал на обратной стороне крышки инструкцию по эксплуатации и настройке для пользователей. Текст приведу ниже.

Трёхфазные устройства

Реле контроля напряжения 3 фазное, часто называемое реле контроля фаз, используется в сетях 380В. Количество защитных функций трёхфазных устройств больше, чем у однофазных. Это и контроль наличия всех трёх фаз, и контроль уровня напряжения во всех фазах, и проверка правильной последовательности фаз, а также проверка уровня симметрии фаз относительно друг друга.

Обычное трёхфазное реле имеет три входных клеммы «L1», «L2» и «L3», к которым подключаются фазы A, B, C. Также есть выходные клеммы в виде блок-контактов.

Входные клеммы служат для измерения и контроля трёхфазного электрического питания, назначение выходных клемм – сигнализация или управление работой контактора.

Очень часто на производстве внутри вводных шкафов и щитов используются трёхфазные реле напряжения (контроля фаз), способные производить измерения и контроль электрических параметров одновременно в двух независимых друг от друга трёхфазных сетях. Обычно контролируется сеть основного питания и сеть резервного питания. Для управления силовыми контакторами используются выходные блок-контакты трёхфазного реле. Блокировочных контактов может быть несколько.

У трёхфазных реле напряжения, также как и у однофазных, можно производить регулировку значений минимального и максимального напряжения. А вот что касается регулировки по времени, то можно задавать не только время возврата, но и время срабатывания в аварийных ситуациях.

Как подключить прибор контроля?

Конструкции реле, осуществляющих контроль фаз, при всем имеющемся обширном ассортименте изделий, имеют унифицированный корпус.

Конструктивные элементы изделия

Клеммники для подключения электрических проводников, как правило, выведены на фронтальную часть корпуса, что удобно для проведения монтажных работ.

Сам прибор сделан под установку на рейку типа DIN либо просто на ровную плоскость. Интерфейс клеммника обычно представляет собой стандартный надежный зажим, предназначенный под крепление медных (алюминиевых) жил сечением до 2,5 мм 2 .

Передняя панель прибора содержит регулятор/регуляторы настройки, а также световую контрольную индикацию. Последняя показывает присутствие/отсутствие питающего напряжения, а также состояние исполнительного механизма.

Подключение трехфазного напряжения выполняется на рабочих клеммах устройства, обозначенных соответствующими техническими символами (L1, L2, L3). Монтаж нулевого проводника на таких устройствах обычно не предусматривается, но этот момент конкретно определяется исполнением реле — типом модели.

Для соединения с цепями управления используется вторая интерфейсная группа, состоящая обычно не менее чем из 6 рабочих клемм. Одной парой контактной группы реле коммутируется цепь катушки магнитного пускателя, а через вторую — цепь управления электрооборудования.

Все достаточно просто. Однако каждая отдельная модель реле может иметь свои особенности подключения. Поэтому применяя устройство на практике, следует всегда руководствоваться сопроводительной документацией.

Шаги настройки приспособления

Опять же в зависимости от исполнения, конструкция изделия может оснащаться разными схемными вариантами настройки и регулировки. Есть модели простые, предусматривающие конструктивно вывод на панель управления одного-двух потенциометров. И есть устройства с расширенными элементами настройки.

Среди таких расширенных настроечных элементов часто встречаются блочные микропереключатели, расположенные непосредственно на печатной плате под корпусом прибора или в специальной открываемой нише. Установкой каждого из них в то или иное положение создается требуемая конфигурация.

Настройка обычно сводится к тому, чтобы выставить посредством вращения потенциометров или расположением микропереключателей номинальные значения защиты. Например, для контроля состояния контактов уровень чувствительности разницы напряжений (ΔU) обычно ставят на значение 0,5 В.

Если необходимо контролировать линии питания нагрузки, регулятор чувствительности разницы напряжений (ΔU) настраивают на такое граничное положение, где отмечается точка перехода от рабочего сигнала к аварийному с небольшим допуском в сторону номинала.

Как правило, все нюансы настройки приборов доходчиво описывает сопроводительная документация.

Маркировка устройства контроля фаз

Приборы классического исполнения маркируются просто. На передней или боковой панели корпуса наносится символьно-цифровая последовательность или же обозначение отмечается в паспорте.

Так, устройство российского производства на подключение без нулевого провода маркируется:

ЕЛ-13М-15 АС400В

где: ЕЛ-13М-15 – наименование серии, АС400В – допустимое напряжение переменного тока.

Образцы импортной продукции имеют маркировку несколько иную.

Например, реле серии «PAHA» отмечено следующей аббревиатурой:

PAHA B400 A A 3 C

Расшифровка примерно такая:

PAHA — наименование серии.
B400 – стандартное напряжение 400 В или подключенное от трансформатора.
А – регулировка потенциометрами и микропереключателями.
А (Е) – тип корпуса под монтаж на DIN рейку или в специальный разъем.
3 – размер корпуса в 35 мм.
С – конец кодовой маркировки.

На некоторых моделях перед пунктом 2 может добавляться еще одно значение. Например, «400-1» или «400-2», а последовательность остальных не изменяется.

Так маркируются аппараты контроля фаз, наделенные дополнительным интерфейсом питания под внешний источник. В первом случае напряжение питания 10-100 В, во втором 100-1000 В.

С принципом действия, конструктивными особенностями и назначением выключателя нагрузки ознакомит следующая статья, прочитать которую мы очень советуем.

История

Некоторые историки науки утверждают, что реле впервые было разработано и построено русским учёным П. Л. Шиллингом в 1830—1832 гг. Это реле составляло основную часть вызывного устройства в разработанном им телеграфе.

Другие историки отдают первенство известному американскому физику Дж. Генри (его именем названа единица индуктивности — генри), который сконструировал контактное реле в 1835 году при попытках усовершенствовать изобретённый им в 1831 г. телеграфный аппарат. В 1837 году устройство получило применение в телеграфии. Фактически первое реле было изобретено американцем Джозефом Генри в 1831 г. и основывалось на электромагнитном принципе действия. Следует отметить, что первое реле Дж. Генри было не коммутационным.

Слово «реле» возникло от французского relay, — процедура смены уставших почтовых лошадей на станциях или передача эстафеты в спортивных эстафетных состязаниях.

Как самостоятельное устройство реле впервые упомянуто в патенте на телеграф Самюэля Морзе.

Первые попытки создания научной методики для построения структуры релейных устройств относятся к 1925—1930 годам (работы ученых СССР Кутти А, Цимбалистый М, а также работы иностранных авторов). Однако началом развития теории релейный устройств является 1936—1938 года, когда В.Шестаков,К.Шеннон, и А. Накашима,применили для решения задач релейными устройствами аппарат математической логики; указание на возможность применения этого аппарата было сделано ещё в 1910 году ученым П.Эренфестом.

Существенную роль в развитии релейных устройств сыграли международные симпозиумы по теории релейных устройств и конечных автоматов. Первый из них (1957 г.) имел место в США, а второй (1962 г.) — в СССР.

Особенности распространенных видов реле напряжения

Благодаря реле напряжения во время перепадов энергии прибор не сгорит, не расплавится плата, не выйдет из строя электродвигатель. Стоимость приборов немалая, но они окупаются. Лучше предотвратить аварийные ситуации, чем покупать новую технику.

На рынке существует несколько видов несколько реле контроля разных производителей. Они обладают одинаковым принципом работы, хотя конструкция и набор дополнительных функций могут отличаться.

В современных устройствах установлена цифровая индикация. Она позволяет следить за уровнем напряжения в трех фазах. Также присутствуют дополнительные настройки. С их помощью регулируют работу прибора и обеспечивают простоту и удобство использования.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Основными компонентами фазового реле являются:

блок измерений;
устройство обработки информации;
исполнительная (коммутационная) часть.

БЛОК ИЗМЕРЕНИЙ

Эта часть схемы реле осуществляет непрерывный контроль параметров электропитания – фазных токов и напряжений. Для фиксации искажений симметрии трёхфазной питающей системы напряжений устройство содержит фильтр гармонических составляющих обратной последовательности.

Гармонические составляющие или высшие гармоники представляют собой высокочастотные сигналы, сопутствующие основной частоте промышленного тока и кратные ей.

Теоретически кривые каждого из фазных напряжений, вырабатываемых генераторами электростанций должны иметь строго синусоидальную форму. На практике любой источник напряжения даёт некоторые искажения синусоиды.

Свой вклад в дело ухудшения синусоидальности вносят также разнообразные потребители, содержащие нелинейную нагрузку. В результате, питающее напряжение электрической сети никогда не является синусоидальным на 100%.

В соответствии с теоремой Фурье любая сложная периодическая функция может быть представлена суммой простых гармонических функций.

Примечание. Гармонической называют функцию, изменяющуюся по закону синуса или косинуса.

Таким образом, любое отклонение от синусоидальности влечёт за собой появление высших гармоник – слагаемых формулы разложения Фурье. Каждая из функций – слагаемых имеет частоту, в n раз превышающую частоту основной функции, где n – порядковый номер слагаемого.

То есть применительно к системе питания промышленной частоты 50 Гц, 1-я гармоника обладает частотой 50 Гц, 2-я – 100 Гц, 3-я – 150 Гц и так далее. Амплитуда гармоник уменьшается с увеличением их порядкового номера.

Вся совокупность гармоник образует три последовательности фазных чередований:

составляющие 1, 4, 7, 10 … образуют прямую последовательность;
2, 5, 8, 11… — соответствуют обратному фазному чередованию;
3, 6, 9, 12… — составляют нулевую последовательность.

Нарушения симметрии системы характеризуются увеличением гармоник обратной последовательности, что и является критерием отклонения от нормы, применяемым в алгоритме контроля при работе реле.

БЛОК ЛОГИКИ

Данные, полученные из блока измерения, подвергаются здесь сравнению с условиями, определёнными выставленными уставками. Блок логики формирует команды, которые передаются исполнительному органу.

Следует заметить, что в схемотехнике реле контроля бывает невозможно выделить компоненты, относящиеся к блокам логики и измерений. В некоторых моделях используются многофункциональные микропроцессорные чипы, объединяющие эти блоки.

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН

Отключение защищаемой электроустановки или части сети производится «сухими» контактами электромагнитного реле или пускателя.

Термин «сухой контакт» является устойчивым жаргонным выражением проектировщиков автоматизированных систем. Выражение заимствовано из жаргона англоязычных коллег путём прямого перевода слов dry contact. Данное выражение никак не связано с отсутствием влаги.

Означает оно то, что контакт не имеет гальванической связи с цепями управления, не заземлён и не подключен к источнику питания.

В различных моделях реле контроля фаз применяются исполнительные органы двух типов, коммутирующие нагрузку непосредственно или воздействуя на промежуточный элемент – магнитный пускатель.

В первом случае устройство имеет три входа для подключения трёхфазного питания и три выхода для непосредственного присоединения к нагрузке. Коммутация нагрузки осуществляется внутри устройства.

При подключении реле контроля фаз второго типа подразумевается использование пускателя. В этих приборах имеются выходы контактов исполнительного реле, предназначенных для работы в цепях отключения. Сухие контакты реле контроля фаз коммутируют катушку пускателя.

Такие комбинации используются для защиты оборудования большой мощности, непосредственная коммутация которого невозможна контактами исполнительного органа.

Популярные модели реле контроля напряжения: настройки, схемы монтажа

Несмотря на довольно обширный список производителей подобного оборудования, в нашей стране популярностью пользуются единицы. Сейчас мы поговорим именно о таких брендах и моделях РКН, которые они производят.

Компания «Меандр» и её реле напряжения «УЗМ 51 М»

С самого начала рассказа о подобном реле уточним, что подобные РКН были сняты с производства. После многочисленных жалоб на новый «УЗМ 51 МД» с защитой от дуги, модель вернули, однако, звание «лучшего РН»устройство успело потерять. На сегодняшний день компания «Меандр» производит множество новых моделей приборов защитной автоматики, однако, все они пока «сыроваты» и до «УЗМ 51 М» никак не дотягивают. Подключить устройство довольно просто: на корпусе расписаны вход/выход и отмечены ноль/фаза. Это можно увидеть на картинке.

Внешний вид «УЗМ 51 М» – чётко видно контакты для подключения входа и выхода питания~~Реле напряжения Меандр УЗМ 51 М~~

Реле контроля напряжения «РН113» от «Новатек»

Это устройство пользователи считают более удобным по причине отсутствия необходимости отдельного приобретения вольтметра. Здесь он установлен на самом РКН. Сквозь тонированную крышку современных пластиковых боксов светящиеся цифры, показывающие напряжение в сети в данный момент времени, видны достаточно чётко. Прибор имеет довольно широкий диапазон настроек – 160-220 В для установки нижнего предела и 230-280 В по верхней планке отключения.

Схема подключения реле напряжения РН113~~Реле напряжения Новатек РН113~~

Однофазное реле «ABB» и схема его подключения

Под этим брендом, существующем на российском рынке очень давно, производится множество различных моделей защитных устройств, в том числе и реле контроля напряжения. По причине огромного ассортимента рассмотрим общую схему подключения РКН произведённого под брендом «АВВ».

Схема подключения РКН производства «АВВ»~~Однофазное реле напряжения ABB~~

Реле напряжения «Legrand»: существует ли подобная продукция

К сожалению, несмотря на очень широкую линейку производимых электротоваров, фирма «Legrand» не производит реле контроля напряжения. Это вдвойне огорчительно по той причине, что остальные изделия и автоматика этого бренда обладают весьма хорошими характеристиками и отменным качеством. Будем надеяться, что под этой маркой в будущем всё же будет производиться нечто подобное. А пока остаётся выбирать устройства от других производителей.

~~Реле напряжения Legrand~~

«Зубр» – реле напряжения родом из Донецка

1-фазное реле контроля напряжения «Зубр RBUZ D63t» со встроенным вольтметром ничем не уступает известным европейским брендам. Очень качественное исполнение, долговечность и широкий диапазон настроек – вот причины высокой популярности продукции этого бренда. Нижний предел падения напряжения можно выставить в диапазоне от 120-210 В, а верхний – от 220 до 280 В. При этом, скорость срабатывания при падении ниже установленного предела составляет 1.2 с, а на отключение при скачке выше верхнего порога уходит всего 0.05 с, что позволяет не беспокоиться за сохранность бытовой техники.

Литера «t» в конце маркировки модели говорит о том, что прибор оборудован встроенной термозащитой, что также добавляет плюсов в его копилку. Рассмотрим схему его подключения.

Схема подключения реле контроля напряжения «Зубр»~~Реле напряжения Зубр~~

Общие настройки трехфазного реле

Большое значение для дальнейшей работы реле напряжения имеют первоначальные настройки. Порядок их выполнения можно рассмотреть на примере типовой модели VP-380V, представленной на рисунке.

После того как реле подключено к электрической цепи, к нему подается питание. На дисплее будет отражаться вся необходимая информация:

Мигающие цифры указывают на отсутствие напряжения в сети.
Если на дисплее появились черточки, это означает изменение чередования фаз или отсутствие какой-то из них.
Когда параметры электрической сети соответствуют норме, а подключение устройства выполнено правильно, то примерно через 15 секунд контакты №№ 1 и 3 замыкаются, начинается подача питания на катушку контактора и далее – в сеть. То есть прибор уже контролирует состояние всех трех фаз.
Экран дисплея может мигать очень долго. Это означает, что контактор не включается. Такая ситуация чаще всего возникает из-за ошибки подключения.

Само трехфазное реле напряжения настраивается с помощью двух настроечных кнопок с нанесенными треугольниками, которые расположены справа от экрана. На верхней кнопке треугольник направлен вершиной вверх, а на нижней – вершиной вниз. Чтобы выставить максимальный предел отключения, нажимается верхняя кнопка. В этом положении она удерживается в течение 2-3 секунд. После этого в центральном ряду экрана появится цифра, отображающая заводской уровень. Далее верхнюю кнопку следует нажимать до того момента, пока не установится нужное значение верхнего предела отключения.

Установка нижнего предела осуществляется таким же образом, только в этом случае используется нижняя кнопка. По окончании настройки прибор автоматически перепрограммируется примерно через 10 секунд.

Прочие настройки

В трехфазном реле напряжения имеется много регулировок и настроек. В обеспечении нормальной работы прибора важную роль играет правильная настройка времени повторного отключения.

Справа от дисплея, между кнопками с треугольниками, расположена еще одна кнопка управления и регулировки, с нанесенным значком в виде часов. Ее необходимо нажать и удерживать, после чего на экране появится значение, выставленное заводом-изготовителем. Обычно выставляется временной интервал в 15 секунд.

Важность этой функции проявляется следующим образом. При перепадах напряжения, превышающих предельно допустимые значения, реле выполняет отключение сети. После нормализации напряжения контрольное устройство вновь включает подачу электроэнергии через период времени, указанный в заводских настройках

Это уже известные 15 секунд. Это значение можно изменить, например, в сторону уменьшения. Эта операция производится путем прокручивания контрольной заводской цифры с помощью верхней или нижней кнопки. Цифра на экране будет соответственно увеличиваться или уменьшаться

После нормализации напряжения контрольное устройство вновь включает подачу электроэнергии через период времени, указанный в заводских настройках. Это уже известные 15 секунд. Это значение можно изменить, например, в сторону уменьшения. Эта операция производится путем прокручивания контрольной заводской цифры с помощью верхней или нижней кнопки. Цифра на экране будет соответственно увеличиваться или уменьшаться.

Так же просто настраивается перекос фаз – интервал между значениями напряжения на разных фазах. Для настройки нужно одновременно нажать две кнопки с треугольниками. На экране появится цифра 50 В, означающая, что подача питания в сеть прекратится при этом значении перекоса фаз. Нужный параметр выставляется верхней или нижней кнопкой в сторону уменьшения или увеличения.

Реле контроля напряжения 3-фазное

Трехфазное УЗО

Схема подключения трехфазного электродвигателя

Подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети

Схема реверса трехфазного двигателя

Схема подключения трехфазного счетчика через трансформаторы тока

Схема подключения

Подключение однофазных реле контроля напряжения к сети 220 вольт может быть выполнено двумя способами:

Первый вариант предусматривает непосредственное управление нагрузкой контактами реле, через которые течет весь потребляемый ток.
Во втором случае управление контактов реле осуществляется через обмотку контактора. Для подключения нагрузки к сети используются силовые контакты. За счет этого происходит разгрузка контактов самого реле и повышение надежности его работы.

Чаще всего используется первая схема подключения, когда установка реле контроля производится за прибором учета. Провод фазы, идущий от счетчика, подключается к клемме 2. Затем по силовому контакту происходит подача фазы от клеммы 3 в домашнюю сеть. Нулевой провод подключается к клемме 1 и обеспечивает питание микросхемы самого реле. Таким образом, разрыва нуля не будет, а для управления контактами используется лишь фазный провод.

Питание на реле контроля подается после включения вводного автомата. Если напряжение находится в пределах нормы, то через некоторое время наступает замыкание контактов устройства и ток начинает поступать в сеть. Время задержки включения регулируется кнопками, расположенными на передней панели. При скачке напряжения, например, в сторону увеличения, наступает превышение верхнего порога, составляющего 250 вольт. Данное изменение фиксируется защитным устройством, после чего происходит размыкание силового контакта и последующий разрыв фазного провода. Таким образом, бытовая техника и оборудование оказываются защищенными от перенапряжения.

После возврата напряжения в пределы рабочего диапазона, контакты вновь замыкаются после установленной задержки времени, и схема возвращается в рабочее положение. Точно так же устройство реагирует на недопустимое снижение напряжения.

Данная схема подключения требует выбора контрольного прибора, превышающего по току параметры вводного автомата. Этот запас позволит защитить реле, если на него поступит максимальная нагрузка. Подобный выбор можно не делать при условии использования реле совместно с контактором, когда два прибора объединяются в одном.

Какое реле напряжения купить себе домой?

Если вам необходимо защитить технику в доме или квартире, где проживаете постоянно, тогда лучше брать реле под DIN-рейку. Для того, чтобы подобрать подходящее РКН, необходимо рассчитать, с каким коммутируемым током ему придется работать. Для этого стоит воспользоваться следующей формулой:

Pr = P*K, где Pr — мощность, на которую рассчитано РКН; P — суммарная мощность всех электроприборов в доме; К — поправочный коэффициент работы электроприборов. Так как практически не бывает, чтоб все приборы работали одновременно, то поправочный коэффициент берется 0,8. Однако если у вас все устройства будут работать одновременно, тогда берите коэффициент 1.

Предположим нам необходимо защитить бойлер на 2 кВт, стиральную машину на 2,4 кВт, микроволновку мощностью 1 кВт и котел на 7 кВт. Тогда Pr = (2+2,4+1+7)*0,8 = 11 кВт. Так как в характеристиках к прибору указывается коммутируемый ток, то переводим 11 кВт в амперы. 11000/220 = 50 А. Выбираем ближайшее подходящее, например, RBUZ D-50t на 50 А.

Также стоит обратить внимание на количество фаз, с которыми может работать прибор. Розеточные устройства предназначены для однофазных сетей

Для трехфазной сети потребуется соответствующее РКН. Причем прибор будет показывать рабочее напряжение для каждой фазы отдельно. Трехфазные реле рекомендуется устанавливать для защиты станков, работающих от трехфазного двигателя.