Proč potřebujete relé pro řízení fáze?

V běžných domácích sítích, které se skládají pouze z fázových a nulových vodičů, nemohou vzniknout problémy se záměnou fází. V průmyslu však většina zařízení vyžaduje třífázové napětí, které musí být napájeno přesně způsobem stanoveným konstrukcí zařízení. Na správném zapojení závisí nejen funkčnost zařízení, ale i jejich celková provozuschopnost, správný a dlouhodobý provoz. Jakékoli chyby ve spínání mohou zase vést ke snížení maximálního výkonu, vážným poruchám, zastavení výroby a velkým neplánovaným výdajům. V systémech s mnoha otočnými mechanismy může chyba v zapojení vést k nesprávnému směru otáčení prvků, což bude mít dramatický vliv na princip činnosti zařízení. I ty systémy, které lze konstruovat pro obousměrný pohyb (ventilační a čerpací zařízení) v určitých úsecích výrobní linky, musí vždy pracovat pouze v jednom směru.

Mělo by být zřejmé, že průmyslová zařízení jsou ve složitosti nesrovnatelná s konvenčními lampami nebo jednoduchými domácími spotřebiči. Jakékoli nesprávné chování strojů a jednotek je zatíženo vážnými následky, včetně rozsáhlých havárií s lidskými oběťmi. Mezi běžné poruchy zařízení napájených třemi fázemi patří ztráta fáze, nevyváženost fáze a zasekávání fáze. To vše vede ke ztrátám výkonu motoru, přehřívání jejich vinutí a úplnému selhání součástí. Samozřejmě existují i ​​jiné typy poruch, které mohou vést k nejrůznějším potížím. Právě proto, aby se vyloučila možnost jakýchkoli takových situací, existují relé fázového řízení (RKF). Na rozdíl od jiných typů senzorů a relé RKF jednoduše dočasně odpojí napájení zařízení a nepřepne je do jiného provozního režimu. Fázové řídicí relé je přesně ochranný modul a nejen prostředek pro automatizaci provozu silových obvodů v třífázových elektrických sítích. Včasné odpojení zátěže zachovává provozuschopnost zařízení i napájecího vedení, což je kriticky důležité ve výrobě, kde vyloučení jednoho článku může vést s největší pravděpodobností k nepředvídatelným následkům.

Jak fungují relé pro řízení fáze?

Z hlediska designu nelze RKF zařadit mezi příliš složité výrobky. Pro první přiblížení představují celkem triviální elektromagnetické relé vybavené řídicím mikrokontrolérem. Elektronika neustále sleduje charakteristiky proudu – jeho napětí v každé ze tří fází a frekvenci. Jakmile je detekován některý z nebezpečných faktorů (ztráta fáze, asymetrie aktuálních parametrů), okamžitě se vypne napájení. Následně, když je nouzová situace odstraněna, RKF znovu prohledá stav sítě a znovu připojí zátěž.

Pokud je sled fází přerušen, relé neumožní opětovné připojení napájecího zařízení. Tato funkce je nejužitečnější při obsluze jednotek, které je často nutné přemisťovat po dílně, znovu je připojovat a konfigurovat. Za takových okolností je ještě obtížnější zcela eliminovat lidský faktor, a proto přichází vhod RKF.

Aby bylo možné snadno otevírat a zavírat páry obvodů, má relé fázového řízení obvykle dvě skupiny svorek zcela nezávislé na sobě s normálně zavřenými a normálně otevřenými kontakty. Mnoho modelů RKF lze regulovat minimálním a maximálním prahem odezvy na základě vstupního napětí a mají také funkci zpoždění odezvy, která umožňuje kompenzovat nestabilitu napětí v síti, pokud se jedná o krátkodobý jev.

Relé fázového řízení jsou k dispozici v různých provedeních, což umožňuje jejich montáž jak jako volně stojící zařízení, tak jako prvky modulární výplně rozvaděče. Typ montáže umožňuje instalaci na montážní panely nebo lišty DIN spolu s mnoha dalšími součástmi bezpečnostní automatizace. Všechny ovládací prvky a indikátory potřebné pro uživatele jsou zobrazeny na předním panelu, takže v případě náhlého vypnutí může člověk snadno získat informace o tom, co přesně je problém.

V závislosti na tom, pro jaké elektrické systémy je RKF určen, a také na doprovodných okolnostech, hodnotě napětí, se obvykle rozlišují tři kategorie modelů:

• k ochraně generátorů, automatických záložních napájecích vstupních zařízení, nepřerušitelných zdrojů napájení a baterií;
• pro sledování napětí reverzních pohonů (do 75 kW);
• k ochraně elektromotorů a jejich napájecích zdrojů (s napětím do 100 kW).

Nejpokročilejší RKF mají několik signalizačních diod a až čtyři nebo pět potenciometrů, které umožňují nastavit individuální charakteristiky sítě nebo zátěže. Indikátory ukazují přítomnost napájení v systému a také přítomnost připojených zařízení. Potenciometry pomáhají nastavit provozní režim, vyrovnat asymetrii třífázové sítě, kalibrovat citlivost na pokles napětí a nastavit výchozí hodnotu pro automatickou dobu odezvy. Produkty z běžného spotřebitelského segmentu bohužel většinou nenabízejí více než dva až tři způsoby úpravy provozního nastavení, ale pro běžné uživatele v soukromých domácnostech a na chatách to zcela stačí.

Z hlediska implementovaných funkcí nabízí relé pro řízení fáze čtyři hlavní operace:

• kontrola nad úrovní elektrického napětí (zejména zaměřená na sledování, pokud jsou překročeny přípustné horní limity);
• s přihlédnutím k principu střídání fází – RKF musí být schopen automaticky provést spínání v případě náhlého výskytu jevu adheze fáze a také opětovné připojení (pokud je to možné), pokud jsou nesprávně umístěny vůči standardním kontaktům energetické zařízení;
• kontrola ztráty fáze – relé odpojí spotřebiče od vedení, když je napájecí vedení přerušeno a není žádné napětí;
• odstranění fázové nesymetrie – RKF je schopen provést spínání při změně fázového nebo síťového napětí ve vztahu ke jmenovité hodnotě.

Rozdíl od jiné automatizace a rozsah použití

Není každému zřejmé, jak přesně se relé fázového řízení liší od stejného napěťového relé nebo SPD, zejména třífázového. Ve skutečnosti mezi nimi existuje celá skupina rozdílů, ale hlavní je, že relé řízení napětí přímo závisí na EMF v napájecí síti a žádným způsobem neovlivňuje RKF. V tomto případě se bere v úvahu pouze velikost proudu.

Kromě toho je nejdůležitějším rozdílem mezi relé fázového řízení a mnoha dalšími automatizačními zařízeními obousměrné monitorování systému. RKF dokáže zaznamenat a reagovat na přepětí nejen v externí napájecí síti ve všech třech fázích, ale také analyzovat procesy probíhající v samotné zátěži. Do jisté míry tak přebírá funkce jističů, které pohotově předcházejí případům přehřátí a přetížení a také zkratům v systému.

Zcela zřejmá, ale neméně užitečná ve spojení s ostatními, je funkce fixace napětí. Zatímco konvenční automatika reaguje pouze na změny síly proudu při běžném provozu elektromotorů, RKF zaznamenává i napětí a dává tak elektronice možnost komplexně řídit chod zařízení. Kromě toho může relé detekovat rozdíly v úrovních napájecího napětí v důsledku skutečnosti, že každá větev není zatížena rovnoměrně. Pokud taková situace ovlivní chod motoru, bude RKF schopna včas diagnostikovat přehřátí a zabránit poruše jednotky a také eliminovat tepelné poškození izolace na klíčových místech.

Dnes jsou relé fázového řízení často považována ve spojení s různými typy elektromotorů – jako prvky silových obvodů, které takovou ochranu nejvíce potřebují. Slušelo by se říci, že právě zde se RKF odhaluje naplno a získává potřebné nuance. Například mnoho jiných typů relé není schopno poskytnout skutečnou ochranu proti takzvanému regenerovanému napětí. Pokud se náhle stane, že během provozu elektromotoru jedno z fázových napětí zmizí, rotor se bude nadále otáčet a bude schopen získat potřebné ukazatele výkonu na zbývajících dvou. V tomto okamžiku se ve vedení beznapěťové fáze v důsledku rotace vygeneruje vlastní, nové EMF. Stykače ani nouzové automatické zařízení nezjistí žádné porušení v procesu, ale blíže k zastavení zařízení se může porouchat a příště se jednoduše znovu nezapne. Ale relé řízení fáze od samého začátku provozu motoru bude nepřetržitě monitorovat stav napětí ve všech uzlech systému, a proto bude schopno včas detekovat posun fázového úhlu a zastavit provoz jednotky, čímž zabrání Indukce EMF v části bez napětí. Taková realizace ochrany je mimořádně důležitá pro ty případy, kdy je technologický proces založen na periodických změnách směru otáčení rotoru. Reverzní režim může poškodit stroj v důsledku pokusu o spuštění při nesprávném napětí, se zvýšením síly proudu a může také vést k fyzické poruše během rotace, která ohrožuje personál elektrárny vážným zraněním.

Obecně platí, že lidem nezasvěceným v různých oblastech elektrotechniky často není jasné, v čem spočívá podstata problému, protože třífázovou síť považují pouze za tři jednofázové a neberou je v úvahu jako jediná sada s různými vlastnostmi. Proto by nebylo od věci zopakovat: každá průmyslová jednotka, stroj nebo zařízení může mít několik kontaktních svorek pro připojení (obvykle až pět). To také zajišťuje, že všechny součásti – stejné motory – se budou otáčet správným směrem, pokud jsou zpočátku správně zapojeny. Pokud se některé fáze (nebo všechny) zamíchají, pohybující se prvky se budou stále otáčet, ale ne ve správných směrech. To často vede k desynchronizaci jednotlivých částí zařízení, jejich kolizi a rozbití – zejména pokud se jedná o ozubená kola nebo asymetrické strojní součásti.

Dnes mají technicky nejpokročilejší RKF mikroobvod, který je schopen analyzovat zátěžové zařízení a určit sled fází. To znamená, že libovolnou fázi lze připojit k libovolné svorce a elektronika sama přenese obvody podle potřeby a nastaví správné pořadí činnosti kontaktů. Naprostá většina reálných výrobních zařízení však takové systémy dosud nemá, a proto je nutné jednotky spínat ručně podle sledu fází.

Výrobce RKF často neuvádí přesné umístění zařízení v celkovém okruhu zařízení, proto může být relé fázového řízení zapojeno v každém zařízení jinak. Někde je součástí ovládacích obvodů spolu se zvonkem a výstražným světlem, někde v celém napájecím vedení modulu, někde pouze k cívkám motoru atd. Nejzkušenější montéři radí zapojit RKF do běžného obvodu nouzového ovládání : tak vadné zařízení prostě nepůjde nastartovat a obsluha se mu určitě bude včas věnovat.

Pro sledování výpadku fáze nebo poklesu napětí se dnes stále často používají tepelná relé nebo takzvané automatické motory. Oba produkty reagují na tepelné pozadí spojené s přetížením – a to je kritický stav zařízení. Výhodou fázového řídicího relé je, že se jedná o elektronické zařízení, které potřebuje k provozu pouze 1,5-2 sekundy po zjištění problému. Během tohoto období motor prostě nebude mít čas se přehřát a poškodit jeho vinutí.

Dnes jsou relé fázového řízení považována za jeden z nejnutnějších prvků v napájecích systémech pro průmyslová zařízení. Výrobek má relativně nízkou cenu i na moderní standardy, ale zároveň účinně zabraňuje významným finančním a technickým škodám podniků. Panelboardové vybavení, které nezahrnuje RKF, je nyní považováno za zastaralé a dokonce potenciálně nebezpečné pro zajištění nepřetržitého provozu výroby.

Proč jsou přípojnicové systémy budoucností?