Принцип работы защиты минимального напряжения

Назначение реле напряжения

Согласно законодательству на поставку электроэнергии заключается контракт. Текст (и ГОСТ) прописывает номиналы, пределы параметров. Потребитель вправе требовать соблюдения условий договора, подать в суд. Право имеет, а прав окажется, у кого больше прав. Популярны поэтому в некоторых областях России реле напряжения.

Упрощенное сокращенное название приборов. Назначение – контролировать главный параметр сети. Напряжение сильно отклоняется от нормы, происходит отключение потребителя. В странах запада вопрос не стоит о  защите, выполняются договоры жестко.

Итак, теперь знаем: реле напряжения в случае эксцессов отключит оборудование, чем  отличается от прочих устройств: источников бесперебойного питания, стабилизаторов. Реле дешевы. Катушка медной проволоки с якорем, усилие размыкания рассчитано на ряд заданных условий. Источники бесперебойного питания в состав включают аккумуляторы, стабилизаторы напряжения строят на основе мощных трансформаторов, целых электронных конгломератов. Рядовому пользователю изыски ни к чему. Давайте перечислим особенности в едином списке, поясним необходимость применения реле напряжения:

Реле контроля напряжения

1. Реле опционально может работать с большой нагрузкой. Поскольку переключения происходят в нештатном режиме, ток велик без ущерба долговечности. Стабилизаторы, в особенности, источники бесперебойного питания имеют ограниченные возможности. Знает любой пользователь персонального компьютера.
2. Реле бесшумны, прочие устройства работают громко. Заметно в ночное время. Если с источниками бесперебойного питания мирятся, щелчки трансформаторов ощутимы, главное, могут звучать непрерывно при нестабильности напряжения сети.
3. Реле контроля напряжения исполняются в удобном корпусе, рассчитанном под установку на DIN-рейку в распределительный щит. Упрощает процесс эксплуатации, поскольку делает возможным централизованную защиту сразу квартиры. В то же время установить так просто источник бесперебойного питания или стабилизатор не удастся.

К достоинствам реле защиты отнесем некоторую долю автоматизации. Типичные образчики позволяют выставить задержку включения на случай вариаций напряжения сети в области порогового. В зависимости от уровня интеллекта оборудования алгоритм в каждом случае будет свой. Производители предоставляют пользователю возможность форсированного включения. Упало напряжения или поднялось выше нормы, но если вернулось быстро к фиксированному значению, не нужно ожидать срабатывания встроенного таймера. Необходимость в форсированном старте возникает при первом включении, оборудование не отличает режим от нештатной ситуации.

Реле напряжения является малогабаритным, сравнительно дешёвым и простым способом защитить своё оборудование от капризов сети. Отказ в функционировании – при определенных устройствах потребители электроэнергии легко выходят из строя. На просторах интернета обмусоливается тема «выгорания» нулевого провода. Полагаем, никто из читателей не сталкивался с такой дилеммой на практике, смысл: при обрыве упомянутого проводника напряжения соседних фаз между квартирами типичного жилого дома оказывается приложенным к бытовым приборам.

Образование обрыва

Иллюстрации иллюстрирует случае. Дом снабжается сетью трех фаз, напряжение относительно земли составляет 230 вольт. Меж ними падает 400 вольт. Типичная схема снабжения электричеством, рвется нулевой провод ниже распределительного щитка на площадке, меж соседними квартирами приложены 400 вольт. Когда приборы соседних обладают одинаковым сопротивлением, потребляя сравнимый ток, напряжение поделится поровну. Не сложно заметить: в результате у каждой окажутся 190 вольт. Ниже нормы, в большинстве случаев отсутствует непосредственная угроза. Аварию заметят, устранят, как представится возможность.

Другое дело, потребляемый ток отличается в разы. Образуется делитель напряжения с неравнозначными плечами, и в самом неблагоприятном случае к нагрузке квартиры может попасть чуть менее 400 вольт. Понятно, такая ситуация несет опасность для большей части оборудования. На Ютуб иллюстрируют при помощи видео, где сгорает лампочка накала. Здесь пригодится реле напряжения, выключающее питание. На каждые три фазы можно поставить два прибора, одна квартира может сэкономить.

Расцепитель автоматического выключателя

Электрическую цепь от возникающих при перегрузке и коротком замыкании сверхтоков защищает автоматический выключатель: при возникновении аварийного режима встроенный в него расцепитель реагирует на превышение номинального тока и приводит в действие механизм взвода-расцепления, в результате срабатывания которого отключается питание цепи. За номинальный ток расцепителя автоматического выключателя принимается бесконечно долго протекающий в защищаемой цепи ток, не вызывающий срабатывание расцепителя при температуре 30° С.

Электромагнитный расцепитель автоматического выключателя

Электромагнитный расцепитель – это катушка индуктивности (соленоид) с подвижным сердечником: при многократном мгновенном возрастании проходящего по обмотке катушки тока образуется мощное магнитное поле, под воздействием которого сердечник перемещается внутри катушки и нажимает на рычаг механизма взвода-расцепления, выключая аварийный участок цепи.

Минимальный ток отключения автоматического выключателя определяет тип мгновенного расцепления, зависящий от чувствительности электромагнитного расцепителя (ток мгновенного расцепления кратен номинальному току):

• от 3 до 5 In – тип В;
• от 5 до 10 In – тип С;
• от 10 до 20 In –тип D;
• от 2 до 4 In – тип Z;
• от 10 до 14 In – тип K.

Представленные на графике кривые наглядно показывают пределы токов мгновенного отключения для типа B, C, D и время срабатывания расцепителей, зависящее от величины превышения фактического тока над номинальным.

Тепловой расцепитель автоматического выключателя

Тепловой расцепитель – это биметаллическая пластина, один конец которой закреплен в токопроводящем кронштейне, к другому концу присоединен гибкий медный проводник. При прохождении тока полосы металла с разным линейным коэффициентом теплового расширения неравномерно нагреваются, вызывая изгибание пластины. При воздействии тока, превышающего номинальный в 1,13–1,45 раз, незакрепленный конец биметаллической пластины изгибается достаточно сильно, чтобы достичь рычага механизма взвода-расцепления и вызвать срабатывание выключателя.

Нагрев биметаллической пластины происходит не мгновенно – тепловой расцепитель автоматического выключателя срабатывает с некоторой задержкой.

Чаще всего в автоматических выключателях используются два вида расцепителей. Наличие двух видов расцепления обозначается буквенно-числовой маркировкой (В16 или С32), нанесенной на автоматические выключатели, характеристики срабатывания расцепителя разного типа определяют времятоковую характеристику:

• латинская буква – тип электромагнитного расцепителя по току мгновенного расцепления;
• цифра – номинальный ток, при превышении которого сработает тепловой.

Электронный расцепитель автоматического выключателя

Принцип действия электронного расцепителя основан на обработке информации от датчиков (в сети переменного тока – измерительные трансформаторы тока, в сети постоянного тока – магнитные усилители) электронной частью (аналоговой или цифровой схемами). Если параметры контролируемой сети отличаются от заданных, на отключающую катушку расцепителя подается сигнал, активирующий срабатывание механизма расцепления.

Электронный расцепитель позволяет регулировать параметры автоматического выключателя в процессе эксплуатации в соответствии с требованиями защищаемой цепи.

Регулировка автоматических выключателей с тепловым и электромагнитным расцепителями, которые настраиваются на определенную величину тока срабатывания (уставку) на заводе-изготовителе, потребителями не производится.

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

Типы реле контроля напряжения

РКН различают по типам подключения:

По форме вилки и розетки. Вилка упрощает процесс установки. Такой монтаж защищает только 1 потребителя, что крайне неудобно. Наличие микроконтроллера позволяет производить контроль нагрузок сети, выводя данные. Чтобы настроить значения нагрузки в заданных пределах используют кнопки, находящиеся на корпусе устройства.

По типу удлинителя. Устройство имеет микроконтроллер, контролирующий скачки напряжения. Наличие нескольких розеток позволяет подключать несколько оборудований одновременно.

Исходя из типов нагрузки ККН, делят на:

• однофазные;
• трехфазные.

Однофазные применимы как для защиты бытовой техники от скачков. Трехфазные контролируют полноту фаз. Когда на входе имеется 3 фазы, возможно подключение трехфазного реле. Когда одна фаза пропадает, другие две автоматически отключаются. Незначительное колебание или перекос способствует работе реле.

При нормальных показателях РКН не влияет на работу устройства. Рекомендовано приобретать отдельное реле для каждой фазы с трехвходными фазами изначально.

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

Типы УРЗА можно классифицировать по параметрам режима работы сети, на которые они реагируют.

Токовые защиты.

Наибольшее распространение получили токовые защиты, поскольку именно повышенное значение тока является критерием такого частого вида нарушения режима работы как короткое замыкание. В основе токовой релейной защиты находится реле тока.

Традиционно используемыми являются реле электромеханического типа, состоящие из токовой катушки и подвижной электромагнитной системы, замыкающей контакты. На смену этим приборам пришли полупроводниковые устройства, а с развитием цифровых технологий и микропроцессорные системы релейной защиты.

Независимо от элементной базы, логика работы защит остаётся в принципе той же. Конечно, микропроцессорные системы способны реализовать более сложный и разветвлённый алгоритм действий.

В простейшем случае, на реле выставляется требуемая уставка – значение тока, при котором реле должно сработать. Первичными преобразователями тока являются измерительные трансформаторы или датчики тока.

Защиты по напряжению.

Среди самых распространённых представителей этого класса групповая секционная защита минимального напряжения.

Логика работы этой автоматики увязана с технологическим процессом, электропривод оборудования которого питается от одной секции подстанции. Автоматика минимального напряжения имеет двухступенчатое исполнение. Типовая последовательность работы выглядит следующим образом.

Секция, к которой подключены электродвигатели приводов механизмов технологического процесса (например, это могут быть механизмы котла тепловой электростанции), имеет два питания – от рабочего и резервного трансформаторов.

При отключении рабочего трансформатора срабатывает автоматика включения резерва (АВР). Через небольшой промежуток времени к секции подключается резервный трансформатор.

За время бестоковой паузы нагруженные механизмы успевают затормозиться. После подключения резервного трансформатора начинается самозапуск электродвигателей механизмов.

Повышенный ток, обусловленный групповым запуском двигателей, вызывает посадку напряжения на секции. При снижении напряжения до уставки первой ступени автоматики, происходит отключение наименее значимых для технологического процесса механизмов.

Делается это для того, чтобы облегчить запуск более важного оборудования и удержать станционный котёл (или другой агрегат) в работе. Если это не помогает и напряжение, продолжая снижаться, достигает уставки второй ступени, отключается вторая группа оборудования

В этой ситуации в работе остаются только механизмы, обеспечивающие безаварийный останов всего технологического процесса (котла)

Если это не помогает и напряжение, продолжая снижаться, достигает уставки второй ступени, отключается вторая группа оборудования. В этой ситуации в работе остаются только механизмы, обеспечивающие безаварийный останов всего технологического процесса (котла).

2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Ступени срабатывания ЗМН

На практике применяются двухступенчатые системы защиты. Такой алгоритм работы позволяет разграничить реакцию ЗМН в зависимости от напряжения. Рассмотрим работу степеней срабатывания.

1-ая ступень.

Данная ступень защиты активируется при напряжении 70% от номинальной величины (U_ном), временная задержка срабатывания устанавливается в диапазоне 0,5-1,5 сек, что соответствует параметрам токовых отсечек АВ. При срабатывании 1-й ступени защиты производится отключение неответсвенного оборудования.

2-ая ступень.

Ее срабатывание происходит при падении напряжения до 50% от номинала. При таких условиях автозапуск электродвигателей невозможен. Задержка активации 2-й ступени устанавливается в диапазоне 10,0-15,0 сек, после чего производится отключение ответственных двигателей. Такое время устанавливается, чтобы дать возможность автоматике подключить резервный источник питания или снизить оперативные токи путем отключения неответственного оборудования.

Схемы питания цепей сигнализации

Па подстанциях с постоянным оперативным током цепи сигнализации вместе с цепями управления защиты и автоматики получают питание от аккумуляторной батареи. Для повышения надежности питания потребителей на подстанции обычно имеются две секции и две системы шин постоянного тока. На крупных подстанциях устанавливаются две аккумуляторные батареи. В этом случае каждая из систем шин питается от отдельной батареи. Обе батареи работают раздельно. Если на подстанции установлена одна аккумуляторная батарея, то системы шин питаются от разных секций щита постоянного тока. Нормально обе секции замкнуты между собой с помощью секционного рубильника, а зарядный агрегат отключен. Возможна такая схема питания, когда одна из секций получает питание от аккумуляторной батареи, а вторая — от зарядного агрегата.

Органы и виды релейной защиты

Как известно,  релейная защита предназначена для скорейшего автоматического отключения неисправных или повреждённых элементов  электрической системы и своевременной сигнализации об отклонениях от нормального режима работы, но не требующих немедленного отключения.

Все функции релейной защиты исполняются следующими органами:

1. Реле контроля и защиты.
   Пусковые органы ведут постоянный мониторинг  состояния и режима работы защищаемого участка электрической сети и срабатывают при возникновении коротких замыканий и ненормальных режимах работы. В электрических схемах реализуются в виде токовых реле, реле напряжения, мощности и др.
2. Задачей измерительных органов является выявление места, характера повреждений  и  принятие своевременного решения о необходимости действия защиты. В электрических схемах реализуются в виде токовых реле, реле напряжения, мощности и др.
3. Логическая часть представляет собой схему, которая запускается в работу пусковыми органами, производит анализ действий измерительных органов и, на основе полученных данных выполняет предусмотренные протоколом действия. В электрических схемах реализуются в виде таймеров, логических элементов, промежуточных и указательных реле.

Для предупреждения превышения величины тока на защищаемом участке электрической сети используется токовая защита.  Это один из вариантов релейной  защиты, которая срабатывает  при превышении величины тока на защищаемом участке сети, по отношению к току срабатывания или уставке.  Принято  различать максимальную токовую защиту и токовую отсечку.

Максимальная токовая защита (МТЗ) выполняется таким образом, что бы величина тока её срабатывания превышала  максимальный рабочий ток не менее чем  1,2 – 2 раза ( с учётом коэффициентов надёжности,  возврата и самозапуска реле ). Это позволит исключить возможность ложного срабатывания релейной защиты в условиях нормальной работы сети.

Величина уставки по времени срабатывания релейной защиты отличается от предыдущей и последующей на величину ступени селективности  ∆t 0,2 – 1 секунд. Такая настройка позволяет первой сработать релейной защите, которая наиболее близко расположена к месту КЗ, а в случае отказа первой, сработает предыдущая, но через промежуток времени равный порогу селективности.

Важной характеристикой МТЗ принято считать её коэффициент чувствительности. Его определяют как отношение величины тока междуфазного КЗ к величине фактического тока срабатывания защиты. ПУЭ определяет эту величину не менее 1,5

ПУЭ определяет эту величину не менее 1,5.

Токовая отсечка ( ТО ) – это вариант быстродействующей релейной защиты, срабатывающей без задержек времени, работа которой направлена  на отключение наиболее тяжёлых вариантов КЗ. Коэффициент надёжности применяемых реле определяет величину кратности тока срабатывания в 1,1 и 1,2 по отношению к величине расчётного тока трёхфазного КЗ. Следовательно, зона уверенного действия токовой отсечки покрывает только 20 % всей защищаемой линии.

Такая ограниченность  зоны действия является существенным недостатком  работы ТО. Такое положение дел привело к тому, что ТО применяется только совместно с МТЗ в качестве второй ступени.

Работа защиты минимального напряжения ( ЗМН ) основана на контроле величины напряжения между фазами.  При выходе из строя хотя бы одной фазы равенство напряжений между фазами нарушается – срабатывает механизм отключения и как следствие отключается напряжение питания.

Газовая защита устанавливается с целью защиты маслонаполненных трансформаторов от внутренних повреждений. При возникновении КЗ внутри трансформатора закипает масло и начинается усиленное выделение газов, что ведёт к повышению давления, что в конечном итоге может привести к выходу трансформатора из строя.

Газы направляются через реле, и под их давлением поворачивается чувствительный элемент, что ведёт к замыканию контактов. Далее вступает в работу типовая схема на отключение трансформатора.

Дифференциальную защиту принято считать основной автоматизацией релейной защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Она характеризуется  абсолютной селективностью и быстродействием.

Принцип действия релейной защиты такого типа основан на сравнении величин токов, например, на разных концах защищаемого участка. Как только на защищаемом участке возникнет ток КЗ, сразу сформируется разностный ток и сработает система отключения. Недостатком служит необходимость отключения сразу после срабатывания.

Таким образом, виды и органы релейной защиты позволяют определить место возникновения КЗ и других нештатных состояний электрической сети,  своевременно локализовать повреждённый  участок и исключить его из работы.

Как настроить устройства

Самые простые конструкции имеют заданные пороги срабатывания, установленные по умолчанию производителем. Как правило, диапазон работы реле выступает от 170 до 265 В

Параметры могут отличаться, поэтому при выборе нужно обращать на них внимание, поскольку перенастроить потом уже не получиться

Регулируемые реле имеют 3 настройки:

• Устанавливается нижний порог для срабатывания.
• Выбирается максимальное значение напряжения.
• Устанавливается промежуток задержки перед повторным включением.

Подключение реле напряжения процесс серьезный. Но еще большей ответственности требует настройка. Необходимо изучить всю используемую в доме бытовую аппаратуру. И лишь затем выставлять пороги. А что касается задержек включения, то там придется искать компромисс.

Если приоритет в защите имеют приборы с компрессором (холодильник, кондиционер), то время повторной подачи напряжения необходимо ставить довольно продолжительное. От пары минут. А в некоторых случаях доводить даже да пяти. Это убережет приборы от резких скачков вольтажа.

Удлинитель с контролером Источник prom.st

Но если под защиту берутся лишь телевизор с компьютером, то достаточно задержки всего в 10-20 секунд. Для настройки на корпусе предусмотрены плавные регуляторы. Современные приборы комплектуются удобными сенсорами.

Некоторые эксперты рекомендуют подключать стабилизатор напряжения, а не реле контроля. Мотивируют это тем, что кроме функций последнего, он в дополнение выравнивает напряжение. Поэтому получается более надежная защита.

Но у стабилизатора есть существенные недостатки:

• Он шумит при работе.
• Занимает много места из-за громоздкости.
• Не позволяет провести точную настройку.
• Повышает сетевую силу тока и этим создает опасность для неподготовленной проводки.
• При обрыве заземления, скачок напряжения остается без внимания.
• Его стоимость гораздо выше обычного реле.

Поэтому стабилизатор напряжения привыкли использовать лишь локально. Например, для защиты только одного холодильника.

Особенности РН 113

РН 113 – это высококачественное однофазное реле для дома, поддерживающий условия тока и напряжения в средних значениях 220 вольт. Этот прибор – однозначный ответ на вопрос, какие лучше поставить блокираторы, ведь сегодня эта модель производится в спектре разных мощностей и их почти всегда можно без проблем установить своими руками.

Из особенностей можно выделить режимы действия:

• Напряжение;
• Минимальное напряжение;
• Максимальное напряжение;
• С задержкой времени на включение.

Каждый доступный режим позволяет адаптировать устройство под конкретный случай и мощность, что удобно и практично.