A drága gépek védelme olcsó háromfázisú figyelőrelékkel

A fűtő-, szellőztető- és légkondicionáló (HVAC) rendszerekben, a vízkezelésben, az anyagmozgatásban, a szerszámgépekben, a hajózásban és a repülésben megtalálható legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható és ipari gépet háromfázisú motorok hajtják. Ezeket a megbízható eszközöket számos hibaállapot károsíthatja, amelyek, ha nem kezelik őket gyorsan, meghibásodáshoz vagy legalábbis élettartam-csökkenéshez vezethetnek, ami jelentős állásidőt és javítási költségeket eredményezhet.

A fázisfigyelő relékkel észlelni lehet ezeket a hibákat, értesíteni lehet a kezelőket, és le lehet állítani a gépet, mielőtt maradandó károsodások keletkeznének. Ezek a relék képesek érzékelni, hogy megvan-e mindhárom fázis, megfelelő-e a sorrendjük, és a vonal- vagy fázisfeszültségek a megfelelő tartományon belül vannak-e. Hiba esetén a relé nyithat (vagy zárhat) egy olyan érintkezőcsoportot, amely riasztási állapotot indít el, vagy kikapcsolja a gépet.

A feszültségek, háromfázisú rendszerek és hibaállapotok széles skálájának kezelésére fázisérzékelő relék nagy választéka áll rendelkezésre. Ez a cikk röviden tárgyalja a lehetséges motorhiba-üzemmódokat és a fázisérzékelő relék működését, majd a Carlo Gavazzi cég valós példáin keresztül ismerteti a háromfázisú figyelőrelék kiválasztásának és használatának módját.

A háromfázisú motorok hibaüzemmódjai

A különböző iparágakban gyakori hibák közé tartoznak a háromfázisú áramforrással és annak a motorokra gyakorolt hatásával kapcsolatos hibák. A három fázis egyikének elvesztése, illetve a motor fázisfeszültségeinek eltérése a normálisnál nagyobb áramokat eredményezhet a motor megmaradó fázisaiban, ami a mechanikai teljesítmény csökkenéséhez és túlzott mechanikai rezgésekhez vezethet. Ehhez hasonlóan a feszültségesés és a túlfeszültség arra kényszeríti a motort, hogy ugyanazon terhelés meghajtásához növelje az áramerősséget, ami lerövidítheti a motor élettartamát.

Egy másik hibalehetőség a helytelen fázissorrend. Ez a motor ellentétes irányú forgását okozza, ami katasztrofális következményekkel járhat a motor terheléshez kapcsolódó oldalán.

A fázisfigyelő relék funkciói

A fázisfigyelő reléknek a háromfázisú áramforrás állapotával kapcsolatos számos funkciójuk van. A reléket az általuk felügyelt háromfázisú hálózat vezetékei látják el árammal. Mindegyik relé figyeli a fázissorrendet és bármelyik fázisfeszültség elvesztését. A relék akkor húznak be, ha minden fázis megvan, és azok sorrendje is helyes. Bármelyik fázis elvesztése vagy hibás fázissorrend esetén a relé kiold, illetve kioldott állapotban marad. Egyes fázisfigyelő relék mindhárom fázis feszültségszintjét is figyelik. A feszültség meghatározásához annak valódi effektív értékét (TRMS, True Root Mean Square) méri a rendszer, és oldja (feszültségmentesíti) a relét, ha az amplitúdó egy előre beállított küszöbérték alá esik. Egyes készülékek ugyanezt az amplitúdóérzékelést kínálják, de a határértékeket a felhasználó állíthatja be. Jó néhány relétípus a fázisaszimmetriát és a tűréseket figyeli. A feszültségszint vagy az aszimmetria miatti kioldás előtt mindegyik relének van valamekkora késleltetése, hogy megelőzzék a téves kioldásokat. Egyes típusoknál a késleltetés beállítható.

A fázisfigyelő relék változatai

A Carlo Gavazzi Inc. által gyártott DPA01CM44 egy háromvezetékes rendszerekhez tervezett fázisérzékeny relé (1. ábra). A sorozat tagjai háromfázisú áramforrásról táplálhatók, és 230, 400, 600 és 690 V-os váltakozó feszültségű (VAC) változatban kaphatóak. Ezeket a reléket DIN-sínre történő felszerelésre szánták, de kaphatók dugaszolható változatban is. A relék kimenőoldalán vagy egy, vagy két egypólusú kétáramkörös (SPDT) érintkezőkiosztás található.

1. ábra: A DPA01CM44 egy DIN-sínre szerelhető fázisfigyelő relé 208-480 V váltakozó feszültségű háromfázisú hálózatokhoz, egypólusú kétáramkörös (SPDT) érintkezőkiosztással a kimeneten (kép: Carlo Gavazzi Inc.)

Ha a feszültség megfelel az előírásoknak, a relé be van húzva, ami azt jelenti, hogy a relé alaphelyzetben nyitott (NO) kimeneti érintkezője/érintkezői zárva, míg az alaphelyzetben zárt (NC) kimeneti érintkezője/érintkezői nyitva van(nak). A relé 100 ezredmásodpercen (ms) belül lép működésbe. Az előlapon található állapotjelző LED-ek jelzik a bekapcsolást és a relé behúzását.

A DPA01 fázisfigyelő relék használhatók tetszés szerinti háromfázisú hálózatok felügyeletére (1. példa a 2. ábrán), vagy társíthatók háromfázisú motorhoz (2. példa).

2. ábra: Példák a Carlo Gavazzi DPA01 sorozatú háromfázisú figyelőrelék felhasználási módjaira. Az 1. példa (balra) egy háromfázisú hálózat felügyelete céljából való bekötést mutat. A 2. példában (jobbra) egy háromfázisú motor figyelése céljából való bekötés látható (kép: Carlo Gavazzi Inc.)

Ha bármelyik berendezésben hibaállapot lép fel, a reléhez helyesen csatlakoztatott kontaktor megszakítja a háromfázisú áramkört, de a figyelőrelé az áramforráshoz csatlakoztatva marad. Ha motort nem tartalmazó háromfázisú hálózat felügyeletére használják, nem okoz gondot a kiesett fázis érzékelése, mert az elvesztett bemenőjel szintje jelentősen lecsökken. Ha a figyelőrelé motorhoz van csatlakoztatva, a motor a belső induktív csatolás miatt megpróbálja a működése során pótolni a hiányzó fázist. A relé ekkor úgy van beállítva, hogy mindaddig hiányzó fázist érzékeljen, amíg az amplitúdó kisebb a névleges háromfázisú feszültség 85%-ánál. Következésképpen fontos ellenőrizni, hogy a motor által a működése során pótolt (regenerált) fázis feszültsége kevesebb-e a névleges hálózati feszültség 85%-ánál.

Azokban a berendezésekben, ahol egyéni túlfeszültség- vagy feszültségesési küszöbértéket kell meghatározni, használható a Carlo Gavazzi cég DPB01CM48 többfunkciós fázisfigyelő reléje. Ez a relé érzékeli a túlfeszültséget és a feszültségesést, valamint a fázisvesztést és a hibás fázissorrendet. A túlfeszültség és a feszültségesés küszöbértéke egy előlapi kapcsolóval állítható (3. ábra).

3. ábra: A DPB01CM48 többfunkciós fázisfigyelő relé az előlapi kezelőszervek segítségével figyeli a fázisvesztést, a fázissorrendet, valamint a túlfeszültség és a feszültségesés beállítható küszöbértékét. A túlfeszültség és a feszültségesés miatti működésbe lépési késleltetést a tranziensek miatti lekapcsolások számának minimálisra csökkentése érdekében a felhasználó állíthatja be (kép: Carlo Gavazzi Inc.)

Ez a relé is DIN-sínre szerelhető, és delta- és csillagkapcsolású áramkörökhöz is használható. A felhasználó által beállítható feszültségtartományok közül választható 380, 400, 415 és 480 V váltakozó vonalfeszültség, valamint 220, 230, 240 és 277 V váltakozó fázisfeszültség. Az áramköri kapcsolást (csillag vagy delta) és a feszültségtartományokat egy belső DIP-kapcsolóval lehet beállítani. A DPB01 termékcsaládon belül egy külön változat kezeli az alacsonyabb feszültségtartományokat.

A relé előlapján három beállítógomb található. A felsővel az alsó feszültségküszöböt lehet beállítani a névleges feszültség –2%-a és –22%-a között, a középsővel a felső feszültségküszöböt a névleges feszültség 2%-a és 22%-a között, az alsóval pedig a működésbe lépési késleltetést 10 ms és 30 s (másodperc) között. A késleltetés arra szolgál, hogy a rövid ideig tartó átmeneti feszültség- vagy áramlökések miatt ne oldjon ki a relé.

A relé előlapján három LED jelzi a relé állapotát. A zöld LED azt jelzi, hogy a készülék be van kapcsolva. A sárga LED azt, hogy a relé feszültség alatt van. Ha riasztási esemény történik, akkor a sárga LED elalszik, a relé egy idő után kiold, a piros LED pedig villogni kezd. Ha a hiba oka túlfeszültség vagy feszültségesés, a piros LED 2 Hz-es frekvenciával villog, és a relé a késleltetési idő letelte után kiold. Ha fázisvesztés lép fel, vagy hibás a fázissorrend, a relé 200 ms-en belül kiold, és a piros LED 5 Hz-es frekvenciával villog, amíg a hibaállapot fennáll.

A Carlo Gavazzi reléi közül a DPC01DM69 fázisfigyelő relének van a a legtöbb funkciója (4. ábra). Ez a DIN-sínre szerelhető relé figyeli a fázissorrendet és a fázisvesztést, valamint a feszültségesést és a túlfeszültséget, illetve a fázisszimmetriát és a tűrést.

4. ábra: A DPC01DM69 egy DIN-sínre szerelhető fázisfigyelő relé, amelynek bal szélén LED-ek jelzik a relé állapotát (sárga), a riasztási állapotot (piros) és az áramellátás állapotát (zöld). A kezelőszervekkel lehet beállítani a tűrés/aszimmetria és a túlfeszültség/feszültségesés küszöbértékeit és a relék késleltetését (kép: Carlo Gavazzi Inc.)

A feszültségtartomány beállítása és a háromfázisú kapcsolás kiválasztása hasonló a DPC01DM69 és a DPB01CM48 esetében. További DIP-kapcsolókkal beállítható a működésbe lépési késleltetés (1 s vagy 6 s), a kimeneti érintkezőkiosztás (két egypólusú kétáramkörös (SPDT) érintkezőkészlet vagy egy kétpólusú kétáramkörös (DPDT) érintkezőkészlet), valamint a túlfeszültség/feszültségesés és az aszimmetria/tűrés figyelésére vonatkozó funkciók.

A DPC01CM69 a riasztás típusától függően három különböző üzemmódban működik. Fázisvesztés vagy hibás fázissorrend esetén az 1. és 2. kimeneti relé enged el. Túlfeszültség vagy aszimmetria esetén az 1. kimeneti relé az 1. beállított késleltetés, feszültségesés vagy tűréshatáron kívüli esemény bekövetkezése esetén pedig a 2. kimeneti relé a 2. beállított késleltetés leteltével old ki. Ez a kettős kimeneti elrendezés nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a különböző riasztási eseményekre való reagálásban.

Az aszimmetria az áramforrás minőségének mutatója, meghatározása: a hálózati (vonal- vagy fázis-) feszültségek legnagyobb eltérésének abszolút értékeke osztva a háromfázisú rendszer névleges feszültségével. A tűrés az áramforrás minőségének másik mutatója, meghatározása: a hálózati (vonal- vagy fázis-) feszültségek névleges feszültségtől való legnagyobb eltérésének abszolút értéke osztva a háromfázisú rendszer névleges feszültségével (5. ábra).

5. ábra: A háromfázisú áramforrás aszimmetriáját és tűrését meghatározó egyenletek (kép: Carlo Gavazzi Inc.)

Általában a háromfázisú hálózatok fáziseltérésének 2%-nál kisebbnek kell lennie, hogy el lehessen kerülni a háromfázisú motor túlmelegedését. A DPC01CM69 borításán feltüntetett aszimmetria- és tűrésskála 2%-tól és 22%-ig terjed.

Összegzés

A háromfázisú váltakozó áramú hálózatok figyelése számos iparágban létfontosságú a motorok sérülése miatti költséges állásidők elkerülése végett. Ennek az egyszerű és hatékony megvalósítása érdekében a Carlo Gavazzi cég a legfejlettebb mérési technikák felhasználásával tervezett háromfázisú figyelőrelék óriási választékát kínálja, miközben egyszerű beállításokat is lehetővé tesz. A relék a fázisvesztést és fázissorrendet figyelő egyszerű eszközöktől kezdve a bonyolultabb figyelőberendezésekig terjednek, amelyek ezen felül érzékelik a túlfeszültséget és a feszültségesést, valamint a fázisaszimmetriát és a tűrést. Ezek a fázisfigyelő relék biztosítják, hogy a háromfázisú áramforrás hibái ne okozzanak kárt a drága gépekben.