Relè di controllo di fase: principio di funzionamento, tipologie, marcatura + come regolare e collegare

Il risultato di una situazione tecnica in cui gli avvolgimenti dello statore del motore assorbono più corrente dei valori parametrici impostati è un calore eccessivo. Questo fattore provoca una riduzione della qualità dell'isolamento del motore. L'apparecchiatura si guasta.

Il tempo di reazione dei relè termici di sovraccarico di solito non è sufficiente per garantire una protezione efficace dal calore eccessivo generato da una corrente elevata. In questi casi, solo il relè di controllo delle fasi appare come un efficace dispositivo di protezione.

Informazioni generali sul dispositivo

La funzionalità dei dispositivi elettrici di questo tipo è significativamente più ampia della sola protezione dal surriscaldamento e dal cortocircuito.

In pratica, sono state osservate le proprietà efficaci dei relè di selezione delle fasi sovraccaricate, che in definitiva forniscono una protezione completa.

Una delle numerose varianti di soluzioni progettuali nella produzione di relè di fase. Tuttavia, nonostante la diversità degli involucri e delle configurazioni circuitali, la funzionalità dei dispositivi è unificata.

Grazie ai dispositivi di monitoraggio dello stato delle fasi, si ottengono i seguenti vantaggi:

• aumento della durata del motore;
• riduzione di costose riparazioni o sostituzioni del motore;
• riduzione dei tempi di fermo dovuti a difetti del motore;
• riduzione del rischio di scosse elettriche.

Inoltre, il dispositivo garantisce una protezione affidabile contro gli incendi e i cortocircuiti degli avvolgimenti del motore.

Esecuzione tipica dei relè di protezione

Esistono due tipi principali di dispositivi di protezione progettati per l'uso in sistemi trifase: relè di misura della corrente e relè di misura della tensione.

Vantaggi dell'utilizzo dei dispositivi

Il vantaggio dei relè di protezione di corrente rispetto ai relè di controllo della tensione è evidente. Questo tipo di dispositivo funziona indipendentemente dall'influenza della FEM (forza elettromotrice), che accompagna invariabilmente il guasto di fase durante i sovraccarichi del motore.

Inoltre, i dispositivi che operano secondo il principio della misurazione della corrente sono in grado di rilevare un comportamento anomalo del motore. Il controllo è possibile sia sul lato linea del circuito derivato, sia sul lato carico dove è installato il relè.

Ecco come si presenta uno dei modelli di relè di controllo della tensione. Dispositivi simili possono essere utilizzati non solo per esigenze industriali, ma anche per le abitazioni private.

Gli strumenti che controllano il processo in base al principio della misurazione della tensione si limitano a rilevare condizioni di lavoro anomale solo sul lato della linea dove è collegato il dispositivo.

Tuttavia, i dispositivi sensibili alle variazioni di tensione hanno anch'essi un importante vantaggio. Esso consiste nella capacità di dispositivi di questo tipo di rilevare una condizione anomale indipendentemente dallo stato del motore.

Ad esempio, un tipo di relè sensibile alle variazioni di corrente rileva una condizione anomale delle fasi solo direttamente durante il funzionamento del motore. Invece, il dispositivo di misurazione della tensione fornisce protezione immediatamente prima dell'avviamento del motore.

Inoltre, tra i vantaggi degli apparecchi di misurazione della tensione spiccano la semplice installazione e il prezzo inferiore.

Questo tipo di dispositivi di protezione:

• non necessita di trasformatori di corrente aggiuntivi;
• viene utilizzato indipendentemente dal carico del sistema.

E per il suo funzionamento è sufficiente collegare la tensione.

Rilevamento del guasto di fase

Un guasto di fase è del tutto possibile a causa del guasto di un fusibile di una parte del sistema di distribuzione dell'energia elettrica. Anche un guasto meccanico dell'apparecchiatura di commutazione o la rottura di una delle linee elettriche provocano un guasto di fase.

Protezione del motore elettrico organizzata tramite relè di controllo. Questo metodo consente di utilizzare i motori in modo più efficiente, senza timore di un loro rapido guasto.

Un motore trifase che funziona su una sola fase preleva la corrente necessaria dalle due linee rimanenti. Il tentativo di avviarlo in modalità monofase porterà al blocco del rotore e il motore non si avvierà.

Il tempo di reazione per unità di sovraccarico termico può essere troppo lungo per garantire una protezione efficace dal surriscaldamento eccessivo. Se per la protezione da ciò non è installato un relè termico, allora quando si verifica un guasto dovuto al surriscaldamento che si è manifestato negli avvolgimenti del motore.

La protezione di un motore trifase dal fattore di guasto di fase è difficile perché un motore trifase sottocarico che funziona su una delle tre fasi genera una tensione chiamata rigenerata (forza controelettromotrice).

Essa si forma all'interno dell'avvolgimento interrotto ed è praticamente uguale all'entità della tensione di alimentazione persa. Pertanto, i relè di misurazione della tensione che controllano solo la sua entità in tali situazioni non forniscono una protezione completa dal fattore di guasto di fase.

Schema di collegamento del dispositivo di controllo delle fasi e della tensione nel circuito di comando di un motore trifase. Questa è una configurazione classica, utilizzata universalmente nella pratica.

Un grado di protezione più elevato può essere ottenuto con un dispositivo in grado di rilevare lo spostamento dell'angolo di fase, che di solito accompagna un guasto di fase. In condizioni normali, la tensione trifase è di 120 gradi in fase l'una rispetto all'altra. Un guasto causerà uno spostamento dell'angolo rispetto ai valori normali di 120 gradi.

Identificazione dell'inversione di fase

L'inversione di fase può verificarsi:

1.  Viene eseguita la manutenzione sulle apparecchiature motrici.
2. Nel sistema di distribuzione dell'energia elettrica sono state apportate modifiche.
3. Quando il ripristino dell'alimentazione porta a una sequenza di fase diversa da quella precedente all'interruzione di corrente.

Il rilevamento dell'inversione di fase è importante se un motore che funziona in senso inverso può danneggiare il meccanismo comandato o, peggio ancora, causare danni fisici al personale di manutenzione.

Tra le altre cose, l'uso di relè di protezione garantisce la sicurezza del personale operativo: 1 – fase interrotta; 2 – tensione di passo

Le norme di esercizio delle reti elettriche richiedono l'applicazione della protezione contro la possibile inversione di fase su tutte le apparecchiature, compresi i mezzi di trasporto del personale (scale mobili, ascensori, ecc.).

Rilevamento dello squilibrio di tensione

Lo squilibrio si manifesta generalmente se le tensioni di linea in ingresso fornite dalla società elettrica hanno livelli diversi. Lo squilibrio può verificarsi quando carichi monofase di illuminazione, prese elettriche, motori monofase e altre apparecchiature vengono collegati su fasi separate e non distribuiti in modo equilibrato.

In qualsiasi di questi casi, si crea uno squilibrio di corrente nel sistema, che riduce l'efficienza e accorcia la vita del motore.

Una tensione squilibrata o insufficiente applicata a un motore trifase provoca uno squilibrio di corrente negli avvolgimenti dello statore, pari a un multiplo del valore dello squilibrio delle tensioni tra fasi. Questo, a sua volta, è accompagnato da un aumento del calore, che è la causa principale del rapido deterioramento dell'isolamento del motore.

L'avvolgimento dello statore del motore bruciato è, per così dire, un evento comune dove non è stato previsto l'inserimento di un controllo a relè nel circuito di comando.

Sulla base di tutti i fattori tecnici e tecnologici descritti, diventa evidente l'importanza dell'uso di questo tipo di relè non solo per i motori elettrici, ma anche per generatori, trasformatori e altre apparecchiature elettriche.

Come collegare il dispositivo di controllo?

Le costruzioni dei relè che effettuano il controllo di fase, nonostante l'ampia gamma di prodotti disponibili, hanno un involucro unificato.

Elementi costruttivi del prodotto

I morsetti per il collegamento dei conduttori elettrici sono solitamente posizionati sulla parte frontale del corpo, il che è comodo per i lavori di installazione.

Lo stesso dispositivo è realizzato per il montaggio su guida DIN o semplicemente su una superficie piana. L'interfaccia del morsetto è solitamente un morsetto standard affidabile, progettato per il fissaggio di conduttori in rame (alluminio) con sezione fino a 2,5 mm².

Il pannello frontale del dispositivo contiene uno o più regolatori di regolazione, nonché un'indicazione luminosa di controllo. Quest'ultima mostra la presenza/assenza della tensione di alimentazione e lo stato del meccanismo di attuazione.

Tra gli elementi di regolazione del potenziometro possono essere presenti: indicatore di guasto, indicatore di carico collegato, potenziometro di selezione della modalità, regolazione del livello di asimmetria, regolatore di caduta di tensione, potenziometro di regolazione del ritardo temporale

Il collegamento della tensione trifase viene effettuato sui morsetti di lavoro del dispositivo, contrassegnati dai corrispondenti simboli tecnici (L1, L2, L3). Il montaggio del conduttore neutro su tali dispositivi di solito non è previsto, ma questo aspetto è determinato specificamente dall'esecuzione del relè, cioè dal tipo di modello.

Per il collegamento ai circuiti di controllo viene utilizzato un secondo gruppo di interfaccia, composto solitamente da almeno 6 morsetti di lavoro. Una coppia del gruppo di contatti del relè commuta il circuito della bobina del contattore magnetico, mentre l'altra commuta il circuito di controllo delle apparecchiature elettriche.

Tutto è abbastanza semplice. Tuttavia, ogni singolo modello di relè può avere le proprie particolarità di collegamento. Pertanto, quando si utilizza il dispositivo nella pratica, è necessario seguire sempre la documentazione di accompagnamento.

Passaggi per la regolazione del dispositivo

Ancora una volta, a seconda dell'esecuzione, la costruzione del prodotto può essere dotata di diverse varianti circuitali di regolazione e taratura. Esistono modelli semplici, che prevedono strutturalmente l'uscita sul pannello di controllo di uno o due potenziometri. E ci sono dispositivi con elementi di regolazione avanzati.

Elementi di regolazione con microinterruttori: 1 – blocco microinterruttori; 2, 3, 4 – opzioni di impostazione delle tensioni di lavoro; 5, 6, 7, 8 – opzioni di impostazione delle funzioni di asimmetria/simmetria

Tra questi elementi di regolazione avanzati si trovano spesso microinterruttori a blocco, posizionati direttamente sul circuito stampato sotto l'involucro del dispositivo o in un apposito vano apribile. Impostando ciascuno di essi in una determinata posizione, si crea la configurazione desiderata.

La regolazione consiste solitamente nell'impostare i valori nominali di protezione ruotando i potenziometri o posizionando i microinterruttori. Ad esempio, per il controllo dello stato dei contatti, il livello di sensibilità della differenza di tensione (ΔU) viene solitamente impostato sul valore di 0,5 V.

Se è necessario controllare le linee di alimentazione del carico, il regolatore di sensibilità della differenza di tensione (ΔU) viene impostato su una posizione limite in cui viene rilevato il punto di transizione dal segnale di lavoro a quello di allarme, con una piccola tolleranza verso il valore nominale.

Di norma, tutti i dettagli della regolazione degli apparecchi vengono descritti chiaramente nella documentazione di accompagnamento.

Marcatura del dispositivo di controllo delle fasi

Gli apparecchi di tipo classico vengono marcati semplicemente. Sulla parte anteriore o laterale della custodia viene applicata una sequenza alfanumerica, oppure la designazione viene riportata nel passaporto.

Esempio di marcatura di uno dei popolari dispositivi di produzione nazionale. La designazione è posta sul pannello frontale, ma esistono anche varianti con posizionamento sui lati.

Ad esempio, un dispositivo di produzione russa per il collegamento senza filo neutro viene marcato:

EL-13M-15 AS400V

dove: EL-13M-15 è il nome della serie, AS400V è la tensione alternata ammissibile.

I campioni di prodotti importati hanno una marcatura leggermente diversa.

Ad esempio, il relè della serie «PAHA» è contrassegnato dalla seguente sigla:

PAHA B400 A A 3 C

La decodifica è più o meno questa:

1. PAHA — nome della serie.
2. B400 — tensione standard di 400 V o collegata tramite trasformatore.
3. A — regolazione tramite potenziometri e microinterruttori.
4. A (E) — tipo di custodia per montaggio su guida DIN o in connettore speciale.
5. 3 — dimensione della custodia di 35 mm.
6. S — fine della marcatura del codice.

In alcuni modelli, prima del punto 2 può essere aggiunto un altro valore. Ad esempio, «400-1» o «400-2», mentre la sequenza degli altri rimane invariata.

In questo modo vengono marcati gli apparecchi di controllo delle fasi dotati di interfaccia di alimentazione aggiuntiva per fonte esterna. Nel primo caso la tensione di alimentazione è 10-100 V, nel secondo 100-1000 V.

Il principio di funzionamento, le caratteristiche costruttive e lo scopo dell'interruttore di carico sono illustrati nel seguente articolo, che Le consigliamo vivamente di leggere.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video è dedicato alla descrizione e alla panoramica di un singolo prodotto dell'azienda EKF. Tuttavia, praticamente tutti gli apparecchi di controllo delle fasi prodotti funzionano secondo lo stesso principio:

Nonostante la grande varietà di dispositivi sul mercato, è difficile definire uno standard di marcatura preciso. Se i produttori esteri marcano secondo determinati canoni, quelli nazionali ne seguono altri. Tuttavia, è sempre possibile consultare i dati di riferimento se è necessaria una decodifica precisa delle caratteristiche.

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