رله کنترل فاز برای حفاظت ولتاژ

در این مقاله نقش رله کنترل فاز یا حفاظت ولتاژ را در حفاظت از الکتروموتورها بررسی می‌کنیم. خارج شدن ولتاژ و فرکانس از محدوده‌ی مجاز می‌تواند تاثیرات منفی زیادی روی الکتروموتورها مانند تغییرات گشتاور، راندمان، ضریب توان، جریان راه ‌اندازی، جریان کار عادی، دما و غیره داشته باشد. این تغییرات اغلب با عنوان خطاهای ولتاژی شناخته شده و می‌توانند به صورت‌های اضافه ولتاژ، افت ولتاژ، قطع نول، قطع فاز و تغییرات فرکانس در شبکه ظاهر شوند. طبق استاندارد NEMA 12.44 میزان تغییرات ولتاژ و فرکانس یک الکتروموتور القایی در بار نامی نباید از مقادیر زیر بیشتر شود:

• مثبت و منفی 10 درصد ولتاژ نامی و در صورت ثابت بودن فرکانس
• مثبت و منفی 5 درصد فرکانس نامی و در صورت ثابت بودن ولتاژ
• 10 درصد جمع تغییرات ولتاژ و فرکانس. جمع مقادیر مطلق به شرط اینکه تغییرات فرکانس از مثبت و منفی 5 درصد فراتر نباشد.

در این ویدیو نقش رله کنترل فاز یا حفاظت ولتاژ را در حفاظت از الکتروموتورها بررسی می کنیم. این ویدیو برگرفته از دوره جامع راه اندازی و حفاظت الکتروموتورهای سه فاز می باشد.

برخی از خطاهای ولتاژی باعث افزایش جریان شده و با سیستم‌های اضافه جریان دقیق مانند بریکرهای M.P.C.B، بی‌متال و رله‌های الکترونیک اضافه بار قابل شناسایی هستند. در این روش ولتاژ معیوب به الکتروموتور اعمال شده و پس از گذشت زمان مشخصی مدار قطع خواهد شد. در سیستم‌های حرارتی ممکن است این زمان تحت تاثیر شرایط محیطی قرار بگیرد. به‌عبارت ساده‌تر در این روش خطای ولتاژی قبل از راه ‌اندازی الکتروموتور قابل شناسایی نخواهد بود.

مشکل بعدی در حفاظت جریانی، مشخص نشدن ریشه‌ی اصلی مشکل است. به‌عنوان‌مثال اپراتور هنگام مواجه شدن با خطای اضافه بار نمی‌تواند تشخیص دهد که میزان جریان چقدر بالا رفته و علت آن چه چیزی بوده است. در واقع افت ولتاژ باعث افزایش جریان شده و سیستم اضافه بار را تحریک می‌کند. در این حالت تفاوتی بین اضافه جریان ناشی از یک عیب مکانیکی یا افت ولتاژ سه فاز یا عدم تقارن ولتاژ دیده نمی‌شود.

برای رفع مشکلات ذکر شده و ارتقاء سیستم حفاظتی می‌توان از انواع رله‌های ولتاژی استفاده کرد. رله‌های کنترل ولتاژ سه فاز یا 3 Phase Voltage Monitoring Relay در بازار با عنوان رله کنترل فاز شناخته شده و مدل‌های متنوعی دارند. به‌عنوان‌مثال از نظر اتصالات، نوع خطاهای تشخیصی و قابلیت تنظیم مقادیر این رله‌ها در گروه‌های با سیم نول، بدون سیم نول، تک منظوره، مولتی فانکشن و پیشرفته ساخته می‌شوند. اتصالات الکتریکی رله‌ کنترل فاز به صورت کلی شامل سه بخش زیر است:

• بخش اول: مربوط به نمونه برداری از شبکه به صورت 3 یا 4 سیمه
• بخش دوم تغذیه: در اغلب رله‌ها ولتاژ تغذیه از بخش نمونه برداری تامین می‌شود. در صورت مشخص شدن چند ترمینال با عنوان ولتاژ تغذیه، حتما آن را به منبع مناسب متصل کنید.
• بخش سوم: مربوط به مدار فرمان و شامل تعدادی پلاتین به صورت O و N,C

در این ویدئو که برگرفته از دوره جامع راه اندازی و حفاظت موتورهای سه فاز است با رله کنترل فاز آشنا می شوید.

نصب رله کنترل فاز

برای نصب رله کنترل فاز کافی است اتصالات نمونه برداری و تغذیه را دایر کنید. با توجه به نوع رله، اتصالات نمونه‌برداری ممکن است شامل سه فاز یا سه فاز و نول باشد. با اینکار رله روشن شده و در صورت نرمال بودن شرایط، زمان سنجی را آغاز و در نهایت پلاتین‌های فرمان خود را تغییر وضعیت می‌دهد. در نظر داشته باشید که با توجه به نوع رله، ممکن است قبل از راه ‌اندازی به تنظیمات خاصی مانند دامنه‌ی تغییرات، تقارن، زمان و غیره نیاز باشد.

به صورت کلی رله‌ کنترل ولتاژ بعد از بریکر اصلی تابلو یا فیدر الکتروموتور قرار گرفته و ولتاژ منبع را کنترل می‌کند. در صورتی که شرایط منبع عادی باشد، پلاتین نرمال باز کنترل فاز بسته شده و تغذیه‌ی مدار فرمان تامین خواهد شد. در بهترین شکل پلاتین فرمان کنترل فاز باید با ادوات حفاظتی دیگر مانند بی‌متال، ترمیستور و غیره به صورت سری قرار بگیرد.

رله‌های کنترل فاز یا مانیتورینگ ولتاژ، از نظر خطاهای تشخیصی به گروه‌های تک منظوره و مولتی فانکشن تقسیم می‌شوند. مدل‌های تک منظوره فقط یک خطا مانند تغییر توالی یا قطع فاز را شناسایی کرده و موارد دیگه را نادیده می‌گیرند. این رله‌ها به ندرت در شبکه‌های سه‌فاز معمولی استفاده می‌شوند. رله‌های مولتی فانکشن بیشتر از یک بخش حفاظتی داشته و در برخی مدل‌ها قابلیت تنظیم نیز دارند که در ادامه با چند نمونه از آن‌ها آشنا می‌شویم.

رله‌ی تشخیص توالی و قطع فاز یا Pahse Sequence and Phase Loss Relay

این رله کنترل فاز بسیار ساده بوده و فقط می‌تواند تغییر توالی و قطع کامل یک یا دوفاز را تشخیص دهد. روی پنل این محافظ هیچ بخش تنظیمی وجود نداشته و حالت نرمال و خطا اغلب توسط یک LED به کاربر اعلام می‌شود. LED روی دستگاه می‌تواند دارای دو رنگ سبز و قرمز بوده و یا با نوع خاموش و روشن شدن حالت غیر عادی را نمایش دهد. مثلا در نمونه‌ی Lovato، ثابت بودن LED به معنی نرمال بودن شبکه و چشمک زدن آن به معنی وجود خطا است.

دامنه‌ی ولتاژی این نوع رله کنترل فاز بسیار گسترده بوده و نمی‌توان از آن به عنوان حفاظت ولتاژ در برابر کاهش و افزایش ولتاژ استفاده کرد. در Lovato مدل PMV 10 A440 این بازه از 208 تا 480 ولت است. علاوه‌بر این در رله‌های تشخیص توالی و قطع فاز، نمی‌توان زمان قطع و وصل رله به همراه میزان تقارن ولتاژ را تنظیم کرد. شکل زیر رله‌ی تشخیص توالی و قطع فاز Lovato که شامل (1) نمای ظاهری، (2) نحوه‌ی اتصال و (3) دیاگرام عملکرد LED و رله‌ی خروجی- به‌عنوان‌مثال با قطع L1 پلاتین 11 از 14 جدا شده و LED شروع به چشمک زدن می‌کند، می‌باشد.

رله کنترل فاز یا مانیتورینگ ولتاژ

در این رله کنترل فاز، دامنه‌ی حفاظت ولتاژ مقداری محدود شده و علاوه‌بر خطاهای قطع و جابجایی فاز می‌توان کاهش و افزایش شدید ولتاژ در مدارهای سه فاز را شناسایی کرد. از آنجایی که تغییرات ولتاژ همیشه به صورت سه فاز نبوده و در مدارهای نا متعادل ممکن است روی یک یا دو فاز رخ بدهد، رله‌های حفاظتی اغلب مجهز به بخش شناسایی میزان تقارن یا Asymmetry نیز هستند. طبق تصویر زیر رله‌های سطح میانی دارای چند پتانسیومتر یا ولوم برای تنظیم مقدار تقارن، زمان وقفه به صورت روشن و زمان خاموش هستند.

میزان تقارن ولتاژ براساس درصد نسب به میزان ولتاژ نامی شبکه بوده که در اغلب رله‌ها قابل تنظیم است. به‌عنوان‌مثال در رله‌ی Lovato سری PMV40 می‌توان میزان عدم تقارن را از 5 تا 15 درصد تنظیم کرد.

پتانسیومترهای بعدی در رله‌ی فوق مربوط به تنظیم زمان سنجی قبل و بعد از خطا هستند. با پتانسیومتر Delay مشخص می‌کنیم که بعد از نرمال شدن شبکه  یا رفع خطا، چقدر زمان سپری شده و رله‌ی فرمان بسته شود. این زمان در رله‌های دیگر ممکن است با عبارت On-Delay نیز مشخص شود.

ولوم بعدی با عنوان Reset Delay یا Off-Delay میزان زمانی را مشخص می‌کند که با رخ دادن خطا اندازه‌گیری می‌شود. در صورتی که خطای ولتاژی در زمان تنظیم شده برطرف نشود، پلاتین فرمان تغییر وضعیت داده و سیستم را متوقف می‌کند.

به‌عنوان‌مثال افت ولتاژی ناشی از راه ‌اندازی خود الکتروموتور یا ورود بارهای دیگر به مدار را در نظر بگیرید. اگر این خطا بالافاصله باعث قطع رله‌ حفاظت ولتاژ شود، هیچگاه نمی‌توان الکتروموتور را راه ‌اندازی کرد. به‌عبارت ساده‌تر این قابلیت باعث می‌شود زمان کافی برای نرمال شدن خطاهای گذرا ایجاد شده و سیستم مکرر قطع و وصل نشود.

با افزایش قابلیت‌های حفاظتی ممکن است تعداد LED ها روی رله نیز بیشتر شود. این سیگنال‌های نورانی می‌توان شامل حالت نرمال، خطای قطع و جابجایی فاز و خطاهای دیگر مانند افت یا افزایش ولتاژ شود.

در ویدئوی زیر برخی از رله‌های کنترل فاز را بررسی می‌کنیم. این ویدئو برگرفته از دوره جامع آموزش مدار فرمان است:

رله سوپر کنترل فاز یا مانیتورینگ ولتاژ پیشرفته

رله‌های پیشرفته‌ی مانیتورینگ ولتاژ به صورت کلی در دو مدل آنالوگ و دیجیتال ساخته می‌شوند. در این نوع رله‌ کنترل فاز می‌توان به دقت میزان ولتاژ نامی شبکه، میزان تغییرات مجاز یا حد بالا و حد پائین، میزان درصد تقارن، زمان‌های مربوط به On، Off و غیره را تنظیم کرد. در نسخه‌های دیجیتال میزان ولتاژها، زمان‌ها، خطاهای رخ داده و اطلاعات دیگر روی صفحه نمایش قابل بررسی هستند. در مدل‌های آنالوگ نیز تعداد LED ها افزایش پیدا کرده و می‌توان خطاهای مختلف را به سرعت شناسایی کرد. تعداد و نوع پلاتین‌های فرمان در رله‌های پیشرفته ممکن است با مدل‌های معمولی متفاوت و گاها قابل برنامه‌ریزی باشد. به‌عنوان‌مثال در تصویر زیر رله‌ی دیجیتال و پیشرفته‌ی مانیتورینگ ولتاژ از برند زیمنس را مشاهده می‌کنید.

برخی از این رله‌ها قابلیت اتصال به شبکه‌های صنعتی را داشته و می‌توان ضمن دریافت اطلاعات مربوط به خطاها، تنظیمات حفاظتی آن‌ها را تغییر داد. تصویر زیر پنل رله‌های مانیتورینگ ولتاژ Lovato به صورت آنالوگ شامل (a) سری 50، (b) سری 60 و (c) سری 70 را مشاهده می‌کنید.

در این مقاله با رله کنترل فاز و کابرد و نقش آن در حفاظت ولتاژی موتور آشنا شدیم. در مقاله بعد به بررسی رله کنترل موتور می پردازیم.