Czujniki kolejności faz i czujniki asymetrii napięcia w obwodach trójfazowych – na co zwrócić uwagę przy wyborze urządzenia?

Stabilność zasilania dla obwodów trójfazowych ma ogromny wpływ na żywotność odbiorników. W przypadku silników trójfazowych asymetria napięciowa może skutkować uszkodzeniem napędu. Koszty związane z naprawą lub wymianą uszkodzonych elementów są zawsze bardzo wysokie. Na szczęście można skorzystać z prostej automatyki zabezpieczającej w postaci czujników asymetrii napięcia lub kolejności faz. Popularność urządzeń sprawia, że dostępnych jest bardzo wiele modeli. Na co zwrócić uwagę w przypadku wyboru zabezpieczenia? Kilka wskazówek przedstawia poniższy artykuł.

Czujnik kolejności faz i asymertria napięcia

Czujniki asymetrii napięcia to urządzenia, których zadaniem jest zabezpieczenie obwodów trójfazowych przed skutkami asymetrii napięcia zasilania oraz jej skrajną opcją – zanikiem fazy. Jeżeli urządzenie posiada także funkcję kontroli poprawnej kolejności faz, to mówimy o czujniku kolejności faz. Pierwszą decyzją, jaką należy podjąć, jest zatem wybór zakresu zabezpieczeń.

Czujniki asymetrii napięcia zdecydowanie sprawdzą się w przypadku, gdy zmiana kolejności faz nie spowoduje uszkodzenia nadzorowanego urządzenia. Jeżeli jednak istnieje takie ryzyko, to należy zastosować czujnik kolejności faz. Będzie on chronił odbiornik nie tylko w przypadku asymetrii lub zaniku fazy zasilającej, ale także w przypadku błędu kolejności faz. Można zatem powiedzieć, że czujnik kolejności faz to dwa w jednym.

Wybór czujników – na co zwrócić uwagę

Wybierając czujniki asymetrii napięcia lub czujniki kolejności faz, możemy skorzystać z modułów posiadających fabryczne ustawienia parametrów lub takich, które oferują możliwość modyfikacji nastaw urządzenia. W pierwszym przypadku przyspiesza to montaż i uruchomienie. Jest też praktycznym rozwiązaniem, gdy istnieje ryzyko zmiany nastaw zabezpieczenia przez osoby niepowołane. W takim przypadku nie ma takiego problemu. Należy jednak pamiętać, że uniwersalne rozwiązania nie pozwalają na maksymalną optymalizację. Aparaty pozwalające na swobodną nastawę parametrów wymagają większej wiedzy o kontrolowanym odbiorniku oraz układzie, w jakim będzie pracował. Warto jednak zdecydować się na takie rozwiązanie, ponieważ zapewni to stabilniejszą pracę kontrolowanego układu.

Podstawowe parametry ustawiane w czujniku kolejności faz to m.in.:

– próg asymetrii napięcia Ua – jest to wartość napięcia, przy której urządzenie rozpoczyna odliczanie czasu zwłoki do awaryjnego wyłączenia zasilania napędu. Innymi słowy jest to wartość napięcia, dla której uznajemy, że nasz odbiornik będzie pracował prawidłowo i bezpiecznie w sposób ciągły.
 
– czas opóźnienia wyłączenia t1 – jest to wartość czasu, przez jaki musi trwać stan asymetrii napięcia, by urządzenie podjęło reakcję w postaci wyłączenia zasilania odbiornika trójfazowego.
Parametr ten zapobiega wyłączeniom zasilania podczas krótkotrwałych wahań napięcia.
Jego wartość należy wydłużyć w przypadku występowania zjawiska potocznie zwanego „miękką siecią”. Duży prąd rozruchowy silnika lub też duża wartość prądu ładowania kondensatorów powodują chwilowy spadek napięcia, zwykle kończący się po okresie rozruchu (po zaniku stanu nieustalonego). Zjawisko jest bardzo częste w przypadku starszych instalacji. Zwłoka czasowa pozwala na opóźnienie reakcji czujnika poza czas ustąpienia stanu nieustalonego. Innymi słowy zabezpiecza układ przed spadkami napięcia o charakterze krótkotrwałym i nieciągłym.

– czas zwłoki ponownego załączenia zasilania t2 – jest to minimalny czas, jaki musi upłynąć od momentu ustabilizowania się napięcia zasilania na poziomie wyższym od nastawionego progu asymetrii do momentu ponownego załączenia czujnika. Taka zwłoka czasowa chroni przed przełączaniem zasilania w przypadku dynamicznych wahań napięcia. Zapobiega także przedwczesnemu uruchomieniu zabezpieczanego odbiornika.

Omówione parametry prezentuje poniższy diagram:

źródło: karta katalogowa Zamel

TrueRMS

Warunki, jakie panują w sieci zasilającej, ulegają w ostatnich latach drastycznym zmianom. Wraz z rozwojem energoelektroniki powszechne stały się układy zasilaczy impulsowych, przetwornice, inwertery (falowniki) czy chociażby oświetlenie LED z wbudowanym modułem zasilającym. Warto wiedzieć, że wprowadzają one szereg zniekształceń przebiegu i kształtu napięcia zasilania. Jeszcze wyraźniej zjawisko to uwidacznia się w instalacji z wykorzystaniem systemu fotowoltaiki. Standardowe, analogowe konstrukcje zabezpieczeń pomiary napięcia odnoszą do przebiegów sinusoidopodobnych. W praktyce w instalacjach takie już nie występują. Wpływ zakłóceń może powodować rozbieżności w pomiarach nawet na poziomie kilkunastu procent. Właśnie z tych przyczyn warto rozważyć zastosowanie urządzenia z pomiarem wartości skutecznej napięcia TrueRMS. Przykładem takiego urządzenia jest czujnik asymetrii napięcia typu CAM-10 produkcji ZAMEL. To cyfrowe urządzenie mierzy precyzyjnie wartość napięcia, nawet w przypadku zaburzeń powstałych wskutek zniekształceń przebiegu sinusoidalnego. Umożliwia także pełną regulację parametrów pracy. Za pomocą diod sygnalizowany jest też stan instalacji.

Jeżeli czujnik ma pracować w układzie z agregatem prądotwórczym, nie można skorzystać ze standardowych rozwiązań. W takim przypadku należy wybrać dedykowane do tego urządzenie. Producenci zwykle zaznaczają w dokumentacji, czy dany model współpracuje z agregatem, czy też nie. Doskonałym urządzeniem, radzącym sobie w takiej sytuacji, jest czujnik zaniku fazy CZF-334 True RMS produkcji F&F. Urządzenie pozwala na określenie progu asymetrii, czasu załączenia oraz czasu wyłączenia. Posiada także wskaźniki diodowe stanu instalacji. Podwójny styk umożliwia jednoczesne odłączenie stycznika napędu oraz przekazanie informacji o awarii poprzez uruchomienie dzwonka lub kontrolki.

Źródło: https://www.fif.com.pl

Diody sygnalizujące

Bardzo przydatną cechą przełącznika faz jest posiadanie diod sygnalizujących stan instalacji. Ułatwiają one diagnostykę problemów zaistniałych w układzie, stąd dobrze, by urządzenie było w nie wyposażone. Przykładem czujnika kolejności faz wyposażonego w komplet diod sygnalizacyjnych jest urządzenie CKM-11 firmy ZAMEL. Posiada ono różnokolorowe diody informujące o poprawnym poziomie napięcia każdej z faz, a także dodatkowo kontrolki informujące o błędzie kolejności faz oraz poprawnej kolejności faz. Dodatkowo diody wskazują poziom napięcia zasilania. W przypadku spadku napięcia poniżej progu asymetrii przyciemniają się, pulsują, a następnie gasną.

Czujnik kolejności faz – zasilanie

Warto także zwrócić uwagę na sposób zasilania samego czujnika kolejności faz. Jeżeli urządzenie zasilane jest bezpośrednio z jednej fazy (np. zasilanie 230V AC pomiędzy L1 i N), to po pierwsze, uniemożliwia to instalację modułu w sieci pozbawionej przewodu neutralnego, po drugie, urządzenie takie w przypadku zaniku fazy zasilającej automat przestanie także informować o stanie pozostałych faz.

Jeżeli wiemy, że nasze urządzenie będzie pracowało w sieci bez przewodu neutralnego, to dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie czujnika kolejności faz na napięcie 400V AC. Taki aparat posiada wejścia każdej z faz (L1, L2, L3) i zasilanie czerpie z napięcia międzyfazowego. Dobrą propozycją jest czujnik kolejności faz typu EU300 produkcji HAGER. Urządzenie posiada zarówno kontrolę kolejności faz, jak również poziomu napięcia zasilania. W przypadku zaniku napięcia zasilania którejkolwiek z faz urządzenie wyłączy zasilanie dla nadzorowanego odbiornika.

Warunki pracy czujnika kolejności faz nie zawsze umożliwiają montaż urządzenia w tablicy rozdzielczej. Często zabezpieczenie ma charakter miejscowy – bezpośrednio przy napędzie. W takim przypadku warto wiedzieć o możliwości zastosowania czujnika kolejności faz w wykonaniu hermetycznym. Urządzenie tego typu produkuje pod nazwą CKH-01 firma ZAMEL. Hermetyczna obudowa umożliwia montaż natynkowy. Nastawa progu asymetrii odbywa się za pomocą potencjometru umieszczonego pod gumową osłoną. Wyprowadzony z aparatu przewód należy podłączyć w hermetycznej puszce zasilającej napęd.

Styczniki

Czujniki kolejności faz współpracują ze stycznikami. Po stronie stycznika leży cała odpowiedzialność za przeniesienie mocy do układu. Wynikają z tego trzy fakty:

Po pierwsze, przekaźnik wbudowany w czujnik kolejności faz nie musi zapewniać przeniesienia dużego prądu, ponieważ zazwyczaj steruje cewką stycznika. Parametr ten jest zatem zazwyczaj nieistotny.

Po drugie, dobrze, by zastosowane wyjście było wyjściem przełącznym (przekaźnik NO/NC lub para dwu przekaźników NO). Umożliwi to dodatkowe uruchomienie alarmu w przypadku wykrycia nieprawidłowych parametrów sieci.

Trzecia kwestia dotyczy kontroli stanu stycznika. Często zdarza się, że stycznik pomimo konieczności rozłączenia nie pracuje poprawnie. Jeżeli czujnik asymetrii napięcia posiada dodatkowo sprzężenie zwrotne, co oznaczone jest jako „kontrola stanu stycznika”, może on dodatkowo odłączyć drugi stycznik zabezpieczający oraz zasygnalizować awarię stycznika za pomocą osobnej kontrolki. Przykładem urządzenia posiadającego tę funkcję jest CAM-10 firmy ZAMEL.

Źródło: https://zamel.com/pl/exta/cam-10-instrukcja.pdf

Kolejność faz, asymetria napięcia i czujniki – podsumowanie

Podsumowując, dobór właściwego czujniki kolejności faz i czujnika asymetrii napięcia  zależy od miejsca i typu instalacji. Warto stosować urządzenia cyfrowe, ponieważ cechują się większą precyzją działania i odpornością na zakłócenia. Dobrze, by pracowały one przy udziale napięcia międzyfazowego, jednak nie jest to zawsze konieczne. Chcąc zapewnić dodatkową ochronę napędu w przypadku uszkodzenia stycznika, stosujemy czujnik z kontrolą stanu stycznika.

Przydatna jest także możliwość dokonywania nastaw parametrów czujnika w zależności od potrzeb konkretnej instalacji. Pamiętać jednak trzeba, że w praktyce źle ustawione lub przestawione przez osoby niepowołane urządzenie nie będzie działać prawidłowo. Bardzo przydatne w diagnostyce stanu instalacji są diody sygnalizacyjne. Aparat w nie wyposażony umożliwi szybsze usunięcie awarii.