Tecnologia di protezione dalla perdita di fase dei relè: principio, applicazione e trend di sviluppo

Il principio di base e l'importanza della protezione contro la perdita di fase

Rischi di guasti per mancanza di fase

La perdita di fase si riferisce al fenomeno della mancanza di una qualsiasi fase dell'alimentazione in un sistema di alimentazione trifase, che è uno dei motivi principali che portano alla combustione dei motori asincroni trifase. Quando il motore trifase è in funzione quando manca una fase, produrrà una componente di corrente di sequenza negativa, con conseguente squilibrio della corrente trifase o troppo grande, che a sua volta provoca la bruciatura istantanea dell'avvolgimento del motore. Secondo le statistiche, circa il 40% dei guasti ai motori è legato alla perdita di fase dell’alimentazione.

Il principio di base della protezione dalla perdita di fase del relè

La protezione da perdita di fase del relè determina se si è verificato un guasto per perdita di fase monitorando l'anomalia di corrente o tensione del circuito trifase. Per i motori con collegamento a stella (Y), poiché la corrente di linea è uguale alla corrente di fase, i comuni relè termici possono fornire una protezione efficace; tuttavia, per i motori con collegamento a triangolo (Δ), poiché la corrente di fase non è uguale alla corrente di linea, i normali relè termici potrebbero non essere in grado di agire in tempo e devono essere utilizzati relè speciali di protezione dalla mancanza di fase.

Meccanismo di protezione differenziale a rottura di fase

I relè termici con protezione rottura di fase utilizzano un meccanismo differenziale, costituito da una piastra guida superiore, una piastra guida inferiore e una leva. Quando una fase viene disconnessa, il bimetallo di quella fase si raffredda e si ripristina, spingendo la piastra guida superiore a spostarsi verso destra, mentre il bimetallo delle altre due fasi continua a piegarsi dal calore, spingendo la piastra guida inferiore a spostarsi verso sinistra, innescando l'azione di protezione per azione differenziale.

Schema tecnico di realizzazione della protezione mancanza di fase

Protezione perdita fase relè termico

Il normale relè termico spinge l'attuatore attraverso la flessione bimetallica grazie al calore, ma ha un effetto limitato sulla protezione del motore con connessione Δ.

Il relè termico differenziale risolve questo problema grazie a uno speciale design strutturale. Quando si verifica la perdita di fase, il bimetallo sul lato perdita di fase si raffredda e si ripristina, mentre le altre due fasi continuano a essere piegate dal calore, innescando la protezione per azione differenziale.

Protezione da perdita di fase di tipo monitoraggio della tensione

utilizza tre relè a bassa tensione con tensione di intervento regolabile, le bobine sono collegate a stella e il nodo comune è collegato alla linea dello zero.

Lo svantaggio è che la sensibilità è insufficiente e il motore potrebbe comunque mantenere un'alta tensione durante la perdita di fase, con conseguente protezione ritardata.

Relè elettronico di protezione completa

Integrando un microprocessore e una tecnologia di rilevamento avanzata, può monitorare simultaneamente più parametri come corrente e tensione, realizzando una protezione a tutto tondo.

Tecnologia dei relè a stato solido (SSR).

Adatto per sistemi di batterie per autoveicoli ad alta tensione con tensioni di uscita fino a 900 V, è caratterizzato da una risposta rapida e da una lunga durata.

Sfide e soluzioni nella pratica

Sfide di protezione per motori collegati in Δ

Le soluzioni includono l'uso di relè di protezione da mancanza di fase specializzati, protettori motore integrati o la progettazione di circuiti di protezione ausiliari.

Problemi di mancata corrispondenza della tensione di rilascio del contattore

Le tensioni di rilascio comuni dei contattori vanno da 0,2U a 0,7U, il che può portare a guasti della protezione da perdita di fase.

Una soluzione più fattibile è adottare una strategia di protezione basata sulla protezione attuale.

Rischio che i relè si guastino da soli

Le misure preventive includono l'uso di prodotti affidabili di qualità, test e manutenzione regolari, progettazione ridondante e l'uso di relè intelligenti con funzioni di autodiagnosi.

Guasti sfasati negli impianti fotovoltaici

I relè possono essere utilizzati per disconnettere l'impianto fotovoltaico dalla rete in caso di guasto della rete per una protezione rapida.

Innovazione tecnologica nella protezione dalla perdita di fase dei relè

Sistema di protezione intelligente dalla perdita di fase basato su CPLD

Contiene il modulo di acquisizione del segnale, il modulo di elaborazione logica CPLD e il modulo di protezione del controllo a tiristori.

Attraverso l'algoritmo di valutazione in tempo reale dello stato del circuito, una volta rilevata la perdita di fase, chiudere immediatamente il singolo SCR per proteggere il relè.

Design integrato e miniaturizzato

come piccoli relè a stato solido, riducendo le dimensioni della soluzione fino al 90% e riducendo al tempo stesso i costi della distinta base.

Nuove applicazioni dei materiali

L'uso di contatti in lega d'argento, materiali isolanti in ceramica, ecc. migliora la resistenza del relè alle alte temperature e agli archi elettrici.

Tecnologia dei semiconduttori a banda larga

L'introduzione dei dispositivi al carburo di silicio (SiC) e al nitruro di gallio (GaN) ha aumentato la temperatura operativa dei relè a stato solido a oltre 200°C e ha portato la frequenza di commutazione nell'era dei MHz.

Guida alla scelta della protezione contro la perdita di fase del relè

Selezione in base al tipo di carico

I carichi resistivi, induttivi o capacitivi richiedono caratteristiche dei relè diverse.

Corrispondenza di tensione e corrente nominale

Assicurarsi che la potenza nominale del relè sia superiore ai parametri operativi massimi del sistema. Considerazione sull'adattabilità ambientale

Fattori ambientali quali temperatura elevata, umidità elevata, vibrazioni, ecc. influiscono sulla selezione del relè.

Analisi dei requisiti funzionali

Diversi requisiti come protezione di base, monitoraggio intelligente o controllo remoto determinano il tipo di prodotto.

Scenari applicativi tipici della protezione dalla perdita di fase del relè

Protezione motori industriali

Protezione dalla perdita di fase per apparecchiature chiave come pompe dell'acqua, ventilatori e compressori.

Sistema ad alta tensione per veicoli a nuova energia

Protezione del circuito per la gestione della batteria, il controllo del motore, il sistema di ricarica e altri collegamenti.

Sistema di generazione di energia fotovoltaica

Protezione inverter, commutazione rete, gestione accumulo energia e altre applicazioni.

Distribuzione intelligente dell'energia negli edifici

Monitoraggio della potenza di carichi importanti come ascensori e condizionatori d'aria

Tendenze di sviluppo futuro

Intelligente e digitale

Nuova generazione di dispositivi di protezione che integrano microprocessori, algoritmi di elaborazione del segnale digitale e interfacce di comunicazione per ottenere la definizione del software e la gestione remota delle funzioni di protezione.

Tecnologia dei relè a stato solido

Con l’avanzamento della tecnologia dei semiconduttori, la quota di relè a stato solido nelle applicazioni ad alta tensione e alta corrente aumenterà gradualmente.

Manutenzione predittiva e integrazione IoT

I relè intelligenti sono in grado di rilevare in anticipo potenziali rischi di guasto attraverso il monitoraggio continuo dei parametri di stato delle apparecchiature e la profonda integrazione con i sistemi IoT industriali.

Design standardizzato e modulare

I moderni relè di protezione utilizzano comunemente il montaggio integrato, terminali standard e interfacce LCD HD per semplificare i processi di installazione e configurazione