A szimmetria és az aszimmetria
A fázis-kiesés figyelése háromfázisú villamos motorjaink üzemeltetése során szinte elengedhetetlen, csakúgy, mint pl. forgásirány érzékeny berendezéseknél a fázis-sorrend. Az ELKO EP feszültségfelügyeleti eszközeivel kapcsolatban már említettük, hogy szinte mindegyik rendelkezik fázis-kiesés figyeléssel. Ezek az eszközök jellemzően feszültségméréssel ellenőrzik a fázis- és/vagy vonali feszültségek megfelelőségét. Ha a feszültség bármelyik fázison a névleges 75 %-a alá csökken, akkor az eszköz a beállított késleltetésnek megfelelően kikapcsolja kimenti reléjét, mely a mágneskapcsoló vezérlőkörével van sorba kapcsolva, és letiltja a motor további működését. Amennyiben a feszültség bármelyik fázison a névleges 60 %-a alá csökken, akkor késleltetés nélkül, azonnal lekapcsol a kimenet.
A feszültségalapú fázis-kiesés figyelés egy viszonylag alacsony költségű megoldás, mely a legtöbb alkalmazásban elegendő és megfelelően működik. Ritkábban, de előfordulnak olyan villamos hajtások, motorok, amelyek a kieső fázis vezetékén feszültséget generálnak vissza, mely esetleg meghaladhatja a feszültségfigyelő relék gyári fix felügyeleti határértékét és az eszköz nem kapcsolja le a meghajtást. Ebben az esetben olyan feszültségfigyelőt használhatunk, melynél a minimum feszültség is állítható, mégpedig a generált feszültség tartományában. Az így beállított eszköz nem a feszültség 60 %-os küszöb alá csökkenésére, hanem az Umin minimum feszültség alá csökkenés miatt fogja lekapcsolni a motort.
De van egy tutibb módszer is a fázis-kiesés figyelésére!
Mégpedig a fázis-aszimmetria figyelése, hiszen a motor által generált, a kiesett fázis vezetékén jelentkező feszültség biztos, hogy markáns fázis-aszimmetriát fog okozni, melyre az ezt figyelni képes eszköz azonnal reagálhat.
Aktuális bejegyzésünkben erre mutatunk be megoldást és eszközöket, valamint egy plusz védelmi lehetőségről is szó lesz.
Mi is az a fázis-aszimmetria?
A villamos erőművek közvetlen hálózatba csatlakozáskor a különböző bevált megoldásoknak köszönhetően szimmetrikus hálózatot biztosítanak. A szimmetria azt jelenti, hogy a háromfázisú hálózat feszültségei (és áramai) egymáshoz képest 120 °-os fázis eltolódással rendelkeznek. Ha ettől eltér, akkor már aszimmetrikusnak tekinthető a hálózat. Márpedig akár már a távvezetékeken is jelentkezhet a probléma, de a fogyasztási helyeken szinte biztosan eltér, hiszen nem arányosan elosztott az egyes fázisok terhelése, de még a terhelések jellege sem (pl. induktív). Nem mindegy az sem, hogy milyen mértékű az aszimmetria, de az sem, hogy milyen mértékű aszimmetriát viselnek el maguk a fogyasztók. A nagyobb mértékű aszimmetriára leginkább a háromfázisú villanymotorok a legérzékenyebbek. A fázis eltolódás eredményeként pl. csökkenhet a villanymotor nyomatéka, jobban melegedhet, de mechanikai problémákat is okozhat pl. a csapágyazásban.
A következőkben az aszimmetria figyelését járulékos lehetőségként a fázis-kiesés figyelésére is használjuk.
Motorkapcsolás kibővített védelemmel
Az első ábrán látható áramköri rajzban egy VS463-40/230 V típusú mágneskapcsolóval történik a háromfázisú villanymotor kapcsolása. A kontaktor bementi oldalára egy HRN-55 típusú fázis-sorrend és fázis-kiesés figyelő relét csatlakoztattunk. A relé a két említett funkció mellett fix, nem állítható feszültségszinteket is figyel (Umin és Umax értékei a modulrajzban). A kontaktor kimeneti oldalára egy HRN-43/400 V típusú komplex felügyeleti relét kötöttünk be. A rajzon látható az is, hogy míg a HRN-55 a figyelt feszültségről kapja a tápfeszültségét is (bármelyik két fázis), addig a HRN-43 külön tápfeszültség bemenettel rendelkezik. Természetesen beépíthető más tápfeszültségű verzió is, amennyiben arra esik a választás. A gyártott verziók: AC 110 V, AC 230 V, AC 400 V, AC/DC 24 V. Amennyiben a „nulla” figyelésére is szükség van, akkor pl. a HRN-43N/400 V és a HRN-55N típusokat lehet használni.
A HRN-43(N) típusok komplex felügyeletet biztosítanak a külön állítható Umin és Umax feszültségszintek, a fázis-sorrend, a fázis-kiesés és a fázis-aszimmetria figyelésével. A működést leíró diagramból kiderül (lásd letölthető használati útmutató), hogy a fázis-kiesés figyelését nem feszültségméréssel, hanem az aszimmetria figyelésével oldja meg, mely a bevezetőben említett esetekre is használhatóvá teszi az eszközt. Egyébként az aszimmetria figyelése az „ASYM” DIP kapcsolóval letiltható, ekkor az Umin alacsony feszültség megfelelő beállítása oldja meg a fáziskiesés figyelését.
A mágneskapcsoló a két feszültségfigyelő relé kimeneti záró kontaktusainak sorba kötésével kap vezérlést, amennyiben a figyelt jellemzők rendben vannak. A CRM-91H/230 V multifunkciós időrelé kimeneti záró kontaktusa párhuzamosan van kapcsolva a HRN-43 reléjével. Az időrelé feladata, hogy bekapcsoláskor egy rövid ideig helyettesítse a HRN-43 záró kontaktusát és engedélyezze a mágneskapcsoló vezérlését, amíg a HRN-43 feléled és behúzza reléjét. Ez a feléledési idő a diagramokon a „t1” jelölésű időtartam, mely nem állítható és max. 200 ms, azaz nagyon rövid. A HRN-43 „Output” jelzésű DIP kapcsolóját 1-es állásba célszerű kapcsolni, ekkor párhuzamosan működnek a relék, így bármilyen hibára mindkét relé elenged - ezért itt elég az egyiket bekötni. Ha a feszültségfigyelés szempontjából szükség van külön az alacsony és magas feszültséghiba detektálására, akkor a DIP kapcsoló kettes állása mellett a két relé záró érintkezőit sorba kell kötni a kontaktor vezérléséhez. A külön hibajelek a relék nyugalmi érintkezőiről vehetők le. Memória funkció is választható, melynek bekapcsolásával hiba esetén nem kapcsol vissza automatikusan a felügyeleti relé. Kioldása az előlapi „RESET” gombbal lehetséges, amennyiben a hálózat rendben van.
A villanymotor természetesen melegszik.
A melegedés szinte természetes velejárója elektromos, villamos fogyasztóink üzemeltetésének. A disszipáció különösen jellemző a különböző teljesítmény meghajtókra, de a végberendezések is rendelkeznek üzemi hőmérséklettel. A hőmérséklet megemelkedése viszont elérhet olyan mértéket is, melyet a készülék alkatrészei már nem viselnének el egy megfelelő védelem nélkül. Így van ez a villanymotoroknál is. A szokásos túlterhelés-védelmi relék (hőkioldók) mellé, - melyek végül is áramfelvételt figyelnek - ajánlott „megfogni” a melegedési hibát már a keletkezés helyén, mellyel gyorsabb reakciót remélhetünk a védelemtől. Villanymotornál a melegedés a csapágyak mellett elsősorban a tekercseknél keletkezik. Amennyiben a tekercsek közé gyárilag beépített PTC termisztor is van beépítve, akkor nyert ügyünk van, mert a TER-7 típusú motorhőmérséklet-figyelőnk éppen ide alkalmas. Az eszközt és bekötését a következő ábra mutatja.
Természetesen az 1. ábra áramkörének kiegészítéseként szerepel ebben a bejegyzésben, de az 1. ábra átláthatóságának megtartása érdekében a bekötés külön rajzon látható. Értelemszerűen a mágneskapcsoló vezérlőkörének sorba kötött záró kontaktusaival kell a TER-7 záró kontaktusait is sorba kötni. A TER-7 DIP kapcsolójával választható memória funkció (nem kapcsol vissza automatikusan), melynek feloldása hiba esetén az előlapi „RESET” gombbal vagy az „R” bemenetre bekötött gombbal történhet (táv feloldás).
A másik DIP kapcsolóval a PTC termisztoros működés választható ki, illetve Tk. állásban bimetálos hőkapcsoló is használható hőmérséklet-érzékelésre, melyet akár a motortestre is rögzíthetünk (PTC-vel nem rendelkező motorokhoz). A két kimeneti relé párhuzamosan működik.
Figyelem! A TER-7 tápfeszültségének bekötésénél, - amennyiben hálózati feszültséget használunk - ügyelni kell arra, hogy a gyári előírásnak megfelelően a „nulla” potenciált az „A2” sorkapocshoz kell csatlakoztatni!
Figyelem! A bemutatott megoldások elvi kapcsolási rajzokkal vannak illusztrálva, melyekben a többszöri ellenőrzés vagy műhely körülmények közötti tesztek ellenére is lehetnek hibák. Adott feladatra való alkalmasságuk ellenőrzése, esetleges módosítása a telepítő feladata és felelőssége! A szerző és a cég nem vállal felelősséget a bemutatott elvi megoldások felhasználásából eredő károkkal és egyéb problémákkal kapcsolatban. A rajzokon látható vezetékek színei csak a könnyebb átláthatóságot segítik, nem feltétlenül egyeznek meg a szabványos vezetékezés színeivel!