Расцепители минимального напряжения
Расцепители минимального напряжения: принцип действия, типы, применение и расчет
Расцепитель минимального напряжения (РМН) — это электромеханическое или электронное устройство, встроенное или присоединяемое к автоматическому выключателю (автомату) или другому коммутационному аппарату, предназначенное для его дистанционного отключения при снижении напряжения в контролируемой сети ниже установленного порога. Основная функция РМН — защита электрооборудования и предотвращение его работы в нештатных режимах, связанных с просадкой или полным исчезновением напряжения, а также обеспечение селективности защиты.
Принцип действия и конструктивное исполнение
Принцип действия РМН основан на контроле величины напряжения на силовых зажимах или отдельной цепи управления. При нормальном напряжении сети электромагнит (в электромеханических версиях) удерживает якорь, что позволяет механизму автоматического выключателя оставаться во включенном состоянии. При падении напряжения ниже уставки (как правило, 0.7-0.35 от Uном) удерживающая сила электромагнита ослабевает, якорь под действием возвратной пружины или силы тяжести освобождается, что приводит в действие механизм расцепления и отключению автомата. В электронных (микропроцессорных) расцепителях контроль осуществляется через аналого-цифровой преобразователь, а команда на отключение формируется логической схемой и подается на электромагнит отключения.
Конструктивно РМН делятся на:
- Встроенные: Являются частью конструкции автоматического выключателя в литом корпусе (например, серии ВА, Tmax, Masterpact) или воздушного выключателя.
- Присоединяемые (дополнительные): Устанавливаются на автомат как независимый расцепитель или как модуль расширения функций. Часто используются в связке с контакторами для создания рубильников-выключателей нагрузки с защитой от снижения напряжения.
- Стационарные (для ВВ): Мощные блоки управления, устанавливаемые на крупные воздушные выключатели.
- Мгновенного действия (без выдержки времени): Срабатывают практически сразу после того, как напряжение упало ниже уставки и выдержался минимальный временной порог для исключения ложных срабатываний от кратковременных провалов (обычно 20-100 мс).
- С независимой выдержкой времени: Имеют регулируемую задержку срабатывания (от 0.1 до нескольких секунд) после того, как напряжение достигло порогового значения. Это позволяет избежать отключения при кратковременных, неопасных просадках напряжения.
- С зависимой выдержкой времени (инверсной характеристикой): Время срабатывания обратно пропорционально глубине просадки напряжения: чем ниже напряжение, тем быстрее происходит отключение.
- Простые РМН: Обеспечивают только функцию отключения при снижении напряжения.
- Комбинированные устройства (РМН + максимальный расцепитель): Совмещают функции защиты от снижения напряжения и защиты от перегрузки по току.
- Многофункциональные реле (в составе цифровых расцепителей): В современных цифровых блоках (например, Micrologic, PR122/P, ETU) функция UVP (Under Voltage Protection) является одной из многих. Позволяет задавать точные уставки, временные задержки, гистерезис (разность между напряжением срабатывания и возврата).
- Защита электродвигателей: Предотвращение их самозапуска после восстановления напряжения. Самозапуск нескольких двигателей может привести к чрезмерным броскам тока и глубокой просадке напряжения, а также к механическим повреждениям технологического оборудования.
- Защита систем безопасности и автоматики: Отключение неответственных потребителей при аварии в сети для обеспечения питания критически важных систем (аварийное освещение, пожарные насосы, системы вентиляции).
- Блокировка неполнофазных режимов: В комбинации с другими устройствами РМН может использоваться для отключения при обрыве одной или двух фаз.
- Обеспечение селективности: Каскадное отключение потребителей в зависимости от важности при длительных просадках напряжения.
- Защита конденсаторных установок: Для их отключения от сети при снижении напряжения, чтобы избежать возникновения резонансных явлений и генерации реактивной мощности в сеть при восстановлении напряжения.
Основные типы и характеристики
РМН классифицируются по нескольким ключевым параметрам: время срабатывания, порог срабатывания и функциональность.
1. По времени срабатывания:
2. По порогу срабатывания (уставке):
Уставка по напряжению (Uср) обычно регулируется в диапазоне от 0.35 до 0.7 от номинального напряжения сети (Un). Например, для сети 400В, уставка может настраиваться в пределах 140В – 280В для фазного напряжения.
3. По функциональности:
Области применения и схемы включения
Основные сферы применения расцепителей минимального напряжения:
Типовая схема включения независимого расцепителя (например, типа SHUNT RELEASE или MN) предполагает его подключение к фазному и нулевому проводу через нормально-разомкнутый контакт кнопки «СТОП» или контакта реле контроля напряжения. При подаче напряжения на катушку расцепителя происходит отключение автомата. Для реализации функции РМН, питание на катушку независимого расцепителя подается постоянно через нормально-замкнутый контакт реле контроля напряжения (РКН). При снижении напряжения ниже уставки, РКН размыкает свой контакт, снимая питание с расцепителя, что приводит к отключению автомата.
Таблица: Сравнение характеристик различных типов РМН
| Параметр | Электромеханический РМН (встроенный в ВА) | Электронный независимый расцепитель | Функция UVP в цифровом расцепителе (напр., Micrologic) |
|---|---|---|---|
| Диапазон уставок Uср | Фиксированный (напр., 0.35-0.5 Un) или ступенчатый | Регулируемый, широкий (напр., 0.1-0.99 Un) | Точно регулируемый (0.5-0.9 Un с шагом 0.01) |
| Выдержка времени | Фиксированная или регулируемая механически | Регулируемая электронно (0.05-10 с) | Гибко настраиваемая (0.1-60 с), возможна инверсная характеристика |
| Гистерезис (возврат) | Определяется конструкцией, не регулируется | Как правило, фиксированный процент | Регулируемый параметр |
| Доп. функции | Нет | Индикация, тестирование | Интеграция в систему защиты, мониторинг, журнал событий |
| Применение | Защита двигателей, простые схемы АВР | Модернизация существующих щитов, схемы управления | Сложные распределительные системы, главные вводы |
Расчет и выбор параметров РМН
Выбор уставки и выдержки времени РМН является критически важным для корректной работы защиты.
1. Выбор уставки по напряжению (Uср): Должна быть ниже минимального рабочего напряжения в сети с учетом возможных длительных отклонений, но выше напряжения «исчезновения» (критического уровня, при котором оборудование не может работать). Обычно выбирается в диапазоне 0.7-0.8 от Un для сетей с малыми отклонениями. Для сетей с большими колебаниями (например, в условиях частых запусков мощных двигателей) уставку могут опускать до 0.5-0.6 Un. Уставка возврата (Uв) должна быть выше Uср на величину гистерезиса (обычно 0.05-0.1 Un), чтобы избежать «дребезга» при напряжениях, близких к пороговым.
2. Выбор выдержки времени (tср): Должна быть согласована с временем срабатывания других защит в системе (реле напряжения на секционном выключателе, АВР) и превышать длительность кратковременных провалов, не представляющих опасности. Для защиты от самозапуска электродвигателей выдержка времени выбирается больше времени снижения скорости вращения двигателя до опасного уровня после пропадания напряжения (обычно 0.5-5 с). Для обеспечения селективности строится карта времятоковых характеристик, где характеристика РМН должна быть ниже характеристики защиты ввода по времени.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем разница между расцепителем минимального напряжения и реле контроля напряжения (РКН)?
РМН является исполнительным органом, непосредственно воздействующим на механизм расцепления автоматического выключателя. РКН — это измерительное и логическое устройство, которое своими выходными контактами управляет цепью катушки независимого расцепителя или контактора. Часто для реализации функции защиты от снижения напряжения требуется связка РКН + независимый расцепитель. Встроенный РМН уже содержит в себе и измерительный, и исполнительный блок.
Можно ли использовать РМН в качестве защиты от перенапряжения?
Нет, расцепитель минимального напряжения не реагирует на повышение напряжения. Для защиты от перенапряжений используются специальные расцепители максимального напряжения или реле контроля напряжения с соответствующей функцией, которые отключают цепь при превышении установленного порога.
Как проверить работоспособность РМН?
Проверка должна проводиться в соответствии с ПТЭЭП и инструкцией завода-изготовителя. Основной метод — подача пониженного напряжения от регулируемого источника (например, лабораторного автотрансформатора) на контролируемые зажимы и фиксация напряжения и времени срабатывания. Для электронных расцепителей часто предусмотрена кнопка тестирования, имитирующая условие срабатывания.
Что будет, если выдержка времени РМН будет выбрана слишком малой?
Слишком малая выдержка времени (менее 0.1-0.2 с) приведет к неселективным отключениям при каждом кратковременном провале напряжения, вызванном, например, пуском соседних двигателей, КЗ в смежных сетях или переключениями на подстанции. Это увеличивает количество ложных срабатываний и снижает надежность электроснабжения.
Как реализовать защиту от снижения напряжения в трехфазной сети с возможным обрывом фазы?
Необходимо использовать трехфазное реле контроля напряжения, которое контролирует наличие и уровень напряжения на всех трех фазах. Его выходной контакт должен разрывать цепь питания катушки независимого расцепителя, установленного на вводном автомате. Простой однофазный РМН, подключенный к одной фазе, не сработает при обрыве другой фазы, что может привести к аварийной работе трехфазных двигателей.
Почему после отключения РМН автоматический выключатель не включается дистанционно?
После срабатывания РМН автомат переходит в отключенное состояние, и его механизм взвода остается во взведенном положении (готов к замыканию). Однако, для повторного включения необходимо, чтобы напряжение на катушке РМН восстановилось до значения выше уставки возврата. Кроме того, во многих схемах для дистанционного включения требуется дополнительная команда (подача импульса на электромагнит включения или двигатель привода), которая не может быть выполнена, если РМН продолжает удерживать механизм расцепления в активном состоянии при пониженном напряжении.
Заключение
Расцепители минимального напряжения являются важным элементом систем релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Их корректный выбор, настройка и согласование с другими защитами обеспечивают безопасную работу электрооборудования, предотвращают аварийные режимы, связанные с самозапуском, и повышают общую надежность и селективность электроснабжения. Современные тенденции заключаются в интеграции функции UVP в многофункциональные цифровые терминалы, что позволяет гибко адаптировать защиту под конкретные условия сети и требования технологического процесса.