Реле контроля обрыва фаз: принцип действия, типы, схемы подключения и применение

Реле контроля обрыва фаз (также известное как реле контроля фаз, реле контроля чередования фаз или реле контроля напряжения трехфазной сети) – это электротехническое устройство, предназначенное для непрерывного мониторинга параметров трехфазной сети и отключения защищаемого оборудования при возникновении аварийных или недопустимых режимов. Основная функция – защита трехфазных потребителей (электродвигателей, компрессоров, насосов, станков) от повреждений, вызванных нарушением симметрии питающего напряжения.

Назначение и защищаемые аварийные режимы

Устройство контролирует следующие ключевые параметры сети:

• Обрыв (исчезновение) одной или нескольких фаз. Наиболее частая причина срабатывания. Приводит к работе двигателя в однофазном режиме, перегреву обмоток и быстрому выходу из строя.
• Перекос фазных напряжений (асимметрия). Возникает из-за неравномерной нагрузки по фазам, плохих контактов, обрыва нулевого провода в сетях с глухозаземленной нейтралью. Вызывает дополнительные потери и нагрев.
• Снижение (пропадание) или повышение напряжения сверх допустимых пределов. Контролируется как по каждой фазе отдельно, так и в целом.
• Неправильное чередование фаз (последовательность). Критично для оборудования с направлением вращения (насосы, вентиляторы, эскалаторы). Неправильное подключение приводит к реверсу и аварийной ситуации.
• Слияние (слипание) фаз. Редкий, но опасный режим, возникающий при коротких замыканиях в сети.

Принцип действия и внутренняя структура

Современные реле контроля фаз являются микропроцессорными устройствами. Входной трехфазный сигнал через трансформаторы тока и/или напряжения (или непосредственно через делители) поступает на входной аналоговый каскад, где преобразуется до уровня, пригодного для обработки микроконтроллером. Микроконтроллер в реальном времени анализирует:

• Действующие (RMS) значения напряжений Ua, Ub, Uc.
• Углы сдвига между ними (косвенно определяя чередование).
• Частоту сети.

Полученные значения сравниваются с уставками, запрограммированными в памяти устройства. При выходе любого параметра за установленные пределы микроконтроллер формирует сигнал на переключение выходного электромагнитного реле (или полупроводникового ключа). Выходное реле имеет нормально разомкнутый (NO) и/или нормально замкнутый (NC) контакт, который управляет силовой цепью через контактор или включается в цепь управления.

Ключевые технические характеристики и параметры настройки (уставки)

При выборе и настройке реле контроля фаз инженер оперирует следующими параметрами:

Параметр	Описание	Типичный диапазон или значение
Номинальное рабочее напряжение (Uн)	Напряжение сети, на которое рассчитано реле.	3×208/230В, 3×380/400В, 3×480/690В, 50/60 Гц
Порог срабатывания по минимальному напряжению (Umin)	Нижний предел напряжения. При снижении ниже этой уставки на время > времени задержки реле отключается.	Регулируемая, обычно 160…210 В (для 230В фазы)
Порог срабатывания по максимальному напряжению (Umax)	Верхний предел напряжения.	Регулируемая, обычно 240…280 В (для 230В фазы)
Порог срабатывания по перекосу фаз (асимметрии) (ΔU)	Максимально допустимая разность напряжений между фазами.	Регулируемая, обычно 20…50 В или 5…15% от Uн
Время задержки на отключение (tоткл)	Защита от ложных срабатываний при кратковременных провалах или коммутациях. Определяет время реакции на аварию.	Регулируемое, обычно 0.1…10 сек
Время задержки на включение (tвкл)	Время, по истечении которого реле попытается включиться после восстановления параметров сети. Защита от частых перезапусков.	Регулируемое, обычно 1…30 сек
Чувствительность по обрыву фазы	Как правило, фиксированная величина. Срабатывает при падении фазного напряжения ниже 30-50% от номинала.	~70…120 В (для 230В фазы)
Напряжение питания собственных цепей (если отдельное)	Напряжение, необходимое для работы логики и выходного реле устройства.	24В DC/AC, 110-230В AC/DC
Коммутационная способность выходного реле	Максимальный ток и напряжение, которые могут коммутировать выходные контакты.	Обычно 5…10А при 250В AC

Типовые схемы подключения

Подключение реле контроля фаз осуществляется в соответствии с принципиальной схемой, указанной в его паспорте. Существует две основные схемы:

Схема 1: Прямой контроль сетевого напряжения

Клеммы L1, L2, L3 (A, B, C) реле подключаются непосредственно к соответствующим фазам трехфазной сети. Ноль (N) подключается при его наличии и если он требуется для питания внутренней схемы реле. Выходные контакты (обычно 15-18 или NO/NC/COM) разрывают или шунтируют цепь катушки управления контактора (КМ). При нормальных параметрах сети выходное реле замкнуто, катушка КМ под напряжением, силовые контакты КМ замкнуты, питая нагрузку. При аварии реле размыкает цепь катушки КМ, отключая нагрузку.

Схема 2: Контроль через трансформаторы напряжения (ТН)

Применяется в сетях среднего и высокого напряжения (выше 1000В). Реле контроля фаз подключается к вторичным обмоткам ТН (обычно 100В или 110/√3 В). В этом случае само реле должно быть рассчитано на это вторичное напряжение. Схема управления аналогична.

Классификация и виды реле контроля фаз

• По функционалу:
  • Простые реле обрыва фаз (контроль только факта наличия напряжения).
  • Реле контроля напряжения и обрыва (с регулируемыми порогами Umin/Umax).
  • Многофункциональные реле контроля фаз (полный контроль: обрыв, перекос, чередование, асимметрия, частота).
• По способу монтажа:
  • На DIN-рейку (наиболее распространенный вариант).
  • На монтажную панель.
  • Встраиваемые в оборудование.
• По типу выходного элемента:
  • С электромеханическим реле (гальваническая развязка, устойчивость к помехам).
  • С полупроводниковым ключом (высокое быстродействие, большое количество циклов).
• По наличию индикации:
  • Со светодиодной индикацией режимов (Сеть, Авария, Нагрузка Вкл.).
  • С цифровым дисплеем (отображение текущих значений напряжений, частоты).

Выбор реле контроля фаз для конкретной задачи

При подборе устройства необходимо учитывать:

1. Номинальное напряжение и частота сети. Должны соответствовать паспортным данным реле.
2. Чувствительность по перекосу. Для чувствительного оборудования (точные станки, медицинские аппараты) требуется установка более жесткого предела (5-10 В).
3. Время задержки. Должно быть больше времени пуска двигателя и времени срабатывания других защит (например, плавких вставок) для исключения ложных отключений.
4. Наличие регулировки чередования фаз. Обязательно для насосных станций, лифтов, конвейеров.
5. Климатическое исполнение и степень защиты корпуса (IP). Для установки в неотапливаемых щитах или в условиях повышенной влажности.
6. Тип и мощность выходных контактов. Должны надежно коммутировать цепь катушки контактора или другого исполнительного элемента.

Место в системе защиты электроустановок

Реле контроля фаз не заменяет, а дополняет другие виды защиты:

• Токовые защиты (автоматические выключатели, предохранители, тепловые реле). Защищают от токов короткого замыкания и длительной перегрузки по току.
• Реле контроля изоляции. Контролируют состояние изоляции относительно земли.
• Реле контроля фаз. Защищает исключительно от несимметричных и некачественных режимов питающей сети, которые не вызывают существенного роста тока и потому не обнаруживаются токовыми защитами.

Таким образом, оно является необходимым элементом комплексной защиты трехфазного асинхронного электродвигателя.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем разница между реле контроля фаз и реле напряжения?

Реле напряжения (однофазное) контролирует только величину напряжения в одной фазе. Реле контроля фас является трехфазным устройством и анализирует соотношение всех трех фаз между собой (напряжение, чередование, перекос), что критически важно для трехфазных потребителей.

Можно ли использовать реле контроля фаз в однофазной сети?

Нет, это бессмысленно и, как правило, технически невозможно, так как устройству для корректной работы необходимы сигналы со всех трех входов. Для защиты однофазной нагрузки используются однофазные реле напряжения.

Что делать, если реле постоянно срабатывает, хотя видимых проблем с сетью нет?

Необходима последовательная проверка:

1. Замерить истинные значения фазных напряжений и углов между ними с помощью вольтметра и фазометра.
2. Проверить, не ослаблен ли контакт на клеммах самого реле или подводящих проводах (имитация обрыва).
3. Увеличить время задержки на отключение, чтобы исключить влияние кратковременных провалов при пуске соседнего оборудования.
4. Ослабить уставку по перекосу фаз, если она установлена слишком жестко для данной сети.

Как проверить работоспособность реле контроля фаз?

Используя трехфазный лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) или набор однофазных ЛАТРов, смоделировать аварийные режимы:

• Отключить одну из фаз – реле должно сработать с заданной задержкой.
• Повысить/понизить напряжение на одной фазе относительно других – реле должно сработать по перекосу.
• Поменять местами две фазы на входе реле – должно сработать по чередованию (если функция активна).

Почему после отключения реле не включается автоматически, хотя напряжение восстановилось?

У большинства реле после срабатывания по аварии предусмотрен ручной (кнопка RESET) или автоматический перезапуск. Время автоматического перезапуска задается уставкой «Время задержки на включение» (tвкл). Необходимо дождаться истечения этого времени. Если реле не включилось, проверить, все ли параметры сети вернулись в допустимые пределы.

Обязательно ли подключать нулевой провод (N) к реле?

Зависит от конкретной модели. Некоторые реле, особенно более старые электромеханические, работают без нуля, питаясь от межфазного напряжения. Микропроцессорные модели часто требуют подключения нуля для питания своей логики. Точные указания содержатся в инструкции по эксплуатации устройства.

Заключение

Реле контроля обрыва и перекоса фаз является критически важным элементом в цепи управления трехфазным электрооборудованием, обеспечивающим его защиту от повреждений, вызванных несимметрией питающей сети. Современные многофункциональные устройства с регулируемыми уставками и цифровой индикацией позволяют гибко адаптировать защиту под конкретные условия эксплуатации и характеристики нагрузки. Правильный выбор, настройка и монтаж данного устройства существенно повышают надежность и срок службы дорогостоящих электродвигателей и технологических установок, предотвращая простои и дорогостоящий ремонт. Интеграция реле контроля фаз в систему управления является стандартом де-факто для ответственных трехфазных потребителей.