دستگاه‌های کنترل فاز یا رله‌های حفاظتی، موتورها و تجهیزات را از آسیب‌های گران قیمت ناشی از خطاهای ولتاژ در سیستم‌های سه فاز محافظت می‌کنند.
آیا با نقش این نوع تجهیزات در حفاظت از الکتروموتورها آشنا هستید و می‌دانید که چگونه آنها کاهش و یا افزایش ولتاژ هم‌زمان را کنترل می‌کنند و به جلوگیری از آسیب دیدن ماشین‌آلات و آسیب پرسنل کمک می‌کنند؟
در این مقاله قصد داریم با زبان ساده به بررسی دستگاه‌های کنترل فاز بپردازیم. در ادامه با فرنام الکتریک همراه باشید.
کنترل فاز چیست ؟
کنترل فاز از مهم‌ترین قطعات در طراحی مدار فرمان تجهیزات صنعتی است. اگر کارشناس برق صنعتی باشید، قطعاً می‌دانید که انبوه سیستم‌ها و تجهیزات سه فاز خصوصاً موتورهای الکتریکی نیاز به حضور هر سه فاز هم‌زمان دارند. عدم وجود یکی از فازها باعث عملکرد ناقص تجهیزات شده که به جریان کشی شدید و سوختن آنها می‌انجامد. دستگاه کنترل فاز برای ایجاد شرایط امن در راه‌اندازی تجهیزات برق سه فاز است.
در یک ساختار صنعتی ممکن است با چندین وسیله سه فاز به شکل هم‌زمان کار کنید. مثلاً سیستمی برای کار کردن دو یا چند الکتروموتور سه فاز دارید. اما قرار نیست تا برای هر تجهیز سه فاز یک کنترل فاز تعبیه کنید. بلکه باید از یک قطعه کنترل فاز برای امنیت تمامی تجهیزات استفاده کنید. در سیم بندی کنترل فاز نیز به دنبال آموزش این نکته هستیم.
عملکرد کنترل فاز متفاوت از تجهیزات مانند بیمتال، کلید حرارتی و یا کنترل بار است. تجهیزات مانند بیمتال، کلید حرارتی و یا کنترل بار برای پایش مقدار جریان مصرفی تجهیزات طراحی شده‌اند. لذا باید به شکل انفرادی وضعیت تجهیزات الکتریکی را بررسی نمایند. اما کنترل فاز برای پایش خط سه فاز در سیستم طراحی شده است. در این حالت حضور آن فراتر از نیاز یک تجهیز منفرد برای تمام شبکه است.
وظایف کنترل فاز
در صورت بروز هر یک از موارد زیر کنترل فاز مدار فرمان را قطع می کند:
- ولتاژ بالا تر از حد مجاز باشد
- ولتاژ پایین تر از حد مجاز باشد
- قطع یکی از فاز ها
- جابجایی فاز ها
- عدم تقارن فاز ها
مزایای استفاده از رله کنترل فاز چیست؟
با افزایش دور سیم‌پیچ‌های موتور، درجه حرارت اضافی تولید می‌شود. بالارفتن دما باعث خراب شدن موتور می‌شود. این خرابی برگشت‌ناپذیر است و در نهایت، سیم‌پیچ‌ها کوتاه می‌شوند و محفظه موتور، باعث خرابی موتور می‌شود.
واکنش زمان واحدهای اضافه بار حرارتی ممکن است خیلی کند باشد. وظیفه رله کنترل فاز محافظت مؤثر در برابر گرمای بیش از حد توسط جریان بالا است. این کار با محدود کردن جریان اضافی انجام می شود. به این ترتیب رله کنترل فاز به موارد زیر کمک کند:
- افزایش عمر موتور
- تعمیر یا تعویض بسیار پرهزینه موتورها را کاهش می‌دهد
- زمان خرابی را به دلیل مشکلات موتوری به حداقل می‌رساند
- کاهش خطر برق گرفتگی یا آتش‌سوزی ناشی از کوتاه شدن سیم‌پیچ‌های موتور
- ایمنی مدار الکتریکی را افزایش می‌دهد.
رله کنترل فاز چگونه کار می‌کند؟
وظیفه اصلی رله کنترل فاز دریافت سیگنال‌های ورودی و تعیین آن‌هاست. پس از مدتی سیگنال به یک مقدار مشخص و ثابت می‌رسد. در این زمان مخاطب خروجی موقعیت خود را تغییر می‌دهد. این خروجی تماسی به وسایلی مانند کنتاکتور و کلیدهایی که می‌توانند مدار را باز کنند متصل می‌شود. (یا یک خروجی آلارم به PLC ارسال می‌شود)
یک رله کنترل فاز دارای یک یا چند خروجی رله است که معمولاً در پیکربندی ایمن خرابی قرار دارند. این رله‌ها زمانی که شرایط تغذیه در محدوده تلورانس‌های قابل قبول باشد، مدار را روشن کرده و می‌بندند. تحت یکی از شرایط خطاهای فوق، خروجی‌ها باز می‌شوند. این کار مدار را قطع می‌کند. سیستم کنترل یا ماشین آلات را در انتهای خط خاموش می‌شوند. تا از هرگونه آسیبی که ممکن است به دلیل شرایط نامناسب تغذیه ایجاد شود محافظت کند.
دستگاه کنترل فاز چگونه طراحی شده است؟
برق سه فاز با سطح ولتاژ 380 الی 400 ولت استاندارد در واحدهای صنعتی است. تجهیزات ۳ فاز می‌توانند با ابعاد یکسان به نسبت از تجهیزات تک‌فاز قدرت و کارایی بالاتری داشته باشند. در عین حال کار کردن با تجهیزات سه فاز ساده‌تر از تجهیزات تک‌فاز است. اما چالش جدی تأمین همگی خطوط ۳ فاز در شبکه‌های صنعتی است.
خط برق ۳ فاز را با علامت‌های اختصاری R – S – T معرفی می‌کنند. اختلاف ولتاژ هر کدام از این فازها نسبت به یکدیگر ۳۸۰ ولت و نسبت به نول 230 ولت است. بارهای صنعتی با طراحی ۳ فاز نیاز به حضور کامل هر ۳ فاز R – S – T دارند. نبود و یا کاهش ولتاژ هر کدام از فازها باعث عدم تعادل در مصرف‌کنندگان سه فاز می‌شود. گاهی برق یکی از فازها سطح ولتاژ کمی دارد و یا به دلیل قطع شدن سیم، یکی از فازها را از دست داده‌ایم. در این صورت پدیده‌ی خطرناک دو فاز در سیستم رخ خواهد داد.
تجهیز کنترل فاز برای اصلاح فاز خراب شده نیست؛ بلکه برای قطع کردن کل سیستم تا اصلاح مجدد فاز از دست رفته است. تجهیز کنترل فاز همواره در حال پایش سطح ولتاژ خطوط R – S – T است تا در صورت فقدان هر کدام از فازها کل شبکه‌ی بعد از خودش را قطع کند. این تجهیز هیچ تسلطی بر رفتار سیستم قبل از خودش ندارد.
در داخل کنترل فاز المان‌های القایی برای اندازه‌گیری سطح ولتاژ فازها طراحی شده است. هر کنترل فاز سه خط ورودی ۳ فاز دارد. خروجی دستگاه نیز یک رله ۲ حالته با تعریف تیغه‌های NO و NC است. بسته به طراحی شبکه می‌توانید از تیغه‌های NO و NC کنترل فاز استفاده کنید. در مثال مطرح شده فیلم آموزشی گروه کالنجی برای نحوه بستن کنترل فاز از تیغه NO و اتصال ترمینال‌های شماره ۱۵ و ۱۸ استفاده شده است.
بر روی کنترل فاز از المان‌های کنترل نیز وجود دارد. یکی از این المان‌ها تنظیم تایمر On-Delay می‌باشد. این تایمر فعالیت کنترل فاز پس از قطع شدن هر کدام از فازها را به تأخیر می‌اندازد. وقتی پیش بینی کرده باشید که قطع فاز، یک باگ لحظه‌ای است، می‌توانید با تنظیم تایمر On-Delay بدون قطع شدن کل سیستم از کنار آن عبور کنید. اما اگر قطع فاز فراتر از یک باگ لحظه‌ای باشد، پس از گذشت زمان تنظیم شده، رله‌ها عمل کرده و سیستم قطع می‌شود.
کنترل فاز چه بخش‌هایی دارد؟
هر رله کنترل فاز دارای چندین ترمینال و چراغ LED است. ممکن است بر اساس طراحی شرکت سازنده کمی متفاوت باشند اما به صورت کلی تمامی این تجهیزات دارای چند بخش اصلی هستند که در ادامه هرکدام را توضیح خواهیم داد:
-
ترمینال‌های چندگانه (R , S , T) یا (L1 , L2 , L3)
ترمینال‌های چندگانه برای اتصال سه فاز ورودی برق شبکه می‌باشند. به طور کلی رله‌های کنترل فاز، بی‌نیاز از اتصال به نول تولید می‌شوند. به این ترتیب زمانی که سیم‌ها صحیح وصل شود. نشانگر تغذیه روشن خواهد شد.
-
Sensitivity یا (sen)
از این پیچ، برای تنظیم کردن حساسیت دستگاه در زمان مقایسه تقارن فازها استفاده می‌شود و با آن می‌توان مقدار حساسیت به عدم تقارن فازها را مشخص کرد.
-
On Delay
از این پیچ برای تنظیم مدت زمان انتظار در مواقعی که خطا صورت می گیرد و یا زمانی که مدار برای نخستین بار روشن می شود، استفاده می کنیم.
-
ترمینال شماره 15 کنترل فاز (ورودی فرمان)
یک ورودی فرمان در این ترمینال وارد می‌شود که می‌توان قسمت خروجی آن را در پایانه‌های 18 و 16 دریافت نمود.به عبارت دیگر این ورودی پایه COM رله داخلی است.
-
ترمینال شماره 16 (نرمال بسته یا خروجی)
زمانی که در ولتاژ سه فاز مشکل خاصی وجود نداشته باشد این خروجی متصل خواهد شد و در حالت نشانگر فعال رله نیز روشن می‌شود، کنتاکتور به این ترمینال متصل می‌شود.
-
ترمینال شماره 18 خروجی یا همان نرمال باز
این ترمینال تنها در زمان روشن بودن چراغ سیگنال REL باز و در سایر مواقع بسته است.
این ترمینال در دو حالت بسته است:
- زمانی که دستگاه غیرفعال است.
- یک خطا ایجاد و یا رله داخلی غیرفعال و قطع باشد.
وطیفه این ترمینال، مانیتورینگ و اتصال به PLC است.
-
نشانگر خطا
در حالت نرمال، دو الی سه نشانگر خطا روی هر کنترل نمایش داده می‌شود. در حالت جابجا شدن دو فاز از سه فاز و یا در حالتی که ولتاژ شبکه خارج از محدوده عملکردی مجاز است، پس از قطع رله داخلی نشانگر خطا هم روشن می‌شود.
قابل ذکر است که محدوده مجاز ولتاژ 300 الی 440 ولت در حالت سه فاز و 185 الی 240 ولت در حالت تک فاز است.
شرایط خطای خرابی فاز
- از دست دادن فاز
زمانی است که یک یا چند فاز دیگر وجود ندارند. یک افت فاز می‌تواند موتور را از راه‌اندازی یا عملکرد صحیح متوقف کند. اگر موتور از کار نیفتد، باعث عدم تعادل شدید در منبع می‌شود و می‌تواند منجر به افزایش جریان تا 600٪ در مراحل کار شود که با گرم شدن بیش از حد، به موتور آسیب برساند.
- تحت ولتاژ
این اتفاق زمانی خواهد افتاد که ولتاژ یک یا چند فاز کمتر از میزان حداقل از پیش تعیین شده باشد. ولتاژ پایین باعث می‌شود که موتور شما جریان بیشتری داشته باشد که ممکن است در طول زمان باعث آسیب شود.
- ولتاژ بیش از حد
این خطا زمانی رخ می‌دهد که ولتاژ یک یا چند فاز بیش از حد حداکثر از پیش تعیین شده باشد. ولتاژ بیش از حد خود می‌تواند باعث آسیب به موتور شود.
- توالی فاز
این خطا زمانی است که سه فاز به ترتیب صحیح به هم متصل نشده باشند. اگر موتور با توالی فاز نادرست راه‌اندازی شود، باعث می‌شود که آنها به صورت معکوس روشن شوند که ممکن است باعث آسیب شود.
- عدم تقارن فاز
زمانی که بار در هر سه فاز به درستی متعادل نیست، عدم تقارن فاز حاصل می‌شود. می‌تواند باعث آسیب به موتورهای AC و پمپ‌ها از طریق تنش حرارتی شود.
- اتلاف خنثی
از دست دادن نول می‌تواند باعث افزایش ولتاژ تا 2 برابر در دستگاه‌های تک فاز پایین جریان متصل بین 1 فاز و نول شود.
حرف آخر
افت فاز، ناشی از سوختن فیوز، اضافه بار حرارتی، سیم شکسته، تماس فرسوده یا خرابی مکانیکی است. یک افت فاز که تشخیص داده نمی‌شود می‌تواند به‌سرعت منجر به شرایط نا ایمن، خرابی پرهزینه تجهیزات شود. رله کنترل فاز یک سرمایه‌گذاری اقتصادی است که نصب آن ساده است. کنترل فاز در چندین مدل در دسترس هستند و انواع مختلفی از حفاظت را ارائه می‌دهند و محدوده ولتاژهای متعددی برای تطبیق با اکثر کاربردهای سه فاز دارند.