Проблема защиты различного электрооборудования от «неправильного» напряжения питания существует, практически, на любом предприятии, особенно, при работе оборудования от трехфазного напряжения. Кроме снижения и повышения напряжения на всех трех фазах, существенную роль играет т.н. «перекос фаз» - случай, когда напряжения на фазах имеют разную величину. Большой «перекос фаз» приводит к перегреву обмоток двигателей или трансформаторов и выходу их из строя.
Один из наиболее частых случаев, - это обрыв одной фазы.
Во многих случаях для нормальной работы оборудования требуется строго определенный порядок чередования фаз питающего напряжения. Иногда, в результате аварии в цепи питания, может возникнуть ситуация, когда все три фазы имеют напряжение 220В относительно «земли», но при этом две из них замкнуты между собой (т.н. «слипание» фаз). Работа оборудования при таком напряжении приведет к выходу его из строя.
Для защиты оборудования от «неправильного» напряжения питания в мире выпускается большое количество различных реле контроля напряжения (реле контроля фаз, мониторов сети и пр.). Например: SQZ3, С556, С557, СМ-PVN (АВВ),TPW400VSN4X, TPF400S4X (ф. TeleControl), EFN, PBN (ф. Entrelec) и др.
Стоимость таких реле составляет 50...250 USD, что часто, является препятствием для их применения. Некоторые из этих реле требует для работы отдельного напряжения питания (т.н. напряжения «оперативного» питания») для питания самого реле, что усложняет схему их подключения и ограничивает область применения.
Все реле можно условно, разделить на две группы: реле для контроля напряжения в сетях с изолированной нейтралью и реле для работы в сетях с глухозаземленной нейтралью.
Наибольшие трудности возникают при контроле сетевого напряжения в метрополитене и на железных дорогах. Движение электропоезда сопровождается появлением большого количества нелинейных искажений сетевого напряжения в смежных электросетях (см. рис. 1). Наблюдались случаи, когда дорогие импортные реле контроля известных фирм, при использовании в таких сетях, работали нестабильно или просто отказывались работать. Они не рассчитаны на работу в таких жестких условиях.
Отечественные реле, как правило, работают в таких условиях более устойчиво. Они, изначально, разрабатывались для наших сетей.
На сегодняшний день самыми массовыми отечественными реле контроля фаз для работы в сетях с изолированной нейтралью являются реле серии ЕЛ - ЕЛ11, ЕЛ12 и ЕЛ13 (см. таблицу). Разработанные около 30-ти лет назад КБ «Ритм» Киевского «НПО реле и автоматики» ныне - Электротехнический завод, они, практически, без изменений выпускаются до сих пор. Некоторые производители выпускают клоны этих реле со всеми их достоинствами и недостатками. Другие производители выпускают улучшенные модели с цифровой обработкой сигнала и дополнительными функциями контроля. При сохранение всех основных функций контроля, повысилась точность, т. к. измерение производится по действующему значению сигнала. Добавились новые функции и регулировки, исчезли старые недостатки, повысилась надежность реле и все это при цене 20...25USD. Несмотря на огромный выбор импортных реле, реле серии ЕЛ остаются популярными, в первую очередь, из-за своей низкой цены. Низкая цена в сочетании с удачно выбранными порогами срабатывания и минимуме регулировок, а также, полное отсутствие альтернативы, в свое время, способствовали широкому распространению этих реле.

В чем достоинства и недостатки этих реле, где и как их применять?
Реле предназначены для контроля полнофазности сетевого напряжения, порядка чередования фаз, снижения напряжения, и могут использоваться в схемах автоматического управления и защиты от недопустимой асимметрии фазных напряжений и работы на двух фазах. Для работы реле не требуется оперативного напряжения питания, питание реле осуществляется от контролируемой сети. Еще одним аргументом в пользу применения отечественных реле служит диапазон рабочих температур. У импортных реле он редко бывает ниже минус 25оС, у наших, как правило, минус 40оС.

Изначально основным недостатком всех реле этой серии было большое тепловыделение и, как следствие, низкая надежность. При плотной установке в шкафу и плохой вентиляции, реле быстро выходили из строя. Так у старых киевских реле на 380В потребляемая мощность при номинальном напряжении была порядка 5Вт.
У современных реле - около 3Вт, а у некоторых, даже менее 2Вт, что значительно повысило их надежность.
Существенным недостатком всех реле серии ЕЛ с аналоговой обработкой сигнала можно считать некорректность работы реле при включении в аварийном режиме. В сопроводительной документации это никак не отражено. Реле делают ложное включение на установленное время задержки при подаче на него заведомо ненормального напряжения.
Казалось бы безобидная ситуация. Но, к примеру, при использовании на кругловязальной машине такого реле, авария неизбежна, т. к. даже 1-2х секунд вращения в обратную сторону достаточно для поломки всех игл (от 500 до 2000шт. в зависимости от типа машины). Поэтому при эксплуатации таких машин действуют по старинке, - после подключения машины или ремонта силового кабеля, снимают приводной ремень, включают двигатель и смотрят - в какую сторону он крутится.Производители:
1 - "Электротехнический завод" г. Киев (www.etz.kiev.ua)
2 - ЗАО "Завод СТС" г. Санкт Петербург (www.zaosts.spb.ru)
3 - ООО "Реле и автоматика" г. Москва (www.rele.ru)
4 - ЗАО "Меандр" г. Санкт Петербург (www.meandr.ru)
5 - ОАО "ВНИИР" г. Чебоксары (www.vniir.ru)

Трагический случай из жизни: - Дерево упало на ЛЭП и оборвало два провода. Провода упали на землю друг на друга, произошло т.н. «слипание» фаз. Автоматика не отключила напряжение, провода остались под током и, как результат, несчастный случай. В качестве защитного реле было применено реле ЕЛ11. Электротехническая лаборатория, в чьем ведении находилась ЛЭП, провела сравнительные испытания реле ЕЛ11 разных производителей. Испытаниям подвергались реле типа ЕЛ11 производителей 1, 2, 3, 4 и реле РСН-25М (5) (см. таблицу). Были получены следующие результаты:
-При включении реле на нормальное напряжение с последующей имитацией различных видов аварий сетевого напряжения, оговоренных в сопроводительной документации, все реле работали точно в соответствии с документацией.
-При включении реле на нормальное напряжение с последующей имитацией слипания фаз (эта ситуация в документации не оговорена), все реле, кроме 4, в большинстве случаев, не отключаются, что и привело к трагическому случаю.
-При включении реле на заведомо ненормальное напряжение (с оборванной фазой, или обратным порядком чередования фаз, или при «слипшихся» фазах, или при заниженном напряжении), все реле, кроме 4, включали исполнительное реле на установленное время задержки, и только после этого отключили реле, обнаружив аварию сетевого напряжения.
По результатам испытаний был составлен акт и приняты соответствующие меры. К сожалению, только в рамках одной организации.

Несмотря на то, что все реле контролируют полнофазность напряжения, они имеют разные области применения: ЕЛ-11 предназначено для контроля уровня напряжения, ЕЛ-12 - контроль порядка чередования фаз и асимметрии напряжения (перекоса фаз), ЕЛ13 - контроль асимметрии напряжения без контроля чередования. Некоторые сферы применения:

• Реле ЕЛ11 могут использоваться для защиты источников питания, генераторов, а также, в качестве приборов контроля в системах АВР и пр.
• Реле ЕЛ12 используется для защиты мощных асинхронных электродвигателей работающих в нереверсивном режиме. К сожалению, в документации на это реле у большинства производителей указан порог срабатывания при снижении напряжения одной из фаз при номинальном напряжении 2-х других, что не позволяет судить о том, как работает это реле. Экспериментально было установлено, что, фактически, оно срабатывает при асимметрии фаз более 15-18%. Только в документации на все модификации реле ЕЛ12 и ЕЛ13 производства ЗАО Меандр указано, что реле контролируют, именно, асимметрию фазных напряжений. При обрыве одной из фаз некоторые типы двигателей генерируют напряжение (т.н. напряжение рекуперации) на оборванную фазу. Амплитуда напряжения может достигать 95% от напряжения на других фазах (в зависимости от типа двигателя и условий его работы). Модификация реле ЕЛ-12М-5-01 имеет регулировку допустимого значения асимметрии фаз в пределах от 5 до 20% линейного напряжения, что позволяет остановить двигатель при обрыве фазы и наличии большого напряжения рекуперации и, при этом, не будет реагировать на симметричное проседание напряжения при пуске двигателя. Еще одним плюсом этого реле является наличие минимального порога включения. Реле включится только, если напряжение в сети будет не ниже 70% номинального значения. Это особенно актуально для двигателей насосов, компрессоров и пр., где момент на валу не зависит от скорости вращения.
• Реле ЕЛ13 используется для защиты мощных электродвигателей, работающих в реверсивном режиме. Контролируемые параметры практически те же, что у ЕЛ12, кроме контроля чередования фаз. Реле выпускаются с разным временем срабатывания - 0.1, 0.15с и 0.5с, а также, с регулировкой от 0.1 до 10с.
Эти реле могут применяться для защиты от падения груза и стрелы на подъемных кранах при обрыве одной или двух фаз питающей сети. В соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов», эти механизмы должны быть оснащены устройствами контроля, обеспечивающими включение режима торможения при аварии питающей сети. Этим требованиям отвечают реле ЕЛ-13 (1, 3), ЕЛ-13М (2), ЕЛ-13М-10-01 и ЕЛ-13М-11-01 (4). Реле ЕЛ-13М-11-01 отличается увеличенным временем срабатывания - 0,5с. и применяется на кранах, где возможно кратковременное пропадание питающего напряжения при переходе токосъемника с одного троллея на другой для исключения ложных срабатываний. Для исключения человеческого фактора применять для этих целей реле с регулировкой времени срабатывания не рекомендуется.
Выпускается, также, модификация реле с регулировкой времени срабатывания и регулировкой порога срабатывания по напряжению ЕЛ-13М-5-01. Регулятор времени реакции позволяет установить желаемое значение от 0.1 до 10 секунд, чтобы избежать ложных срабатываний при наличии кратковременных возмущений в сети.
Несколько слов о моделях реле, типа ЕЛ с расширенным набором функций. Все реле производства (4) имеют контроль перенапряжения на уровне 1,3Uном. Реле ЕЛ12М-5-01 и ЕЛ13М-5-01 имеют дополнительно порог включения реле на уровне 0,7Uном. для защиты электродвигателей от пуска при заниженном напряжении, а реле ЕЛ12М-6-01 и ЕЛ13М-6-01 еще и задержку повторного включения 6мин. Эти реле предназначены для защиты электродвигателей компрессоров, холодильников кондиционеров и пр, где частые повторные включения нежелательны.
Что бы облегчить выбор для пользователю, ранее работавшему с реле серии ЕЛ, новые реле имеют аналогичные названия с добавлением индекса набора дополнительных функций контроля и типа корпуса.

На сегодняшний день закончены разработки и готовятся к серийному выпуску аналогичные реле для контроля сетей 0.6 кВ. Это недорогие, надежные, многофункциональные мониторы контроля сети с цифровой обработкой сигнала нового поколения.

В заключении хотелось бы сказать следующее: Эволюция реле серии ЕЛ, а именно: - применение современных микроконтроллеров с аналого-цифровой обработкой сигналов, избавление от врожденных пороков, появление у них дополнительных функций и регулировок ставит эти реле, по своим характеристикам и надежности, в один ряд с реле контроля мировых лидеров, таких как ABB, Siemens, Turk, Crouzet и пр. Это современные реле контроля с цифровой обработкой сигнала, ничем не уступающие по характеристикам мировым "брэндам", разработанные с учетом специфики наших электрических сетей и нашего климата.
Инженер-конструктор релейной техники
Васин Е.Н.
(812)-389-93-38, 389-68-31
www.meandr.ru