วิธีป้องกันเครื่องจักรที่มีมูลค่าสูงด้วยรีเลย์มอนิเตอร์สามเฟสที่มีราคาต่ำ

เครื่องจักรเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ที่พบในระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ (HVAC) การบำบัดน้ำ การจัดการวัสดุ เครื่องมือกล การเดินเรือ และการบิน ใช้พลังงานจากมอเตอร์สามเฟส อุปกรณ์ที่เชื่อถือได้เหล่านี้อาจได้รับความเสียหายจากสภาวะความผิดปกติต่างๆ ซึ่งหากไม่ได้รับการแก้ไขอย่างรวดเร็ว อาจนำไปสู่ความล้มเหลวหรืออย่างน้อยก็ทำให้อายุการใช้งานสั้นลง ส่งผลให้เกิดการหยุดทำงานและค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมที่สำคัญ

รีเลย์ตรวจสอบเฟสสามารถใช้เพื่อตรวจจับความผิดปกติเหล่านี้ แจ้งผู้ปฏิบัติงาน และหยุดเครื่องก่อนที่จะเกิดความเสียหายถาวร รีเลย์เหล่านี้สามารถตรวจจับได้ว่าทั้งสามเฟสมีอยู่ มีลำดับที่ถูกต้อง และมีแรงดันเฟสภายในช่วงที่ถูกต้อง หากเกิดข้อผิดพลาดขึ้น รีเลย์สามารถเปิดชุดของหน้าสัมผัสที่สามารถเริ่มต้นเงื่อนไขการเตือนหรือปิดเครื่องได้

มีรีเลย์ตรวจจับเฟสที่หลากหลายเพื่อรองรับแรงดันไฟฟ้า การกำหนดค่าแบบสามเฟส และเงื่อนไขข้อผิดพลาด บทความนี้กล่าวถึงโหมดความล้มเหลวของมอเตอร์ที่อาจเกิดขึ้นและวิธีการทำงานของรีเลย์ตรวจจับเฟส จากนั้นจะอธิบายการเลือกและการประยุกต์ใช้รีเลย์ตรวจสอบสามเฟสโดยใช้ตัวอย่างจากโลกแห่งความเป็นจริง Carlo Gavazzi{

โหมดเฟลของมอเตอร์สามเฟส

ในบรรดาข้อผิดพลาดทั่วไปในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้แก่ ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับแหล่งพลังงานสามเฟสและผลกระทบต่อมอเตอร์ การสูญเสียหนึ่งในสามเฟสหรือความไม่สมดุลของแรงดันเฟสอาจส่งผลให้กระแสไฟสูงกว่าปกติในเฟสที่เหลือไปยังมอเตอร์ นำไปสู่การสูญเสียพลังงานกล และการสั่นสะเทือนทางกลมากเกินไป ในทำนองเดียวกัน แรงดันไฟเกินและแรงดันไฟเกินจะบังคับให้มอเตอร์เพิ่มกระแสเพื่อขับเคลื่อนโหลดเดียวกัน ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์สั้นลง

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการมีลำดับเฟสที่ไม่ถูกต้องซึ่งอาจทำให้มอเตอร์กลับทิศทาง ซึ่งอาจส่งผลร้ายในด้านโหลดของมอเตอร์

ฟังก์ชั่นรีเลย์ตรวจสอบเฟส

รีเลย์การตรวจสอบเฟสมีฟังก์ชันหลากหลายที่เกี่ยวข้องกับสถานะของแหล่งพลังงานสามเฟส ขับเคลื่อนโดยสายสามเฟสที่พวกเขาตรวจสอบ ทั้งหมดตรวจสอบลำดับเฟสและการสูญเสียแรงดันเฟสใดๆ รีเลย์จะทำงานเมื่อมีเฟสทั้งหมด และลำดับพลังงานถูกต้อง ในกรณีที่เฟสใด ๆ หายไปหรือลำดับเฟสไม่ถูกต้อง รีเลย์จะยกเลิกการจ่ายไฟ รีเลย์ตรวจสอบเฟสบางตัวยังตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้าของทั้งสามเฟส การกำหนดแรงดันไฟฟ้าใช้การวัดค่าจริงของรูทหมายถึงสแควร์ (TRMS) และปิดใช้งานรีเลย์เมื่อแอมพลิจูดลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า อุปกรณ์บางอย่างมีการตรวจจับแอมพลิจูดเหมือนกัน แต่มีการตั้งค่าขีดจำกัดที่ผู้ใช้ปรับได้ รุ่นรีเลย์หลายรุ่นจะตรวจสอบความไม่สมดุลและความคลาดเคลื่อนของเฟส รีเลย์ทั้งหมดมีการหน่วงเวลาก่อนการสั่งงานเนื่องจากระดับแรงดันไฟฟ้าหรือปัญหาความไม่สมดุลเพื่อป้องกันการเปิดใช้งานที่หลอกลวง ในบางรุ่นการหน่วงเวลาสามารถตั้งโปรแกรมได้

ตัวเลือกรีเลย์ตรวจสอบเฟส

DPA01CM44 จาก Carlo Gavazzi Inc. เป็นตัวอย่างของรีเลย์แบบไวต่อเฟสสำหรับการกำหนดค่าแบบสามสาย (รูปที่ 1) ซีรีส์นี้ใช้พลังงานจากแหล่งกำเนิดสามเฟส โดยมีรุ่นที่ใช้งานได้ที่แรงดันไฟฟ้า 230, 400, 600 และ 690 โวลต์ AC (VAC) รีเลย์เหล่านี้มีไว้สำหรับติดตั้งบนราง DIN โดยมีรุ่นปลั๊กอินให้เลือกด้วย คอนฟิกูเรชันเอาท์พุตรีเลย์เป็นแบบ single-pole double-throw (SPDT) หรือ dual SPDT contact

รูปที่ 1: DPA01CM44 เป็นรีเลย์ตรวจสอบเฟสที่ติดตั้งบนราง DIN สำหรับสายสามเฟส 208 ถึง 480 VAC พร้อมเอาต์พุตหน้าสัมผัสรีเลย์ SPDT (แหล่งรูปภาพ: Carlo Gavazzi Inc.)

ภายใต้สภาวะแรงดันไฟปกติ รีเลย์จะทำงาน หมายความว่าหน้าสัมผัสเปิดตามปกติ (NO) ของเอาต์พุตรีเลย์ถูกปิด และหน้าสัมผัสเอาต์พุตแบบปิดตามปกติ (NC) เปิดอยู่ การทำงานของรีเลย์เกิดขึ้นภายใน 100 มิลลิวินาที (มิลลิวินาที) ไฟ LED แสดงสถานะที่แผงด้านหน้าแสดงการเปิดเครื่องและการเปิดใช้งานรีเลย์

รีเลย์ตรวจสอบเฟส DPA01 สามารถติดตั้งเพื่อตรวจสอบสายสามเฟสใดๆ (ตัวอย่างที่ 1 ในรูปที่ 2) หรืออาจเชื่อมโยงกับมอเตอร์สามเฟส (ตัวอย่างที่ 2)

รูปที่ 2: ตัวอย่างการใช้งานสำหรับรีเลย์มอนิเตอร์สามเฟส DPA01 ซีรีส์ ตัวอย่างที่ 1 (ซ้าย) แสดงว่าเชื่อมต่อเพื่อตรวจสอบสายสามเฟส ตัวอย่างที่ 2 (ขวา) แสดงให้เห็นการใช้งานในการตรวจสอบมอเตอร์สามเฟส (แหล่งรูปภาพ: Carlo Gavazzi Inc.)

เมื่อเกิดข้อผิดพลาดขึ้นในแอพพลิเคชั่นใดแอพพลิเคชั่นหนึ่ง คอนแทคเตอร์ที่เชื่อมต่อกับรีเลย์ด้วยวิธีที่เหมาะสมจะเปิดวงจรสามเฟสที่ต่อเนื่องกัน ในขณะที่รีเลย์ตรวจสอบยังคงเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน เมื่อเชื่อมต่อกับจอภาพแบบสามเฟสโดยไม่ใช้มอเตอร์ จะไม่มีปัญหาในการตรวจหาเฟสที่ตายเพราะระดับของอินพุตที่ขาดหายไปจะลดลงอย่างมาก เมื่อจอภาพเชื่อมต่อกับมอเตอร์ การทำงานของมอเตอร์มีแนวโน้มที่จะสร้างเฟสที่หายไปใหม่เนื่องจากการคัปปลิ้งแบบเหนี่ยวนำภายใน รีเลย์ถูกตั้งค่าให้ตรวจจับเฟสที่หายไปตราบใดที่แอมพลิจูดน้อยกว่า 85% ของแรงดันไฟฟ้าสามเฟสที่ระบุ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องตรวจสอบว่าการสร้างใหม่ของมอเตอร์น้อยกว่า 85% ของแรงดันไฟฟ้าในสายที่กำหนด

ในการใช้งานที่ต้องการเกณฑ์แรงดันไฟเกินหรือแรงดันไฟต่ำแบบกำหนดเอง Carlo Gavazzi's DPB01CM48 สามารถใช้รีเลย์ตรวจสอบเฟสแบบมัลติฟังก์ชั่นได้ รีเลย์นี้จะตรวจจับสภาวะแรงดันไฟเกินและแรงดันไฟต่ำ ตลอดจนเฟสที่สูญหายและลำดับเฟสที่ไม่เหมาะสม ผู้ใช้สามารถปรับระดับแรงดันไฟเกินและแรงดันไฟต่ำได้ผ่านสวิตช์ที่แผงด้านหน้า (ภาพที่ 3)

รูปที่ 3: รีเลย์การตรวจสอบเฟสแบบมัลติฟังก์ชั่น DPB01CM48 จะตรวจสอบการสูญเสียเฟส ลำดับเฟส และเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันตกที่สามารถเลือกได้โดยใช้การควบคุมที่แผงด้านหน้า ผู้ใช้สามารถปรับการหน่วงเวลาการทำงานสำหรับแรงดันไฟเกินและแรงดันไฟต่ำได้เพื่อลดการเปิดใช้งานชั่วคราว (แหล่งรูปภาพ: Carlo Gavazzi Inc.)

รีเลย์นี้ติดตั้งบนราง DIN และรองรับโทโพโลยีสามเฟสเดลต้าและสตาร์/ไวย์ มีช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ผู้ใช้ตั้งโปรแกรมได้ สามารถเลือกได้ตั้งแต่ 380, 400, 415, 480 VAC แบบ line-to-line และ 220, 230, 240 และ 277 VAC แบบ line-to-neutral โทโพโลยีวงจรและช่วงแรงดันไฟฟ้าถูกตั้งค่าโดยใช้สวิตช์จุ่มภายใน รุ่นแยกต่างหากในตระกูล DPB01 รองรับช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า

มีปุ่มควบคุมสามปุ่มที่แผงด้านหน้าของรีเลย์ ตัวบนกำหนดเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจาก -2 ถึง -22% ของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย ตัวกลางกำหนดเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าบนจาก 2 ถึง 22% ของแรงดันไฟฟ้าปกติ และตัวควบคุมต่ำสุดใช้เพื่อตั้งค่าการหน่วงเวลาการทำงานระหว่าง 10 ms ถึง 30 วินาที (s) การหน่วงเวลาใช้เพื่อป้องกันไม่ให้แรงดันไฟชั่วขณะชั่วขณะทำให้รีเลย์สะดุดโดยไม่ได้ตั้งใจ

มีไฟ LED สามดวงที่แผงด้านหน้าของรีเลย์เพื่อแสดงสถานะ ไฟ LED สีเขียวแสดงว่าเปิดเครื่องอยู่ ไฟ LED สีเหลืองแสดงว่ารีเลย์ได้รับพลังงานแล้ว หากมีเหตุการณ์สัญญาณเตือน ไฟ LED สีเหลืองจะดับลง และรีเลย์จะไม่ได้รับพลังงานหลังจากหมดเวลา และไฟ LED สีแดงจะกะพริบ หากข้อผิดพลาดเป็นสภาวะแรงดันไฟเกินหรือแรงดันไฟต่ำ ไฟ LED สีแดงจะกะพริบที่ความถี่ 2 เฮิรตซ์ (Hz) และรีเลย์จะถูกยกเลิกการจ่ายพลังงานหลังจากหมดเวลา หากเฟสสูญหายหรือลำดับเฟสไม่ถูกต้อง รีเลย์จะยกเลิกการจ่ายกระแสไฟภายใน 200 มิลลิวินาที และไฟ LED สีแดงจะกะพริบที่อัตรา 5 Hz ตลอดระยะเวลาของเงื่อนไขข้อผิดพลาด

ดิDPC01DM69 รีเลย์การตรวจสอบเฟสมีชุดคุณลักษณะที่สมบูรณ์ที่สุดของ Carlo Gavazzi (รูปที่ 4) รีเลย์แบบติดตั้งบนราง DIN นี้จะตรวจสอบลำดับเฟสและการสูญเสียเฟส ตลอดจนแรงดันตกและแรงดันเกิน สมมาตรของเฟส และพิกัดความเผื่อ

รูปที่ 4: DPC01DM69 เป็นรีเลย์มอนิเตอร์เฟสที่ติดตั้งบนราง DIN พร้อมไฟ LED ที่ขอบด้านซ้ายซึ่งระบุสถานะรีเลย์ (สีเหลือง) สถานะสัญญาณเตือน (สีแดง) และสถานะพลังงาน (สีเขียว) ควบคุมการตั้งค่าเกณฑ์ความคลาดเคลื่อน/ความไม่สมมาตรหรือแรงดันไฟเกิน/แรงดันไฟต่ำ และรีเลย์หน่วงเวลา (แหล่งรูปภาพ: Carlo Gavazzi Inc.)

DPC01DM69 ทำงานคล้ายกับ DPB01CM48 ในแง่ของการเลือกช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานและโทโพโลยีแบบสามเฟส มีตัวเลือกสวิตช์จุ่มเพิ่มเติมสำหรับการหน่วงเวลาการเปิดเครื่อง (1 วินาทีหรือ 6 วินาที) การกำหนดค่าเอาต์พุต (หน้าสัมผัส SPDT ชุดคู่หรือชุดหน้าสัมผัสสองขั้ว double-throw (DPDT) ชุดเดียว) และฟังก์ชันตรวจสอบแรงดันไฟเกิน/ แรงดันไฟต่ำหรือความไม่สมดุล/ความคลาดเคลื่อน

DPC01CM69 ทำงานในสามโหมดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทการเตือน การสูญเสียเฟสหรือลำดับเฟสที่ไม่ถูกต้องส่งผลให้รีเลย์เอาต์พุต 1 และ 2 หมดพลังงาน เหตุการณ์แรงดันไฟเกินหรือความไม่สมดุลทำให้รีเลย์เอาต์พุต 1 ยกเลิกการจ่ายไฟเมื่อสิ้นสุดการหน่วงเวลาที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 1 และเหตุการณ์แรงดันไฟเกินหรือค่าความคลาดเคลื่อนทำให้รีเลย์เอาต์พุต 2 ยกเลิกการจ่ายพลังงานเมื่อสิ้นสุดการตั้งค่าล่วงหน้า ล่าช้า 2 การจัดวางเอาต์พุตคู่นี้ช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการตอบสนองต่อเหตุการณ์สัญญาณเตือนต่างๆ

ความไม่สมมาตรเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพของแหล่งพลังงาน และถูกกำหนดให้เป็นค่าสัมบูรณ์ของการเบี่ยงเบนสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าในสาย หารด้วยแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยของระบบ 3 เฟส ความคลาดเคลื่อนเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพของแหล่งพลังงานอีกตัวหนึ่ง และถูกกำหนดให้เป็นค่าสัมบูรณ์ของค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าสายจากแรงดันระบุ หารด้วยแรงดันไฟระบุของระบบ 3 เฟส (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: สมการความไม่สมมาตรและความคลาดเคลื่อนของแหล่งกำเนิดสามเฟส (แหล่งรูปภาพ: Carlo Gavazzi Inc.)

โดยทั่วไป ความไม่สมดุลของเส้นสามเฟสควรน้อยกว่า 2% เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ความร้อนสูงเกินไปในมอเตอร์สามเฟส โปรดทราบว่ามาตราส่วนความไม่สมมาตรและพิกัดความเผื่อบนฝาครอบ DPC01CM69 มีตั้งแต่ 2 ถึง 22%

สรุป

การตรวจสอบ AC แบบสามเฟสเป็นสิ่งสำคัญในการหลีกเลี่ยงการหยุดทำงานที่มีค่าใช้จ่ายสูงเนื่องจากมอเตอร์เสียหาย เพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งนี้จะทำสำเร็จได้อย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพ Carlo Gavazzi นำเสนอรีเลย์มอนิเตอร์สามเฟสที่หลากหลายซึ่งออกแบบโดยใช้เทคนิคการวัดที่ซับซ้อนที่สุด ในขณะที่ยังให้การตั้งค่าที่ง่ายอีกด้วย รีเลย์มีตั้งแต่อุปกรณ์ธรรมดาๆ ที่ตรวจสอบการสูญเสียเฟสและลำดับเฟส ไปจนถึงจอภาพที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งจะตรวจจับสภาวะแรงดันไฟเกินและแรงดันตก รวมถึงความไม่สมดุลของเฟสและความคลาดเคลื่อน รีเลย์มอนิเตอร์เฟสเหล่านี้ให้การประกันว่าปัญหาแหล่งพลังงานสามเฟสจะไม่ทำให้เครื่องจักรราคาแพงเสียหาย