Tecnología de protección contra pérdida de fase del relé: principio, aplicación y tendencia de desarrollo

El principio básico y la importancia de la protección contra pérdida de fase.

Peligros de fallas por pérdida de fase

La pérdida de fase se refiere al fenómeno de que falta cualquier fase del suministro de energía en un sistema de energía trifásico, que es una de las principales razones que conducen a la quema de motores asíncronos trifásicos. Cuando el motor trifásico está en funcionamiento cuando falta una fase, se producirá un componente de corriente de secuencia negativa, lo que resultará en un desequilibrio de la corriente trifásica o demasiado grande, lo que a su vez causa que el devanado del motor se queme instantáneamente. Según las estadísticas, alrededor del 40% de las averías de los motores están relacionadas con la pérdida de fase del suministro eléctrico.

El principio básico de la protección contra pérdida de fase del relé.

La protección de pérdida de fase del relé determina si se ha producido una falla de pérdida de fase monitoreando la anomalía de corriente o voltaje del circuito trifásico. Para motores con conexión en estrella (Y), dado que la corriente de línea es igual a la corriente de fase, los relés térmicos comunes pueden proporcionar una protección efectiva; sin embargo, para motores con conexión en triángulo (Δ), dado que la corriente de fase no es igual a la corriente de línea, es posible que los relés térmicos comunes no puedan actuar a tiempo y se deben usar relés especiales de protección contra fallas de fase.

Mecanismo de protección diferencial de rotura de fase.

Los relés térmicos con protección de ruptura de fase utilizan un mecanismo diferencial, que consta de una placa guía superior, una placa guía inferior y una palanca. Cuando se desconecta una fase, el bimetal de esa fase se enfría y se rearma, empujando la placa guía superior para moverse hacia la derecha, mientras que el bimetal de las otras dos fases continúa doblado por el calor, empujando la placa guía inferior para moverse hacia la izquierda, desencadenando la acción de protección mediante acción diferencial.

Esquema de realización técnica de protección de pérdida de fase.

Protección de pérdida de fase del relé térmico

El relé térmico común empuja el actuador a través de la flexión bimetálica por calor, pero tiene un efecto limitado en la protección del motor con conexión Δ.

El relé térmico diferencial resuelve este problema mediante un diseño estructural especial. Cuando se produce una pérdida de fase, el bimetal del lado de pérdida de fase se enfría y se reinicia, mientras que las otras dos fases continúan deformándose por el calor, lo que activa la protección por acción diferencial.

Protección contra pérdida de fase tipo monitoreo de voltaje

Utiliza tres relés de bajo voltaje con voltaje de liberación ajustable, las bobinas están conectadas en estrella y el nodo común está conectado a la línea cero.

La desventaja es que la sensibilidad es insuficiente y el motor aún puede mantener un voltaje alto durante la pérdida de fase, lo que resulta en un retraso en la protección.

Relé electrónico de protección integral

Al integrar un microprocesador y una tecnología de detección avanzada, puede monitorear múltiples parámetros como corriente y voltaje simultáneamente, logrando una protección integral.

Tecnología de relé de estado sólido (SSR)

Adecuado para sistemas de baterías de automóviles de alto voltaje con voltajes de salida soportados de hasta 900 V, presenta una respuesta rápida y una larga vida útil.

Retos y soluciones en la práctica

Desafíos de protección para motores conectados en Δ

Las soluciones incluyen el uso de relés de protección de falla de fase especializados, protectores de motor integrados o el diseño de circuitos de protección auxiliares.

Problemas de discrepancia en el voltaje de liberación del contactor

Los voltajes de liberación de contactores comunes oscilan entre 0,2Us y 0,7Us, lo que puede provocar fallas en la protección de pérdida de fase.

Una solución más viable es adoptar una estrategia de protección basada en la protección actual.

Riesgo de que los relés fallen por sí solos

Las medidas preventivas incluyen el uso de productos confiables de calidad, pruebas y mantenimiento regulares, diseño redundante y el uso de relés inteligentes con funciones de autodiagnóstico.

Fallos fuera de fase en sistemas fotovoltaicos

Se pueden utilizar relés para desconectar el sistema fotovoltaico de la red en caso de un fallo de red para una protección rápida.

Innovación tecnológica de protección contra pérdida de fase de relé.

Sistema inteligente de protección de pérdida de fase basado en CPLD

Contiene un módulo de adquisición de señales, un módulo de procesamiento lógico CPLD y un módulo de protección de control de tiristores.

A través del algoritmo de evaluación en tiempo real del estado del circuito, una vez que se detecta la pérdida de fase, se cierra inmediatamente el SCR único para proteger el relé.

Diseño integrado y miniaturizado

como pequeños relés de estado sólido, lo que reduce el tamaño de la solución hasta en un 90% y al mismo tiempo reduce los costos de la lista de materiales.

Aplicaciones de nuevos materiales

El uso de contactos de aleación de plata, materiales aislantes cerámicos, etc. mejora la resistencia del relé a altas temperaturas y arcos.

Tecnología de semiconductores de banda ancha

La introducción de dispositivos de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN) ha elevado la temperatura de funcionamiento de los relés de estado sólido a más de 200 °C y ha llevado la frecuencia de conmutación a la era de los MHz.

Guía de selección para protección de pérdida de fase de relé

Selección según el tipo de carga.

Las cargas resistivas, inductivas o capacitivas requieren diferentes características de relé.

Clasificaciones de voltaje y corriente coincidentes

Asegúrese de que la clasificación del relé sea superior a los parámetros operativos máximos del sistema. Consideración de la adaptabilidad ambiental

Los factores ambientales como alta temperatura, alta humedad, vibración, etc. afectan la selección del relé.

Análisis de requisitos funcionales.

Diferentes requisitos, como la protección básica, la monitorización inteligente o el control remoto, determinan el tipo de producto.

Escenarios de aplicación típicos de protección de pérdida de fase de relé

Protección de motores industriales

Protección contra pérdida de fase para equipos clave como bombas de agua, ventiladores y compresores.

Sistema de alto voltaje para vehículos de nueva energía

Protección de circuitos para gestión de baterías, control de motores, sistema de carga y otros enlaces.

Sistema de generación de energía fotovoltaica.

Protección de inversores, conmutación de red, gestión de almacenamiento de energía y otras aplicaciones.

Distribución inteligente de energía en edificios

Monitoreo de energía de cargas importantes como ascensores y aires acondicionados.

Tendencias de desarrollo futuras

Inteligente y Digital

Nueva generación de dispositivos de protección que integran microprocesadores, algoritmos de procesamiento de señales digitales e interfaces de comunicación para lograr la definición de software y la gestión remota de funciones de protección.

Tecnología de relé de estado sólido

A medida que avance la tecnología de semiconductores, aumentará gradualmente la proporción de relés de estado sólido en aplicaciones de alto voltaje y alta corriente.

Mantenimiento predictivo e integración de IoT

Los relés inteligentes pueden detectar posibles peligros de fallas con anticipación mediante el monitoreo continuo de los parámetros del estado del equipo y una profunda integración con los sistemas industriales de IoT.

Diseño estandarizado y modular

Los relés de protección modernos suelen utilizar montaje integrado, terminales estándar e interfaces LCD HD para simplificar los procesos de instalación y configuración.