Wydawać by się mogło, że na tym etapie rozwoju technologicznego, kwestia dostarczenia właściwego zasilania do urządzeń jest rzeczą relatywnie łatwą. A mimo to przez wieloletni brak modernizacji sieci przesyłowych, zakłócenia i sytuacje awaryjne w systemach dystrybucji, przepalenie pojedynczej topikowej wkładki bezpiecznikowej w zabezpieczeniu trójfazowym czy proste poluzowanie przewodu, potrafi spowodować nie lada problemy z urządzeniami. Zanik oraz asymetria faz czy skoki napięcia mogą trwale uszkodzić urządzenia elektryczne i elektroniczne. Ich naprawa lub wymiana jest często kosztowna, więc naturalnym wydaje się chęć ich zabezpieczania przed tymi zjawiskami.
Zabezpieczenia elektryczne
Instalacje zasilające urządzenia w energię elektryczną, na każdym ich poziomie, wyposażone są w różnego rodzaju zabezpieczenia chroniące przed negatywnymi skutkami, mogącymi wystąpić w obwodach urządzeń. Podstawowe zabezpieczenia jak wkładki topikowe, wyłączniki nadmiarowo-prądowe, różnicowo-prądowe, ochronniki przepięciowe stanowią ochronę podstawową. Pozwala ona na bezpieczne użytkowanie instalacji elektrycznej chociażby w naszych domach. Lecz w przypadku zakładów przemysłowych warto pomyśleć o jej doposażeniu w dodatkowe komponenty.
Do pracy urządzeń, zwłaszcza tych zasilanych trójfazowo, warto stosować dodatkowe zabezpieczenia wykrywające przedstawione już zaniki i asymetrię faz oraz niewielkie skoki napięcia, w których ogranicznik przepięciowy nie zadziała. Zaliczymy je do grupy urządzeń nadzorczych. Uwzględniając fakt, że zazwyczaj sygnałem wyjściowym jest zmiana pozycji styku, często nazywamy je przekaźnikami nadzorczymi. Ich całkiem pokaźne portfolio posiada w swojej ofercie Finder i to na tych produktach się dzisiaj skupimy.
Zagrożenia w układach zasilania
Urządzenia, nie tylko przemysłowe, wymagają właściwego zasilania – to chyba jasne. Najprostszym przykładem, takim sztampowym, jest zasilany trójfazowo silnik elektryczny z rozruchem bezpośrednim. Aby pracował on poprawnie, potrzebuje napięcia o wartości zgodnej z jego napięciem znamionowym pracy. Zazwyczaj jest to ogólnodostępne 400V AC 50Hz. Co więcej, napięcie musi być symetryczne w każdej z faz. Niesymetryczność, podobnie jak zanik jednej z faz, prowadzi do nierównomiernego obciążenia silnika i znacznego wzrostu jego temperatury. Jest to jak wiadomo bardzo szkodliwe i może prowadzić do uszkodzenia izolacji, a w rezultacie zwarcia uzwojeń.
Nawet jeśli napięcie ma odpowiednią wartość, jest symetryczne i obecne na wszystkich fazach, zadbać należy także, aby zostały one doprowadzone w odpowiedniej kolejności. Zamiana faz jest bardzo niebezpieczna! Jeśli zamienimy ze sobą dwie fazy to napęd zacznie obracać się w przeciwnym kierunku. Wprawiane w ruch przez silnik elementy mogą spowodować sytuację niebezpieczną, której operator maszyny może w danym momencie być nieświadomym.
W przypadku urządzeń jednofazowych największe niebezpieczeństwo to oczywiście skoki napięcia. Mogą się one pojawić na skutek warunków pogodowych (burze, pioruny) oraz operacje łączeniowe w sieci elektrycznej. Tutaj zazwyczaj zadziała ochronnik przepięciowy. Natomiast istnieją inne niebezpieczeństwa, które skutkują również zmianami napięcia, ale nie aż tak mocnymi. Coraz większy wpływ na napięcie w sieci mają instalacje fotowoltaiczne. Stosowane tam falowniki, aby „wypchnąć” energię do sieci, muszą wytworzyć napięcie wyższe od w niej panującego. Jeśli w otoczeniu jest kilka takich instalacji, próbują one się prześcignąć, co przekłada się na lokalny wzrost napięcia w sieci.
Innym, z pozoru błahym powodem wzrostu napięcia, jest utrata przewodu neutralnego. Na skutek poluzowania, przecięcia, uszkodzenia połączenia w połączeniu z nierównym obciążeniem faz dochodzi do silnej asymetrii napięcia, mogącego osiągnąć nawet poziom napięcia międzyfazowego. W ten sposób zasilone urządzenie jednofazowe z pewnością zostanie trwale uszkodzone.
Działanie i rodzaje przekaźników nadzorczych
Do ochrony przed opisanymi wyżej sytuacjami służą przekaźniki nadzorcze. Ich implementacja w instalacji wygląda nieco inaczej niż na przykład wyłączników nadmiarowo prądowych, gdyż nie powodują one bezpośrednio rozwarcia linii układu zasilającego.
W przypadku przekaźnika nadzorującego parametry napięcia zasilającego, na zaciski zostaje doprowadzone to samo napięcie zasilające, którym zasilane jest dane urządzenie. Przekaźnik stale monitoruje jego parametry i w przypadku wystąpienia nieprawidłowości, następuje przełączenie zestyku wyjściowego. Jego wykorzystanie zależy już od implementacji w obwodzie i może być bardzo różne. Najbardziej podstawowe stanowi podłączenie cewki stycznika, który następnie rozwiera obwód zasilania danego urządzenia. Jeśli zastosujemy taki przekaźnik w układzie z przemiennikiem częstotliwości, możemy zadanym sygnałem zezwalać bądź blokować jego pracę z pominięciem na przykład sterowania z PLC.
Przekaźniki nadzorcze napięcia
Jako, że jest to najszersza grupa produktów, warto je nieco rozróżnić. Podobnie jak zwykłe zabezpieczenia dzielimy w zależności od typu układu zasilającego na jedno- i trójfazowe, analogiczny podział występuje w przekaźnikach nadzorczych. Dodatkowo występują szczególne zastosowania o zwiększonych wymaganiach. W tym przypadku Finder poszczycić się może produktami dedykowanymi dla kolejnictwa, o których także wspomnimy.
Układy jednofazowe
Zacznijmy od przekaźników nadzorczych napięcia w instalacjach jednofazowych. Przy zasilaniu jednofazowym nie uświadczymy asymetrii faz. Mimo, że może ono występować w sieci, to nie wpływa ono wcale na pracę tych odbiorników. Zatem kontrolują one wyłącznie poziom napięcia:
|
|
70.11
|
Układy trójfazowe
Przy układach zasilanych trójfazowo, należy kontrolować poziom napięcia na każdej z faz i wynikającą z tego asymetrię. Dodatkowo zabezpieczamy się przed zmianą kolejności oraz zanikami faz. Tutaj mamy znacząco szerszy wybór przekaźników nadzorczych:
|
|
70.31
|
 |
70.41
|
 |
70.42
|
 |
70.61
|
 |
70.62
|
Do zastosowania w kolejnictwie
Na koniec warto wyszczególnić urządzenia przystosowane do pracy w kolejnictwie, gdyż spełniają one podwyższone normy odporności na ogień (PN-EN 45545-2 +A1:2016) oraz zwiększone wibracje i wstrząsy (PN-EN 61373), a także temperaturę i wilgotność (PN-EN-50155).
|
|
70.61T
|
 |
70.62T
|
Przekaźnik nadzorczy termistorowy
Kontroli pracy silnika trójfazowego można także dokonywać dzięki wbudowanym w nie termistorom. Zamiast badać napięcie zasilające, do odpowiedniego przekaźnika nadzorczego podłączamy wbudowany termistor. Wzrost temperatury silnika może wynikać z jego zużycia np. łożysk, oporów napędzanych elementów maszyny, utyku napędu czy niedostatecznego chłodzenia. Tych zjawisk przekaźnik kontroli napięcia nie jest w stanie wykryć. Nadzorczy przekaźnik termistorowy, podobnie jak napięciowy wykryje asymetrię faz, gdyż ta wpływając na zmianę obciążenia faz doprowadzi do zwiększenia temperatury samego silnika. Lecz należy mieć na uwadze, że stanie się to z opóźnieniem względem reakcji przekaźnika napięciowego
|
|
70.92
|
Przekaźniki nadzorcze prądu
Wyobraź sobie natomiast układ grzewczy z kablami grzejnymi. Każdy taki kabel ma określoną moc na każdy metr swojej długości. Odpowiednie odcinki są po prostu docinane w zależności od potrzeb. Jesteśmy zatem w stanie określić dokładnie jaki będzie maksymalny pobór prądu takiego obwodu. Ciężko jest precyzyjnie dobrać zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe dla takiego obwodu, ale bez problemu możemy je kontrolować za pomocą przekaźnika nadzorczego prądu. Przyda się on także we wszystkich innych przypadkach, gdy chcemy kontrolować czy jakieś urządzenie nie zaczyna być zbyt „prądożerne” lub przeciwnie pobiera zbyt mało prądu.
|
|
70.51
|
 |
70.51 NFC
|
Podsumowanie
Często w szafach sterowniczych dużą uwagę przykładamy do standardowych zabezpieczeń elektrycznych (nastawy wyłączników silnikowych, właściwy dobór wkładek bezpiecznikowych, charakterystyka wyłączników nadmiarowo-prądowych), nie przyglądając się zbytnio przekaźnikom nadzorczym. A to przecież one, na równi z innymi zabezpieczeniami, dbają o właściwe warunki zasilania naszych odbiorników.
Sprawmy zatem, by zamiast sygnału zielonej lampki na elewacji szafy „Zasilanie 400V OK”, czy błędu w systemie wizualizacji „Czujnik kontroli faz – błąd”, przekaźniki nadzorcze zabezpieczały fizycznie nasze urządzenia. Jest to niezwykle istotne dla zapewnienia niezawodności, bezpieczeństwa i efektywności. Dzięki ich wszechstronnym funkcjom, możliwe jest skuteczne monitorowanie, kontrola i reagowanie na zmienne warunki pracy sieci, co przekłada się na poprawę wydajności i ochronę zarówno urządzeń, jak i ich użytkowników.
W tym artykule przedstawiliśmy produkty marki Finder. Jak widzisz, ich portfolio jest pod tym kątem całkiem bogate. Z pewnością wpisują się one w środowisko profesjonalnego zastosowania w przemyśle oraz automatyce budynkowej. Po więcej informacji odsyłamy na stronę producenta:
