Реле контроля нагрузки, контроля мощности и cos φ

Реле контроля нагрузки позволяют контролировать различные варианты сбоя в работе промышленного оборудования, имеющего своим основным элементов двигатель или насос. Для этого реле контроля подключается в цепь питания электродвигателя, измеряет активную мощность или коэффициент мощности (cos φ) и осуществляет управляющее воздействие при выходе контролируемых значений за предустановленные пороги срабатывания.

Реле контроля мощности и коэффициента мощности cos φ не контролируют параметры цепи питания, как реле контроля фаз. Для вычисления активной мощности или коэффициента мощности необходимо измерить величину напряжения и ток по одной из фаз цепи питания электродвигателя, это может быть однофазная или трехфазная нагрузка. Выводы о работе и состоянии двигателя, делаются на основе контроля за показаниями изменения потребляемой мощности во время работы с помощью реле.

Варианты контроля нагрузки:

• Реле активной мощности - реле контроля потребляемой активной мощности однофазными и трехфазными нагрузками в сетях переменного тока, позволяют уверенно контролировать как ситуацию перегрузки, так и ситуацию недогрузки. 

• Реле коэффициента мощности - реле контролирующее фазовое смещение между током и напряжением и анализирует cos-φ, что позволяет уверенно определять только ситуацию недогрузки или перегрузки, при существенном изменении коэффициента мощности в этом случае.

• Реле контроля тока позволяют уверенно определять только ситуацию перегрузки, во время скачка тока.

Как измерить коэффициент мощности:

Измерить коэффициент мощности можно косвенными методами. 

В однофазной сети косинус фи можно определить по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра по формуле:

cos φ = P / (U х I),где

Р, U, I - показания приборов.

в цепи трехфазного тока

cos φ = Pw / (√3 х Uл х Iл)

где Pw - мощность всей системы, Uл, Iл - линейные напряжение и ток, измеренные вольтметром и амперметром.

В симметричной трехфазной цепи значение косинус фи можно определить из показаний двух ваттметров Pw1 и Pw2 по формуле:

Общая относительная погрешность рассмотренных методов равна сумме относительных погрешностей каждого прибора, поэтому точность косвенных методов невелика.

Численное значение косинус фи зависит от характера нагрузки. Если нагрузкой являются лампы накаливания и нагревательные приборы, то косинус фи = 1, если нагрузка содержит еще и асинхронные электродвигатели, то косинус фи < 1. При изменении нагрузки электродвигателя его косинус фи существенно изменяется (от 0,1 на холостом ходу до 0,86 - 0,87 при номинальной нагрузке), изменяется и косинус фи сетей.

Поэтому на практике в электрических сетях определяют так называемый средневзвешенный коэффициент мощности за какое-то определенное время, допустим, за сутки или месяц. Для этого в конце рассматриваемого периода снимают показания счетчиков активной и реактивной энергии Wa и Wv и определяют средневзвешенное значение коэффициента мощности по формуле:

Это значение средневзвешенного коэффициента мощности желательно иметь в электрических сетях равным 0,92 - 0,95.

Для измерения cos φ (косинуса фи) используют фазометры, позволяющие измерить непосредственно фазовый сдвиг между напряжением и током нагрузки.

Фазометр - электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями.

Электродинамические фазометры в которых неподвижная катушка включена последовательно с нагрузкой, а подвижные катушки - параллельно нагрузке, так, что ток одной из них отстает от напряжения на угол β1. Для этого последовательно с катушкой включена активно-индуктивная нагрузка, а ток другой опережает напряжение на некоторый угол β2, для чего включена активно-емкостная нагрузка, причем β1 + β2 = 90^о

Угол отклонения стрелки такого прибора зависит только от значения косинуса фи.

Цифровые фазометры для измерения фазового сдвига между двумя напряжениями.

В цифровых фазометрах прямого преобразования для измерения фазового сдвига его преобразуют в интервал времени и измеряют последним. Исследуемые напряжения подают на два входа прибора, на цифровом отсчетном устройстве прибора снимают показания числа импульсов, поступающих на счетчик прибора за один период исследуемых напряжений, которое соответствует фазовому сдвигу в градусах (или в долях градуса).

Из щитовых приборов, предназначенных для измерения, наиболее простой фазометр типа Д31, который может работать в однофазных сетях переменного тока с частотой 50, 500, 1000, 2400, 8000 Гц. Класс точности 2,5. Пределы измерений косинуса фи от 0,5 емкостного фазового сдвига до 1 и от 1 до 0,5 индуктивного фазового сдвига. Фазометры включают через измерительные трансформаторы тока с вторичным током 5 А и измерительные трансформаторы напряжения с вторичным напряжением 100 В.

Для измерения косинуса фи в трехфазной сети при симметричной нагрузке можно применять щитовые фазометры типа Д301. Класс их точности 1,5. Последовательные цепи включают на ток 5 А непосредственно, а также через трансформатор тока, параллельные цепи включают непосредственно на 127, 220, 380 В, а также через измерительные трансформаторы напряжения.

Диапазоны измерения параметров реле:

Для двигателей небольшой мощности измерение параметров можно проводить напрямую в следующих диапазонах:

• диапазон измерения тока до 10А, двигатель до ~4.7кВт
• диапазон измерения тока до 12А, двигатель до ~5.7кВт
• диапазон измерения тока до 16А, двигатель до ~7,5кВт

для расширения диапазона измерения используются трансформаторы тока.