تمامی مصرف کننده‌های انرژی الکتریکی نیازمند ادوات حفاظتی مختلف چه در بخش تغذیه و چه در بخش عملیات هستند تا هم خود دچار آسیب نشوند و هم به اپراتور یا مصرف کننده دستگاه آسیب نزنند. یکی از مواردی که موجب آسیب‌دیدگی تجهیزات برقی در بخش‌های مختلف اعم از خانگی و صنعتی می‌شود؛ ایراد در بخش برق تغذیه می‌باشد. این ایراد می‌تواند برای سیستم‌های تک فاز یا سه فاز وجود داشته‌باشد. رله کنترل فاز یکی از تجهیزاتی است که برای حفاظت‌های مختلف فازی در تابلوهای برق و پیش از اینکه انرژی الکتریکی به مصرف‌کننده‌ها برسد؛ نصب می‌شود. درادامه به معرفی کامل این تجهیز می‌پردازیم. با ما همراه باشید.
کنترل فاز چیست؟
کنترل فاز تجهیزی الکترونیکی است که پیش از مصرف‌کننده‌ها نصب‌شده و وظیفه حفاظت از تجهیزات را نسبت به مواردی که برای فاز ورودی یا فاز شبکه رخ می‌دهد؛ بر عهده می‌گیرد. مشکلاتی که برای فاز ورودی به تجهیزات رخ می‌دهد می‌تواند سبب عدم راه‌اندازی تجهیز پایین دستی، راه اندازی ناقص، گرمای بیش از حد و در نهایت سوختن تجهیز مصرف‌کننده شود. رله کنترل فاز قادر به شناسایی مشکلات زیر در فاز ورودی است:
- مقدار ولتاژ بیش از حد مطلوب: چنانچه ولتاژ ورودی بیش از میزان استاندارد باشد (مثلاً برای برق تکفاز بیش از ۲۴۰ یا ۲۵۰ ولت باشد)؛ کنترل فاز قطع می‌شود.
- مقدار ولتاژ کمتر از حد مطلوب: چنانچه ولتاژ ورودی کمتر از میزان استاندارد باشد (مثلاً برای برق تکفاز کمتر از ۱۸۵ یا ۱۷۵ ولت باشد)؛ کنترل فاز قطع می‌شود.
- افت کامل فاز: چنانچه قطعی مکرر در شبکه داشته باشیم کنترل فاز قطع می‌شود.
- توالی فاز: در سیستم سه فاز باید توالی فاز کاملاً رعایت شود؛ در غیر این صورت کنترل فاز به منظور حفاظت از سیستم، به خصوص در سیستم‌های موتوری عمل قطع را انجام می‌دهند.
- عدم تقارن فاز: تقارن فاز با این منظور که اختلاف فاز در سه فاز باید حتماً در محدوده 380 ولت باشد مورد اهمیت قرار دارد. در غیر این صورت رله وارد عمل شده و برق را قطع می‌کند.
- دو فازی: این اتفاق در سیستم‌های تک فاز رخ می‌دهد و در طی آن، گاهی زمانی پیش می‌آید (مانند زمانی که برق شبکه قطع و پس از مدتی وصل می‌شود) که نول برق‌دار می‌شود؛ در این صورت می گوییم که پدیده دو فازی رخ‌داده و کنترل فاز با قطع خروجی از آسیب به تجهیز پایین دستی جلوگیری می‌کند.
در بازار نام‌های دیگری نیز برای این تجهیز عنوان می‌شود. رله حفاظت فاز، رله مانیتورینگ خط، رله نظارت فاز و رله کنترل فاز همگی یک نام‌اند و همان کنترل فاز هستند.
انواع رله کنترل فاز
از ابتدای ساخت این تجهیز و معرفی آن به بازار، مدل‌های مختلفی برای شناسایی خطاهای مختلف شبکه ساخته شد و درنهایت با رشد صنعت الکترونیک نمونه‌های تجمیعی نیز برای شناسایی چند خطا به بازار معرفی شد. در ادامه به معرفی چند مدل از این رله‌ها می‌پردازیم:
رله پایش ولتاژ
افزایش ولتاژ بیش از حد ولتاژ می‌تواند سبب سوختن تجهیزات شود و همچنین کاهش ولتاژ بیش از حد، موجب ناقص کار کردن یا کارنکردن تجهیزات شود که در نهایت باعث افزایش دما و آسیب‌دیدگی تجهیزات می‌شود. یکی از انواع رله‌های کنترل فاز ، رله‌های پایش ولتاژ به همین منظور است.
رله توالی فاز
توالی فاز از مواردی است که در مصرف برق الکتروموتورها، پمپ‌ها و فن‌ها بسیار با اهمیت هسند. جابجایی فازهای ترمینال موتور می‌تواند سبب تغییر در گردش شفت الکتروموتورها شود. بر همین اساس تغییر ناگهانی چرخش شفت، می‌تواند سبب از بین رفتن کوپلینگ‌ها، خُرد شدن بلبرینگ‌ها یا آسیب به فرآیند عملیات در حال انجام شود. برای جلوگیری از این اتفاق لازم است که توالی فازها رعایت شود و برای انجام این عمل می‌توانیم از رله‌های توالی فاز یا کنترل فازهای دارای این خاصیت استفاده کنیم.
رله خرابی فاز
نبود فاز، مسئله مهمی است که ممکن است به هر دلیلی بروز پیدا کند. قطع فاز توسط تجهیز حفاظتی بالا دست، خرابی ترانسفورماتور، مشکل در شبکه برق ورودی و … همگی می‌توانند موجب فقدان فاز شوند. فقدان یک فاز در سیستم سه فاز می‌تواند سبب توقف کار تجهیزات مصرفی یا نیمه کار کردن آنها باشد. برای مثال یک الکتروموتور سه فاز را در نظر بگیرید که در حال کار کردن است و ناگهان با فقدان فاز مواجه می‌شود. در اینصورت الکتروموتور تبدیل به یک بار مقاومتی بسیار بالا می‌شود که با توجه به قانون اهم، این مسئله باعث تغییر در جریان کشی الکتروموتور شده و سبب آسیب به سیم‌پیچ آن می‌شود. پس وجود یک رله خرابی فاز می‌تواند ما را از بروز چنین مشکلی محافظت کرده و مانع از هزینه زایی سنگین برای ما شود.
رله عدم تقارن فاز
عدم تقارن فاز ناشی از نامتعادل بودن بارهای موجود بر روی یک شبکه سه فاز است. حال فرض کنید که در یک سیستم عدم تقارن فاز را داشته باشیم. چنانچه مصرف‌کننده ما از نوع الکتروموتوری باشد؛ عدم تقارن سبب می‌شود که بخشی از انرژی مصرف شده به توان راکتیو تبدیل و بدون استفاده گردد. همچنین عدم تقارن موجب اثر منفی در سرعت و گشتاور شده که می‌تواند سبب افزایش دما در الکتروموتورهای باردار شود. در نهایت افزایش دما موجب کاهش عمر الکتروموتور می‌شود. عدم تعادل بیش از 5 درصد برای مصرف‌کننده مضر بوده و بر همین اساس استفاده از رله کنترل فازی که بتواند عدم تقارن فاز را شناسایی کند؛ پیشنهاد می‌شود.
رله کنترل فاز آنالوگ
عموم رله‌های کنترل فاز استفاده شده در تابلو برق‌های خانگی و صنعتی از مدل‌های آنالوگ هستند. این رله‌ها توسط پتانسیومترهای الکترونیکی کوچک برای هر بخش تنظیم می‌شوند. می‌توان با استفاده از پتانسیومتر ها حد بالا و پایین ولتاژ، میزان حساسیت، مدت زمان قطع و وصل و مواردی از این قبیل را به صورت آنالوگ با استفاده از پیچ‌گوشتی کوچک تنظیم کرد. البته مدل‌های بدون پتانسیومتر و به صورت تنظیم پیش فرض نیز در بازار موجود می‌باشند. در نهایت آلارم ها و موارد کنترلی توسط چراغ‌های LED به اطلاع اپراتور می‌رسد. برخی از این کنترل فازها دارای خصوصیات تمامی رله‌های عنوان شده در بالا را دارند و برخی دیگر تنها دارای برخی از این قابلیت‌ها هستند. مدل‌های 13M1 و 13B3 از محصولات شیوا امواج نمونه‌ای از این مدل هستند.
رله کنترل فاز دیجیتال
امروزه استفاده از رله‌های کنترل فاز دیجیتال مرسوم‌تر است. این رله‌ها دارای صفحه نمایش سون سگمنتی یا LCD هستند که به کاربر اجازه می‌دهند با استفاده از یک صفحه‌کلید کوچک تنظیمات را انجام دهند و در لحظه از مقادیر مطلع باشند. همچنین در مدل‌های پیشرفته این تجهیز، قابلیت اتصال به شبکه صنعتی نیز فراهم شده تا توسط آن اطلاعات لازم به صورت کنترل از راه دور به اپراتور اطلاع‌رسانی شود. نمونه‌های دیجیتال، اگرچه از نظر قیمتی از نمونه‌های آنالوگ قیمت بالاتری دارند؛ اما دارای دقت و امکانات بیشتری هستند. البته مدل‌های ساده دیجیتالی مانند مدل 20B1 شیوا امواج نیز وجود دارد که فاقد تنظیمات خاصی بوده و صرفاً دارای صفحه نمایش سون سگمنتی و سیستم دیجیتالی می‌باشند.
رله کنترل فاز تک فاز
رله‌های کنترل فاز عموماً به دلیل خواصی که دارند برای سیستم‌های سه فاز مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما با توجه به شرایط بازار و درخواست مشتریان، نمونه‌های تک فاز نیز برای استفاده در بخش‌های خانگی و تجاری ساخته شده است. کنترل فازهای تک فاز می‌توانند از نوع دیجیتالی یا آنالوگ باشند و محل نصب آنها عموماً پس از کنتر برق یا بعد از کلید مینیاتوری ورودی واحد ( مینیاتوری دوپل) می‌باشد. در رله‌های کنترل فاز تک فاز، سه مورد از اهمیت برخوردار است و کنترل فاز تک فاز از تجهیزات مصرف‌کننده پایین دستی در مقابل این سه مورد محافظت می‌کند: فقدان فاز، دوفازی و پایش (نوسان) ولتاژ.
سوپر کنترل فاز
سوپر کنترل فاز نمونه‌ای از کنترل فازهای شرکت شیوا امواج است که امروزه در بازار برق، بسیار پر مصرف و کاربردی است. این دستگاه در دو مدل آنالوگ و دیجیتال موجود است. همچنین برخلاف اکثر کنترل فازهای موجود در بازار بجای خروجی تک رله دارای خروجی دو رله‌ای می‌باشد. این تجهیز می‌تواند از شبکه مصرفی شما در مقابل پایش (نوسان) ولتاژ، عدم تقارن فاز، جابجایی فاز و فقدان فاز محافظت نماید. برای نمونه می‌توانید نگاهی به محصول 13B3 و 13B4 شیوا امواج بیاندازید.
مینی کنترل فاز میکروپروسسوری
نمونه پیشرفته‌ای از کنترل فازهای امروزی میکروپروسسورها هستند که برای تنظیم و کنترل استفاده شده و دارای ابعاد کوچک‌تر نسبت به دیگر مدل‌ها هستند. این کنترل فازها از نوع سه فاز یا تک فاز بوده و می‌توانند از شبکه در مقابل کاهش یا افزایش ولتاژ، فقدان فاز، جابجایی فاز و عدم تقارن فاز محافظت نماید. مینی کنترل فاز میکروپروسسوری 13JN1 شیوا امواج نمونه‌ای از این مینی کنترل فاز می‌باشد.
کنترل فاز- بار
کنترل فاز- بار، یک سیستم میکروپروسسوری برای کنترل بسیار دقیق اختلالات در ناحیه فاز ورودی و خروجی و جریان مصرفی می‌باشد. کنترل فاز – بار علاوه بر اینکه یک سیستم کاملاً تکمیل است؛ نیازی به استفاده از CT برای پایش جریان ندارد و تا رنج جریانی 60 آمپر را پوشش می‌دهد. کنترل فاز این تجهیز می‌تواند مواردی از قبیل کاهش یا افزایش ولتاژ، فقدان فاز، جابجایی فاز و عدم تقارن فاز را پوشش دهد. این محصول در دو مدل تک فاز و سه فاز در بازار موجود می‌باشد. برای نمونه می‌توانید مدل SP1-63VA از برند ISBS را مشاهده نمایید.
نحوه تست کنترل فاز
برای اطمینان از صحت عملکرد کنترل فاز می‌توانید تست‌های مختلفی را انجام دهید. برای مثال برای اطمینان از سالم بودن دستگاه در مقابل پایش ولتاژ کافی است با ولت متر، میزان ولتاژ پایه‌ها را ببینید تا متوجه شوید که ولتاژ موجود در کنترل فاز مطابق با عدد نوشته شده بر روی صفحه‌نمایش می‌باشد یا خیر. اگر کنترل فاز شما آنالوگ بود، بررسی کنید که ولتاژ اندازه‌گیری شده در محدوده عملیات کنترل فاز هست یا خیر و بر اساس آن، صحت عملکرد رله خروجی را بسنجید. برای تست سالم بودن کنترل فاز در مقابل فقدان فاز، یکی از فازها را قطع نموده و عملکرد رله خروجی کنترل فاز را رصد کنید. جابجا کردن فازها می‌تواند تست بعدی شما برای اطمینان از توالی فازها باشد. یک روش دیگر استفاده از مقاومت‌های 33000 مگا اهمی است. اگر دامنه هر سه فاز شما یکسان باشد و اختلاف بین هر دو فاز هم 120 درجه باشد؛ در این صورت ولتاژ نقطه مشترک سه مقاومت باید برابر صفر باشد. حال یکی یا دو تا از این فازها را قطع کنید، در این صورت ولتاژ نقطه مشترک دیگر صفر نیست. بر همین اساس از صحت عملکرد رله کنترل فاز مطمئن شوید.
نحوه بستن کنترل فاز با کنتاکتور
گفتیم که رله کنترل فاز دارای یک یا دو رله در خروجی است که در زمان بروز خطا در برق شبکه، تغییر وضعیت می‌دهد. بر همین اساس ما از این رله استفاده کرده و مدار کنترل فاز را می‌بندیم. این مدار در سیستم‌های صنعتی سه فاز با استفاده از یک کنتاکتور انجام می‌شود. خروجی ترمینال‌های قدرت کنتاکتور به ترمینال‌های تجهیزات مصرف‌کننده یا بارها متصل می‌شود. البته می‌توان به جای استفاده از کنتاکتور از PLC نیز برای اعلام خطر یا انجام عملیات نیز بهره برد. در حالت کلی کنترل فاز و رله آن مانند یک کنتاکت استپ در مدار می‌باشند و در صورت بروز خطا تیغه‌ها تغییر وضعیت داده و مدار باز می‌شود. شکل زیر مدار کنترل فاز با استفاده از کنتاکتور، بی متال و شستی را نشان می‌دهد.
مطابق تصویر، سه فاز ورودی وارد ترمینال‌های RST کنترل فاز شده و یک فاز از زیر کلیدمینیاتوری به پایه مشترک کنترل فاز (15) می‌دهیم. در ادامه از پایه کنتاکت باز کنترل فاز (18) به پایه (95) بی متال سیم‌کشی می‌کنیم. در ادامه از خروجی کنتاکت بسته بی متال استفاده می‌کنیم (96) و سیم فاز را به ترمینال (1) کنتاکت بسته شستی متصل می‌کنیم. ترمینال (2) کنتاکت بسته را به ترمینال (3) کنتاکت باز سیم کشی می‌کنیم. تا این لحظه برق را به پشت ترمینال باز شستی استارت در شستی دوبل رسانده‌ایم. از ترمینال (4) کنتاکت باز شستی دوبل به ترمینال (14) که مربوط به کنتاکت باز کنتاکتور می‌باشد سیم کشی کرده و مجدداً از ترمینال (14) به ترمینال بوبین کنتاکتور (A1) سیم کشی می‌نماییم. در ادامه سیم نول را نیز به پایه (A2) کنتاکتور متصل می‌کنیم. تا به الان کار، چنانچه شبکه هیچ مشکلی نداشته باشد؛ خروجی رله فعال شده، برق به پشت شستی استارت می‌آید. با فشار دادن شستی بوبین کنتاکتور برق دار شده و برق RST وارد شده در ترمینال‌های L1,2,3 در کنتاکتور به ترمینال‌های T1,2,3 منتقل می‌شود و خروجی فعال می‌شود. فعالیت خروجی تا زمانی است که دست شما بر روی شستی سبز رنگ باشد. با برداشتن دست، برق خروجی قطع می‌شود. برای ثابت ماندن برق خروجی باید از مدار خود نگهدار استفاده کنیم. به همین منظور، یک سیم از گشت ترمینال (3) کنتاکت استارت که برق دار است به ترمینال کنتاکت باز کنتاکتور (13) متصل می‌کنیم.
سخن آخر
در این مقاله به معرفی و بررسی کنترل فازها پرداختیم. این تجهیز در حال حاضر در تمامی تابلوهای برق مصرف کننده مورد استفاده قرار گرفته و تجهیزات پایین دستی را نسبت به خطاهای موجود در شبکه برق محافظت می‌کند. شما می‌توانید برای آشنایی بیشتر با این محصول و مدل‌های آن، نگاهی به صفحه محصولات کنترل فاز بیاندازید. جهت مشاوره و خرید کارشناسان برق و انرژی ، آماده پاسخگویی به سؤالات و موارد مربوط به خرید انواع کنترل فاز هستند. انرژی در دستان تو!
