Tecnologia de proteção contra perda de fase de relé: princípios, aplicações e tendências de desenvolvimento

Como componente central do sistema de controle elétrico, o relé desempenha um papel insubstituível no campo da proteção de energia elétrica. Dentre eles, a proteção contra perda de fase é uma função importante dos relés, que está diretamente relacionada à operação segura de motores e outros equipamentos elétricos. Este artigo analisará abrangentemente o princípio de funcionamento, os cenários típicos de aplicação, as dificuldades técnicas e as últimas tendências de desenvolvimento da proteção contra perda de fase de relés para ajudar os leitores a compreender profundamente a importância desta tecnologia chave na indústria moderna.

Princípios Básicos e Importância da Proteção contra Perda de Fase

Definição de perda de fase

A perda de fase refere-se à perda ou desconexão de qualquer fase em uma fonte de alimentação trifásica, ou a um circuito aberto em uma fase de um enrolamento do motor, contator, fusível, disjuntor, terminal ou outro elo, resultando em operação assimétrica do circuito trifásico. As causas comuns incluem:

• Fusível monofásico queimado;
• Contato do contator monofásico não fechado ou queimado;
• Falha no disjuntor monofásico;
• Desconexão de cabo ou terminal monofásico;
• Circuito aberto no enrolamento do motor monofásico;
• Aterramento monofásico ou desconexão do lado da rede.

Perigos de falhas de perda de fase

A perda de fase refere-se ao fenômeno em que falta qualquer fase da fonte de alimentação em um sistema de energia trifásico. É uma das principais causas de queima de motores assíncronos trifásicos. Quando um motor trifásico perde uma fase durante a operação, um componente de corrente de sequência negativa é gerado, causando desequilíbrio da corrente trifásica ou corrente excessiva, o que por sua vez causa a queima instantânea do enrolamento do motor. Segundo as estatísticas, cerca de 40% das falhas do motor estão relacionadas à perda de fase da fonte de alimentação.

Princípios Básicos de Proteção contra Perda de Fase do Relé

Detecção de Corrente e Detecção de Tensão

A proteção contra perda de fase geralmente determina faltas através dos seguintes métodos:

• Tipo de detecção de corrente: monitora se a corrente trifásica é simétrica. Após a perda de fase, a corrente em uma fase é zero ou significativamente reduzida, enquanto a corrente nas outras duas fases aumenta.
• Tipo de detecção de tensão: monitora se a tensão trifásica é simétrica. Após a perda de fase, a tensão em uma fase diminui ou desaparece e o ponto neutro muda.
• Tipo de detecção de componente de sequência negativa: extrai corrente de sequência negativa ou tensão de sequência negativa através de algoritmos, apresentando alta sensibilidade e adequação para protetores eletrônicos.
• Tipo de detecção de deslocamento diferencial: utiliza a diferença na flexão das tiras bimetálicas sob o calor para empurrar um mecanismo diferencial para operar, usado principalmente em relés térmicos com proteção contra falha de fase.

Diferenças entre conexões estrela e delta

A proteção contra perda de fase do relé determina se ocorreu uma falha por perda de fase, monitorando anormalidades de corrente ou tensão no circuito trifásico. Para motores com conexão estrela (Y), como a corrente de linha é igual à corrente de fase, os relés térmicos comuns podem fornecer proteção eficaz. Porém, para motores com conexão delta (Δ), como a corrente de fase não é igual à corrente de linha, os relés térmicos comuns podem não operar em tempo, devendo ser utilizados relés especiais de proteção contra falta de fase.

Mecanismo diferencial de proteção contra falha de fase

Os relés térmicos com proteção contra falta de fase utilizam um mecanismo diferencial composto por uma placa guia superior, uma placa guia inferior e uma alavanca. Quando uma fase é desconectada, a tira bimetálica dessa fase esfria e reinicia, empurrando a placa guia superior para se mover para a direita, enquanto as tiras bimetálicas das outras duas fases continuam a dobrar sob o calor, empurrando a placa guia inferior para se mover para a esquerda, acionando assim a ação de proteção através da ação diferencial.

Esquemas de implementação técnica para proteção contra perda de fase

Proteção contra perda de fase do relé térmico

Relés térmicos comuns empurram o atuador através da flexão de tiras bimetálicas sob calor, mas seu efeito de proteção em motores conectados em delta é limitado.

Os relés térmicos diferenciais resolvem este problema através de um projeto estrutural especial. Quando ocorre a perda de fase, a tira bimetálica no lado da perda de fase esfria e reinicia, enquanto as outras duas fases continuam a dobrar sob o calor, acionando a proteção por meio de ação diferencial.

Proteção contra perda de fase com monitoramento de tensão

São utilizados três relés de baixa tensão com queda de tensão ajustável; suas bobinas são conectadas em estrela e o nó comum é conectado à linha neutra.

A desvantagem é a sensibilidade insuficiente. Quando o motor perde uma fase, uma tensão relativamente alta ainda pode ser mantida, resultando em proteção retardada.

Relé Eletrônico de Proteção Abrangente

Ele integra um microprocessador e tecnologia de detecção avançada, pode monitorar simultaneamente vários parâmetros, como corrente e tensão, e realiza proteção total.

Tecnologia de relé de estado sólido (SSR)

Os relés de estado sólido (SSRs) usam dispositivos semicondutores para realizar comutação sem contato e têm as vantagens de resposta rápida, longa vida útil, ausência de arco e alta frequência de comutação. Eles próprios são usados ​​principalmente para ligar e desligar, e não para detecção de perda de fase. Em aplicações de alta tensão CC ou CA de alta frequência, os relés de estado sólido podem ser usados ​​como elementos de corte rápido em combinação com módulos de detecção eletrônica.

Em sistemas de alta tensão de veículos de energia nova, relés de alta tensão e interruptores de estado sólido são usados ​​para comutar circuitos de gerenciamento de bateria, pré-carregamento, carregamento e controle de motor. Deve-se observar que não há “perda de fase” tradicional em sistemas CC de alta tensão, mas ainda podem ocorrer falhas de falha de fase em motores de acionamento trifásicos e saídas de inversores, exigindo estratégias especiais de diagnóstico e proteção.

Relé de travamento FH31L 80A com opções de bobina simples ou dupla Este relé de travamento de 80A suporta configurações de bobina simples e dupla no mesmo espaço, tornando-o uma escolha flexível para medidores inteligentes que precisam de conformidade com UC2 e baixa potência em espera. Ver Produto →

Desafios e soluções em aplicações práticas

Dificuldade de proteção para motores conectados em delta

As soluções incluem o uso de relés dedicados de proteção contra falha de fase, protetores abrangentes de motores ou o projeto de circuitos de proteção auxiliares.

Incompatibilidade de tensão de queda do contator

A faixa de tensão de queda dos contatores comuns está entre 0,2Us e 0,7Us, o que pode causar falha na proteção contra perda de fase.

Uma solução mais viável é adotar uma estratégia de proteção baseada principalmente na proteção atual.

Risco de falha do relé

As medidas preventivas incluem a seleção de produtos de qualidade confiável, testes e manutenção regulares, design redundante e uso de relés inteligentes com funções de autodiagnóstico.

Falhas de perda de fase em sistemas fotovoltaicos

Os relés podem ser usados para desconectar o sistema fotovoltaico da rede quando ocorre uma falha na rede, obtendo proteção rápida.

Guia de seleção para proteção contra perda de fase do relé

Seleção de acordo com o tipo de carga

Cargas resistivas, cargas indutivas e cargas capacitivas têm requisitos diferentes para características do relé.

Classificações correspondentes de tensão e corrente

Certifique-se de que a classificação do relé seja superior aos parâmetros operacionais máximos do sistema.

Considerações sobre Adaptabilidade Ambiental

Fatores ambientais como alta temperatura, alta umidade e vibração afetam a seleção do relé.

Análise de Requisitos Funcionais

Diferentes requisitos, como proteção básica, monitoramento inteligente ou controle remoto, determinam o tipo de produto.

Cenários típicos de aplicação de proteção contra perda de fase do relé

Proteção de Motores Industriais

Proteção contra perda de fase para equipamentos importantes, como bombas de água, ventiladores e compressores.

Relé de potência W15-1 16A 20A O W151 é um relé de potência com um único contato normalmente aberto (1 formato A), projetado para comutação confiável em aplicações de controle industrial e gerenciamento de energia. Ver Produto →

Sistemas de alta tensão de veículos de novas energias

Proteção de circuito para gerenciamento de bateria, controle de motor, sistemas de carregamento e outros links.

Relé de travamento FH21L 90A compatível com TUV O FH21L é um relé de travamento elétrico de 90A com alta capacidade de comutação e conformidade com RoHS. Ver Produto →

Sistemas de geração de energia fotovoltaica

Aplicações como proteção de inversores, comutação de conexão à rede e gerenciamento de armazenamento de energia.

Relé de potência W12 30A 40A O Fanhar W12 é um relé de potência compacto de 40A com tensão de ruptura de 4KV, certificações UL/TUV/CQC e um design de montagem em PCB, tornando-o ideal para carregamento de veículos elétricos, sistemas fotovoltaicos e aplicações de controle industrial. Ver Produto →

Distribuição Inteligente de Energia em Edifícios

Monitoramento de energia de cargas importantes, como elevadores e condicionadores de ar.

Relé de sinal FH32 1A 2A A linha de relés FH32 possui certificações UL, TUV e CQC, refletindo a conformidade com os principais padrões internacionais de segurança e qualidade. A própria Fanhar opera sob sistemas de gerenciamento ISO9001, ISO14001 e ISO45001, e seus produtos estão em total conformidade com as diretivas RoHS e REACH da UE. Ver Produto →