Monitorování zátěže, monitorování výkonu a relé cos φ |

Relé pro regulaci zátěže umožňují monitorovat různé poruchové režimy v průmyslových zařízeních, jejichž hlavním prvkem je motor nebo čerpadlo. Za tímto účelem je regulační relé připojeno k napájecímu obvodu elektromotoru, měří činný výkon nebo účiník (cos φ) a provádí regulační akci, když monitorované hodnoty překročí přednastavené prahové hodnoty odezvy.

Řídicí relé výkonu a účiníku cos φ neřídí parametry napájecího obvodu, jako to dělají fázová regulační relé. Pro výpočet činného výkonu nebo účiníku je nutné měřit napětí a proud v jedné z fází napájecího obvodu elektromotoru, může se jednat o jednofázovou nebo třífázovou zátěž. Závěry o provozu a stavu motoru se provádějí na základě sledování změn spotřebovaného výkonu během provozu pomocí relé.

Možnosti řízení zátěže:

• Aktivní výkonová relé – relé pro monitorování spotřebovaného činného výkonu jednofázových a třífázových zátěží ve střídavých sítích, umožňují s jistotou monitorovat situace přetížení i nedostatečného zatížení.

• Relé účiníku – relé, které monitoruje fázový posun mezi proudem a napětím a analyzuje cos-φ, což umožňuje s jistotou určit pouze situaci nedostatečného nebo přetíženého zatížení, v tomto případě s významnou změnou účiníku.

• Proudová monitorovací relé umožňují spolehlivě určit pouze situaci přetížení během proudového přepětí.

Jak měřit účiník:

Účiník lze měřit nepřímými metodami.

V jednofázové síti lze kosinus fí určit z údajů ampérmetru, voltmetru a wattmetru pomocí vzorce:

cos phi = P / (U x I)Kde

R, U, I — údaje z přístrojů.

v trojfázovém proudovém obvodu

cos φ = P w / ( √ 3 x U л x I л)

kde Pw — výkon celého systému, Uл, Iл — síťové napětí a proud měřené voltmetrem a ampérmetrem.

V symetrickém třífázovém obvodu lze hodnotu kosinu fí určit z odečtů dvou wattmetrů P w 1 a P w 2 pomocí vzorce:

Celková relativní chyba uvažovaných metod je rovna součtu relativních chyb každého přístroje, proto je přesnost nepřímých metod nízká.

Číselná hodnota kosinusu fí závisí na povaze zátěže. Pokud je zátěž žárovkami a topnými zařízeními, pak je kosinus fí = 1, pokud zátěž obsahuje i asynchronní elektromotory, pak je kosinus fí < 1. Při změně zátěže elektromotoru se jeho kosinus fí výrazně mění (z 0,1 při volnoběhu na 0,86 – 0,87 při jmenovitém zatížení) a mění se i kosinus fí sítě.

Proto se v praxi v elektrických sítích po určitou dobu, například po den nebo měsíc, určuje tzv. vážený průměrný účiník. Za tímto účelem se na konci uvažovaného období odečtou hodnoty z elektroměrů činné a reaktivní energie Wa a Wv a vážený průměrný účiník se určí pomocí vzorce:

Je žádoucí, aby tato hodnota váženého průměrného účiníku v elektrických sítích byla rovna 0,92 – 0,95.

K měření cos φ (kosinus fí) se používají fázoměry, které umožňují přímé měření fázového posunu mezi napětím a proudem zátěže.

Fázový měřič je elektrické měřicí zařízení určené k měření úhlů fázového posunu mezi dvěma periodicky se měnícími elektrickými oscilacemi.

Elektrodynamické fázoměry ve kterém je pevná cívka zapojena sériově se zátěží a pohyblivé cívky jsou rovnoběžné se zátěží, takže proud jedné z nich zaostává za napětím o úhel β1. Za tímto účelem je s cívkou zapojena sériově aktivně-indukční zátěž a proud druhé zátěže předbíhá napětí o určitý úhel β2, pro který je připojena aktivně-kapacitní zátěž, kde β1 + β2 = 90 o

Úhel vychýlení jehly takového zařízení závisí pouze na hodnotě kosinusu fí.

Digitální fázoměry k měření fázového posunu mezi dvěma napětími.

U digitálních fázoměrů s přímou konverzí se fázový posun pro měření převádí na časový interval a tímto intervalem se měří. Studovaná napětí jsou přiváděna na dva vstupy zařízení a digitální čítací zařízení zařízení odečítá počet impulsů přicházejících na čítač zařízení v jedné periodě studovaných napětí, což odpovídá fázovému posunu ve stupních (nebo zlomcích stupně).

Z panelových přístrojů určených k měření je nejjednodušší fázový měřič typu D31, který může pracovat v jednofázových střídavých sítích o frekvenci 50, 500, 1000, 2400, 8000 Hz. Třída přesnosti 2,5. Meze měření cosinus phi jsou od 0,5 kapacitního fázového posunu do 1 a od 1 do 0,5 indukčního fázového posunu. Fázoměry se zapínají přes měřicí transformátory proudu se sekundárním proudem 5 A a měřicí transformátory napětí se sekundárním napětím 100 V.

Pro měření cosinus phi v třífázové síti se symetrickou zátěží lze použít panelové fázové měřiče typu D301. Jejich třída přesnosti je 1,5. Sériové obvody se připojují na proud 5 A přímo i přes proudový transformátor, paralelní obvody se připojují přímo na 127, 220, 380 V a také přes měřicí transformátory napětí.

Rozsahy měření parametrů relé:

U motorů s nízkým výkonem lze měření parametrů provádět přímo v následujících rozsazích:

• rozsah měření proudu až 10 A, motor až ~4.7 kW
• rozsah měření proudu až 12 A, motor až ~5.7 kW
• rozsah měření proudu až 16 A, motor až ~7,5 kW

Proudové transformátory se používají k rozšíření rozsahu měření.