Relè di protezione contro guasti di fase: Guida completa alla protezione del motore contro guasti di fase, di sequenza e di tensione

Perché un relè di sovraccarico standard non è in grado di proteggere completamente i motori dai guasti di fase

I relè termici di sovraccarico sono componenti essenziali nei sistemi di protezione dei motori. Sono progettati per proteggere i motori da correnti eccessive causate da sovraccarichi meccanici, funzionamento bloccato o condizioni di sovracorrente prolungate. Tuttavia, la mancanza di fase è un guasto elettrico particolare che richiede una protezione aggiuntiva.

Quando una fase di un'alimentazione trifase viene a mancare, il motore può continuare a funzionare con le due fasi rimanenti. A seconda della progettazione del motore e del carico meccanico, la corrente negli avvolgimenti rimanenti può aumentare significativamente, raggiungendo talvolta valori pari a circa 1.7-2.5 volte la normale corrente di esercizio in condizioni di carico elevato. Un relè termico di sovraccarico potrebbe infine intervenire, ma la sua risposta dipende da fattori quali il carico del motore, le caratteristiche del relè e le condizioni termiche. Durante questo periodo, può verificarsi un eccessivo riscaldamento all'interno degli avvolgimenti del motore, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento e riducendo la durata di vita del motore.

Un relè di guasto di fase offre una protezione più rapida monitorando direttamente le condizioni di tensione. Invece di attendere un accumulo eccessivo di corrente e calore, rileva condizioni di alimentazione anomale e modifica lo stato del suo contatto di uscita. L'uscita è normalmente collegata al circuito di controllo del contattore del motore , consentendo al contattore di scollegare il motore prima che si verifichino danni termici prolungati. Per le apparecchiature industriali critiche, la combinazione di un relè termico di sovraccarico con un relè di monitoraggio di fase offre una soluzione di protezione del motore più completa.

Quattro funzioni di protezione di un relè di guasto di fase

I moderni relè di protezione da guasto di fase offrono molteplici funzioni di monitoraggio per proteggere i motori trifase da problemi di alimentazione elettrica.

Protezione contro la perdita di fase

La perdita di fase, detta anche monofase, è una delle cause più comuni di guasto nei motori trifase. Una fase può scomparire a causa di problemi quali cavi danneggiati, terminali allentati, fusibili bruciati, guasti ai contattori o guasti all'alimentazione a monte. Quando manca una fase, il motore non riceve più un'alimentazione di tensione trifase bilanciata. Le fasi rimanenti subiscono un maggiore stress elettrico, che può causare un rapido aumento della temperatura all'interno degli avvolgimenti.

Un relè di protezione da interruzione di fase monitora costantemente le tre fasi in ingresso. Quando rileva la perdita di una fase, modifica immediatamente il suo stato di uscita e interrompe il circuito del contattore del motore. Questa protezione è particolarmente importante per le applicazioni in cui un guasto imprevisto del motore può causare tempi di fermo significativi, come pompe, compressori, nastri trasportatori e macchinari industriali.

Protezione della sequenza di fase

I motori trifase ruotano secondo la sequenza delle fasi di alimentazione. Ad esempio, una sequenza L1-L2-L3 produce una determinata direzione di rotazione. Se due fasi vengono accidentalmente invertite, il motore ruoterà nella direzione opposta.

A seguito di interventi di manutenzione elettrica, modifiche ai collegamenti del generatore o sostituzione dei cavi, può verificarsi un'inversione di fase. Per apparecchiature quali pompe, compressori, ascensori e trasportatori direzionali, la rotazione inversa può causare una riduzione delle prestazioni o danni meccanici.

Un relè di sequenza di fase monitora l'ordine delle tre fasi e impedisce l'avvio del motore quando il senso di rotazione è errato.

Protezione dalla sovratensione e monitoraggio dello squilibrio di fase

Molti relè di monitoraggio di fase avanzati offrono protezione contro condizioni di tensione anomale, tra cui sottotensione, sovratensione e squilibrio della tensione di fase. Le condizioni di sottotensione costringono i motori ad assorbire una corrente maggiore per mantenere la potenza meccanica, aumentando la generazione di calore e riducendo l'efficienza. Le condizioni di sovratensione possono aumentare le perdite magnetiche e creare ulteriore stress sull'isolamento del motore.

Lo squilibrio di tensione è un altro grave problema. Anche una piccola differenza tra le tensioni di fase può creare uno squilibrio di corrente molto maggiore all'interno del motore. Ciò produce correnti di sequenza negativa, che generano ulteriore riscaldamento e riducono l'affidabilità del motore. Un relè di guasto di fase con funzioni di monitoraggio della tensione rileva queste condizioni anomale e disconnette il motore prima che si verifichino danni permanenti.

Relè di guasto di fase vs relè di sovraccarico termico

Un relè di guasto di fase e un relè termico di sovraccarico proteggono i motori da diversi tipi di guasti.

Un relè termico di sovraccarico rimane necessario perché protegge dalle condizioni di sovraccarico di corrente.

Tuttavia, non può sostituire un relè di guasto di fase perché non monitora direttamente:

• Tensione di fase mancante
• Sequenza di rotazione di fase
• Squilibrio di tensione
• Anomalia della tensione di alimentazione

Per una protezione completa del motore trifase, questi dispositivi vengono normalmente installati insieme:

Alimentazione → Interruttore automatico → Contattore → Relè termico di sovraccarico → Motore

Il relè di interruzione di fase è collegato al circuito di controllo per monitorare le condizioni di alimentazione e controllare il funzionamento del contattore.

Installazione e cablaggio di un relè di guasto di fase

Un relè di guasto di fase viene solitamente installato all'interno di un quadro di controllo motore e collegato all'alimentazione trifase in ingresso e al circuito di controllo del contattore. I terminali di rilevamento del relè, comunemente contrassegnati con L1, L2 e L3, sono collegati all'alimentazione trifase. Il relè monitora continuamente le condizioni di tensione, ma non è attraversato dalla corrente di funzionamento del motore.

I contatti di uscita del relè sono collegati in serie con il circuito della bobina del contattore del motore.

Questo metodo di cablaggio consente al relè di fornire protezione senza interrompere il circuito di alimentazione principale del motore.

Come selezionare il relè di guasto di fase corretto

Nella scelta di un relè di guasto di fase, i progettisti devono considerare quattro fattori principali: tensione nominale, funzioni di protezione, configurazione dei contatti e requisiti di installazione. La tensione nominale del relè deve corrispondere a quella del sistema elettrico monitorato, ad esempio 220 V, 380 V, 400 V o 480 V CA.

Applicazioni diverse richiedono livelli di protezione differenti. I modelli base possono offrire protezione contro la perdita di fase e la sequenza di fase, mentre i modelli avanzati possono includere funzioni di protezione contro lo squilibrio di tensione, la sovratensione, la sottotensione e il ritardo regolabile.

La configurazione dei contatti di uscita deve corrispondere ai requisiti del circuito di controllo del motore. Le opzioni più comuni includono contatti normalmente aperti (NA), normalmente chiusi (NC) e di commutazione.

Nelle applicazioni industriali, i relè di guasto di fase montabili su guida DIN sono generalmente preferiti perché consentono una semplice installazione all'interno di quadri elettrici e pannelli di automazione.

Applicazioni e vantaggi dei relè di monitoraggio di fase

I relè di monitoraggio di fase sono ampiamente utilizzati nei sistemi industriali e commerciali dove è essenziale un funzionamento affidabile del motore.

Sono comunemente impiegati in pompe, compressori per impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC), ascensori, nastri trasportatori, apparecchiature di produzione e sistemi di automazione.

Rilevando i problemi di alimentazione elettrica prima che causino gravi danni al motore, i relè di guasto di fase contribuiscono a ridurre i tempi di inattività imprevisti, a diminuire i costi di manutenzione e a prolungare la durata utile delle apparecchiature.

Domande frequenti