リレー欠相保護技術：原理、応用、開発動向

欠相保護の基本原理と重要性

欠相故障の危険性

欠相とは、三相電力システムの電源のいずれか 1 つの相が欠相する現象を指します。これは、三相非同期モーターの焼損につながる主な原因の 1 つです。三相モーターが欠相状態で運転すると、逆相電流成分が発生し、三相電流の不均衡が生じたり、過大になったりして、モーター巻線が瞬間的に焼損します。統計によると、モーター故障の約 40% は電源の欠相に関連しています。

リレー欠相保護の基本原理

リレー欠相保護は、三相回路の電流または電圧の異常を監視して欠相故障が発生したかどうかを判断します。スター (Y) 結線のモーターの場合、線電流は相電流と等しいため、通常のサーマル リレーで効果的な保護を提供できます。ただし、デルタ結線のモーターの場合、相電流が線電流と等しくないため、通常のサーマルリレーでは動作が間に合わない場合があり、特殊な欠相保護リレーを使用する必要があります。

差動欠相保護機構

欠相保護付きサーマルリレーは、上部ガイドプレート、下部ガイドプレート、レバーからなる差動機構を使用しています。ある相が切り離されると、その相のバイメタルが冷えてリセットし、上部のガイド プレートを右に移動させます。一方、他の 2 つの相のバイメタルは熱によって曲げられ続け、下部のガイド プレートを左に移動させ、差動動作による保護動作を引き起こします。

欠相保護の技術実現スキーム

サーマルリレー欠相保護

通常のサーマルリレーは熱によりバイメタルの屈曲を介してアクチュエータを押しますが、Δ結線モータの保護には限界があります。

差動サーマルリレーは特殊な構造設計によりこの問題を解決します。欠相が発生すると、欠相側のバイメタルが冷却されてリセットされますが、他の 2 つの相は熱により曲げられ続け、差動動作による保護が作動します。

電圧監視式欠相保護

リリース電圧を調整できる 3 つの低電圧リレーを使用し、コイルはスター接続され、共通ノードはゼロラインに接続されます。

欠点は、感度が不十分であり、欠相中もモーターが高電圧を維持する可能性があり、その結果、保護が遅れる可能性があることです。

電子総合保護リレー

マイクロプロセッサと高度なセンシング技術を統合し、電流や電圧などの複数のパラメータを同時に監視し、総合的な保護を実現します。

ソリッド ステート リレー (SSR) テクノロジー

出力耐電圧900Vまでの高電圧車載バッテリーシステムに適しており、高速応答と長寿命が特徴です。

実際の課題と解決策

Δ接続モーターの保護の課題

解決策には、特殊な欠相保護リレーの使用、統合されたモータープロテクター、または補助保護回路の設計が含まれます。

コンタクタのリリース電圧の不一致の問題

一般的なコンタクタのリリース電圧の範囲は 0.2U から 0.7U であり、欠相保護の故障につながる可能性があります。

より実現可能な解決策は、現在の保護に基づいた保護戦略を採用することです。

リレーが勝手に故障するリスク

予防策としては、信頼できる品質の製品の使用、定期的なテストとメンテナンス、冗長設計、自己診断機能を備えたインテリジェントリレーの使用などが挙げられます。

太陽光発電システムの逆相故障

リレーを使用すると、系統障害が発生した場合に太陽光発電システムを系統から切り離し、迅速な保護を実現できます。

リレー欠相保護の技術革新

CPLDベースのインテリジェント欠相保護システム

信号取得モジュール、CPLD ロジック処理モジュール、サイリスタ制御保護モジュールが含まれています。

回路状態をリアルタイムで判断するアルゴリズムにより、欠相が検出されると、ただちにシングル SCR を閉じてリレーを保護します。

統合され小型化された設計

小型ソリッドステートリレーなど、BOM コストを削減しながらソリューションのサイズを最大 90% 削減します。

新しい材料の応用

銀合金接点、セラミック絶縁材などの使用により、高温やアーク放電に対するリレーの耐性が向上します。

広帯域半導体技術

炭化ケイ素 (SiC) および窒化ガリウム (GaN) デバイスの導入により、ソリッドステート リレーの動作温度は 200°C 以上に上昇し、スイッチング周波数は MHz 時代に入りました。

リレー欠相保護の選定ガイド

負荷の種類に応じた選定

抵抗負荷、誘導負荷、または容量負荷には、異なるリレー特性が必要です。

電圧および電流定格のマッチング

リレー定格がシステムの最大動作パラメータよりも高いことを確認してください。環境適応への配慮

高温、高湿度、振動などの環境要因はリレーの選択に影響します。

機能要件の分析

基本的な保護、インテリジェントな監視、リモート制御などのさまざまな要件によって、製品タイプが決まります。

リレー欠相保護の一般的なアプリケーション シナリオ

産業用モーターの保護

ウォーターポンプ、ファン、コンプレッサーなどの主要機器の欠相保護。

新エネルギー車高電圧システム

バッテリー管理、モーター制御、充電システム、その他のリンクの回路保護。

太陽光発電システム

インバータ保護、グリッドスイッチング、エネルギー貯蔵管理およびその他のアプリケーション。

インテリジェントな建物の配電

エレベーターやエアコンなどの重要な負荷の電力監視

今後の開発動向

インテリジェントかつデジタル

マイクロプロセッサ、デジタル信号処理アルゴリズム、通信インターフェイスを統合し、ソフトウェア定義と保護機能のリモート管理を実現する新世代の保護デバイス。

ソリッドステートリレー技術

半導体技術が進歩するにつれて、高電圧および大電流アプリケーションにおけるソリッドステートリレーのシェアは徐々に増加します。

予知保全とIoTの統合

インテリジェント リレーは、機器ステータス パラメータの継続的な監視と産業用 IoT システム内での緊密な統合を通じて、潜在的な故障の危険を事前に検出できます。

標準化されたモジュール設計

最新の保護リレーは、一般に埋め込み取り付け、標準端子、HD LCD インターフェイスを使用して、設置と構成のプロセスを簡素化します。