Электронные реле защиты электрических двигателей

Электронные реле защиты электрических двигателей

Цель работы — изучить принцип действия, устройство и назначение электронных реле защиты асинхронных двигателей.

Программа работы:

1. Изучить аварийные режимы асинхронных двигателейи основныеметоды их защиты.

2. Изучить принцип действия и устройство универсальных встроенных защит.

3. Изучить принцип действия и назначение фазочувствительных устройств защиты.

Основные аварийные режимы электродвигателей и их функциональные связи.

Чтобы правильно защитить электродвигатели, необходимо знать причины их отказов. Основные аварийные режимы возникают из-за:

обрыва фазы (ОФ) 40. 50 %

заторможения ротора (ЗР) 20. 25 %

технологических перегрузок (TП) 8. 10 %

нарушения охлаждения (НО) 8. 10 %

понижения сопротивления изоляции (ПСИ) 10. 15 %

Основной аварийный режим электродвигателей в сельском хозяйстве — обрыв одной фазы. Если этот режим является следствием однофазного короткого замыкания, то ЭДС, генерируемая в поврежденной фазе электродвигателями, работавшими на двух фазах, по исправной цепи со стороны двигателей создает через место короткого замыкания потенциал в нулевом проводе, который может быть причиной поражения животных и людей электрическим током.

Из рисунке 12видно, что на изменение физических параметров, указанных в скобках под названием каждого аварийного режима, должно реагировать устройство защиты, не допуская отказа двигателя или нарушения электробезопасности. Анализируя функциональные связи, можно определить оптимальную область применения каждого вида защиты и обосновать технические требования к устройствам защиты в зависимости от назначения.

Рисунок 12 -Функциональные связи видов защиты

Встроенная температурная защита (устройство УВТЗ), косвенно реагирующая на аварийные режимы, контролируя их следствие — перегрев обмотки, особенно эффективна при нарушении охлаждения, а также при частых резких перегрузках, пусках и реверсах, когда моделировать тепловыепроцессы электродвигателя тепловым реле или электронной схемой почти невозможно. Однако УВТЗ недостаточно эффективна при заторможенном роторе электродвигателя и обрыве фазы и совершенно не реагирует на понижение сопротивления изоляции. Это серьезный недостаток защиты. При использовании УВТЗ в статорную обмотку двигателя необходимо установить три позистора, а для соединения двигателя с пускозащитной аппаратурой нужно применять дополнительные провода. Все это ограничивает применение УВТЗ в сельском хозяйстве.

Различные схемы дополнительной защиты электродвигателей также ограниченно применяют в сельском хозяйстве. Так, например, устройства контролирующие напряжение или ток нулевой последовательности неизбежно создают ложные отключения двигателей при реальной асимметрии сельских электрических сетей. Все устройства защиты по минимальному напряжению и реле обрыва фаз реагируют на обрыв фаз только в том случае, если он произошел до места установки защиты. Реле минимального тока не срабатывают при перегрузке и выявляют только обрыв фазы, а реле максимального тока, наоборот, защищают электродвигатели от перегрузок и коротких замыканий и не реагируют на обрыв фазы. Известные устройства контроля сопротивления изоляции или токов утечки не срабатывают при иных аварийных режимах электродвигателей. Вот почему их можно применять только совместно с другим устройством защиты.

Встроенная температурная зашита

Нагрев обмотки можно контролировать различными температурными датчиками, например терморезисторами, в том числе позисторами, если их установить в статорной обмотке. Так как датчики температуры встраивают в статорные обмотки, то такую защиту электродвигателей называют встроенной.

Несмотря на указанные преимущества встроенной защиты, ей свойствен ряд существенных недостатков, ограничивающих ее применение.

Защита по температуре статорной обмотки является косвенной, реагирующей не на причину, а на следствие аварийного режима. При явных аварийных режимах, таких, как заторможение ротора электродвигателя или незапускание его на двух фазах, электродвигатель сразу не отключается, а остается в аварийном режиме до опасного перегрева статорной обмотки, что вызывает интенсивное старение изоляции, а в некоторых случаях сгорание статорной обмотки (при повышенной температурной инерции датчиков). Ограничивает использование встроенной температурной защиты и то обстоятельство, что в условиях хозяйств устанавливать температурные датчики в статорные обмотки электродвигателей нельзя. Это можно делать на заводах при изготовлении электродвигателей или в мастерских при их перемотке, потому что датчики должны быть установлены до пропитки обмотки, а вмешательство в обмотку готового электродвигателя недопустимо. Во всех случаях применения встроенной защиты необходимы дополнительные провода длясоединение датчиков с пускозащитной аппаратурой. Кроме того, встроенная температурная защита не обеспечивает электробезопасности, допуская работу электродвигателей на двух фазах. Это особенно опасно в животноводческих помещениях. Следовательно, встроенную температурную защиту нельзя рассматривать как самую перспективную, особенно в сельском хозяйстве, где основными аварийными режимами являются обрыв фаз и заторможение (незапускание) электродвигателей, при которых сама встроенная защита может стать причиной аварий. Во многих случаях большую надежность защиты обеспечиваютфазочувствительные устройства.

Позисторы.

Позисторы характеризуются положительным температурным коэффициентом сопротивления. Фактически при низких температурах у позистора отрицательный температурный коэффициент сопротивления, а при температуре срабатывания он становится положительным и достаточно большим. Благодаря этому сопротивление позистора резко, почти

Рисунок 13- Температурная характеристика позистора

Из характеристики (рисунок 13) видно, что в диапазоне температур 110. 130° С сопротивление позистора меняется от 100 до 10000 Ом. Такое резкое изменение сопротивления легко позволяет создавать соответствующие устройства защиты, которые срабатывают в указанном диапазоне температур с высокой точностью. Габаритные размеры позисторов достаточно малы, их удобно устанавливать в статорные обмотки трехфазных электродвигателей любой мощности.

Температуру срабатывания позисторов, при которой происходит резкий скачок сопротивления, называют классификационной, так как она согласована с допустимой температурой изоляции соответствующего класса.

Таблица 1 -Основные параметры отечественных позисторов типа СТ14-ХХ

ХХ – модификация позистора

Из параметров приведённых, в таблице1 можно сделать вывод, что у всех позисторов с различной классификационной температурой одинаковые выходные параметры. Это означает, что аппараты защиты, которые подключаются к позисторам, взаимозаменяемы независимо от класса изоляции электродвигателя. Согласуют только типы позисторов при их установке в статорные обмотки электродвигателей. Часть электродвигателей, в том числе сельскохозяйственного исполнения, выпускают со встроеннымипозисторами. В этом случае в обозначение двигателей серии 4А добавляется буква Б, например электродвигатель 4А132М4БУЗ.

Устройство защиты типа УВТЗ-1М (рисунок 3) включают в себе узел питания, усилитель и выходное реле КV. Узел питания состоит из диодного моста VD1. VD4, ограничивающих резисторов R1, R2 и R4 и стабилитронов VD5 и VD8. Усилитель выполнен на транзисторах VT1. VТ4 и тиристоре VS.

Рисунок 14 — Принципиальная схема реле УВТЗ-1М

Схема УВТЗ-1М работает следующим образом. Если температура обмотки электродвигателя ниже предельно допустимого значения, то сопротивление позисторов мало и напряжение, поступающее на транзистор VТ4, будет больше значения порога срабатывания усилительного каскада VТЗ, VТ4. определяемого делителями R6, R7, R8. В этом случае транзистор VТ4 будет открыт, транзистор VТ1 и тиристор VS закрыты, а реле КV обесточено.

При увеличении температуры обмоток электродвигателя сверх предельно допустимого значения сопротивление позисторов резко возрастает, и сигнал, поступающий на транзистор VТ4 уменьшается. Тогда транзистор VТ4 закрывается, а VТ1 открывается. Тиристоры VS и выходное реле КV включаются; контакты реле КV размыкают цепь питания катушки магнитного пускателя, который отключает электродвигатель от сети.

Устройство УВТЗ-1М осуществляет также самоконтроль — отключает электродвигатель при возникновении неисправности вцепи датчиков — позисторов.

Как уже указывалось, устройства встроенной температурной защиты не обеспечивают надежной защиты электродвигателей с заторможенным ротором, в том числе не запустившихся на двух фазах из-за температурной инерции встроенных позисторов. Кроме того, эта защита не обеспечивает электробезопасности. Поэтому УВТЗ-1М было усовершенствовано — дополнено быстродействующей зашитой от обрыва фаз.

Рисунок 15 — Принципиальная схема реле УВТЗ-5

УВТЗ-5 (рисунок 15) состоит из усовершенствованной схемы температурной защиты, собранной на транзисторах VТ1. VТ5. и схемы контроля напряжения нулевой последовательности (искусственной звезды из трех резисторов R1, R2 и RЗ). Трансформатор ТV служит для развязки фазы питания и искусственной звезды. Схема температурной защиты имеет более высокую помехоустойчивость, чем УВТЗ-1М.

Схема работает следующим образом. При температуре обмоток электродвигателя, не превышающей допустимую, и при симметричной системе напряжений трехфазной сети ток поступает на схему через катушку KVгерконового реле. При этом транзисторы VT1, VT2, VT5 и тиристоры VSзакрыты, а транзисторы VT3 и VT4 открыты, герконовое реле KV включено.

При аварийном увеличении температуры обмоток срабатывают позисторы (или один позистор). Транзистор VT2 открывается, а VT4 закрывается. Тиристор VS открывается и шунтирует KV. Контакт герконового реле размыкается, что приводит к отключению электродвигателя.

При возникновении обрыва фазы на первичной обмотке трансформатора TV появляется напряжение нулевой последовательности, при этом транзистор VT5 открывается, а VT4 закрывается, тиристор VS открывается и шунтирует катушку KV. Это снова приводит к отключению электродвигателя. Таким образом, УВТЗ-5 моментально реагирует на обрыв фазы, не допуская опасной роботы электродвигателя внеполнофазном режиме или его перегрева при незапускании на двух фазах. УВТЗ-5 особенно эффективно, если искусственная звезда подключена непосредственно к клеммам электродвигателя. На обрыв фаз после пускозащитной аппаратуры схема контроля напряжения нулевой последовательности не реагирует.

Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 1912 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Виды и аппараты защит электродвигателей

Аппараты максимальной токовой защиты. При работе ЭП может произойти замыкание электрических цепей между собой на землю (корпус), а также увеличение тока в силовых цепях свыше допустимого предела, вызванное стопорением движения исполнительного органа рабочей машины, обрывом одной из фаз питающего напряжения, резким снижением тока возбужден ДПТ. Для защиты ЭП и питающей сети от появляющихся в этих случаях недопустимо больших токов (сверхтоков) предусматривается максимальная токовая защита, которая может реализовываться различными средствами — с помощью плавких предохранителей, реле максимального тока и автоматических выключателей.

Плавкие предохранители (FU) — включаются в каждую линию (фазу) питающей сети между выключателем напряжения сети и контактами линейного контактора КМ, а также в цепи управления. На рисунке 2 показаны соответственно схемы защиты предохранителями АД, ДПТ и цепей управления.

Рисунок 2 – Защита цепей предохранителями

Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка и дугогасительное устройство. Выбор плавкой вставки предохранителей производится по току, который рассчитывается таким образом, чтобы она не перегорала от пускового тока двигателя.

Для защиты электрических цепей ЭП при напряжении до 1000 В применяются следующие типы предохранителей: трубчатые без наполнителя серии ПР2; быстродействующие серии ПНБ-5; с высокой разрывной способностью серии ПП 31; трубчатые разборные с закрытыми патронами и наполнителем серии ПН 2; резьбовые серии ПРС. Плавкие вставки этих предохранителей калибруются на токи от 6 до 1000 А.

Реле максимального тока используются в основном в ЭП средней и большой мощности. Катушки этих реле FA1 и FA2 включаются в две фазы трехфазных двигателей переменного тока и в один или два полюса ДПТ между выключателем QS и контактами линейного контактора КМ. Размыкающие контакты этих реле включаются также в цепь катушки линейного контактора КМ. При возникновении сверхтоков в контролируемых цепях, превышающих токи срабатывания (уставки) реле FA1 и FA2, контакты этих реле размыкаются и силовые контакты линейного контактора КМ отключают двигатель от питающей сети (рис.3).

Уставки реле максимального тока должны выбираться таким образом, чтобы не происходило отключения двигателей при их пуске или других переходных процессах, т. е. когда токи в силовых цепях в несколько раз превышают номинальный уровень.

В качестве реле максимального тока в ЭП применяются реле мгновенного действия серии РЭВ 570 для цепей постоянного тока от 0,6 до 1200 А и серии РЭВ 571Т для цепей переменного тока от 0,6 до 630 А. Время их срабатывания порядка 0,05 с. В схемах управления применяются также реле серий РЭ 70, РЭВ 830, РЭВ 302 и др.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы — QF). Эти комплексные многоцелевые аппараты обеспечивают ручное включение и отключение двигателей, их защиту от сверхтоков, перегрузок и снижения питающего напряжения. Для обеспечения выполнения этих функций автомат имеет контактную систему, замыкание и размыкание которой осуществляется вручную с помощью рукоятки или кнопки, максимальное токовое реле и тепловое токовое реле.

Важной частью автомата является механизм свободного сцепления,

который обеспечивает его отключение при поступлении управляющих или защитных воздействий, например при протекании токов перегрузки, коротком замыкании, снижении напряжения сети, а также при необходимости дистанционного отключения автомата.

Упрощенное устройство автомата показано на рисунке 4. Рабочий ток нагрузки протекает через контакт 1 автомата, нагреватель теплового реле 6 и катушку 9 реле максимального тока. При коротком замыкании в контролируемой цепи сердечник 10 реле максимального тока втягивается в катушку 9 и через толкатель 8 воздействует на рычаг 5 механизма свободного расцепления. Последний поворачивается по часовой стрелке и приподнимает защелку 4. При этом освобождается рычаг 3 и, воздействуя на пружину 2, размыкает контакты 1 автомата.

Рисунок 4 – Схема автоматического выключателя (а) и его условное графическое и буквенное обозначение (б)

Аналогично происходит отключение автомата при перегрузке цепи, когда ток в ней больше номинального (расчетного), но меньше тока короткого замыкания. В этом случае ток, проходя по нагревателю 6 теплового реле, вызывает нагрев биметаллической пластины 7, в результате чего свободный конец этой пластины поднимается вверх и через рычаг 5 открывает защелку 4, вызывая этим отключение контактов автомата.

Часто в автоматах применяют тепловые расцепители без нагревателя, в этом случае контролируемый ток пропускается непосредственно через биметаллическую пластину. В маломощных автоматах такой расцепитель может выполнять также функции элемента максимальной токовой защиты.

Автоматические выключатели широко используются для коммутации и защиты силовых и маломощных цепей ЭП всех видов.

Применяемые в ЭП автоматические выключатели серий АП 50, АК 63, А 3000, А 3700, АЕ 2000, ВА, ВАБ, «Электрон» различаются между собой числом контактов (полюсов), уровнями номинальных тока и напряжения, набором и исполнением реализуемых защит, отключающей способностью, быстродействием. Диапазон их номинальных токов составляет 10. 10 000 А, а предельных коммутируемых токов 0,3. 100 кА. Время включения различных автоматов находится в пределах от 0,02 до 0,7 с.

Нулевая защита. При значительном снижении напряжения сети или его исчезновении эта защита обеспечивает отключение двигателей и предотвращает самопроизвольное их включение (самозапуск) после восстановления напряжения.

В тех случаях, когда двигатели управляются кнопками контакторов или магнитных пускателей, нулевая защита осуществляется самими этими аппаратами без применения дополнительных средств. Например, если в схемах исчезло или сильно понизилось напряжение сети, катушка линейного контактора КМ потеряет питание и он отключит двигатель от сети. При восстановлении напряжения включение двигателя возможно только после нажатия на кнопку управления SB2.

Тепловая защита отключает двигатель от источника питания, если, вследствие протекания по его цепям повышенных токов происходит значительный нагрев его обмоток. Такая перегрузка возникает, например, при обрыве одной из фаз трехфазного АД или СД.

Тепловая защита двигателей осуществляется с помощью тепловых, максимальных токовых реле и автоматических выключателей. Тепловые реле (КК) включаются в две-три фазы трехфазных двигателей непосредственно или через трансформаторы тока (рисунок 5). Для защиты ДПТ тепловые реле включаются в один или два полюса цепи их питания. Размыкающие контакты тепловых реле включаются в цепи катушек главных (линейных) контакторов или в цепь защитного реле.

Действие теплового реле основано на эффекте изгибания биметаллической пластинки при нагревании из-за различных температурных коэффициентов линейного расширения образующих ее металлов.

Рисунок 5 – Включение тепловых реле в электрические цепи

В ЭП применяются электротепловые двухполюсные реле серий ТРН на номинальные токи от 0,32 до 40 А, однополюсные реле серий ТРТП на токи от 1,75 до 550 А и трехполюсные реле серий РТЛ на токи от 0,17 до 200 А. Эти реле имеют регулируемую уставку тепловой защиты; при токе 1,2I_ном время их срабатывания 20 мин.

Тепловая защита двигателей может осуществляться также автоматическими выключателями и магнитными пускателями, если они имеют встроенные тепловые расцепители.

При повторно-кратковременных режимах работы ЭП, когда процессы нагрева реле и двигателя различны, защита двигателей от перегрузок осуществляется с помощью максимальных токовых реле FA1 и FA2. Токи уставок этих реле выбираются на 20. 30% выше номинального тока двигателя. Так как, ток уставки реле в этом случае ниже пускового тока, то при пуске двигателя его контакты шунтируются контактами реле времени, имеющего выдержку времени несколько большую времени пуска двигателя.

Электрическая защита асинхронных электродвигателей

Самым распространенным видом электродвигателей бесспорно можно назвать трёхфазные электродвигатели переменного тока, напряжение которых составляет до 500 В при мощностях от 0,05 до 350 — 400 кВт.

Так как требуется обеспечить бесперебойное и надежное функционирование электродвигателей, то наибольшее внимание в первую очередь следует уделить выбору электродвигателей по режиму работы, номинальной мощности и форме исполнения. Нужно не забывать о том, что немалое значение имеет соблюдение требований и необходимых правил во время разработки принципиальной электрической схемы, подборе пускорегулирующей аппаратуры, кабелей и проводов, эксплуатации и монтаже электропривода.

Работа электродвигателей в аварийных режимах

Как известно, даже в случае, если электроприводы спроектированы в соответствии со всеми нормами и эксплуатируются с соблюдением всех правил, то все равно при их работе всегда остается пусть небольшая, но все-таки вероятность появления аварийных режимов или режимов, которые характеризуются ненормальной работой для двигателей и другого электрооборудования.

Среди различных аварийных режимов можно перечислить следующие:

1. Короткие замыкания, которые в свою очередь делятся на:

• короткие замыкания, которые происходят в обмотках электродвигателя. Они могут быть однофазными и многофазными, а именно двухфазными и трехфазными;
• многофазные короткие замыкания, которые происходят в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (например, в ящиках сопротивлений, на контактах коммутационных аппаратов, в проводах и кабелях);
• короткие замыкания фазы на нулевой провод или корпус во внешней цепи (в электросетях с заземленной нейтралью) или внутри двигателя;
• короткие замыкания, возникающие в цепи управления;
• короткие замыкания, возникающие в обмотке двигателя между витками. Этот тип замыканий часто называют витковыми замыканиями.

Короткие замыкания, возникающие в электроустановках, считаются самым опасным типом аварийных режимов из всех существующих. Как правило, чаще всего они появляются по причине перекрытия изоляции или пробоя. Токи короткого замыкания могут достичь таких амплитуд, которые в десятки и сотни раз превышают значения токов при нормальном режиме работы. Тепловое воздействие и динамические усилия, вызванные токами короткого замыкания, которым подвергаются токоведущие части, способны вывести из строя всю электроустановку целиком.

2. тепловые перегрузки электродвигателя, которые появляются из-за того, что по его обмоткам происходит прохождение повышенных токов. Это может происходить в следующих ситуациях:

• когда по различным технологическим причинам происходят перегрузки рабочего механизма;
• когда имеют место быть при застопоривании или, наоборот, пуске двигателя под нагрузкой особо тяжелые условия;
• когда случается длительное понижение напряжения сети;
• когда произошло выпадение одной из фаз внешней силовой цепи;
• когда в обмотке электродвигателя случился обрыв провода;
• когда имели место быть механические повреждения в рабочем механизме или в самом двигателе;
• когда по причине ухудшения условий охлаждения двигателя произошли тепловые перегрузки.

Тепловые перегрузки отрицательно сказываются на работе электродвигателя. Главной причиной этого является то, что они вызывают ускоренное разрушение и старение изоляции двигателя, что в свою очередь влечет частое возникновение коротких замыканий. То есть все это приводит к серьезным авариям и слишком быстрому выходу двигателя из строя.

Виды защиты электродвигателей асинхронного типа

Для защиты электродвигателей от различных повреждений, возникающих во время работы двигателя в условиях, отличных от нормальных, разрабатываются всевозможные средства защиты. Один из принципов, применяемый в таких средствах защиты, предусматривает своевременное отключение неисправного двигателя от сети, ограничивая, тем самым, или полностью предотвращая развитие аварии.

Основным и самым действенным средством бесспорно считается электрическая защита двигателей, которая соответствуем требованиям ПУЭ (нормативный документ, «Правила устройства электроустановок»).

Если за основу классификации взять характер ненормальных режимов работы и повреждений, которые могут возникнуть, то можно назвать несколько основных наиболее часто встречающихся типов электрозащиты для двигателей асинхронного типа.

Защита электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий

Когда в главной силовой цепи электродвигателя или в цепи управления токов появляется аварийный режим короткого замыкания, то происходит отключение двигателя. В этом и заключается защита от короткого замыкания.

Срабатывание всех аппаратов, которые используются для осуществления защиты электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий, происходит практически мгновенно, без задержки во времени. К таким аппаратам относятся, например, предохранители плавкие, реле электромагнитные, выключатели автоматические с расцепителем электромагнитного типа.

Защита электродвигателей асинхронного типа от перегрузок

Благодаря наличию защиты от перегрузки двигатель предохраняется от чрезмерного перегрева, возникающего, в частности, при относительно малых по величине, но растянутых во времени тепловых перегрузках. Защиту от перегрузки нужно использовать только для электродвигателей не всех рабочих механизмов, а только тех, у которых возможны ненормальные скачки нагрузки в случае нарушения стандартного рабочего процесса.

Аппараты, которые разработаны с целью защитить сеть от перегрузки, например, электромагнитные реле, температурные и тепловые реле, автоматические выключатели с часовым механизмом или с тепловым расцепителем, в случае возникновения перегрузки способствуют отключению двигателя. При этом такое отключение происходит с определенной конкретной выдержкой времени. Выдержка прямо пропорционально зависит от величины перегрузки. Иными словами, чем больше перегрузка, тем меньше выдержка, и наоборот. Иногда даже происходит мгновенное отключение, это происходит при существенных перегрузках.

Защита электродвигателей асинхронного типа от понижения уровня напряжения или его исчезновения

Защиту от понижения уровня напряжения или его исчезновения также часто называют нулевой защитой. Выполняемая с помощью нескольких (или одного) электромагнитных аппаратов, защита подобного рода отключает электродвигатель при снижении уровня напряжения сети ниже минимально допустимого (возможно установить требуемый уровень минимально допустимого напряжения самостоятельно) значения или при перебоях напряжения питания, а также защищает электродвигатель от самопроизвольного включения после обеспечения допустимого напряжения в сети или устранения перерыва питания.

Для режима работы электродвигателей асинхронного типа на двух фазах также существует защита. Срабатывая, она отключает двигатель, тем самым защищая его от «опрокидывания» (остановка под током из-за понижения момента, развиваемого двигателем, в случае обрыва линий электропитания в одной из фаз главной цепи) и от перегрева.

Электромагнитные и тепловые реле применяются в качестве аппаратов защиты двигателей асинхронного типа. При использовании электромагнитного реле защита может не иметь выдержки времени.

Другие виды электрической защиты электродвигателей асинхронного типа

Не менее эффективные, но реже используемые средства защиты также существуют. Они применяются для защиты от однофазных замыканий на землю в IT сетях (у которых нейтраль изолирована), от повышения уровня напряжения, от увеличения скорости вращения привода и т.п.

Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей

В зависимости от функциональной сложности аппараты для электрической защиты электродвигателей асинхронного типа могут применяться для предохранения от одного или нескольких одновременно типов угроз. Защиту от коротких замыканий или перегрузок обеспечивают различные автоматические выключатели. Бывают аппараты защиты однократного или многократного действия. К первым относятся, например, плавкие предохранители. Их недостатком можно считать то, что после выполнения своей функции, такие средства защиты подлежат замене и не могут использоваться повторно. Более подходящими могут оказаться перезаряжаемые средства защиты однократного действия. Что касается аппаратов многократного действия, они отличаются способом возврата в состояния готовности на два типа: с ручным возвратом и автоматическим. Примером таких устройств служат тепловые и электромагнитные реле.

Выбор вида электрической защиты электродвигателей асинхронного типа

Для каждого электродвигателя асинхронного типа необходимо выбирать подходящий ему вид электрической защиты. Нужно учитывать условия работы, степень важности привода, его мощность и порядок обслуживания электродвигателя в целом (наличие закрепленного за двигателем сервис-инженера). Может быть выбран как один, так и сразу несколько видов защиты электродвигателей.

Хорошая защита – это та, которая в итоге окажется надежной и простой в эксплуатации. Для грамотного подбора вариантов защиты необходимо провести аудит электрооборудования. Особенное внимание следует уделить данным, касающимся аварийности оборудования в мастерских, на строительных площадках, в цехах и т.д. В результате подобного анализа будет выявлено множество нарушений нормальной работы технологического оборудования и электродвигателей, что позволит подобрать наиболее соответствующее ситуации средство электрической защиты двигателя.

Защита электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий обязательно должна быть предусмотрена вне зависимости от его характеристик (напряжения и мощности). В данном случае защиту нужно организовать комплексным путем в два приема. В одном случае будет необходимо обеспечивать защиту при значениях тока меньших, чем значения пусковых токов. Это подходит в некоторых случаях возникновения коротких замыканий, например замыкания на корпус внутри двигателя или при витковых замыканиях. Во втором случае защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5—10 раз превышать его номинальный ток

Наиболее доступные и функционально простые средства защиты не позволят одновременного выполнения этих приемов. Поэтому защита с применением подобного рода аппаратов всегда строится на основании сознательного допущения, что при возникновении вышеуказанных повреждений в двигателе, он отключится не мгновенно, а постепенно, причем при условии дальнейшего развития подобных повреждений, когда ток, потребляемый двигателем из сети, возрастет многократно.

Все аппараты электрической защиты двигателей должны быть тщательным образом отрегулированы и правильно подобраны с учетом всех особенностей в каждом конкретном случае. Не допускается, чтобы средства защиты выдавали ложное срабатывание.

Что такое электронная защита двигателя

11-1. Характеристики асинхронных электродвигателей и приводимых механизмов

Как в промышленности, так и в установках собственных нужд электростанций наиболее широко распространены простые и надежные в эксплуатации асинхронные электродвигатели.

Вращающий момент, создаваемый на валу асинхронного электродвигателя, зависит от напряжения на его выводах и от скорости вращения ротора. Зависимость вращающего момента электродвигателя от скорости вращения ротора при постоянных напряжении и частоте сети показана на рис. 11-1 (кривая 1). Если напряжение на зажимах двигателя понизится, что может иметь место, например, при коротком замыкании, вращающий момент на валу уменьшится (кривая 2).

11-2. Повреждения и ненормальные режимы работы электродвигателей. Типы защит

а) Повреждения электродвигателей

В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные короткие замыкания. Многофазные короткие замыкания и замыкания на землю могут также возникнуть на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Так же как и повреждения других электрических машин и аппаратов, короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора.

Для защиты электродвигателя от многофазных коротких замыканий служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующая на отключение.

11-3. Защита от многофазных коротких замыканий

Для защиты от многофазных коротких замыканий электродвигателей мощностью до 5 000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее просто токовая отсечка может быть выполнена с реле прямого действия встроенными в привод выключателя. С реле косвенного действия применяется одна из двух схем соединения трансформаторов тока и реле, приведенных на рис. 11-3 и 11-4. Отсечка выполняется с независимыми токовыми реле. Использование в схеме отсечки токовых реле с зависимой характеристикой (рис. 11-4) позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле одновременно защиту от коротких замыканий и перегрузки.

11-4. Защита от перегрузки

Защита от перегрузки устанавливается только на электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (мельничных вентиляторов, дымососов, мельниц, дробилок, багерных насосов и т. п.), как правило, с действием на сигнал или разгрузку механизма. Так, например, на электродвигателях шахтных мельниц защита может действовать на отключение электродвигателя механизма, подающего уголь, благодаря чему предотвращается завал мельницы углем.

Защита от перегрузки должна отключать электродвигатель, на котором она установлена, только в том случае, если без остановки электродвигателя нельзя устранить причину, вызвавшую перегрузку. Использование защиты от перегрузки с действием на отключение целесообразно также в установках без обслуживающего персонала.

11-5. Защита минимального напряжения

После отключения короткого замыкания происходит самозапуск электродвигателей, подключенных к секции или системе шин, на которых во время короткого замыкания имело место снижение напряжения. Токи самозапуска, в несколько раз превышающие номинальные, проходят по питающим линиям (или трансформаторам) собственного расхода. В результате напряжение на шинах собственного расхода, а следовательно, и на электродвигателях понижается настолько, что вращающий момент па валу электродвигателя может оказаться недостаточным для его разворота. Самозапуск электродвигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже 55—65% U_HOM. , Поэтому, для того чтобы обеспечить самозапуск наиболее ответственных электродвигателей, устанавливается защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели, отсутствие которых в течение некоторого времени не отразится на производственном процессе. При этом уменьшается суммарный ток самозапуска и повышается напряжение на шинах собственного расхода, благодаря чему обеспечивается самозапуск ответственных электродвигателей.

11-6. Расчет тока и остаточного напряжения при самозапуске

Расчет тока, проходящего при самозапуске, выполняется для выбора уставки максимальной токовой защиты трансформатора, питающего электродвигатели по схеме рис. 11-9, а. Остаточное напряжение на выводах электродвигателей рассчитывается для определения возможности самозапуска.

Расчет тока самозапуска при питании электродвигателей через трансформатор производится в следующем порядке:

11-7. Защита электродвигателей 3—10 кВ от замыканий на землю

Защита от замыканий на землю электродвигателей 3—10 кВ, работающих в сети с незаземленной нулевой точкой, выполняется с помощью одного токового реле, которое подключается к трансформатору тока пулевой последовательности типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗР и др. (рис. 11-10).

Защита действует так же, как аналогичная защита генераторов. В случае, когда питание электродвигателя осуществляется по двум параллельным кабелям, вторичные обмотки трансформаторов тока, надетых на каждый из них, соединяются последовательно и подключаются к одному токовому реле.

11-8. Защита асинхронных электродвигателей напряжением до 500 В

К защите электродвигателей напряжением до 500 В предъявляются в основном такие же требования, как и к защите электродвигателей более высокого напряжения. Защита электродвигателей от коротких замыканий осуществляется с помощью плавких предохранителей, а также максимальных токовых реле прямого или косвенного действия. На электродвигателях напряжением до 500 В широко применяются аппараты, в которых совмещены устройства защиты и управления электродвигателем — магнитные пуска-. тели и автоматические воздушные выключатели.

Магнитным пускателем называется автоматический контактор, предназначенный для пуска, остановки, защиты от перегрузки и для автоматического отключения электродвигателя при исчезновении напряжения. Магнитный пускатель (рис. 11-11) состоит из электромагнита К, подключаемого к напряжению сети, главных контактов К₁ подающих напряжение на электродвигатель и снабженных дугогасительными камерами, тепловых реле Т₀ с размыкающими контактами, осуществляющих защиту электродвигателя от перегрузки, кнопок управления и вспомогательного контакта К₂.

11-9. Особенности защиты синхронных двигателей

На промышленных предприятиях широко применяются мощные синхронные электродвигатели, которые так же, как и асинхронные, должны иметь защиту от коротких замыканий, от замыканий на землю, защиту минимального напряжения и защиту от перегрузки. Уставки этих защит выбираются так же, как и па аналогичных защитах асинхронных электродвигателей.

Защиты синхронных электродвигателей должны действовать не только на отключение выключателя, но также и на автомат гашения поля, если он имеется.