Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго. Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы. Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.
Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:
В схемах защиты используются плавкие предохранители, реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями. Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя. Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.
Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:
Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах. При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения. Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.
Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).
Точки на изображении:
Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя. Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению. В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.
Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.
Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.
Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:
Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.
Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.
Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.
Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.
Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.
Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.
Основными электрическими параметрами являются
Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.
Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.
Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН.
Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.
Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.
Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.
podvi.ru
Для того чтобы избежать непредвиденных сбоев, дорогостоящего ремонта и последующих потерь из-за простоя электродвигателя, очень важно оборудовать двигатель защитным устройством.
Защита двигателя имеет три уровня:
• Внешняя защита от короткого замыкания установки. Устройства внешней защиты, как правило, являются предохранителями разных видов или реле защиты от короткого замыкания. Защитные устройства данного типа обязательны и официально утверждены, они устанавливаются в соответствии с правилами безопасности.
• Внешняя защита от перегрузок, т.е. защита от перегрузок двигателя насоса, а, следовательно, предотвращение повреждений и сбоев в работе электродвигателя. Это защита по току.
• Встроенная защита двигателя с защитой от перегрева, чтобы избежать повреждений и сбоев в работе электродвигателя. Для встроенного устройства защиты всегда требуется внешний выключатель, а для некоторых типов встроенной защиты двигателя требуется даже реле перегрузки.
Возможные условия отказа двигателя
Во время эксплуатации могут возникать различные неисправности. Поэтому очень важно заранее предусмотреть возможность сбоя и его причины и как можно лучше защитить двигатель. Далее приведён перечень условий отказа, при которых можно избежать повреждений электродвигателя:
• Низкое качество электроснабжения:
• Высокое напряжение
• Пониженное напряжение
• Несбалансированное напряжение/ ток (скачки)
• Изменение частоты
• Неверный монтаж, нарушение условий хранения или неисправность самого электродвигателя
• Постепенное повышение температуры и выход её за допустимый предел:
• недостаточное охлаждение
• высокая температура окружающей среды
• пониженное атмосферное давление (работа на большой высоте над уровнем моря)
• высокая температура рабочей жидкости
• слишком большая вязкость рабочей жидкости
• частые включения/отключения электродвигателя
• слишком большой момент инерции нагрузки (свой для каждого насоса)
• Резкое повышение температуры:
• блокировка ротора
• обрыв фазы
Для защиты сети от перегрузок и короткого замыкания при возникновении каких-либо из перечисленных выше условий отказа необходимо определить, какое устройство защиты сети будет использоваться. Оно должно автоматически отключать питание от сети. Плавкий предохранитель является простейшим устройством, выполняющим две функции. Как правило, плавкие предохранители соединяются между собой при помощи аварийного выключателя, который может отключить двигатель от сети питания. На следующих страницах мы рассмотрим три типа плавких предохранителей с точки зрения их принципа действия и вариантов применения: плавкий предохранительный выключатель, быстродействующие плавкие предохранители и предохранители с задержкой срабатывания.
Плавкий предохранительный выключатель
Плавкий предохранительный выключатель - это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе. С помощью выключателя можно размыкать и замыкать цепь вручную, в то время как плавкий предохранитель защищает двигатель от перегрузок по току. Выключатели, как правило, используются в связи с выполнением сервисного обслуживания, когда необходимо прервать подачу тока.
Аварийный выключатель имеет отдельный кожух. Этот кожух защищает персонал от случайного контакта с электрическими клеммами, а также защищает выключатель от окисления. Некоторые аварийные выключатели оборудованы встроенными плавкими предохранителями, другие аварийные выключатели поставляются без встроенных плавких предохранителей и оснащены только выключателем.
Устройство защиты от перегрузок по току (плавкий предохранитель) должно различать перегрузки по току и короткое замыкание. Например, незначительные кратковременные перегрузки по току вполне допустимы. Но при дальнейшем увеличении тока устройство защиты должно срабатывать немедленно. Очень важно сразу предотвращать короткие замыкания. Выключатель с предохранителем - пример устройства, используемого для защиты от перегрузок по току. Правильно подобранные плавкие предохранители в выключателе размыкают цепь при токовых перегрузках.
Плавкие предохранители быстрого срабатывания
Быстродействующие плавкие предохранители обеспечивают отличную защиту от короткого замыкания. Однако кратковременные перегрузки, такие как пусковой ток электродвигателя, могут вызвать поломку плавких предохранителей такого вида. Поэтому быстродействующие плавкие предохранители лучше всего использовать в сетях, которые не подвержены действию значительных переходных токов. Обычно такие предохранители выдерживают около 500% своего номинального тока в течение одной четвёртой секунды. По истечении этого времени вставка предохранителя плавится и цепь размыкается. Таким образом, в цепях, где пусковой ток часто превышает 500% номинального тока предохранителя, быстродействующие плавкие предохранители использовать не рекомендуется.
Плавкие предохранители с задержкой срабатывания
Данный тип плавких предохранителей обеспечивает защиту и от перегрузки, и от короткого замыкания. Как правило, они допускают 5-кратное увеличение номинального тока на 10 секунд, и даже более высокие значения тока на более короткое время. Обычно этого достаточно, чтобы электродвигатель был запущен и плавкий предохранитель не открылся. С другой стороны, если возникают перегрузки, которые продолжаются больше, чем время плавления плавкого элемента, цепь также разомкнётся.
Время срабатывания плавкого предохранителя
Время срабатывания плавкого предохранителя - это время плавления плавкого элемента (проволоки), которое требуется для того, чтобы цепь разомкнулась. У плавких предохранителей время срабатывания обратно пропорционально значению тока - это означает, что чем больше перегрузки по току, тем меньше период времени для отключения цепи.
В общем, можно сказать, что у электродвигателей насосов очень короткое время разгона: меньше 1 секунды. В этой связи для электродвигателей подойдут предохранители с задержкой времени срабатывания с номинальным током, соответствующим току полной нагрузки электродвигателя.
Иллюстрация справа демонстрирует принцип формирования характеристики времени срабатывания плавкого предохранителя. Ось абсцисс показывает соотношение между фактическим током и током полной нагрузки: если электродвигатель потребляет ток полной нагрузки или меньше, плавкий предохранитель не размыкается. Но при величине тока, в 10 раз превышающей ток полной нагрузки, плавкий предохранитель разомкнётся практически мгновенно (0,01 с). На оси ординат отложено время срабатывания.
Во время пуска через индукционный электродвигатель проходит достаточно большой ток. В очень редких случаях это приводит к выключению посредством реле или плавких предохранителей. Для уменьшения пускового тока используются различные методы пуска электродвигателя.
Автоматический токовый выключатель является устройством защиты от перегрузок по току. Он автоматически размыкает и замыкает цепь при заданном значении перегрузки по току. Если токовый выключатель применяется в диапазоне своих рабочих параметров, размыкание и замыкание не наносит ему никакого ущерба. Сразу же после возникновения перегрузки можно легко возобновить работу автоматического выключателя - он просто устанавливается в исходное положение.
Различают два вида автоматических выключателей: тепловые и магнитные.
Тепловые автоматические выключатели
Тепловые автоматические выключатели - это самый надёжный и экономичный тип защитных устройств, которые подходят для электродвигателей. Они могут выдержать большие амплитуды тока, которые возникают при пуске электродвигателя, и защищают электродвигатель от сбоев, таких как блокировка ротора.
Магнитные автоматические выключатели
Магнитные автоматические выключатели являются точными, надёжными и экономичными. Магнитный автоматический выключатель устойчив к изменениям температуры, т.е. изменения температуры окружающей среды не влияют на его предел срабатывания. По сравнению с тепловыми автоматическими выключателями, магнитные автоматические выключатели имеют более точно определённое время срабатывания. В таблице приведены характеристики двух типов автоматических выключателей.
Рабочий диапазон автоматического выключателя
Автоматические выключатели различаются между собой уровнем тока срабатывания. Это значит, что всегда следует выбирать такой автоматический выключатель, который может выдержать самый высокий ток короткого замыкания, который может возникнуть в данной системе.
Реле перегрузки:
• При пуске электродвигателя позволяют выдерживать временные перегрузки без разрыва цепи.
• Размыкают цепь электродвигателя, если ток превышает предельно допустимое значение и возникает угроза повреждения электродвигателя.
• Устанавливаются в исходное положение автоматически или вручную после устранения перегрузки.
IEC и NEMA стандартизуют классы срабатывания реле перегрузки.
Обозначение класса срабатывания
Как правило, реле перегрузки реагируют на условия перегрузки в соответствии с характеристикой срабатывания. Для любого стандарта (NEMA или IEC) деление изделий на классы определяет, какой период времени требуется реле на размыкание при перегрузке. Наиболее часто встречающиеся классы: 10, 20 и 30. Цифровое обозначение отражает время, необходимое реле для срабатывания. Реле перегрузки класса 10 срабатывает в течение 10 секунд и менее при 600% тока полной нагрузки, реле класса 20 срабатывает в течение 20 секунд и менее, а реле класса 30 - в течение 30 секунд и менее.
Угол наклона характеристики срабатывания зависит от класса защиты электродвигателя. Электродвигатели IEC обычно адаптированы к определённому варианту использования. Это означает, что реле перегрузки может справляться с избыточным током, величина которого очень близка к максимальной производительности реле. Класс 10 - самый распространённый класс для электродвигателей IEC. Электродвигатели NEMA имеют внутренний конденсатор большей ёмкости, поэтому класс 20 для них применяется чаще.
Реле класса 10 обычно используется для электродвигателей насосов, так как время разгона электродвигателей составляет около 0,1-1 секунды. Для многих высокоинерционных промышленных нагрузок необходимо для срабатывания реле класса 20.
Сочетание плавких предохранителей с реле перегрузки
Плавкие предохранители служат для того, чтобы защитить установку от повреждений, которые могут быть вызваны коротким замыканием. В связи с этим плавкие предохранители должны иметь достаточную ёмкость. Более низкие токи изолируются с помощью реле перегрузки. Здесь номинальный ток плавкого предохранителя соответствует не рабочему диапазону электродвигателя, а току, который может повредить наиболее слабые составляющие установки. Как было упомянуто ранее, плавкий предохранитель обеспечивает защиту от короткого замыкания, но не защиту от перегрузок при низком токе.
На рисунке представлены наиболее важные параметры, формирующие основу согласованной работы плавких предохранителей в сочетании с реле перегрузки.
Очень важно, чтобы плавкий предохранитель сработал прежде, чем другие детали установки получат тепловое повреждение в результате короткого замыкания.
Усовершенствованные наружные системы защиты двигателя также обеспечивают защиту от перенапряжения, перекоса фаз, ограничивают число включений/выключений, устраняют вибрации. Кроме того, они позволяют контролировать температуру статора и подшипников через датчик температуры (PT100), измерять сопротивление изоляции и регистрировать температуру окружающей среды. В дополнение к этому усовершенствованные наружные системы защиты двигателя могут принимать и обрабатывать сигнал от встроенной тепловой защиты. Далее в этой главе мы рассмотрим устройство тепловой защиты.
Наружные реле защиты двигателя предназначены для защиты трёхфазных электродвигателей при угрозе повреждения двигателя за короткий или более длительный период работы. Кроме защиты двигателя, наружное реле защиты имеет ряд особенностей, которые обеспечивают защиту электродвигателя в различных ситуациях:
• Подаёт сигнал прежде, чем возникает неисправность в результате всего процесса
• Диагностирует возникшие неисправности
• Позволяет выполнять проверку работы реле во время техобслуживания
• Контролирует температуру и наличие вибрации в подшипниках
Можно подключить реле перегрузки к центральной системе управления зданием для постоянного контроля и оперативной диагностики неисправностей. Если в реле перегрузки установлено наружное реле защиты, сокращается период вынужденного простоя из-за прерывания технологического процесса в результате поломки. Это достигается благодаря быстрому обнаружению неисправности и недопущению повреждений электродвигателя.
Например, электродвигатель может быть защищён от:
• Перегрузки
• Блокировки ротора
• Заклинивания
• Частых повторных пусков
• Разомкнутой фазы
• Замыкания на массу
• Перегрева (с помощью сигнала, поступающего от электродвигателя через датчик PT100 или терморезисторы)
• Малого тока
• Предупреждающего сигнала о перегрузке
Ток полной нагрузки при определённом напряжении, указанном в фирменной табличке, является нормативом для настройки реле перегрузки. Так как в сетях разных стран присутствует различное напряжение, электродвигатели для насосов могут использоваться как при 50 Гц, так и при 60 Гц в широком диапазоне напряжений. В связи с этим в фирменной табличке электродвигателя указывается диапазон тока. Если нам известно напряжение, мы можем вычислить точную допустимую нагрузку по току.
Пример вычисления
Зная точную величину напряжения для установки, можно рассчитать ток полной нагрузки при 254 / 440 Y B, 60 Гц.
Данные отображаются в фирменной табличке, какпоказано в иллюстрации.
Вычисления для 60 Гц
Коэффициент усиления напряжения определяется следующими уравнениями:
Расчет фактического тока полной нагрузки (I):
(Значения тока для подключения по схеме «треугольник» и «звезда» при минимальных значениях напряжения)
(Значения тока для подключения по схеме «треугольник» и «звезда» при максимальных значениях напряжения)
Теперь с помощью первой формулы можно рассчитать ток полной нагрузки:
I для «треугольника»:
I для «звезды»:
Величины для тока полной нагрузки соответствуют допустимому значению тока полной нагрузки электродвигателя при 254 Δ/440 Y В, 60 Гц.
Внимание: наружное реле перегрузки электродвигателя всегда устанавливается на номинальное значение тока, указанное в фирменной табличке.
Однако если электродвигатели сконструированы с учётом коэффициента нагрузки, который затем указывается в фирменной табличке, напр., 1.15, заданное значение тока для реле перегрузки может быть увеличено на 15% по сравнению с током полной нагрузки или коэффициентом нагрузки в амперах (SFA - service factor amps), который, как правило, указывается в фирменной табличке.
Для чего нужна встроенная защита двигателя, если электродвигатель уже оснащён реле перегрузки и плавкими предохранителями? В некоторых случаях реле перегрузки не регистрирует перегрузку электродвигателя. Например, в ситуациях:
• Когда электродвигатель закрыт (недостаточно охлаждается) и медленно нагревается до опасной температуры.
• При высокой температуре окружающей среды.
• Когда наружная защита двигателя настроена на слишком высокий ток срабатывания или установлена неправильно.
• Когда электродвигатель перезапускается несколько раз в течение короткого периода времени и пусковой ток нагревает электродвигатель, что в конечном счёте, может его повредить.
Уровень защиты, который может обеспечить внутренняя защита, указывается в стандарте IEC 60034-11.
Обозначение TP
TP - аббревиатура «thermal protection» - тепловая защита. Существуют различные типы тепловой защиты, которые обозначаются кодом TP (TPxxx). Код включает в себя:
• Тип тепловой перегрузки, для которой была разработана тепловая защита (1-я цифра)
• Число уровней и тип действия (2-я цифра)
• Категорию встроенной тепловой защиты (3-я цифра)
В электродвигателях насосов, самыми распространёнными обозначениями TP являются:
TP 111: Защита от постепенной перегрузки
TP 211: Защита как от быстрой, так и от постепенной перегрузки.
Обозначение | Техническая егрузка и ее варианты (1-я цифра) | Количество уровней и функциональная область (2-я цифра) | Категория 1 (3-я цифра) |
ТР 111 | Только медленно (постоянная перегрузка) | 1 уровень при отключении | 1 |
ТР 112 | 2 | ||
ТР 121 | 2 уровня при аварийном сигнале и отключении | 1 | |
ТР 122 | 2 | ||
ТР 211 | Медленно и быстро (постоянная перегрузка, блокировка) | 1 уровень при отключении | 1 |
ТР 212 | 2 | ||
ТР 221 ТР 222 | 2 уровня при аварийном сигнале и отключении | 1 | |
2 | |||
ТР 311 ТР 321 | Только быстро (блокировка) | 1 уровень при отключении | 1 |
2 |
Изображение допустимого температурного уровня при воздействии на электродвигатель высокой температуры. Категория 2 допускает более высокие температуры, чем категория 1.
Все однофазные электродвигатели Grundfos оснащены защитой двигателя по току и температуре в соответствии с IEC 60034-11. Тип защиты двигателя TP 211 означает, что она реагирует как на постепенное, так и на быстрое повышение температуры.
Сброс данных в устройстве и возврат в начальное положение осуществляется автоматически. Трёхфазные электродвигатели Grundfos MG мощностью от 3.0 кВт стандартно оборудованы датчиком температуры PTC.
Эти электродвигатели были испытаны и одобрены как электродвигатели TP 211, которые реагируют и на медленное, и на быстрое повышение температуры. Другие электродвигатели, используемые для насосов Grundfos (MMG модели D и E, Siemens, и т.п.), могут быть классифицированы как TP 211, но, как правило, они имеют тип защиты TP 111.
Необходимо всегда учитывать данные, указанные на фирменной табличке. Информацию о типе защиты конкретного электродвигателя можно найти на фирменной табличке - маркировка с буквенным обозначением TP (тепловая защита) согласно IEC 60034-11. Как правило, внутренняя защита может быть организована при помощи двух типов устройств защиты: Устройств тепловой защиты или терморезисторов.
Устройства тепловой защиты, встраиваемые в клеммную коробку
В устройствах тепловой защиты, или термостатах, используется биметаллический автоматический выключатель дискового типа мгновенного действия для размыкания и замыкания цепи при достижении определённой температуры. Устройства тепловой защиты называют также «кликсонами» (по названию торговой марки от Texas Instruments). Как только биметаллический диск достигает заданной температуры, он размыкает или замыкает группу контактов в подключённой схеме управления. Термостаты оснащены контактами для нормально разомкнутого или нормально замкнутого режима работы, но одно и то же устройство не может использоваться для двух режимов. Термостаты предварительно откалиброваны производителем, и их установки менять нельзя. Диски герметично изолированы и располагаются на контактной колодке.
Через термостат может подаваться напряжение в цепи аварийной сигнализации - если он нормально разомкнут, или термостат может обесточивать электродвигатель - если он нормально замкнут и последовательно соединён с контактором. Так как термостаты находятся на наружной поверхности концов катушки, то они реагируют на температуру в месте расположения. Применительно к трёхфазным электродвигателям термостаты считаются нестабильной защитой в условиях торможения или в других условиях быстрого изменения температуры. В однофазных электродвигателях термостаты служат для защиты при блокировке ротора.
Тепловой автоматический выключатель, встраиваемый в обмотки
Устройства тепловой защиты могут быть также встроены в обмотки, см. иллюстрацию.
Они действуют как сетевой выключатель как для однофазных, так и для трёхфазных электродвигателей. В однофазных электродвигателях мощностью до 1,1 кВт устройство тепловой защиты устанавливается непосредственно в главном контуре, чтобы оно выполняло функцию устройства защиты на обмотке. Кликсон и Термик - примеры тепловых автоматических выключателей. Эти устройства называют также PTO (Protection Thermique a Ouverture).
Внутренняя установка
В однофазных электродвигателях используется один одинарный тепловой автоматический выключатель. В трёхфазных электродвигателях - два последовательно соединённых выключателя, расположенных между фазами электродвигателя. Таким образом, все три фазы контактируют с тепловым выключателем. Тепловые автоматические выключатели можно установить на конце обмоток, однако это приводит к увеличению времени реагирования. Выключатели должны быть подключены к внешней системе управления. Таким образом электродвигатель защищается от постепенной перегрузки. Для тепловых автоматических выключателей реле - усилителя не требуется.
Тепловые выключатели НЕ ЗАЩИЩАЮТ двигатель при блокировке ротора.
На графике справа показана зависимость сопротивления от температуры для стандартного теплового автоматического выключателя. У каждого производителя эта характеристика своя. TN обычно лежит в интервале 150-160 °C.
Подключение
Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.
Обозначение TP на графике
Защита по стандарту IEC 60034-11:
TP 111 (постепенная перегрузка). Для того чтобы обеспечить защиту при блокировке ротора, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки.
Терморезисторы, встраиваемые в обмотки
Второй тип внутренней защиты - это терморезисторы, или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC). Терморезисторы встраиваются в обмотки электродвигателя и защищают его при блокировке ротора, продолжительной перегрузке и высокой температуре окружающей среды. Тепловая защита обеспечивается с помощью контроля температуры обмоток электродвигателя с помощью PTC датчиков. Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры.
В результате такого изменения внутренние реле обесточивают контур управления внешнего контактора. Электродвигатель охлаждается, и восстанавливается приемлемая температура обмотки электродвигателя, сопротивление датчика понижается до исходного уровня. В этот момент происходит автоматическое приведение модуля управления в исходное положение, если только он предварительно не был настроен на сброс данных и повторное включение вручную.
Если терморезисторы установлены на концах катушки самостоятельно, защиту можно классифицировать только как TP 111. Причина в том, что терморезисторы не имеют полного контакта с концами катушки, и, следовательно, не могут реагировать так быстро, как если бы они изначально были встроены в обмотку.
Система, чувствительная к температуре терморезистора, состоит из датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC), устанавливаемых последовательно, и твердотельного электронного выключателя в закрытом блоке управления. Набор датчиков состоит из трёх - по одному на фазу. Сопротивление в датчике остаётся относительно низким и постоянным в широком диапазоне температур, с резким увеличением при температуре срабатывания. В таких случаях датчик действует как твердотельный тепловой автоматический выключатель и обесточивает контрольное реле. Реле размыкает цепь управления всего механизма для отключения защищаемого оборудования. Когда температура обмотки восстанавливается до допустимого значения, блок управления можно привести в прежнее положение вручную.
Все электродвигатели Grundfos мощностью от 3 кВт и выше оснащены терморезисторами. Система терморезисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC) считается устойчивой к отказам, так как в результате выхода из строя датчика или отсоединении провода датчика возникает бесконечное сопротивление, и система срабатывает так же, как при повышении температуры, - происходит обесточивание контрольного реле.
Критические значения зависимости сопротивление/ температура для датчиков системы защиты электродвигателя определены в стандартах DIN 44081/ DIN 44082.
На кривой DIN показано сопротивление в датчиках терморезистора в зависимости от температуры.
По сравнению с PTO терморезисторы имеют следующие преимущества:
• Более быстрое срабатывание благодаря меньшему объёму и массе
• Лучше контакт с обмоткой электродвигателя
• Датчики устанавливаются на каждой фазе
• Обеспечивают защиту при блокировке ротора
Защита двигателя TP 211 реализуется, только когда терморезисторы PTC полностью установлены на концах обмоток на заводе-изготовителе. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельной установке на месте эксплуатации. Электродвигатель должен пройти испытания и получить подтверждение о соответствии его маркировке TP 211. Если электродвигатель с терморезисторами PTC имеет защиту TP 111, он должен быть оснащён реле перегрузки для предотвращения последствий заклинивания.
Соединение
На рисунках справа представлены схемы подключения трёхфазного электродвигателя, оснащённого терморезисторами PTC, с расцепителями Siemens. Для реализации защиты как от постепенной, так и от быстрой перегрузки, мы рекомендуем следующие варианты подключения электродвигателей, оснащённых датчиками PTC, с защитой TP 211 и TP 111.
Электродвигатели с защитой TP 111
Если электродвигатель с терморезистором имеет маркировку TP 111, это значит, что электродвигатель защищён только от постепенной перегрузки. Для того чтобы защитить электродвигатель от быстрой перегрузки, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки. Реле перегрузки должно подключаться последовательно к реле PTC.
Электродвигатели с защитой TP 211
Защита TP 211 двигателя обеспечивается, только если терморезистор PTC полностью встроен в обмотки. Защита TP 111 реализуется только при самостоятельном подключении.
Терморезисторы разработаны в соответствии со стандартом DIN 44082 и выдерживают нагрузку Umax 2,5 В DC. Все отключающие элементы предназначены для приёма сигналов от терморезисторов DIN 44082, т.е терморезисторов компании Siemens.
Обратите внимание: Очень важно, чтобы встроенное устройство PTC было последовательно соединено с реле перегрузки. Многократные повторные включения реле перегрузки могут привести к сгоранию обмотки в случае блокировки электродвигателя или пуска при высокой инерции. Поэтому очень важно, чтобы температурные показатели и данные по потребляемому току устройства PTC и реле
www.eti.su
Трехфазные электродвигатели при случайном отключении одной из фаз быстро перегреваются и выходят из строя, если их вовремя не отключить от сети. Поэтому были разработаны различные системы автоматических защитных отключающих устройств, однако они либо сложны, либо недостаточно чувствительны.
Схема пуска трехфазного асинхронного электродвигателя включением на пусковую схему «звезда».
Устройства защиты можно условно разделить на релейные и диодно-транзисторные.
Релейные, в отличие от диодно-транзисторных, более просты в изготовлении. Рассмотрим несколько релейных схем автоматической защиты трехфазного двигателя при случайном отключении одной из фаз питания электрической сети.
Первый способ защиты трехфазных асинхронных электродвигателей.
Это самый распространенный способ, проверенный временем. Защита двигателя от отключения одной фазы обеспечивается применением теплового реле ТЗ. Смысл этой защиты состоит в том, что постоянная нагревания теплового реле подбирается таким же образом, что и постоянная нагревания электродвигателя. То есть, проще говоря, реле нагревается так же, как и двигатель. И при превышении температуры выше допустимой реле отключает двигатель. При отключении одной фазы ток через другие фазы резко возрастает, двигатель и тепловое реле начинают быстро нагреваться, что вызывает срабатывание теплового реле. Способ хорош и тем, что обеспечивает и защиту двигателя от перегрузки и пробоя одной фазы на корпус. Но для надежной защиты от пробоя на корпус двигатель обязательно должен быть заземлен или занулен. Недостаток этого способа в том, что его нужно достаточно точно подбирать и настраивать. В идеале его номинальный ток должен быть такой же, как и у двигателя.
Второй способ защиты трехфазных асинхронных электродвигателей.
В обычную систему запуска трехфазного двигателя введено дополнительное реле Р с нормально разомкнутыми контактами Р1. При наличии напряжения в трехфазной сети обмотка дополнительного реле Р постоянно находится под напряжением и контакты Р1 замкнуты. При нажатии кнопки "Пуск" через обмотку электромагнита магнитного пускателя МП проходит ток, и системой контактов МП1 электродвигатель подключается к трехфазной сети. При случайном отключении от сети провода А реле Р будет обесточено, контакты Р1 разомкнутся, отключив от сети обмотку магнитного пускателя, который системой контактов МП1 отключит двигатель от сети. При отключении от сети проводов В и С обесточивается непосредственно обмотка магнитного пускателя. В качестве дополнительного реле Р используется реле переменного тока типа МКУ-48.
Третий способ защиты трехфазных асинхронных электродвигателей.
Защитное устройство основано на принципе создания искусственной нулевой точки (точка 1'), образованной тремя одинаковыми конденсаторами С1-С3. Между этой точкой и нулевым проводом 0' включено дополнительное реле Р с нормально замкнутыми контактами. При нормальной работе электродвигателя напряжение в точке 0' равно нулю, и ток через обмотку реле не протекает. При отключении одного из линейных проводов сети нарушается электрическая симметрия трехфазной системы, в точке 0' появляется напряжение, реле Р срабатывает и контактами Р1 обесточивает обмотку магнитного пускателя - двигатель отключается. Это устройство обеспечивает более высокую надежность по сравнению с предыдущим. Реле типа МКУ - на рабочее напряжение 36 В. Конденсаторы С1-С3 - бумажные, емкостью 4-10 мкф, на рабочее напряжение не ниже удвоенного фазного. Чувствительность устройства настолько высока, что иногда двигатель может отключиться в результате нарушения электрической симметрии, вызванного подключением посторонних однофазных потребителей, питающихся от этой сети. Чувствительность можно понизить, применив конденсаторы меньшей емкости.
Четвертый способ защиты трехфазных асинхронных электродвигателей.
Схема защитного устройства аналогична схеме, рассмотренной во втором способе. При нажатии кнопки "Пуск" включается реле Р, контактами Р1 замыкая цепь питания катушки магнитного пускателя МП. Магнитный пускатель срабатывает и контактами МП1 включает электродвигатель. При обрыве линейных проводов В или С отключается реле Р, при обрыве провода А или С - магнитный пускатель МП. В обоих случаях электродвигатель выключается контактами магнитного пускателя МП1. По сравнению со схемой защитного устройства трехфазного двигателя, рассмотренной в первом способе, это устройство имеет преимущество: дополнительное реле Р при выключенном двигателе обесточено.
Поделитесь полезной статьей:
Topfazaa.ru
Защита электродвигателей.
Виды повреждений и ненормальных режимов работы ЭД.
Повреждения электродвигателей. В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные КЗ. Замыкания на землю и многофазные КЗ могут также возникать на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующие на отключение.
Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3—10 кВ менее опасны по сравнению с КЗ, так как сопровождаются прохождением токов 5—20 А, определяемых емкостным током сети. Учитывая сравнительно небольшую стоимость электродвигателей мощностью менее 2000 кВт, защита от замыканий на землю устанавливается на них при токе замыкания на землю более 10 А, а на электродвигателях мощностью более 2000 кВт — при токе замыкания на землю более 5 А защита действует на отключение.
Защита от витковых замыканий на электродвигателях не устанавливается. Ликвидация повреждений этого вида осуществляется другими защитами электродвигателей, поскольку витковые замыкания в большинстве случаев сопровождаются замыканием на землю или переходят в многофазное КЗ.
Электродвигатели напряжением до 600 В защищаются от КЗ всех видов (в том числе и от однофазных) с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.
Ненормальные режимы работы. Основным видом ненормального режима работы для электродвигателей является перегрузка их токами больше номинального. Допустимое время перегрузки электродвигателей, с, определяется по следующему выражению:
Рис. 6.1. Зависимость тока электродвигателя от частоты вращения ротора.
где k — кратность тока электродвигателя по отношению к номинальному; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя: А == 250 — для закрытых электродвигателей, имеющих большую массу и размеры, А = 150 — для открытых электродвигателей.
Перегрузка электродвигателей может возникнуть вследствие перегрузки механизма (например, завала углем мельницы или дробилки, забивания пылью вентилятора или кусками шлака насоса золоудаления и т. п.) и его неисправности (например, повреждения подшипников и т. п.). Токи, значительно превышающие номинальные, проходят при пуске и самозапуске электродвигателей. Это происходит вследствие уменьшения сопротивления электродвигателя при уменьшении его частоты вращения. Зависимость тока электродвигателя I от частоты вращения п при постоянном напряжении на его выводах приведена на рис. 6.1. Ток имеет наибольшее значение, когда ротор электродвигателя остановлен; этот ток, называемый пусковым, в несколько раз превышает номинальное значение тока электродвигателя. Защита от перегрузки может действовать на сигнал, разгрузку механизма или отключение электродвигателя. После отключения КЗ напряжение на выводах электродвигателя восстанавливается и частота его вращения начинает увеличиваться. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, значения которых определяются частотой вращения электродвигателя и напряжением на его выводах. Снижение частоты вращения всего на 10—25 % приводит к уменьшению сопротивления электродвигателя до минимального значения, соответствующего пусковому току. Восстановление нормальной работы электродвигателя после отключения КЗ называется самозапуском, а токи, проходящие при этом, — токами самозапуска.
На всех асинхронных электродвигателях самозапуск может быть осуществлен без опасности их повреждения, и поэтому их защита должна быть отстроена от режима самозапуска. От возможности и длительности самозапуска асинхронных электродвигателей основных механизмов собственных нужд зависит бесперебойная работа тепловых электростанций. Если из-за большого снижения напряжения нельзя обеспечить самозапуск всех работающих электродвигателей, часть из них приходится отключать. Для этого используется специальная защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60—70 % номинального. В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Частота вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух неповрежденных фаз перегружаются током в 1,5—2 раза большим номинального. Защита электродвигателя от работы на двух фазах применяется лишь на электродвигателях, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой повреждение электродвигателя.
На мощных тепловых электростанциях в качестве привода для дымососов, дутьевых вентиляторов и циркуляционных насосов получили широкое распространение двухскоростные асинхронные электродвигатели напряжением 6 кВ. Эти электродвигатели выполняются с двумя независимыми статорными обмотками, каждая из которых подключается через отдельный выключатель, причем обе статорные обмотки одновременно не могут быть включены, для чего в схемах управления предусмотрена специальная блокировка. Применение таких электродвигателей позволяет экономить электроэнергию путем изменения их частоты вращения в зависимости от нагрузки агрегата. На таких электродвигателях устанавливается по два комплекта релейной защиты.
В эксплуатации применяются также схемы электропривода, предусматривающие вращение механизма (например, шаровой мельницы) двумя спаренными электродвигателями, которые присоединяются к одному выключателю. При этом все защиты являются общими для обоих электродвигателей, за исключением токовой защиты нулевой последовательности, которая предусматривается для каждого электродвигателя и выполняется с помощью токовых реле, подключенных к ТТ нулевой последовательности, установленным на каждом кабеле.
Защита асинхронных ЭД от междуфазных к.з., перегрузок и замыканий на землю.
Для защиты от многофазных КЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее просто токовую отсечку можно выполнить с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя. С реле косвенною действия применяется одна из двух схем соединения ТТ и реле, приведенных на рис. 6.2 и 6.3. Отсечка выполняется с независимыми токовыми реле. Использование токовых реле с зависимой характеристикой (рис. 6 3) позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле защиту от КЗ и перегрузки. Ток срабатывания отсечки выбирается -по следующему выражению:
где kсх — коэффициент схемы, равный 1 для схемы на рис. 6.3 и v3 для схемы на рис. 6.2; Iпуск —пусковой ток электродвигателя.
Если ток срабатывания реле отстроен от пускового тока, отсечка, как правило, надежно отстроена и от. тока, который электродвигатель посылает в сечь при внешнем КЗ.
Зная номинальный ток электродвигателя Iном и кратность пускового тока kп, указываемую в каталогах, можно подсчитать пусковой ток по следующему выражению:
Рис. 6.2 Схема защиты электродвигателя токовой отсечкой с одним токовым реле мгновенного действия: а — цепи тока, б — цепи оперативного постоянного тока
Как видно по осциллограмме, приведенной на рис. 6.4, на которой показан пусковой ток электродвигателя питательного насоса, в первый момент пуска появляется кратковременный пик намагничивающего тока, превышающий пусковой ток электродвигателя. Для отстройки от этого пика ток срабатывания отсечки выбирается с учетом коэффициента надежности: kн=1,8 для реле типа РТ-40, действующих через промежуточное реле; kн = 2 для реле типов ИТ-82, ИТ-84 (РТ-82, РТ-84), а также для реле прямого действия.
Рис. 6.3. Схема защиты электродвигателя от коротких замыканий и перегрузки с двумя реле типа РТ-84: а— цепи тока, б — цепи оперативного постоянного тока.
Т
Рис. 6 4. Осциллограмма пускового тока электродвигателя.
токовую отсечку электродвигателей мощностью до 2000 кВт следует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой однорелейной схеме (см. рис. 6.2). Однако недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рис. 6.3, к двухфазным КЗ между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Это имеет место, так как ток срабатывания отсечки, выполненной по однорелейной схеме, согласно (6.1) в vЗ раз больше, чем в двухрелейной схеме. Поэтому на электродвигателях мощностью 2000—5000 кВт токовая отсечка для повышения чувствительности выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя меньше двух.
На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная защита, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках электродвигателей. Эта защита выполняется в двухфазном или в трехфазном исполнении с реле типа РНТ-565 (аналогично защите генераторов). Ток срабатывания рекомендуется принимать 2Iном.
Поскольку защита в двухфазном исполнении не реагирует на двойные замыкания на землю, одно из которых возникает в обмотке электродвигателя на фазе В, в которой отсутствует ТТ, дополнительно устанавливается специальная защита от двойных замыканий без выдержки времени.
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.
Ток срабатывания защиты от перегрузки принимается равным:
где kн = 1,1—1,2.
При этом реле защиты от перегрузки смогут сработать от пускового тока, поэтому выдержка времени защиты принимается 10—20 с по условию отстройки от времени пуска электродвигателя. Защита от перегрузки выполняется с помощью индукционного элемента реле типа ИТ-80 (РТ-80) (см. рис 6.3). Если электродвигатель при перегрузках должен отключаться, в схеме защиты используются реле типа ИТ-82 (РТ-82). На электродвигателях, защита которых от перегрузки не должна действовать на отключение, целесообразно использовать реле с двумя парами контактов типа ИТ-84 (РТ-84), обеспечивающие раздельное действие отсечки и индукционного элемента.
Для ряда электродвигателей (дымососов, дутьевых вентиляторов, мельниц), время разворота которых составляет 30—35 с, схема защиты от перегрузки с реле РТ-84 дополняется реле времени типа ЭВ-144, которое приходит в действие после замыкания контакта токового реле. При этом выдержка времени защиты может быть увеличена до 36 с. В последнее время для защиты от перегрузки электродвигателей собственных нужд применяется схема защиты с одним реле тока типа РТ-40 и одним реле времени типа ЭВ-144, а для электродвигателей с временем пуска более 20 с — реле времени типа ВЛ-34 (со шкалой 1—100 с).
Защита минимального напряжения.
После отключения КЗ происходит самозапуск электродвигателей, подключенных к секции или системе шин, на которых во время КЗ имело место снижение напряжения. Токи самозапуска, в несколько раз превышающие номинальные, проходят по питающим линиям (или трансформаторам) собственных нужд. В результате напряжение на шинах собственных нужд, а следовательно, и на электродвигателях понижается настолько, что вращающий момент на валу электродвигателя может оказаться недостаточным для его разворота. Самозапуск электродвигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже 55—65 % Iном. 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 собственных нужд, благодаря чему обеспечивается самозапуск ответственных электродвигателей.
В некоторых случаях при длительном отсутствии напряжения защита минимального напряжения отключает и ответственные электродвигатели. Это необходимо, в частности, для пуска схемы АВР электродвигателей, а также по технологии производства. Так, например, в случае остановки всех дымососов необходимо отключить мельничные и дутьевые вентиляторы и питатели пыли; в случае остановки дутьевых вентиляторов — мельничные вентиляторы и питатели пыли. Отключение ответственных электродвигателей защитой минимального напряжения производится также в тех случаях, когда их самозапуск недопустим по условиям техники безопасности или из-за опасности повреждения приводимых механизмов.
Наиболее просто защиту минимального напряжения можно выполнить с одним реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение. Однако такое выполнение защиты ненадежно, так как при обрывах в цепях напряжения возможно ложное отключение электродвигателей. Поэтому однорелейная схема защиты применяется только при использовании реле прямого действия.Для предотвращения ложного срабатывания защиты при нарушении цепей напряжения применяются специальные схемы включения реле напряжения. Одна из таких схем для четырех электродвигателей, разработанная в Тяжпромэлектропроекте, показана на рис. 6.5. Реле минимального напряжения прямого действия КVТ1—KVT4 включены на междуфазные напряжения ab и bс. Для повышения надежности защиты эти реле питаются отдельно от приборов и счетчиков, которые подключены к цепям напряжения через трехфазный автоматический выключатель SF3 с мгновенным электромагнитным расцепителем (использованы две фазы автоматического выключателя).
Фаза В цепей напряжения заземлена не глухо, а через пробивной предохранитель FV, чю исключает возможность однофазных КЗ в цепях напряжения и также повышает надежность защиты. В фазе А защиты установлен однофазный автоматический выключатель SFI с электромагнитным мгновенным расцепителем, а в фазе С — автоматический выключатель с замедленным тепловым расцепителем. Между фазами А и С включен конденсатор С емкостью порядка 30 мкФ, назначение которого указано ниже.
Рис. 6 5. Схема защиты минимального напряжения с реле прямого действия типа РНВ
При повреждениях в цепях напряжения рассматриваемая защита будет вести себя следующим образом. Замыкание одной из фаз на землю, как уже отмечалось выше, не приводит к отключению автоматических выключателей, так как цепи напряжения не имеют глухого заземления. При двухфазном КЗ фаз В и С отключится только автоматический выключатель SF2 фазы С. Реле напряжения KVT1 и KVT2 остаются при этом подключенными к нормальному напряжению и поэтому не запускаются. Реле KVT3 и KVT4, запустившиеся при КЗ в цепях напряжения, после отключения автоматического выключателя SF2 вновь подтянутся, так как на них будет подано напряжение от фазы А через конденсатор С. При КЗ фаз АВ или АС отключится автоматический выключатель SF1, установленный в фазе А. После отключения КЗ реле KVT1 и KVT2 вновь подтянутся под действием напряжения от фазы С, поступающего через конденсатор С. Реле KVT3 и KVT4 не запустятся. Аналогично будут вести себя реле и при обрыве фаз А и С. Таким образом, рассматриваемая схема защиты не работает ложно при наиболее вероятных повреждениях цепей напряжения. Ложная работа защиты возможна только при маловероятных повреждениях цепей напряжения — трехфазном КЗ или при отключении автоматических выключателей SF1 и SF2. Сигнализация неисправности цепей напряжения осуществляется контактами реле KV1.1, KV2.1, KV3.1 и контактами автоматических выключателей SF1.1, SF2.1, SF3.1.
В установках с постоянным оперативным током защита минимального напряжения выполняется для каждой секции сборных шин собственных нужд по схеме, приведенной на рис. 6.6. В цепи реле времени КТ1, действующего на отключение неответственных электродвигателей, включены последовательно контакты трех минимальных реле напряжения KV1. Благодаря такому включению реле предотвращается ложное срабатывание защиты при перегорании любого предохранителя в цепях трансформатора напряжения. Напряжение срабатывания реле KV1 принимается порядка 70 % Uном.
Рис. 6.6. Схема защиты минимального напряжения на постоянном оперативном токе: а — цепи переменного напряжения; б — оперативные цепи I — на отключение неответственных двигателей; II — на отключение ответственных двигателей.
Выдержка времени защиты на отключение неответственных электродвигателей отстраивается от отсечек электродвигателей и устанавливается равной 0,5—1,5 с. Выдержка времени на отключение ответственных электродвигателей принимается 10—15 с, для того чтобы защита не действовала на их отключение при снижениях напряжения, вызванных КЗ и самозапуском электродвигателей. Как показывает опыт эксплуатации, в ряде случаев самозапуск электродвигателей продолжается 20—25 с при снижении напряжения на шинах собственных нужд до 60—70 %Uном. При этом, если не принять дополнительных мер, защита минимального напряжения (реле KV1), имеющая уставку срабатывания (0,6—0,7) Uном, могла бы доработать и отключить ответственные электродвигатели. Для предотвращения этого в цепи обмотки реле времени КТ2, действующего на отключение ответственных электродвигателей, включается контакт KV2.1 четвертого реле напряжения KV2. Это минимальное реле напряжения имеет уставку срабатывания порядка (0,4—0,5) Uном и надежно возвращается во время самозапуска. Реле KV2 будет длительно держать замкнутым свой контакт только при полном снятии напряжения с шин собственных нужд. В тех случаях, когда длительность самозапуска меньше выдержки времени реле КТ2, реле KV2 не устанавливается.
В последнее время на электростанциях применяется другая схема защиты, показанная на рис. 6.7. В этой схеме используются три пусковых реле: реле напряжения обратной последовательности KV1 типа РНФ-1М и реле минимального напряжения KV2 и KV3 типа РН-54/160.
Рис. 6.7. Схема защиты минимального напряжения с реле напряжения прямой последовательности: а — цепи напряжения; б — оперативные цепи
В нормальном режиме, когда междуфазные напряжения симметричны, размыкающий контакт KV1.1 в цепи обмоток реле времени защиты КТ1 и КТ2 замкнут, а замыкающий KV1.2 в цепи сигнализации разомкнут. Размыкающие контакты реле K.V2.1 и KV3.1 при этом разомкнуты. При снижении напряжения на всех фазах контакт KV1.1 останется замкнутым и поочередно подействуют: первая ступень защиты минимального напряжения, которая осуществляется с помощью реле KV2 (уставка срабатывания 0,7Uном) и КТ1; вторая — с помощью реле KV3 (уставка срабатывания 0,5 Uном) и КТ2. В случае нарушения одной или двух фаз цепей напряжения срабатывает реле KV1, замыкающим контактом которого KV1.2 подается сигнал о неисправности цепей напряжения. При срабатывании каждой ступени защиты подается плюс на шинки ШМН1 и ШМН2 соответственно, откуда он поступает на цепи отключения электродвигателей. Действие защиты сигнализируется указательными реле КН1 и КН2, имеющими обмотки параллельного включения.
studfiles.net
Надежная и бесперебойная работа двигателя обеспечивается в первую очередь правильным выбором его номинальной мощности, соблюдением необходимых требований при проектировании электрической схемы, монтаже и эксплуатации электропривода. Однако даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов всегда остается опасность возникновения аварийных и ненормальных для двигателя режимов. На этот случай должны быть предусмотрены средства для ограничения развития аварий и предотвращения преждевременного выхода оборудования из строя.
Схема подключения трехфазного асинхронного электродвигателя.
Главным и наиболее действенным средством является электрическая защита двигателей, выполняемая в соответствии с Правилами устройства электроустановок.
В зависимости от характера возможных повреждений и ненормальных режимов работы, различают несколько основных наиболее распространенных видов электрической защиты асинхронных двигателей.
Максимально-токовая защита, именуемая в дальнейшем для краткости максимальной защитой. Аппараты, осуществляющие максимальную защиту (плавкие предохранители, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем), практически мгновенно, т. е. без выдержки времени, отключает двигатель от сети при появлении в главной цепи или в цепи управления токов короткого замыкания или ненормально больших толчков тока.
Защита от перегрузки, или тепловая защита, предохраняет двигатель от недопустимого перегрева при сравнительно небольших по величине, но продолжительных перегрузках. Аппараты тепловой защиты (тепловые реле, автоматические выключатели с тепловым расцепителем) при возникновении перегрузки отключают двигатель с определенной выдержкой времени, тем большей, чем меньше перегрузка.
Схема тепловой защиты.
Защита от работы на двух фазах предохраняет двигатель от недопустимого перегрева, который может наступить вследствие обрыва провода или перегорания предохранителя в одной из фаз главной цепи. Защита действует на отключение двигателя. В качестве аппаратов защиты применяются как тепловые, так и электромагнитные реле. В последнем случае защита может не иметь выдержки времени.
Защита минимального напряжения (нулевая защита) выполняется с помощью одного или нескольких аппаратов, действует на отключение двигателя при снижении напряжения сети ниже установленного значения, предотвращая возможный перегрев двигателя и опасность его «опрокидывания», т. е. остановки вследствие снижения электрического момента. Нулевая защита предохраняет также двигатель от самопроизвольного включения после перерыва питания.
Кроме того, существуют и некоторые другие, реже встречающиеся виды защиты (от повышения напряжения, однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, увеличения скорости вращения привода и т. п.).
Аппараты электрической защиты могут осуществлять один или сразу несколько видов защиты. Так, некоторые автоматические выключатели с комбинированным расцепителем обеспечивают максимальную защиту, защиту от перегрузки и от работы на двух фазах.
Таблица выбора теплового реле.
Одни из аппаратов защиты, например плавкие предохранители, являются аппаратами однократного действия и требуют замены после каждого срабатывания. Другие, такие как электромагнитные и тепловые реле, - аппараты многократного действия. Последние различаются по способу возврата в состояние готовности на аппараты с самовозвратом и с ручным возвратом.
Выбор того или иного вида защиты или нескольких одновременно производится в каждом конкретном случае с учетом степени ответственности привода, его мощности и условий работы. Большую пользу могут принести анализ данных по аварийности электрооборудования в цехе, на строительной площадке, в мастерской и т. п. определение наиболее часто повторяющихся нарушений нормальной работы двигателей и технологического оборудования.
Существенное значение имеют правильный выбор и настройка аппаратов защиты. Например, иногда наблюдается повышенный выход из строя двигателей из-за работы на двух фазах вследствие сгорания плавкой вставки в одной фазе. Но во многих случаях сгорание вставки происходит не в результате однофазного короткого замыкания (пробоя на корпус), а вызвано неправильным выбором вставок, установкой в разных фазах случайно найденных предохранителей с разными токами расплавления вставок.
Опыт многих предприятий показывает, что при высоком качестве ремонта двигателей, тщательном выполнении монтажа, надлежащем уходе за контактами пускателей и контакторов и правильном выборе плавких вставок работа двигателей на двух фазах практически исключается и установки специальной защиты не требуется.
Поделитесь полезной статьей:
Topfazaa.ru
Добрый день, уважаемые гости сайта http://zametkielectrika.ru.
Продолжаем серию статей о защите электродвигателей.
И сегодня мы рассмотрим с Вами основные виды защит электродвигателей.
1. Защита электродвигателей от коротких замыканий
Чаще всего междуфазное короткое замыкание возникает в обмотке статора электрической машины, что приводит к масштабным ее разрушениям.
Также во время междуфазного короткого замыкания снижается напряжение сети, что сказывается и на работу остальных электроприемников.
Защита электродвигателей от междуфазных повреждений (коротких замыканий) — является основной и обязательной.
С данной защитой я познакомлю Вас более подробно в статье защита электродвигателей от коротких замыканий.
2. Защита электродвигателей от замыкания на землю
Следующим видом защиты электродвигателей является защита от замыкания на землю.
Т.к. электродвигатели получают питание от сети с изолированной нейтралью, то однофазные замыкания на землю обмотки статора электрической машины являются не очень опасными.
Выполняется эта защита в том случае, когда токи замыкания на землю превышает более 5 (А).
Более подробно об этом виде защиты мы поговорим с Вами в статье защита электродвигателей от замыкания на землю.
3. Защита электродвигателей от перегрузки
Защита электродвигателей от перегрузки — это самый распространенный вид защиты электродвигателей, потому как перегрузка по току чаще всего возникает во время эксплуатации электрической машины.
Чем опасна перегрузка?
Об этом читайте в статье защита электродвигателей от перегрузки.
В зависимости от условий работы, эксплуатации и обслуживания электродвигателей, защита от перегрузки выполняется с действием:
4. Защита минимального напряжения
Еще один вид защиты электродвигателей, который мы рассмотрим — это защита минимального напряжения.
Иногда по условиям технологического процесса, а также для ограничения токов, возникающих при самозапуске асинхронных двигателей, применяют защиту минимального напряжения, которая действует на отключение малоответственных электродвигателей от питающей сети.
Мы с Вами рассмотрели основные виды защит электродвигателей.
И еще, можете прочитать статью про расчет защиты электродвигателя. В этой статье я рассказал про историю, которая произошла со мной в будничные дни моей работы.
P.S. Более подробно о каждом виде защиты будет посвящена отдельная статья с изображением схем и объяснения принципа исполнения защиты.
Немного отдохнем и посмотрим видео, как классно танцуют…
Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:
zametkielectrika.ru
Защита электро двигателей - тип релейной защиты, как понятно из названия, которая разработана специально для защиты электрических двигателей. Электрические двигатели имеют широкое применение, как раньше было модно говорить "в народном хозяйстве", и использются для приведения в действие миханических устройств всех типов, следовательно их защита - очень важное задание для релейной защиты в целом.
Несколько примеров устройств и механизмов приводимых в действие электрическими двигателями:
Все эти, и многие другие, устройства должны работать безперебойно. Двигатели, с помощью которых приводят в действие эти устройства, должны быть защищены при помощи защиты электро двигателей.
Защитный автомат электрических двигателей - специальное электромеханическое устройство, которое имеет несколько важных функций благодаря которым к двигателю подаеться качественная электрическая энергия:
Электрический двигатель достаточно дорогое оборудование, в связи с этим его защите должна быть определена особая роль. Если двигатель не защищен должным образом, это может привести к его дорогостоящему ремонту или вовсе его замене. Электрический двигатель защищенный должным образом с помощью защиты имеет долгий срок эклплуатации.
Автоматический выключатель двигателей можно рассматривать как термомагнитный автоматический выключатель но с дополнительными функциями, которые специально разработаны для защиты электрических двигателей. Основной принцип работы схож со всеми подобными автоматическими выключателями.
Тем не менее, если двигатель не запустится по каким-либо причинам, тепловая защита отключится в ответ на длительный пусковой ток.
Термическая защита используется для защиты электрического двигателя от перегрузок. Она основывается на замыкании контактов которые отключают двигатель если происходит превышение заданного значения тока. Очень важно знать то, что термическая защита имеет некую задержку по времени для предотвращения отключения двигателя при большом скачке тока после его пуска.
Магнитная защита используется при возникновении короткого замыкания, обрыве линии, или других авариях приводящих к повышению тока. В отличие от термической защиты, магнитная защита немедленного действия, мгновенно отключает опасное повреждение сопровождающееся увеличением тока.
Основным отличием защиты двигателей от простого автоматического выключателя является то, что она обеспечивает защиту от не баланса фаз и обрыва фазы. Трехфазные двигатели, для эффективной работы, требуют симметричности фаз. И не баланс напряжений более чем на 2% негативно повлияет на срок службы электрического двигателя. И если одна из фаз будет утеряна это повлияет на двигатель еще более пагубно. Автоматический защитный выключатель двигателя способен это определить путем измерения напряжения между фазами и отключить его в тот момент, когда эта аварийная ситуация случается. Важно отметить, что перекос токов в трехфазной системе это нормальное явление так как нагрузка не равномерно распределяется между тремя фазами, но это неприемлемо относительно двигателя.
Защита двигателя оснащена ручным выключателем двигателя, позволяя отключить двигатель от сети для ремонта или замены.
Автоматические защитные выключатели двигателя доступны в широкой вариации по току срабатывания и одной из их лучших функций есть то, что это значение можно изменить. Это значит, что один и тот же автомат, благодаря этому, может быть использован для защиты двигателей разной мощности.
Большинство двигателей используемых в промышленности являются асинхронными двигателями так же известны как двигатель с короткозамкнутым ротором или с ротором в виде беличьей клетки. Эти двигатели питаются от трехфазной системы тока для создания движущего магнитного потока в статоре, который в свою очередь, наводит в роторе электродвижущую силу, в нем возникает ток и электромагнитный поток который создает движущий момент. При разработке защиты асинхронных электродвигателей и выборе защитного выключателя существуют несколько очень важных моментов которые необходимо учитывать, которые не встречаются в других типах защит.
Асинхронные двигатели имеют очень значительный пусковой ток потому, что им необходимо стабилизировать вращающий магнитный поток. Это ток может достигать значений от 500% до 700% от номинального значения на несколько долей милисекунд. В связи с этим, автоматический выключатель двигателя отключает значения тока превышающие номинальное в 10 раз, в отличие от не больших токовых защит которые отключают приблизительно трехкратный номинальный ток. В этом случае, использование любого другого выключателя, кроме автоматического выключателя двигателей, нецелесообразно, так как электромагнитная защита отключит автомат и следовательно отключит двигатели как только они начнут запускаться. Для того, чтобы уменьшить пусковой ток, очень распространенная практика дополнять автоматический выключатель двигателя устройством понижения напряжения запуска двигателя.
Асинхронные двигатели нуждаются в симметричном трехфазном напряжении для правильной работы. Если не баланс фаз более 2% электрический двигатель постоянно повреждается и будет иметь уменьшенный срок службы. Электрический двигатель также постоянно подвержен нагреванию, что вызывает дополнительные потери в двигателе на нагревание. В этом случае, защита электрических двигателей должна выявлять не баланс фаз и вовремя отключать двигатель.
Eсли одна из фаз полностью отключилась - двигатель будет работать, но ток в оставшихся двух фазах возрастет выше паспортного значения из-за электрического не баланса и может вызвать загорание обмоток двигателя. В связи с этим, защита двигателей должна мгновенно отключать двигатель после возникновения значительного перекоса фаз или обрыва фазы. Обычно это достигается измерением необходимых параметров в фазных проводниках. Перекос фаз определяется ели один из фазных токов значительно возрос или уменьшился по сравнению с оставшимися фазами. Соответственно в одной из фаз тока не будет при потере фазы.
Производители предлагают три вида выключателей для большинства спектра выпускаемых асинхронных двигателей. Очень часто защиту двигателей комплектуют контакторами к которым можно подключить автоматику и управлять двигателем удаленно или автоматически. Система так же может быть укомплектована защитой перенапряжений которая отключит двигатель при понижении напряжения ниже допустимого.
Два самых главных фактора, которые влияют на выбор релейной защиты двигателя являются паспортные значения тока и напряжения указанные на табличке прикрепленной к самому двигателю.
Автоматический выключатель двигателя первым делом должен соответствовать паспортному напряжению двигателя. Обычно автомат защиты двигателя соответствует широкому множеству стандартных напряжений, таких как: 230 В, 380 В, 415 В, 440 В, 500 В, и 660 В. После определения напряжения необходимо выбрать ток соответствующий табличке на двигателе. Важно отметить, что фактический рабочий ток может быть ниже паспортной тока, особенно если двигатель не загружен на полную мощность. Однако, релейная защита двигателя обязательно должна быть выбрана согласно току указанному в табличке для того, чтобы учесть скачек тока при запуске двигателя. Если выбрать значение тока меньшее чем указано в табличке, то в случае полной загрузки двигателя, он может быть отключен т.к. защита это воспримет как превышение допустимого тока.
Защита электрических двигателей может быть подстроена более точно под конкретный двигатель для обеспечения чувствительности. Обычно они имеют регулировочный диапазон. Для примера, зашита для двигателя с током 32 А может быть откалибрована для двигателя с током примерно 22 А. Это очень удобно при замене двигателя т.к. защиту менять не придется.
Даже если автоматический выключатель выбран правильно необходимо использовать соответствующие проводники. Если этого сделано не будет, то они могут поплавиться и вывести из стоя двигатель, а в это время как защита электрического двигателя не сработает.
Вывод
Защитный автоматический выключатель двигателя играет значительную роль в обеспечении электрической безопасности, так как двигатели очень распространены во всех областях промышленности необходимость в применении защиты двигателей очень большая. Асинхронные электрические двигатели одни из самых распространенных двигателей в промышленности имеют свои особенности при их защите. Так же лучше применять автоматический выключатель двигателя с другими защитами такими как защита от перенапряжений, таймеры и уменьшение пускового тока двигателя. Правильный выбор автоматического выключателя двигателя основа в надежной защите двигателя. Выбор меньшего тока срабатывания может привести к тому, что защита может сработать при пуске двигателей, в то время как выбор большего тока может не отключить двигатель при повреждении.
elekt.com.ua
