Электрический двигатель: комплексная релейная защита. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей DjVu Защита электродвигателей от аварийных режимов работы

06.03.2020

Защита электродвигателя от перегрузки на сегодняшний день является одной из основных задач, которую нужно решить, чтобы успешно эксплуатировать это устройство. Такие типы двигателей используются достаточно широко, а потому было изобретено и множество способов оградить их от различных негативных эффектов.

Уровни защиты

Существует большое разнообразие устройств для защиты данного оборудования, однако, все их можно разделить на уровни.

Внешний уровень защиты от короткого замыкания. Чаще всего здесь используется различного типа реле. Данные приборы и уровень защиты находятся на официальном уровне. Другими словами, это обязательный предмет защиты, который должен быть установлен, согласно правилам безопасности на территории РФ.
Реле защиты электродвигателя от перегрузок поможет избежать разнообразных критических повреждений в процессе работы, а также возможных повреждений. Эти приборы также принадлежат к внешнему уровню защиты.
Внутренний слой защиты предотвращает возможный перегрев деталей двигателя. Для этого иногда используются внешние выключатели, а иногда реле перегрузки.

Причины сбоев оборудования

На сегодняшний день существует большое разнообразие проблем, из-за которых может быть нарушена работоспособность электрического двигателя, если он не будет оборудован приборами для защиты.

Низкий уровень электрического напряжения или же, наоборот, слишком высокий уровень подачи могут стать причиной выхода из строя.
Возможна поломка вследствие того, что слишком быстро и часто будет изменяться частота подачи тока.
Неверная установка агрегата или же его элементов также может быть опасна.
Повышение температуры до критического значения или выше.
Слишком слабое охлаждение тоже приводит к поломкам.
Сильно негативно сказывается повышенная температура окружающей среды.
Немногие знают, то пониженное давление или же установка двигателя намного выше уровня моря, что вызывает пониженное давление, также имеют негативное влияние.
Естественно, что необходима защита электродвигателя от перегрузок, которые могут возникать, из-за сбоев в электросети.
Частое включение и выключение прибора - это негативный дефект, который также нуждается в устранении при помощи приборов защиты.

Плавкие предохранители

Полное название средства защиты - плавкий предохранительный выключатель. В данном устройстве объединяется и автоматический выключатель и плавкий предохранитель, которые расположены в одном корпусе. При помощи выключателя можно также размыкать или замыкать цепь вручную. Плавкий же предохранитель - это защита электродвигателя от перегрузки по току.

Стоит отметить, что конструкция аварийного выключателя предусматривает наличие специального кожуха, который защищает персонал от случайного контакта с клеммами устройства, а также сами контакты от окисления.

Что касается плавкого предохранителя, то это приспособление должно быть способно отличать перегрузку по току от возникновения в цепи короткого замыкания. Это очень важно, так как кратковременная перегрузка по току вполне допускается. Однако, токовая защита электродвигателя от перегрузки должна сработать немедленно, если этот параметр будет продолжать расти.

Предохранители от КЗ

Существует разновидность плавкого предохранителя, которая предназначена для защиты агрегата от короткого замыкания (КЗ). Однако, здесь стоит отметить, что плавкий предохранитель быстрого срабатывания может выйти из строя, если при запуске аппарата будет происходить кратковременная перегрузка, то есть увеличение пускового тока. По этой причине такие приборы обычно используются в тех сетях, где такой скачок невозможен. Что касается самого средства защиты электродвигателя от перегрузки, то предохранитель быстрого срабатывания может выдержать ток, который будет превышать его номинальный на 500%, если перепад длится не более четверти секунды.

Предохранители с задержкой

Развитие технологий привело к тому, что удалось создать прибор для защиты и от перегрузки, и от короткого замыкания одновременно. Таким средством стал плавкий предохранитель с задержкой срабатывания. Особенность заключается в том, что он способен выдерживать 5-кратное увеличение тока, если оно длится не более 10 секунд. Возможно даже более сильное увеличение параметра, но на более короткий срок, прежде чем предохранитель сработает. Однако, чаще всего интервала в 10 секунд хватает и для запуска двигателя, и для того, чтобы предохранитель не сработал. Защита от перегрузок, от КЗ, а также другого типа электродвигателя таким прибором считается одной из наиболее надежных.

Здесь также стоит отметить, как определяется время срабатывания этого устройства защиты. Время срабатывания именно плавкого предохранителя - это отрезок, за который плавится его плавкий элемент (проволока). Когда проволока полностью расплавляется, цепь размыкается. Если говорить о зависимости времени отключения от перегрузки именно для таких типов средств защиты, то они обратно пропорциональны. Другими словами, токовая защита электродвигателя от перегрузок работает так - чем выше сила тока, тем быстрее плавится проволока, а значит сокращается время разъединения цепи.

Магнитные и тепловые приборы

На сегодняшний день автоматические приборы теплового типа считаются наиболее надежными и экономичными приборами для защиты электродвигателя от тепловых перегрузок. Эти устройства также способны выдерживать большие амплитуды тока, которые могут возникнуть во время пуска прибора. Кроме того, тепловые предохранители защищают от таких неполадок как блокировка ротора, к примеру.

Защита асинхронных электродвигателей от перегрузки может осуществляться при помощи магнитных выключателей автоматического типа. Они отличаются высокой надежностью, точностью и экономичностью. Его особенность заключается в том, что на предел его срабатывания по температуре не влияет изменение температуры окружающей среды, что в некоторых условиях работы очень важно. Также они отличаются от тепловых тем, у них более точно определено время срабатывания.

Реле перегрузки

Функции данного устройства достаточно просты, однако, и довольно важны.

Такой прибор способен выдержать кратковременный перепад по току во время запуска двигателя без разрыва цепи, что наиболее важно.
Размыкание цепи происходит в том случае, если ток увеличивается до того значения, когда возникает угроза поломки защищаемого прибора.
После того как перегрузка будет устранена, реле может вернуться в исходное положение автоматически или же может быть возвращено вручную.

Стоит отметить, что токовая защита электродвигателя от перегрузок при помощи реле осуществляется в соответствии с характеристикой срабатывания. Другими словами - в зависимости от класса прибора. Наиболее распространенными являются классы 10, 20 и 30. Первая группа - это реле, которые срабатывают в случае наличия перегрузки, в течение 10 секунд и, если числовое значение тока превышает 600% от номинального. Вторая группа срабатывает спустя 20 секунд и менее, третья, соответственно, спустя 30 секунд и менее.

Плавкие средства защиты и реле

В настоящее время довольно часто сочетают два средства защиты - плавкие предохранители и реле. Такая комбинация работает следующим образом. Плавкий предохранитель должен защищать двигатель от короткого замыкания, а потому у него должна быть достаточно большая емкость. Из-за этого он не может защитить устройство от более низких, но все же опасных токов. Именно для устранения этого недостатка в систему вводятся реле, которые реагируют на более слабые, но все же опасные колебания тока. Наиболее важно в данном случае настроить плавкий предохранитель таким образом, чтобы он сработал раньше, чем возникнут повреждения какого-либо элемента.

Наружные средства защиты

В настоящее время довольно часто используются усовершенствованные системы наружной защиты электродвигателя. Они могут защитить прибор от перенапряжения, перекоса фаз, способны устранять вибрации или же ограничивать число включений и выключений. К тому же у таких средств имеется встроенный тепловой датчик, который помогает контролировать температуру подшипников, статора. Еще одна особенность такого прибора в том, что он способен воспринимать и обрабатывать цифровой сигнал, который создает температурный датчик.

Основное предназначение наружных средств защиты - это сохранение работоспособности трехфазных двигателей. Помимо того, что такое оборудование способно защитить двигатель во время сбоя в электрической сети, оно также обладает еще несколькими преимуществами.

Наружное устройство может сформировать и подать сигнал о неисправности еще до того, как она нарушит работоспособность машины.
Проводит диагностику тех проблем, которые уже возникли.
Дает возможность провести проверку реле во время технического обслуживания.

Исходя из всего вышесказанного, можно утверждать, что устройств для защиты электродвигателя от перегрузки существует большое разнообразие. Кроме того, каждое из них способно защитить прибор от определенных негативных воздействий, а потому целесообразно их комбинировать.

ельных тепловых перегрузках. Защита от перегрузки должна применяться только для электродвигателей тех рабочих механизмов, у которых возможны ненормальные увеличения нагрузки при нарушениях рабочего процесса.

Аппараты защиты от перегрузки (тепловые и температурные реле, электромагнитные реле, автоматические выключатели с тепловым расцепителем или с часовым механизмом) при возникновении перегрузки отключают двигатель с определенной выдержкой времени, тем большей, чем меньше перегрузка, а в ряде случаев, при значительных перегрузках, - и мгновенно.

Рис.6 Обмоточный цех

Защита асинхронных электродвигателей от понижения или исчезновения напряжения

Защита от понижения или исчезновения напряжения (нулевая защита) выполняется с помощью одного или нескольких электромагнитных аппаратов, действует на отключение двигателя при перерыве питания или снижении напряжения сети ниже установленного значения и предохраняет двигатель от самопроизвольного включения после ликвидации перерыва питания или восстановления нормального напряжения сети.

Специальная защита от работы на двух фазах предохраняет двигатель от перегрева, а также от «опрокидывания», т. е. остановки под током вследствие снижения момента, развиваемого двигателем, при обрыве 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.

Рис.7 Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47»

Другие виды электрической защиты асинхронных электродвигателей

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.).

Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей

Аппараты электрической защиты могут осуществлять один или сразу несколько видов защит. Так, некоторые автоматические выключатели обеспечивают защиту от коротких замыканий и от перегрузки. Одни из аппаратов защиты, например плавкие предохранители, являются аппаратами однократного действия и требуют замены или перезарядки 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 вида электрической защиты электродвигателей

Выбор того или иного вида защиты или нескольких одновременно производится в каждом конкретном случае с учетом степени ответственности привода, его мощности, условий работы и порядка обслуживания (наличия или отсутствия постоянного обслуживающего персонала).Большую пользу может принести анализ данных по аварийности электрооборудования в цехе, на строительной площадке, в мастерской и т. п., выявление наиболее часто повторяющихся нарушений нормальной работы двигателей и технологического оборудования. Всегда следует стремиться к тому, чтобы защита была по возможности простой и надежной в эксплуатации.

Для каждого двигателя независимо от его мощности и напряжения должна быть предусмотрена защита от коротких замыканий. Здесь нужно иметь в виду следующие обстоятельства. С одной стороны, защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5-10 раз превышать его номинальный ток. С другой стороны, в ряде случаев коротких замыканий, например при витковых замыканиях, замыканиях между фазами вблизи от нулевой точки статорной обмотки, замыканиях на корпус внутри двигателя и т. п., защита должна срабатывать при токах, меньших пускового тока. В таких случаях рекомендуется использовать устройство плавного пуска (софтстартер).Одновременное выполнение этих противоречивых требований с помощью простых и дешевых средств защиты представляет большие трудности. Поэтому система защиты низковольтных асинхронных двигателей строится при сознательном допущении, что при некоторых отмеченных выше повреждениях в двигателе последний отключается защитой не сразу, а лишь в процессе развития этих повреждений, после того как значительно возрастет ток, потребляемый двигателем из сети.

Одно из важнейших требований к устройствам защиты двигателей - четкое действие ее при аварийных и ненормальных режимах работы двигателей и вместе с тем недопустимость ложных срабатываний. Поэтому аппараты защиты должны быть правильно выбраны и тщательно отрегулированы.

ГУП ППЗ «Благоварский»

ГУП "Племптицезавод Благоварский" является правопреемником птицефабрики Благоварская, которая была введена в строй в 1977 году как товарное хозяйство по производству утиного мяса. В 1995 году птицефабрика получила статус государственного племенного птицеводческого завода с возложением функций селекционно-генетического центра по утководству. Племптицезавод Благоварский расположен вблизи села Языково, Благоварского района республики Башкортостан.

Общая земельная площадь составляет 2108 га, из них пашни занимают1908 га, а сенокосы и пастбища 58 га. Среднее поголовье уток 111,6 тысяч голов, в том числе 25,6 тысяч голов утки-несушки.

В коллективе трудится 416 человек, из них в аппарате управления 76.

В структуре завода функционируют:

Цех родительского стада уток: имеет 30корпусов с количеством птицемест на 110 тысяч голов.

Цех выращивания ремонтного молодняка: имеет 6 корпусов с количеством птицемест на 54 тысячи голов.

Инкубатории: 3 цеха с общей мощностью 695520 шт. яиц на одну закладку.

Цех убоя с производительностью 6-7 тысяч голов за смену.

Цех кормоприготовления с производительностью 50 тонн за смену с емкостью 450 тонн.

Автотранспортный цех: автомобили - 53, трактора - 30, сельхозмашины 27.

В 1998 году на базе племптицезавода создана научно-производственная система по утководству, объединяющая работу птицехозяйств, занимающихся разведением уток в 24 регионах российской федерации. Через научно-производственную систему реализуется более 20 млн. штук племенных яиц и 15 млн. голов молодняка уток. Племматериал так же поставляется в такие страны ближнего зарубежья как Казахстан и Украина.

Утки созданные селекционерами ГУП Племптицезавода Благоварский получили повсеместное распространение в Российской Федерации, их успешно разводят как в Краснодарском, так и в Приморском краях. Использование уток селекции племзавода в структуре общегопоголовья уток России составляет около 80%.

ДневникДатаРабочее местоВид работыТехнология выполнения работыПодпись руков.Примечание26.06.12-27Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Разборка и сборка 3-х фазных асинхронных двигателей. 28.06.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена автоматических выключателей. 29.06.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Прокладка кабеля. 30.06.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Прокладка кабеля. 01.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Сборка зернодробилки, монтаж водонагревателя. 04.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» 05.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» 06.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Монтаж системы освещений. 07.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Монтаж, ТО системы вентиляции «Климат-47» 08.07.12-09.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Плановая работа. Очистка и уборка от зеленых насаждений вокруг охраняемой зоны ЛЭП. 10.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Установка дизельной электростанции.

ДневникДатаРабочее местоВид работыТехнология выполнения работыПодпись руков.Примечание 11.07.12-15.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Монтаж, ТО системы вентиляции «Климат-47» 16.07.12-17.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена автоматических выключателей. 18.07.12-22.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» 23.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Плановая работа. Очистка и уборка от зеленых насаждений вокруг охраняемой зоны ЛЭП. 24.07.12-29.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Монтаж и запуск АВМ. 30.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Разборка и сборка 3-х фазных асинхронных двигателей. 31.07.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Монтаж системы освещений. 1.08.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Техническое обслуживание трансформаторов. 2.08.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» 3.08.12-4.08.12Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» Монтажная работа. Замена автоматических выключателей.

Начало практики 26.06.12 Конец практики 04.08.12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате прохождения производственной эксплуатационной практики в ГУП ППЗ «Благоварский» мною были изучены структура предприятия, схема сети электроснабжения предприятии, а так же собран материал по тем

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 k сх - коэффициент схемы, равный 1 для схемы на рис. 6.3 и v3 для схемы на рис. 6.2; I пуск -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 I ном и кратность пускового тока k п, 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: k н=1,8 для реле типа РТ-40, действующих через промежуточное реле; k н = 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.

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 2I ном.

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 k н = 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 дляегоразворота. Самозапуск электродвигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже 55-65 % I ном. 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 % U ном.

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 %U ном. При этом, если не принять дополнительных мер, защита минимального напряжения (реле KV1), имеющая уставку срабатывания (0,6-0,7) U ном, 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) U ном 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 0,7U ном) и КТ1; вторая - с помощью реле KV3 (уставка срабатывания 0,5 U ном) 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.

В процессе эксплуатации различных электроустановок возникают аварийные режимы. Основные из них - короткие замыкания, технологические перегрузки, неполнофазные режимы, заклинивание ротора электрической машины.

Аварийные режимы работы электродвигателей

Под коротким замыканием понимается режим, когда ток перегрузки превышает номинальный в несколько раз. Перегрузочный режим характеризуется превышением тока в 1,5 - 1,8 раза. Технологические перегрузки приводят к увеличению температуры обмоток электродвигателя выше допустимой, постепенному разрушению ее и выходу из строя.

Неполнофазный режим (потеря фазы) возникает в случае перегорания предохранителя в фазе, обрыва провода, нарушения контакта. При этом происходит перераспределение токов, по обмоткам электродвигателя начинают протекать повышенные токи, не исключается остановка механизма и выход электрической машины из строя. Наиболее чувствительны к неполнофазным режимам электродвигатели малой и средней мощности, т. е., которые наиболее часто используются в промышленности и сельском хозяйстве.

Заклинивание ротора электрической машины может возникнуть при разрушении подшипника, заклинивании рабочей машины. Это наиболее тяжелый режим. Скорость нарастания температуры обмотки статора достигает 7 - 10 °С в секунду, через 10 - 15 с температура двигателя выходит за допустимые пределы. Наиболее опасен такой режим для двигателей малой и средней мощности.

Наибольшее количество аварийных выходов из строя электродвигателей обусловлено технологическими перегрузками, заклиниванием, разрушением подшипникового узла . До 15 % отказов происходит из-за обрыва фаз и возникновения недопустимой несимметрии напряжений.

Виды электрических аппаратов для защиты электродвигателей

Для защиты электрооборудования от аварийных режимов серийно выпускаются автоматические выключатели, предохранители, устройства встроенной температурной защиты, фазочувствительная защита и другие аппараты.

При выборе типа защиты учитываются конкретные условия эксплуатации, быстродействие, надежность, удобство эксплуатации, экономические показатели.

В электроустановках до 1000 В защита от коротких замыканий обычно осуществляется плавкими предохранителями или электромагнитными расцепителями максимального тока, встроенными в автоматические выключатели .

Помимо этого, защита от коротких замыканий электродвигателей может осуществляться токовым реле , включенным в одну из фаз статора непосредственно или через трансформатор тока и реле времени.

Защиту от перегрузок подразделяют на два типа: защиту прямого действия, реагирующую на превышение тока, и защиту косвенного действия, реагирующую на превышение температуры. Наиболее распространенным типом токовой защиты, используемой для защиты электродвигателей от перегрузок (в том числе и от заклинивания), являются тепловые релеле . Они выпускаются серии ТРН, ТРП, РТТ, РТЛ. Трехфазные тепловые реле РТТ и РТЛ защищают также от обрыва фазы.

Фазочувствительная защита (ФУЗ) защищает от обрыва фазы, заклинивания механизма, коротких замыканий, пониженного сопротивления изоляции электродвигателя.

Защита от перегрузок и заклинивания механизма может осуществляться также с помощью специальных предохранительных муфт . Указанный тип защиты используется на прессовом оборудовании. Для защиты от обрыва фаз серийно выпускаются реле обрыва фаз типа Е-511, ЕЛ-8, ЕЛ-10, современные электронные и микропроцессорные реле.

К защите косвенного действия относится и встроенная температурная защита УВТЗ , реагирующая не на значение тока, а на температуру обмотки электродвигателя, независимо от причины, вызвавшей нагрев. В настоящее время, для этих целей все чаще используются современные электронные и микропроцессорные тепловые реле, реагирующие на изменение сопротивления встроенных в обмотку статора электродвигателя терморезисторов.

Порядок выбора типа защиты для электродвигателей

При выборе типа защиты необходимо руководствоваться следующими положениями:

наиболее ответственные электроприемники, отказ в работе которых может привести к большому ущербу, подверженные систематическому загрязнению, или работающие в условиях повышенной температуры, а также с резкопеременной нагрузкой (дробилки, пилорамы, измельчители кормов) целесообразно защищать встроенной температурной защитой и автоматическими выключателями или предохранителями.

Защита маломощных электродвигателей (до 1,1 кВт), которые обслуживаются высококвалифицированным персоналом, может осуществляться тепловыми реле и предохранителями.

Защиту электродвигателей средней мощности (более 1,1 кВт), работающих без обслуживающего персонала, рекомендуется защищать фазочувствительными устройствами.

При небольших перегрузках и длительных режимах работы надежно работают тепловые реле, фазочувствительная защита, встроенная температурная защита. Выбор предпочтительного аппарата в этом случае необходимо производить с учетом экономических показателей. При переменных нагрузках с периодом колебаний нагрузки, соизмеримым с постоянной нагрева двигателя, тепловые реле действуют ненадежно и следует применять встроенную температурную защиту или фазочувствительную защиту. При случайных нагрузках большей надежностью обладают защитные устройства, действующие в функции температуры, а не тока.

При включении электропривода в неполнофазную сеть по его обмоткам проходит ток, близкий к пусковому, и защитные аппараты срабатывают надежно. Но если обрыв фазы произошел после включения электродвигателя, то сила тока зависит от нагрузки. Тепловые реле в этом случае обладают значительной зоной нечувствительности и лучше применять фазочувствительную защиту и встроенную температурную защиту.

При затяжных пусках применение тепловых реле нежелательно. Если пуск осуществляется при пониженном напряжении, тепловое реле может ложно отключить электродвигатель.

При заклинивании ротора электродвигателя или рабочей машины ток в его обмотках в 5 - 6 раз превышает номинальный. Тепловые реле в этой ситуации должны в течение 1 - 2 с отключить электродвигатель. Однако температурная защита при перегрузках по току в 1,6 раза и выше имеет большую динамическую погрешность, поэтому электродвигатель может быть не отключен, возникнет недопустимый перегрев обмоток и резкое сокращение срока службы электрической машины. Тепловые реле и встроенная температурная защита при больших перегрузках работают с низкой эффективностью. Лучше в таких ситуациях использовать фазочувствительную защиту.

При применении современных тепловых реле РТТ и РТЛ частота отказов электрооборудования значительно ниже, чем при использовании реле типа ТРН, ТРП и в ряде случаев сравнима с частотой отказов при установке встроенной температурной защиты.

В настоящее время, для защиты особо важных электродвигателей применение находят современные , совмещающие в себе все типы защиты и имеющие возможность гибкой настройки параметров срабатывания.

Область применения различных устройств защиты зависит от числа выходов электрооборудования из строя, размеров технологического ущерба при отключении, затрат на приобретение аппаратуры защиты. Для выбора предпочтительного варианта необходимо технико-экономическое сравнение.

Нуждается в надежной защите от теплового перегрева, короткого замыкания и всевозможных перегрузок, которые могут быть вызваны аварийными ситуациями или неисправностями. Чтобы не допустить подобных ситуаций, в промышленности производится довольно много разных устройств, которые как в отдельном порядке, так и в комплекте с другими средствами, образуют блок мощной защиты электродвигателя. Помимо этого, в современные схемы обязательно включают различные элементы, предназначенные для того, чтобы комплексно защитить электрооборудование в случае исчезновении напряжения одной или сразу нескольких фаз питания. Защита электродвигателей очень важна в любом производстве, ведь без нее довольно трудно представить полноценную работу станков и агрегатов.

Существуют сложные средства защиты электродвигателей, использующихся для противодействия аварийным ситуациям, в числе которых могут быть такие случаи как, например, несанкционированный пуск, работа сразу на двух фазах, работа при низком или высоком напряжении, короткое замыкание электрической цепи.

К таким средствам относятся предохранители или автоматические выключатели с кривой D (они защищают электродвигатель от токов короткого замыкания). Особенность их работы заключается в том, что такие автоматические устройства не отключаются при запуске электродвигателя, если сила его пускового тока достигает высокой отметки на период, который по времени меньше одной секунды. Наиболее популярная марка подобных выключателей — это, например, Acti 9.

Также могут использоваться специальные автоматические выключатели для защиты электродвигателей. Автомат защиты электродвигателя имеет электромагнитный и регулируемый тепловой расцепитель, что дает возможность защитить агрегат от короткого замыкания и перегрузки. В результате существенно уменьшается время простоя двигателя, а также снижаются расходы на его техобслуживание. Здесь можно упомянуть такие марки как, например, GV2(3), PKZM, MPE 25 и пр.Используются для защиты и тепловые реле, которые устанавливаются на контакторы (обеспечивают защиту от перегрузки). Реле тепловой защиты отключает трехфазные электродвигатели при перегреве с использованием встроенного вспомогательного выключателя. Известные марки таких реле — это, в частности, SIRIUS и ZB.Реле контроля напряжения, асимметрии и наличия фаз в свою очередь обесточивает двигатель в случае пропадания одной из фаз, превышении или понижении допустимого напряжения. Благодаря такому реле в случае аварии трехфазная нагрузка автоматически отключается. Кроме того, реле контроля напряжения самостоятельно возвращается к рабочему режиму после того, как сеть восстанавливается. Популярные марки подобных реле выпускаются компаниями EKF и ABB.

Устройство защиты электродвигателя — это залог его стабильной работы. Основной принцип работы таких устройств заключается в том, что они следят за потреблением тока двигателем, а также измеряют температуру его обмотки и отключают двигатель, когда обмотка нагревается больше предельно допустимой температуры.