Перегрузка электродвигателя возникает в следующих случаях:

• при затянувшемся пуске или самозапуске;
• по технологическим причинам у механизмов с колеблющейся нагрузкой (подъемники, прокатные станы и т.д.);
• при перегрузке механизма, возникающей на угольных мельницах и дробилках при поступлении в них сырого угля и на других механизмах подобного типа;
• в результате обрыва одной фазы;
• при повреждении механической части электродвигателя или механизма, вызывающем увеличение момента М с и торможение электродвигателя.

Перегрузки бывают устойчивыми и кратковременными.

Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки.

Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной скорости вращения. Эти токи могут представлять опасность, только если процесс развертывания электродвигателя затянется или если при самозапуске окажется, что М д. нач. < М с. нач. . В последнем случае электродвигатель развернуться не сможет и длительно будет обтекаться пусковым током.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается только у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6÷2,5) I ном. Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма.

Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и в первую очередь обмоток.

Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает тем срок службы электродвигателя.

Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между величиной сверхтока и допускаемым временем его протекания:

t=T a-1/k 2 -1

где t – допустимая длительность перегрузки, сек;

T – постоянная времени нагрева, сек;

a – коэффициент, зависящий от типа изоляции двигателя, а также периодичности и характера сверхтоков; для асинхронных электродвигателей в среднем а=1,3;

k – кратность сверхтока – отношение данного тока к номинальному току двигателя, т.е. k=I/I ном

Прежде защита от перегрузки устанавливалась с действием на отключение на всех электродвигателях, что приводило в ряде случаев к неправильным отключениям электродвигателей.

В настоящее время при решении вопроса об установке защиты от перегрузки на электродвигателе руководствуются условиями его работы:

• на электродвигателях механизмов, не поврежденных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т.п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, защита от перегрузки не устанавливается.
• на электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, багерных насосов и т.п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, защита от перегрузки должна устанавливаться.
• защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателя или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без остановки электродвигателя.
• защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть снята с механизма автоматически или вручную персоналом без остановки механизма и электродвигатели находятся под наблюдением персонала.
• на электродвигателях механизмов, могущих иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без остановки механизма, целесообразно предусматривать действие защиты от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на разгрузку механизма (если это возможно) и большей выдержкой времени на отключение электродвигателя. Ответственные электродвигатели собственных нужд электрических станций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, поэтому защита их от перегрузки выполняется преимущественно с действием на сигнал.

Защиту электродвигателей, подверженных технологической перегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой-давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей нагрузки и температуры окружающей среды.

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.

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, 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 ( , автоматические выключатели с тепловым расцепителем) при возникновении перегруз­ки отключают двигатель с определенной выдержкой вре­мени, тем большей, чем меньше перегрузка.

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 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.

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.

Наверно все знают, что различные устройства работают на основе электрических двигателей. Но для чего нужна защита электродвигателей осознает лишь малая часть пользователей. Оказывается они могут сломаться в результате различных непредвиденных ситуаций.

Чтобы избежать проблем с высокими затратами на ремонт, неприятных простоев и дополнительных материальных потерь используются качественные защитные устройства. Далее разберемся в их устройстве и возможностях.

Как создается защита для электродвигателя?

Постепенно рассмотрим основные устройства защиты электродвигателей и особенности их эксплуатации. Но сейчас расскажем об трех уровнях защиты:

• Внешняя версия защиты для предохранения от короткого замыкания. Обычно относится к разным видам либо представлена в виде реле. Они обладают официальным статусом и обязательны к установке согласно нормам безопасности на территории РФ.
• Внешняя версия защиты электродвигателей от перегрузки помогает предотвратить опасные повреждения либо критические сбои в процессе работы.
• Встроенный тип защиты спасет в случае заметного перегрева. И это защитит от критических повреждений либо сбоев в процессе эксплуатации. В этом случае обязательны выключатели внешнего типа иногда применяется реле для перезагрузки.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

В процессе эксплуатации иногда появляются непредвиденные ситуации, останавливающие работу двигателя. Из-за этого рекомендуется заранее обеспечить надежную защиту электродвигателя.

Можете ознакомиться с фото защиты электродвигателя различного типа чтобы иметь представление о том, как она выглядит.

Рассмотрим случаи отказа электродвигателей в которых с помощью защиты можно избежать серьезных повреждений:

• Недостаточный уровень электрического снабжения;
• Высокий уровень подачи напряжения;
• Быстрое изменение частоты подачи тока;
• Неправильный монтаж электродвигателя либо хранения его основных элементов;
• Увеличение температуры и превышение допустимого значения;
• Недостаточная подача охлаждения;
• Повышенный уровень температуры окружающей среды;
• Пониженный уровень атмосферного давления, если эксплуатация двигателя происходит на увеличенной высоте на основе уровня моря;
• Увеличенная температура рабочей жидкости;
• Недопустимая вязкость рабочей жидкости;
• Двигатель часто выключается и включается;
• Блокирование работы ротора;
• Неожиданный обрыв фазы.

Чтобы защита электродвигателей от перегрузки справилась с перечисленными проблемами и смогла защитить основные элементы устройства необходимо использовать вариант на основе автоматического отключения.

Часто для этого используется плавкая версия предохранителя, поскольку она отличается простотой и способна выполнить много функций:

Версия на основе плавкого предохранительного выключателя представлена аварийным выключателем и плавким предохранителем, соединенных на основе общего корпуса. Выключатель позволяет размыкать либо замыкать сеть с помощью механического способа, а плавкий предохранитель создает качественную защиту электродвигателя на основе воздействия электрического тока. Однако выключателем пользуются в основном для процесса сервисного обслуживания, когда необходимо остановить передачу тока.

Плавкие версии предохранителей на основе быстрого срабатывания считаются отличными защитниками от коротких замыканий. Но непродолжительные перегрузки могут привести к поломке предохранителей этого вида. Из-за этого рекомендуется использовать их на основе воздействия незначительного переходного напряжения.

Плавкие предохранители на основе задержки срабатывания способны защитить от перегрузки либо различных коротких замыканий. Обычно они способны выдержать 5-краткое увеличение напряжения в течение 10-15 секунд.

Важно: Автоматические версии выключателей отличаются по уровню тока для срабатывания. Из-за этого лучше использовать выключатель способный выдержать максимальный ток в процессе короткого замыкания, появляющегося на основе данной системы.

Тепловое реле

В различных устройствах используется тепловое реле для защиты двигателя от перегрузок под воздействием тока либо перегрева рабочих элементов. Оно создается с помощью металлических пластин, обладающих различным коэффициентом расширения под воздействием тепла. Обычно его предлагают в связке с магнитными пускателями и автоматической защитой.

Автоматическая защита двигателя

Автоматы для защиты электродвигателей помогают обезопасить обмотку от появления короткого замыкания, защищают от нагрузки либо обрыва любой из фаз. Их всегда используют в качестве первого звена защиты в сети питания мотора. Потом используется магнитный пускатель, если необходимо он дополняется тепловым реле.

Каковы критерии выбора, подходящего автомата:

• Необходимо учитывать величину рабочего тока электродвигателя;
• Количество, использующихся обмоток;
• Возможность автомата справляться с током в результате короткого замыкания. Обычные версии работают на уровне до 6 кА, а лучшие до 50 кА. Стоит учитывать и скорость срабатывания у селективных менее 1 секунды, нормальных меньше 0,1 секунды, быстродействующих около 0,005 секунды;
• Размеры, поскольку большая часть автоматов можно подключать с помощью шины на основе фиксированного типа;
• Вид расцепления цепи – обычно применяется тепловой либо электромагнитный способ.

Универсальные блоки защиты

Различные универсальные блоки защиты электродвигателей помогают уберечь двигатель с помощью отключения от напряжения либо блокированием возможности запуска.

Они срабатывают в таких случаях:

• Проблемы с напряжением, характеризующиеся скачками в сети, обрывами фаз, нарушением чередования либо слипания фаз, перекосом фазного или линейного напряжения;
• Механической перегруженности;
• Отсутствие крутящего момента для вала ЭД;
• Опасных эксплуатационной характеристике изоляции корпуса;
• Если произошло замыкание на землю.

Хотя защита от понижения напряжения, может быть, организована и другими способами мы рассмотрели основные из них. Теперь у вас есть представление о том зачем необходимо защищать электродвигатель, и как это осуществляется с помощью различных способов.

Фото защиты электродвигателя

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.

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 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.

ФPAГMEHT КНИГИ (...) ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ
Анализ режимов работы асинхронного двигателя показывает, что в производственных условиях могут быть разнообразные аварийные ситуации, влекущие за собой разные последствия для двигателя. Средства защиты не обладают достаточной универсальностью для того, чтобы во всех случаях, независимо от причины и характера аварийного режима, отключить двигатель при возникновении любой опасной для него ситуации. Каждый аварийный режим имеет свои особенности. Применяемые в настоящее время защитные аппараты имеют недостатки и достоинства, проявляющиеся в определенных условиях. Следует также принимать во внимание и экономическую сторону вопроса. Выбор средств защиты должен опираться на технико-экономический расчет, в котором необходимо учитывать стоимость самого защитного аппарата, затраты на его эксплуатацию, величину ущерба, который наносит авария двигателя. При этом следует иметь в виду, что надежность действия защиты зависит также от характеристик рабочей машины и режима ее работы. Наибольшей универсальностью обладает температурная защита. Но она стоит дороже, чем другие средства защиты, и сложнее по устройству. Поэтому ее применение оправдано в тех случаях, когда другие виды защиты либо не могут обеспечить надежную работу, либо защищаемая установка предъявляет повышенные требования к надежности действия защиты, например из-за большого ущерба при аварии двигателя.
Тип защитного аппарата следует выбирать при проектировании технологической установки с учетом всех особенностей ее работы. Эксплуатационный персонал должен получать укомплектованное всем необходимым оборудование. Однако в некоторых случаях при переоборудовании или перестройке технологической линии
эксплуатационному персоналу нео ходимо самому решать вопрос, какой тип защиты целесообразно применить в конкретном случае. Для этого необходимо проанализировать возможные аварийные режимы установки и выбрать требуемый защитный аппарат. В настоящей брошюре мы не будем подробно рассматривать методику выбора защиты двигателей от перегрузки. Ограничимся лишь некоторыми рекомендациями общего характера, которые могут быть полезны для эксплуатационного персонала сельских электроустановок.
Прежде всего необходимо установить характерные для данной установки аварийные режимы. Одни из них возможны во всех установках, а другие только в некоторых. Перегрузки при потере фазы независимы от рабочей машины, они могут возникать во всех установках. Тепловые реле и встроенная температурная защита вполне удовлетворительно выполняют защитные функции при этом виде аварийного режима. Применение специальной защиты от потери фазы дополнительно к защите от перегрузки должно быть обосновано. В большинстве случаев она не требуется. Достаточны тепловые реле и температурная защита. Необходимо систематически проверять их состояние и регулировать. Лишь в тех случаях, когда авария двигателя может привести к большому ущербу, можно использовать специальную защиту от перегрузки при потере фазы.
Тепловые реле недостаточно эффективны как средство защиты от перегрузок при переменном (с большими колебаниями нагрузок), при повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы. В этих случаях более эффективна встроенная температурная защита. В случае машин с тяжелым пуском также следует отдать предпочтение встроенной температурной защите.
Из имеющегося разнообразия средств защиты асинхронного двигателя широкое применение нашли только два устройства: тепловые реле и встроенная температурная защита. Эти два устройства являются конкурирующими при проектировании электроприводов сельскохозяйственных машин. Для выбора типа защиты проводят технико-экономический расчет по методу приведенных затрат. Не останавливаясь на точном расчете по этому методу, рассмотрим применение его основных положений для выбора наивыгоднейшего варианта защиты.
Предпочтение следует отдавать варианту, при котором будут наименьшие затраты на приобретение, монтаж и эксплуатацию рассматриваемых устройств. При этом должен быть учтен ущерб, который несет производство от недостаточной надежности действия защиты. Затраты, приведенные к одному году использования, определяют по формуле
где К - стоимость двигателя и защитного устройства, включая затраты на их транспортировку и монтаж;
кэ - коэффициент, учитывающий отчисления на амортизацию, обновление оборудования, ремонт;
Э - эксплуатационные расходы (стоимость обслуживания средств защиты, потребляемой электроэнергии и др.);
У - ущерб, который несет производство из-за отказа или неправильного действия защиты.
Величина ущерба складывается из двух слагаемых
где Ут - технологический ущерб, вызванный аварией двигателя (стоимость недоотпущенной или испорченной продукции);
Кд - стоимость замены вышедшего из строя двигателя и защитного устройства, включая затраты на демонтаж старого и монтаж нового оборудования;
р0 - вероятность отказа (неправильного действия) защиты, приведшего к аварии двигателя.
Эксплуатационные расходы значительно меньше остальных составляющих приведенных затрат, поэтому ими можно пренебречь в дальнейших расчетах. Стоимость двигателя со встроенной защитой и аппаратуры встроенной защиты больше стоимости обычного двигателя и теплового реле. Но первая из рассматриваемых защит более совершенна. Она действует эффективно практически при всех аварийных ситуациях, поэтому ущерб от ее неправильного действия будет меньше. Затраты на более дорогую защиту будут оправданы лишь в том случае, если ущерб снизится на величину большую, чем дополнительные затраты на более совершенную защиту.
Величина технологического ущерба зависит от характера технологического процесса и времени простоя оборудования. В отдельных случаях ее можно не учитывать. Это относится прежде всего к отдельно работающим установкам, простои которых на время устранения аварии не оказывают заметного влияния на все производство. По мере насыщения производства средствами механизации и -электрификации повышается уровень требований к надежности работы оборудования. Простои из-за неисправности электрооборудования приводят к большим ущербам, а в некоторых случаях становятся недопустимыми. Пользуясь некоторыми усредненными данными, можно определить сферу экономически оправданного применения более сложных устройств защиты.
Величина вероятности отказа защиты р0 зависит от конструкции и качества изготовления аппаратуры, а также от характера аварийного режима, в котором может оказаться двигатель. Как было показано выше, при некоторых аварийных режимах тепловые реле не обеспечивают надежное отключение двигателя. В этом случае лучше встроенная температурная защита. Опыт использования этой защиты показывает, что величину вероятности отказа этой защиты рвз можно принять равной 0,02. Это означает, что существует вероятность того, что из 100 таких устройств две могут не сработать, вследствие чего произойдет авария двигателя.
Пользуясь формулами (40) и (41), определим, при каком значении вероятности отказов тепловых реле ртр приведенные затраты будут одинаковыми. Это даст возможность оценить сферу применения того или иного устройства. Если пренебречь эксплуатационными затратами, можно написать
где индексы вз и тр соответственно означают встроенную защиту и тепловое реле. Отсюда получим
Для того чтобы представить порядок требуемого уровня надежности действия теплового реле, рассмотрим пример.
Определим предельно допустимое значение ртр теплового реле ТРН-10 с биметаллическими элементами в комплекте с двигателем А02-42-4СХ путем сравнения с вариантом применения двигателя А02-42-4СХТЗ с встроенной температурной защитой УВТЗ, для которого принимаем рвз=0,02. Технологический ущерб принимаем равным нулю. Стоимость двигателя с тепловым реле, включая затраты на транспортировку и монтаж, составляет 116 руб., а для варианта с защитой УВТЗ - 151 руб. Стоимость замены вышедшёго из строя двигателя А02-42-4СХ и теплового реле ТРН-10 с учетом затрат на демонтаж старого оборудования и монтаж нового составляет 131 руб., а для варианта с защитой УВТЗ - 170 руб. В соответствии с существующими нормативами принимаем кэ=0,32. После подстановки этих данных в уравнение (43) получим
Полученные величины характеризуют допустимые вероятности откэзое, выше которых применение тепловых реле экономически невыгодно. Аналогичные цифры получают для других двигателей небольшой мощности. Чтобы определить целесообразность применения рассматриваемых средств защиты, нужно сопоставить допустимые вероятности отказов с фактическими.
Отсутствие достаточных данных о фактических значениях не позволяют точно определить область эффективного применения рассмотренных защитных устройств путем прямого использования изложенного метода технико-экономического расчета. Однако, пользуясь результатами анализа режимов работы асинхронного двигателя и защитных устройств, а также некоторыми данными, косвенно характеризующими показатели требуемой надежности, можно наметить области предпочтительного использования того или иного вида защитного устройства.
Фактический уровень надежности действия защиты зависит не только от принципа ее действия и качества изготовления аппаратуры, но также и от уровня эксплуатации электрооборудования. Там, где налажено техническое обслуживание электрооборудования, несмотря на некоторые недостатки тепловых реле, уровень аварийности электродвигателей невысокий. Практика передовых хозяйств показывает, что при хорошо налаженном техническом обслуживании электроустановок ежегодный процент выхода из строя электродвигателей, защищенных тепловыми реле, можно снизить до 5% и ниже.
Однако следует заметить, что такой вывод справедлив только при рассмотрении общей картины. При рассмотрении некоторых конкретных условий предпочтение должно быть отдано другим устройствам защиты. Исходя из анализа режимов работы электропривода, можно указать ряд установок, для которых вероятность отказов тепловых реле будет высокой по причине недостатков принципа их действия.
1. Электроприводы машин, имеющих резкопеременную нагрузку (измельчители кормов, дробилки, пневмотранспортеры для загрузки силосной массы и т. п.). При больших колебаниях нагрузки тепловые реле не могут «моделировать» тепловое состояние двигателя, поэтому уровень фактических отказов тепловых реле в таких установках будет высоким.
2. Электродвигатели, работающие по схеме «треугольник». Их особенность заключается в том, что при обрыве одной из фаз питающей линии ток в оставшихся линейных проводах и фазах возрастает неодинаково. В наиболее нагруженной фазе ток растет быстрее, чем в линейных проводах.
3. Электродвигатели установок, работающих при повышенной частоте аварийных ситуаций, приводящих к остановке двигателя (например, транспортеры для уборки навоза).
4. Электродвигатели установок, простои которых наносят большой технологический ущерб.