Нулевая защита электродвигателя

Токовая защита нулевой последовательности: принцип действия и применение

Нулевая защита электродвигателя

В высоковольтных сетях из-за каких-либо повреждений может нарушаться нормальная работа электроустановок.

Достаточно частое повреждение – замыкание на землю, при котором возникает угроза как человеческой жизни за счет растекания потенциала, так и оборудованию за счет нарушения симметрии в сети.

Чтобы предотвратить возможные последствия от таких повреждений на подстанциях и в других устройствах применяют токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Что такое нулевая последовательность?

Преимущественное большинство сетей получают  питание по трехфазной системе. Которая характеризуется тем, что напряжение каждой фазы смещено на 120º.

Рис. 1. Форма напряжения в трехфазной сети

Как видите из рисунка 1 на диаграмме б) показана работа сбалансированной симметричной системы. При этом если выполнить геометрическое сложение представленных векторов, то в нулевой точке результат сложения будет равен нулю.

Это означает, что в системах 110, 10 и 6 кВ,  для которых характерно заземление нейтралей трансформаторов, при нормальных условиях работы, какой-либо ток в нейтрали будет отсутствовать.

Также следует отметить, что геометрически смена фаз может подразделяется на такие виды:

  • прямой последовательности, при которой их чередование выглядит как A – B – C;
  • обратной последовательности, при которой чередование будет C – B – A;
  • и вариант нулевой последовательности, соответствующий отсутствию угла сдвига.

Для первых двух вариантов угол сдвига будет составлять 120º.

Рис. 2. Прямая, обратная и нулевая последовательность

Посмотрите на рисунок 2, здесь нулевая последовательность, в отличии от двух других, показывает, что векторы имеют одно и то же направление, но их смещение в пространстве между собой равно 0º.

Подобная ситуация происходит при однофазном кз, при этом токи двух оставшихся фаз устремляются в нулевую точку.

Также эту ситуацию можно наблюдать и при междуфазных кз, когда две из них, помимо нахлеста, попадают еще и на землю, а в нуле будет протекать ток лишь одной фазы.

При возникновении трехфазных кз в нейтрали обмоток ток не будет протекать, несмотря на аварию. Потому что токи и напряжения нулевой последовательности по-прежнему будут отсутствовать. Несмотря на то, что фазные напряжения и токи в этой ситуации могут в разы возрасти, в сравнении с номинальными.

Принцип работы ТЗНП

Практически все релейные защиты, действие которых отстраивается от появления токов  нулевой последовательности, имеют схожий принцип. Рассмотрите вариант такой схемы, демонстрирующей действие защиты.

Принципиальная схема простейшей ТЗНП

Здесь представлен вариант включения  реле тока Т, которое подключается ко вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ), собранных в звезду. В данной ситуации нулевой провод от звезды обмоток трансформаторов отфильтровывает составляющие нулевой последовательности, в случае их возникновения.

  При условии, что система работает симметрично, обмотки реле Т будут обесточенными. А при условии, что в одной из фаз произойдет замыкание на землю, ТТ отреагирует на это, из-за чего по нулевому проводу потечет ток. Это и будет та самая составляющая нулевой последовательности, из-за которой произойдет возбуждение обмотки реле Т.

После чего происходит выдержка времени, определяемая параметрами реле В. При истечении установленного промежутка времени токовая защита посылает сигнал на соответствующую коммутационную установку У. Которая и производит отключение трехфазной сети. Более сложные варианты схемы могут включать и реле мощности, которое позволяет отлаживать работу защиты по направлению.

В случае междуфазных повреждений симметрия не нарушиться, а лишь измениться  величина токов. А ТТ будут продолжать компенсировать токи, стекающиеся в нулевой провод. Преимущество такой схемы заключается в том, что при максимальных рабочих токах, все равно не будет срабатывать защита, поскольку будет сохраняться симметрия.

Но при существенном отличии в магнитных параметрах измерительных трансформаторов, произойдет дисбаланс в системе, и по нулевому проводнику будет протекать ток небаланса. Что может обуславливать ложные срабатывания токовой защиты даже в тех сетях, где соблюдается номинальный режим питания.

Правила подборки трансформаторов тока.

С целью снижения небаланса, влияющего на правильность срабатывания токовой защиты, подбирают такие ТТ, у которых вторичные токи не создадут перетоков. Для чего они должны соответствовать таким требованиям:

  • Обладать идентичными кривыми гистерезиса;
  • Одинаковая нагрузка вторичных цепей;
  • Погрешность на границе участков сети не должна превышать 10%.

К их вторичным цепям запрещено подключать еще какую-либо нагрузку, приводящую к искажению кривой намагничивания хотя бы в одном ТТ. Поэтому на практике при возникновении токов срабатывания от симметричной системы рекомендуют подвергать замене не один и не два, а все три трансформатора одновременно.

Область применения

Токовая защита, способная отреагировать на появление нулевой последовательности, нашла достаточно широкое применение  в линиях с заземленной нейтралью. Так как в них  токи коротких замыканий достигают наибольших величин. А вот при изолированной нейтрали ее установка нецелесообразна, поэтому ТЗНП в них не используют. Сегодня установки ТЗНП находят широкое применение:

  • на шинах районных подстанций для защиты силового оборудования;
  • в распределительных устройствах трансформаторных, переключающих и комплектных подстанций;
  • в токовых цепях крупных промышленных объектов с трехфазным силовым оборудованием.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания.

Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка.

Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Пример выбора уставок

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени.

В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt.

А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Если обмотки преобразовательных устройств включаются по системе звезда – треугольник, а также звезда – звезда, ТЗНП первичных и вторичных цепей не совпадают.

Из-за того, что замыкание в линиях высокого напряжения не обязательно вызовет появление составляющих нулевой последовательности в низких обмотках и питаемой ими цепи.

Так как селективность ТЗНП для каждой  из них должна выстраиваться независимо, на практике должна обеспечиваться их независимая работа.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле.

В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства.

Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

Помимо этого, в своем  классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв.

Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности.

Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

Схема работы направленной защиты

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты.

При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты.

В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650  или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и  пусковое реле для возобновления питания.

Что такое токовая защита нулевой последовательности

Нулевая защита электродвигателя
Наиболее частой неисправностью в трёхфазной сети является замыкание на землю. Межфазные замыкания встречаются реже. В сетях 110 кВ от однофазных замыканий на землю используется токовая защита нулевой последовательности, сокращенно ТЗНП. В этой статье мы рассмотрим её устройство, принцип действия и назначение.

Что такое нулевая последовательность

Для того чтобы разобраться как работает ТЗНП, сначала нужно вспомнить что такое трехфазная сеть. Трехфазная сеть — это сеть переменного синусоидального тока. В трёхфазной цепи фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Вот так это выглядит на графике:

Интересно! Основные идеи и положения трехфазных сетей электроснабжения были разработаны Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Он разработал трёхфазный асинхронный двигатель с КЗ ротором типа беличья клетка, с фазным ротором и пусковым реостатом, искрогасительную решетку, фазометр, стрелочный частотомер.

Если изобразить это на векторной диаграмме, то изображение будет напоминать трехлучевую звезду. При условии равенства токов и напряжений между фазами такая система будет называться симметричной. Геометрическая сумма этих векторов равна нулю.

Важно! Различают прямую и обратную последовательность чередования фаз. Фазы обозначаются буквами A, B и C. Тогда последовательность A B C — прямая, C B A — обратная.

При этом угол сдвига фаз в обоих случаях составляет 120 градусов.

При нулевой последовательности вектора всех фаз направлены в одном направлении, соответственно результирующий вектор значительно превышает таковой (в 3 раза, по сравнению с нулевой последовательностью) в нормальном состоянии системы.

В случае межфазного замыкания токи во всех фазах возрастут, система все равно останется симметричной. А напряжения и токи нулевой последовательности равны нулю, как и в нормальном состоянии цепи.

В результате однофазного замыкания на землю система станет несимметричной и будут наблюдаться токи нулевой последовательности I0 и U0. Допустим замкнула фаза C, тогда токи фаз A и B устремятся к нулю, а в фазе C к трети от Iкз.

Тогда:

I0=1/3(Ik+0+0)

Отсюда Iк=I0*3. Эти токи возникают под воздействием напряжения КЗ или Uк0 между выводом обмотки трансформатора или генератора и точкой, в которой произошло замыкание.

Область применения на практике

Теоретическая часть без предварительной подготовки воспринимается достаточно сложно, поэтом перейдем к практике и ответим на вопрос, где применяется ТЗНП.

Как уже было сказано токовая защита нулевой последовательности используется в ВВ сетях напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью. В сетях среднего напряжения 6, 10 кВ и больше с изолированной нейтралью не используется. Это связано с тем, что в сетях с заземленной нейтралью токи КЗ на землю очень большие.

Важно! Так как ТЗНП защищает от КЗ на землю, ее иногда называют земляной защитой (ЗЗ).

Как это работает

Принцип работы ТЗНП заключается в отключении коммутационной аппаратуры в случае однофазных замыканий с определенной выдержкой времени. Задержка времени нужна для организации селективности защит на разных трансформаторных подстанциях.

Пример схемы токовой защиты нулевой последовательности изображен на рисунке ниже:

В ней используется токовое реле КА и реле мощности KW. Для контроля тока по фазам в ТЗНП используются трансформаторы тока (ТТ). Это специальные измерительные трансформаторы надеваются на шину или провод. На его обмотках наводится ЭДС пропорциональное току, протекающему через жилу или шину.

Одним из главных условий корректной работы ТЗНП является то, чтобы у ТТ были одинаковые кривые намагничивания. Это значит, что они должны быть не просто одинаковы по входным и выходным характеристикам, но и быть одной марки. Кроме того, стоит отметить, что погрешности их выходных параметров не должны быть больше 10 процентов. Их вы видите на картинке ниже.

Чтобы получить токи выведенной из баланса системы сигнал пропускают через фильтр. В реальном применении соединяют обмотки трансформаторов между собой. Это называют фильтром токов нулевой последовательности.

В нормальном состоянии электросети токи нулевой последовательности равны нулю, соответственно Iвыходные фильтра ТЗНП тоже равны нулю. В аварийном режиме, при КЗ, выходной ток отличен от нуля. Остальные части ТЗПН настраиваются таким образом, чтобы исключить ложные срабатывания под определенный ток КЗ.

Если ранее токовая защита нулевой последовательности представляла собой релейные схемы, то в настоящее время выпускаются микропроцессорные терминалы для защитных цепей. То есть, современная ТЗНП может выполняться на микроконтроллерных схемах.

Рассмотренная система используется в качестве резервной защиты. Благодаря её свойствам можно достичь селективность срабатывания, где РЗиА каждой последующей ТП срабатывает быстрее, чем на предыдущей. Защита нужна чтобы минимизировать дальнейшие повреждения ЛЭП, трансформаторов, генераторов, а также, чтобы обезопасить окружающую среду и людей, которые могут попасть в опасную зону.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Нулевая защита электродвигателя – Все об электричестве

Нулевая защита электродвигателя

Разместить публикацию Мои публикации Написать

Асинхронные двигатели трехфазного переменного тока напряжением до 500 в при мощностях от 0,05 до 350 — 400 кВт являются наиболее распространенным видом электродвигателей.

Надежная и бесперебойная работа электродвигателей обеспечивается в первую очередь надлежащим выбором их по номинальной мощности, режиму работы и форме исполнения. Не меньшее значение имеет также соблюдение необходимых требований и правил при составлении электрической схемы, выборе пускорегулирующей аппаратуры, проводов и кабелей, монтаже и эксплуатации электропривода.

Аварийные режимы работы электродвигателей

Даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов при их работе всегда остается вероятность появления режимов, аварийных или ненормальных для двигателя и другого электрооборудования.

К аварийным режимам относятся:

  1. многофазные (трех- и двухфазные) и однофазные короткие замыкания в обмотках электродвигателя; многофазные короткие замыкания в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (в проводах и кабелях, на контактах коммутационных аппаратов, в ящиках сопротивлений); короткие замыкания фазы на корпус или нулевой провод внутри двигателя или во внешней цепи — в сетях с заземленной нейтралью; короткие замыкания в цепи управления; короткие замыкания между витками обмотки двигателя (витковые замыкания).
    Короткие замыкания являются наиболее опасными аварийными режимами в электроустановках. В большинстве случаев они возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции. Токи короткого замыкания иногда достигают величин, в десятки и сотни раз превосходящих значения токов нормального режима, а их тепловое воздействие и динамические усилия, которым подвергаются токоведущие части, могут привести к повреждению всей электроустановки;
  2. тепловые перегрузки электродвигателя из-за прохождения по его обмоткам повышенных токов: при перегрузках рабочего механизма по технологическим причинам, особо тяжелых условиях пуска двигателя под нагрузкой или его застопоривании, длительном понижении напряжения сети, выпадении одной из фаз внешней силовой цепи или обрыве провода в обмотке двигателя, механических повреждениях в двигателе или рабочем механизме, а также тепловые перегрузки при ухудшении условий охлаждения двигателя.
    Тепловые перегрузки вызывают в первую очередь ускоренное старение и разрушение изоляции двигателя, что приводит к коротким замыканиям, т. е. к серьезной аварии и преждевременному выходу двигателя из строя.

Виды защиты асинхронных электродвигателей

Для того чтобы защитить электродвигатель от повреждений при нарушении нормальных условий работы, а также своевременно отключить неисправный двигатель от сети, предотвратив или ограничив тем самым развитие аварии, предусматриваются средства защиты.

Главным и наиболее действенным средством является электрическая защита двигателей, выполняемая в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).

В зависимости от характера возможных повреждений и ненормальных режимов работы различают несколько основных наиболее распространенных видов электрической защиты асинхронных двигателей.

Защита асинхронных электродвигателей от коротких замыканий

Защита от коротких замыканий отключает двигатель при появлении в его силовой (главной) цепи или в цепи управления токов короткого замыкания.

Аппараты, осуществляющие защиту от коротких замыканий (плавкие предохранители, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем), действуют практически мгновенно, т. е. без выдержки времени.

Защита асинхронных электродвигателей от перегрузки

Защита от перегрузки предохраняет двигатель от недопустимого перегрева, в частности и при сравнительно небольших по величине, но продолжительных 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 (температурные и тепловые 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.

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 асинхронных электродвигателей 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.

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 асинхронных 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.

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.

617

Закладки

Источник: https://energoboard.ru/post/2363/

Защита электродвигателя от перегрузки: принцип действия, особенности и виды

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.

Аппараты защиты | Электрооборудование и электроснабжение горных предприятий

Нулевая защита электродвигателя

Подробности Категория: Разное-архив

§ 8. АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ, ВИДЫ ЗАЩИТ Аппаратами защиты называют устройства, которые автоматически отключают участки электрической цепи в случаях нарушения нормального режима работы, что позволяет обеспечить безопасность обслуживающего персонала и сохранность электрооборудования и электрических сетей.

Основными видами защит являются: максимально-токовая, от недопустимых токовых перегрузок, минимальная и нулевая, тепловая, от опасных токов утечки на землю, от потеря управляемости, от частых включений контакторов и т. д. Максимально-токовая защита. Предназначена для защиты от т. к. з. и недопустимых токовых перегрузок.

Для этой цели используют плавкие предохранители и реле максимального тока. Плавкие предохранители выпускают пробочного и трубчатого типов. Первые в основном применяют для защиты осветительных сетей с токами до 60 А, вторые — для защиты электродвигателей и силовых цепей. Трубчатые предохранители выпускают на ток до 1000 А.

  Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, которое гасит дугу, возникающую после плавления вставкиJТрубчатые предохранители изготовляют для применения на поверхности с кварцевым заполнителем неразборные типа НПН и разборные типа ПН.

В шахтной аппаратуре применяют предохранители ПР с закрытыми разборными патронами без заполнителя. Такой предохранитель (рис. 27) состоит из фибровой трубки 1 повышенной механической прочности с концевыми латунными обоймами 3, на которые навернуты колпачки 4.

Внутри трубки вставлена плавкая штампованная цинковая вставка 2, связанная с выводными зажимами 6 болтовым соединением и удерживаемая внутри трубки в фиксированном положении двумя пластинами 5. Выводные зажимы соединены гайками с токоведущим болтом, к которому подводится питание гибкими проводами в изоляционной оплетке.

Вставка в зависимости от напряжения имеет до четырех узких участков, которые облегчают ее плавление. Электрическая дуга при сгорании плавкой вставки не выходит за пределы трубки.

Puc. 27. Плавкий предохранитель ПР

Рис. 28. Реле максимального тока Диаметр трубки (патрона) меняется в зависимости от величины номинального тока, а длина предохранителя по оси зависит от величины напряжения (при меньшей длине — меньшая отключающая способность). Время плавления зависит от величины протекающего тока.

Так, при токе плавления в 4 раза большем номинального тока плавкой вставки время плавления составляет 2,5 с, а если ток плавления больше номинального в 1,6 раза, то время плавления составит 1 ч. Отсюда видно, что плавкие предохранители не обеспечивают защиту электродвигателей от перегрузки. При перегрузке в 1,5 раза двигатель перегревается в течение 2 мин.

Достоинства плавких предохранителей: простота, дешевизна, надежность защиты при к. з. Недостатки: отсутствие реакции на незначительные, но вредные для электродвигателей перегрузки, Невозможность отключения всех трех фаз; трудность регулировки ®Ери изменении режимов работы двигателей. Номинальные токи Плавких вставок предохранителей приведены в табл.

21; порядок выбора плавких предохранителей изложен в § 3 главы VIII. Реле максимального тока служат для мгновенного отключения цепей. Такое реле (рис. 28) имеет катушку 1, насаженную на неподвижный сердечник 8, соединенный с подвижным якорем 2, который механически связан с бойком 3 и регулировочной пружиной 4.

К нижней части сердечника прикреплена градуированная шкала токовых уставок 6 с указателем 5. При токе в катушке 1, превышающем значение тока на шкале, якорь мгновенно притягивается к сердечнику, преодолевая натяжение пружины, и боек воздействует на отключающий механизм аппарата. Такого типа реле, установленные на воздушных выключателях, называют максимальными расцепителями.

Для проверки их работоспособности на сердечник насаживают контрольную катушку 7, включаемую в сеть параллельно через выключатель. Перед проверкой снимают напряжение с аппарата, ставят указатель шкалы в соответствии с номинальным напряжением силовой цепи, включают аппарат, а затем выключатель контрольной катушки. При этом должно произойти моментальное отключение аппарата от сети.

У реле максимального тока, встроенных в магнитные пускатели, якорь связан с контактами, которые при срабатывании реле разрывают цепь питания контакторной катушки. Достоинства реле максимального тока: одновременное отключение, всех трех фаз и относительно малый промежуток времени на повторное включение или регулировку токовых уставок.

Недостатки: непосредственное включение катушки в разрыв силовой цепи, большой разрыв между делениями шкалы токовых уставок, что снижает точность установки уставки. Этот же недостаток· может возникать из-за деформации пружины в процессе работы. Данные недостатки устранены в унифицированной максимальной защите УМЭ, которую встраивают в магнитные пускатели.

Защита УМЗ состоит из двух одинаковых цепей (см. рис. 22), содержащих трансформаторы тока ТТ1 и 7Т2, шунтирующие резисторы R1 и R2, переменные резисторы Щ1, JR3, проверочные резисторы 1R2, 1R4, тумблеры 1Пк.1,1Пк2, выпрямительные мосты I ВМ1, 1ВМ2 и исполнительные реле РМ, контакт РМ1 которых замыкает цепь сигнальной лампы ЛК, а РМ2 размыкает цепь управления контакторной катушки КЛ.

При возникновении к. з. ток вторичных обмоток трансформаторов тока создает на шунтирующих резисторах напряжение, которое выпрямляется и поступает на исполнительное реле. Реле срабатывает, размыкает свой контакт РМ2 в цепи контакторной катушки и замыкает контакт РМ1 в цепи сигнализации.

Исполнительные реле включены в цепь как реле напряжения.

Особенность защиты состоит в том, что параметры катушек реле и шунтирующих резисторов выбраны такими, чтобы во время пуска двигателей несмотря на наличие больших пусковых токов срабатывания реле не происходило, так как магнитный поток в сердечнике реле не достигает потока трогания реле.

Общее время срабатывания защиты без учета горения дуги не превышает 0,1 с. Регулировка токовых уставок производится при помощи переменных резисторов по шкале, разбитой на 11 относительных единиц, что позволяет производить более точную плавную настройку защиты.

Нулевая и минимальная защиты.

Назначение нулевой защиты состоит в том, чтобы при снятии напряжения и повторной его подаче не произошло самопроизвольного включения электрооборудования. Назначение минимальной защиты состоит в отключении электроустановки при снижении номинального напряжения ниже допустимых пределов, например, на 30—40% ниже нормы.

Для этого вида защиты нашли применение реле электромагнитного типа, похожие по устройству на реле максимального тока.

Отличие состоит в том·, что у реле данного типа якорь при нормальном напряжении всегда притянут к сердечнику, а при снижении напряжения или полном его отсутствии отходит от сердечника, воздействуя на защелку механизма свободного расцепления или разрывая контакты в цепи управления аппаратом.

В магнитных пускателях роль нулевой защиты выполняет контакторная катушка, а минимальной защиты — катушка промежуточного реле пускателя.

Тепловая защита.

Данный вид защиты необходим при незначительных, но длительных токовых перегрузках, которые нарушают изоляцию обмоток и способствуют выходу двигателей из строя. Основу защиты составляют температурные и тепловые реле, которые могут быть встроены в пускозащитную аппаратуру или непосредственно в электродвигатели, что является более надежной защитой.

В магнитные пускатели серии ΓΙΜΕ встраивают тепловые реле серии ТРН, в пускатели серии ПА — реле серий ТРН и ТРП. Основу тепловых реле составляет биметаллическая пластина, т. е. пластина из двух разнородных металлов, жестко скрепленных между собой за счет проката в горячем состоянии или за счет? сварки.

Для этого в тепловых реле применяют материалы: инвар с малым значением температурного коэффициента расширения и немагнитную или хромоникелевую сталь е большим температурным коэффициентом расширения.

При нагреве за счет различного теплового расширения металлов пластина изгибается (один ее конец закреплен жестко, второй свободно) и свободным концом воздействует на контактную систему. Нагрев может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки.

Однако для лучшей работы внутри или снаружи биметаллической пластины помещают специальный нагреватель из нихрома, по которому также протекает ток нагрузки. . Самовозврат реле осуществляется пружиной после остывания биметалла или вручную рычагом с кнопкой (ускоренный возврат).

В шахтные асинхронные электродвигатели для защиты от опасного перегрева, связанного с перегрузками производственного характера, обрывом фазы, ухудшением охлаждения, встраивают дифференциальные температурные реле ДТР-ЗМ, которые осуществляют защиту двигателей любой мощности и с любым классом изоляции. Принцип действия реле основан на реакции на абсолютную температуру и скорость нарастания температуры в обмотке двигателя.

Рис. 29. Температурное реле ДТР-ЗМ

Реле (рис. 29) состоит из контактной группы 7, 6 и термобиметаллических пластин 4 и 5, изгибающихся в одну сторону и размещенных в термоизоляционном корпусе 1, закрытом медной крышкой 2, которая служит также для передачи тепла к теплочувствительным элементам.

Выводными концами пластин 5 и 6 термореле включается в цепь управления магнитным пускателем или в схему сигнализации перегрева обмотки двигателя.

Уставка срабатывания регулируется винтом 9, а скорость изменения температуры — винтом 3, При нагреве обмотки статора до температуры уставки срабатывания контакты реле размыкаются, электродвигатель отключается от сети или срабатывает сигнализация. Масса реле около 8 г.

Защита от потери управляемости.

Назначение этой защиты состоит в блокировке подачи рабочего тока на включающую систему электроаппаратов при обрыве или замыкании проводов дистанционного управления между собой и с заземляющей жилой.

Роль защиты выполняет полупроводниковый диод, встраиваемый в цепь управления (см. рис. 21, 22). Промежуточные реле РП магнитных пускателей работают на постоянном (выпрямленном) токе и на переменный ток не реагируют.

Если диод Д исключить из цепи, то реле РП не включается и не может включиться контакторная катушка пускателя.

Описание принципа действия защиты от частых включений контакторов и работы блокировочного реле утечки рассмотрены в 5 данной главы, а принцип действия, конструкция аппаратов и схема электрических соединений защиты от однофазных утечек тока на землю описаны в главе XI.

Виды защит электродвигателя

Нулевая защита электродвигателя

Асинхронные электродвигатели – наиболее распространенный вид электрических машин, использующихся в приводах различного назначения. От их безаварийной работы зачастую зависит не только правильность течения технологического процесса, но и жизнь людей.

Кроме того, их цена зачастую больше или сравнима с совокупной стоимостью всего остального оборудования. По этой причине принимаются различные меры по защите асинхронных двигателей, которые обычно носят комплексный характер и предусматривают возможность возникновения всех типов аварийных ситуаций.

Что может случиться с электродвигателем

К нашему счастью, список возможных аварийных ситуаций в цепях электрического привода ограничен. Это вам не «Справочник фельдшера» объемом в несколько тысяч страниц. Вот что может случиться:

  • Нестабильность питающего напряжения и тока.
  • Дисбаланс фаз.
  • Все виды замыканий – как так называемые короткие, возникающие между фазами или между фазой и землей, а также межвитковые, уменьшающие индуктивность и сопротивление статорных обмоток двигателя.
  • Физическая перегрузка на валу.

Проблемы с качеством электропитания

Статорные обмотки асинхронного электродвигателя обладают значительной индуктивностью. Каждая из них по отдельности может рассматриваться как балластный трансформатор.

По этой причине асинхронные электродвигатели в наименьшей степени зависят от качества подаваемого на них напряжения.

Его снижение или увеличение на десяток вольт машиной будет просто проигнорировано, если оно произошло симметрично по всем фазам.

Наиболее проблемным является момент запуска и набора оборотов. Пусковой ток электродвигателя с короткозамкнутым ротором превышает номинальный минимум в пять раз. И чем выше мощность машины, тем это значение больше.

Дело усугубляется в том случае, если подключается нагруженный привод. Например, подъемный механизм или навозный транспортер на животноводческой ферме.

Решить проблему запуска можно двумя способами:

  1. Применить схему коммутации обмоток. В момент замыкания контактов рубильника они включены по схеме «Звезда», а после набора оборотов переключаются на «Треугольник». Снижение токовой нагрузки происходит по той причине, что на каждой обмотке первоначальное напряжение в 1,73 раза меньше – 220 вольт.
  2. Использовать автоматические выключатели с подходящей случаю времятоковой характеристикой. Например, рабочий ток асинхронного двигателя мощностью 3 кВт находится в пределах 12 ампер. Если вы поставите на входе цепи питания АВ с номиналом 16 ампер типа «С», то привод может отключаться во время запуска. Оптимальным вариантом является АВ на те же 16 ампер, но типа «В».

Короткие замыкания

Возникновение сверхтоков – они так названы потому, что в сотни и тысячи раз превышают номинальные – происходит в случае замыкания между фазой и землей (как физической, на корпус электроустановки, так и технологической нейтралью) или между фазами. Процесс этот сопровождается возникновением дуги электрического разряда и выделением большого количества тепла.

Поэтому несмотря на его явную и большую опасность, токовая защита электродвигателя решается наиболее просто – установкой плавких предохранителей или автоматических выключателей. Их номинал должен соответствовать рабочему току двигателя после набора оборотов. В цепи подачи напряжения они устанавливаются первыми.

Дисбаланс фаз

Часто не имеет явных признаков и потому более опасен. Он возникает в следующих случаях:

  • При пропадании одной из фаз в линии, подающей электропитание на всю электроустановку.
  • При отсутствии соединения в одном из элементов схемы. Например, при выгорании какой-либо клеммы в группе основных подвижных контактов магнитного пускателя или присоединительной коробке на корпусе электродвигателя.
  • При физическом обрыве одного из фазных проводников в кабеле.
  • При межвитковом замыкании в статорной обмотке.

Наиболее опасно отсутствие именно одной фазы. При этом происходит возрастание межфазного напряжения в 1,7 раза. При отсутствии двух двигатель просто останавливается, его конструктивные элементы перегрузкам не подвергаются.

Если обмотки двигателя соединены треугольником, то та, что оказывается подключенной между двумя оставшимися фазами, испытывает колоссальные нагрузки, ведь ее сопротивление не превышает десятка Ом. Фактически она работает в режиме короткого замыкания, из-за чего сильно нагревается.

При соединении обмоток звездой процесс менее активен, но более опасен по той причине, что двигатель может продолжить работать, потеряв при этом мощность. И вы этого не заметите до момента полного выгорания обмоток.

Дисбаланс фаз может определить трехфазное УЗО. Через ферритовое кольцо его дифференциального трансформатора пропущены проводники трех фаз и нейтрали. В штатном режиме работы система находится в равновесном состоянии, токи в проводниках компенсируют друг друга, магнитное поле не наводится. Поэтому во вторичной обмотке движения электронов не возникает.

Стоит одной из фаз пропасть, как по нейтрали потечет ток иного направления. Возникший дисбаланс вызывает срабатывание расцепителя и отключение питания. Эта схема работает только в том случае, когда пропадает подводимое к электроустановке напряжение. При возникновении неисправностей в нагрузке УЗО остается включенным.

Но если обмотки двигателя соединены звездой, то можно подключить нейтральный провод питающей линии к ее центру (это пластина в клеммной коробке, соединяющей три вывода). При дисбалансе фаз в нагрузке возникает ток в нейтрали. Это вызовет срабатывание защитного устройства.

Если магнитный пускатель имеет втягивающую катушку с номиналом в 380 вольт (она включается между фазами), то этот элемент схемы также может играть роль своеобразной защиты от перекоса фаз в питающей линии. Вероятность отключения привода в этом случае очень велика.

Но основным способом предотвращения аварии в этом случае является тепловая защита электродвигателя. По той причине, что он сопровождается выделением тепла – фактором, на который может среагировать автоматика. Стоит отметить, что при дисбалансе фаз двигатель еще и гудит, но защитных автоматов, реагирующих на звук, не существует.

Тепловой расцепитель, который есть в автоматических включателях на вводах, не сработает или сделает это слишком поздно. Ведь из-за большой протяженности линии тепло может рассеяться. Поэтому стало правилом устанавливать сразу после магнитного пускателя так называемое тепловое реле, с помощью которого осуществляется и защита электродвигателя от перегрузки на валу.

Оно состоит из трех нагревательных элементов и биметаллической пластины, которая при изменении температуры деформируется и размыкает контакты цепи управления – одного из фазных проводов, подающихся на контакты втягивающей катушки магнитного пускателя.

Номинальный ток теплового реле должен соответствовать рабочему току двигателя. Обычно он регулируется, для чего на корпус реле выводят винт потенциометра и градуированную шкалу.

Совокупная стоимость приборов защиты меньше цены электрического двигателя. И ничтожна по сравнению с возможными последствиями аварии. Поэтому не стоит пренебрегать их установкой.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.