Почему может случиться поломка

В процессе постоянной работы электродвигателя может случаться масса непредвиденных обстоятельств, которые выведут его из строя. И для того, чтобы быть готовым ко всем этим трудностям, необходимо их знать и уметь предотвратить.

Вот, что может вывести из строя электродвигатель:

• Слабое напряжение в электрической сети.
• Слишком высокое напряжение, на которое не рассчитан двигатель.
• Плохое электроснабжение и низкое качество сигнала.
• Постоянные скачки в системе.
• Неправильная установка или ненормированные правила эксплуатации электродвигателя.
• Повышенная температура в работающем двигателе и частые перегревы.
• Плохая охлаждаемость оборудования.
• Повышенная температура в пространстве вокруг двигателя.
• Низкое атмосферное давление в связи с работой двигателя в горной местности.
• Проблемы с рабочей жидкостью двигателя.
• Частое включение и выключение двигателя.
• Повышенная инерционная нагрузка на двигатель. Для каждой модели этот показатель разнообразен.
• Перегревание в связи с блокировкой ротора или обрывом фазы.

Именно для того, чтобы вовремя предотвратить такие явления, а точнее их пагубное влияние на работу двигателя, необходимо устанавливать несколько устройств защиты электродвигателей

Защита электродвигателей. Схема защиты асинхронных электродвигателей

Автор Фома Бахтин На чтение 3 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано

При эксплуатации асинхронных электродвигателей, как и любого другого электрооборудования, могут возникнуть неполадки – неисправности, часто приводящие к аварийному режиму работы, повреждению двигателя.  преждевременному выходу его из строя.

Прежде, чем перейти к способам защиты электродвигателей  стоит рассмотреть основные и наиболее частые причины возникновения аварийной работы асинхронных электродвигателей:

• Однофазные и межфазные короткие замыкания – в кабеле, клеммной коробке электродигателя, в обмотке статора (на корпус, межвитковые замыкания).

Короткие замыкания – наиболее опасный вид неисправности в электродвигателе, т. к. сопровождается возникновением очень больших токов, приводящих к перегреву и сгоранию обмоток статора.

• Тепловые перегрузки электродвигателя – обычно возникают, когда вращение вала сильно затруднено (выход из строя пошипника, попадание мусора в шнек, запуск двигателя под слишком большой нагрузкой, либо его полная остановка).

  

Частой причиной тепловой перегрузки электродвигателя, приводящей к ненормальному режиму работы является пропадание одной из питающих фаз. Это приводит к значительному увеличению тока (в два раза превышающего номинальный) в статорных обмотках двух других  фаз.

Результат тепловой перегрузки электродвигателя – перегрев и разрушение изоляции обмоток статора, приводящее к замыканию обмоток и негодности электродвигателя.

Защита электродвигателей  от токовых перегрузок заключается в своевременном обесточивании электродвигателя при появлении в его силовой цепи или цепи управления больших токов, т. е. при возникновении коротких замыканий.

Для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяют плавкие вставки, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, подобранные таким образом, чтобы они выдерживали большие пусковые сверхтоки, но незамедлительно срабатывали при возникновении токов короткого замыкания.

Для защиты электродвигателей  от тепловых перегрузок в схему подключения электродвигателя включают тепловое реле, имеющее контакты цепи управления – через них подаётся напряжение на катушку магнитного пускателя.

При возникновении тепловых перегрузок    эти контакты размыкаются, прерывая питание катушки, что приводит к возврату группы силовых контактов в исходное состояние – электродвигатель обесточен.

Простым и надёжным способом  защиты электродвигателя от пропадания фаз будет добавление в схему его подключения дополнительного магнитного пускателя:

Включение автоматического выключателя 1 приводит к замыканию цепи питания катушки магнитного пускателя 2 (рабочее напряжение этой катушки должно быть ~380 в) и замыканию силовых контактов 3 этого пускателя, через который (используется только один контакт) подаётся питание катушки магнитного пускателя 4.

Включением кнопки «Пуск» 6 через кнопку «Стоп» 8 замыкается цепь питания катушки 4 второго магнитного пускателя (её рабочее напряжение может быть как 380 так и 220 в), замыкаются его силовые контакты 5 и на двигатель подаётся напряжение.

При отпускании кнопки «Пуск» 6 напряжение с силовых контактов 3 пойдет через нормально разомкнутый блок-контакт 7, обеспечивая неразрывность цепи питания катушки магнитного пускателя.

Как видно из этой схемы защиты электродвигателя, при отсутствии по каким-то причинам одной из фаз напряжение на электродвигатель поступать не будет, что предотвратит его от тепловых перегрузок и преждевременный выход из строя.

Плавный пуск электродвигателей

Будни электрика. Защита трехфазного двигателя.

Защита двигателя от перегрузки

11. Защита электродвигателей

Защита электродвигателей.

Виды повреждений и ненормальных режимов работы ЭД.

Повреждения электродвигателей. В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные КЗ. Замыкания на землю и многофазные КЗ могут также возникать на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующие на отключение.

Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3—10 кВ менее опасны по сравнению с КЗ, так как сопровождаются прохождением токов 5—20 А, определяемых емкостным током сети. Учитывая сравнительно небольшую стоимость электродвигателей мощностью менее 2000 кВт, защита от замыканий на землю устанавливается на них при токе замыкания на землю более 10 А, а на электродвигателях мощностью более 2000 кВт — при токе замыкания на землю более 5 А защита действует на отключение.

Защита от витковых замыканий на электродвигателях не устанавливается. Ликвидация повреждений этого вида осуществляется другими защитами электродвигателей, поскольку витковые замыкания в большинстве случаев сопровождаются замыканием на землю или переходят в многофазное КЗ.

Электродвигатели напряжением до 600 В защищаются от КЗ всех видов (в том числе и от однофазных) с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.

Ненормальные режимы работы. Основным видом ненормального режима работы для электродвигателей является перегрузка их токами больше номинального. Допустимое время перегрузки электродвигателей, с, определяется по следующему выражению:

Рис. 6.1. Зависимость тока электродвигателя от частоты вращения ротора.

где k — кратность тока электродвигателя по отношению к номинальному; А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя: А == 250 — для закрытых электродвигателей, имеющих большую массу и размеры, А = 150 — для открытых электродвигателей.

Перегрузка электродвигателей может возникнуть вследствие перегрузки механизма (например, завала углем мельницы или дробилки, забивания пылью вентилятора или кусками шлака насоса золоудаления и т. п.) и его неисправности (например, повреждения подшипников и т. п.). Токи, значительно превышающие номинальные, проходят при пуске и самозапуске электродвигателей. Это происходит вследствие уменьшения сопротивления электродвигателя при уменьшении его частоты вращения. Зависимость тока электродвигателя I от частоты вращения п при постоянном напряжении на его выводах приведена на рис. 6.1. Ток имеет наибольшее значение, когда ротор электродвигателя остановлен; этот ток, называемый пусковым, в несколько раз превышает номинальное значение тока электродвигателя. Защита от перегрузки может действовать на сигнал, разгрузку механизма или отключение электродвигателя. После отключения КЗ напряжение на выводах электродвигателя восстанавливается и частота его вращения начинает увеличиваться. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, значения которых определяются частотой вращения электродвигателя и напряжением на его выводах. Снижение частоты вращения всего на 10—25 % приводит к уменьшению сопротивления электродвигателя до минимального значения, соответствующего пусковому току. Восстановление нормальной работы электродвигателя после отключения КЗ называется самозапуском, а токи, проходящие при этом, — токами самозапуска.

На всех асинхронных электродвигателях самозапуск может быть осуществлен без опасности их повреждения, и поэтому их защита должна быть отстроена от режима самозапуска. От возможности и длительности самозапуска асинхронных электродвигателей основных механизмов собственных нужд зависит бесперебойная работа тепловых электростанций. Если из-за большого снижения напряжения нельзя обеспечить самозапуск всех работающих электродвигателей, часть из них приходится отключать. Для этого используется специальная защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60—70 % номинального. В случае обрыва одной из фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать. Частота вращения ротора при этом несколько уменьшается, а обмотки двух неповрежденных фаз перегружаются током в 1,5—2 раза большим номинального. Защита электродвигателя от работы на двух фазах применяется лишь на электродвигателях, защищенных предохранителями, если двухфазный режим работы может повлечь за собой повреждение электродвигателя.

На мощных тепловых электростанциях в качестве привода для дымососов, дутьевых вентиляторов и циркуляционных насосов получили широкое распространение двухскоростные асинхронные электродвигатели напряжением 6 кВ. Эти электродвигатели выполняются с двумя независимыми статорными обмотками, каждая из которых подключается через отдельный выключатель, причем обе статорные обмотки одновременно не могут быть включены, для чего в схемах управления предусмотрена специальная блокировка. Применение таких электродвигателей позволяет экономить электроэнергию путем изменения их частоты вращения в зависимости от нагрузки агрегата. На таких электродвигателях устанавливается по два комплекта релейной защиты.

В эксплуатации применяются также схемы электропривода, предусматривающие вращение механизма (например, шаровой мельницы) двумя спаренными электродвигателями, которые присоединяются к одному выключателю. При этом все защиты являются общими для обоих электродвигателей, за исключением токовой защиты нулевой последовательности, которая предусматривается для каждого электродвигателя и выполняется с помощью токовых реле, подключенных к ТТ нулевой последовательности, установленным на каждом кабеле.

Защита асинхронных ЭД от междуфазных к.з., перегрузок и замыканий на землю.

Для защиты от многофазных КЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее просто токовую отсечку можно выполнить с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя. С реле косвенною действия применяется одна из двух схем соединения ТТ и реле, приведенных на рис. 6.2 и 6.3. Отсечка выполняется с независимыми токовыми реле. Использование токовых реле с зависимой характеристикой (рис. 6 3) позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле защиту от КЗ и перегрузки. Ток срабатывания отсечки выбирается -по следующему выражению:

где kсх — коэффициент схемы, равный 1 для схемы на рис. 6.3 и v3 для схемы на рис. 6.2; Iпуск —пусковой ток электродвигателя.

Если ток срабатывания реле отстроен от пускового тока, отсечка, как правило, надежно отстроена и от. тока, который электродвигатель посылает в сечь при внешнем КЗ.

Зная номинальный ток электродвигателя Iном и кратность пускового тока kп, указываемую в каталогах, можно подсчитать пусковой ток по следующему выражению:

Рис. 6.2 Схема защиты электродвигателя токовой отсечкой с одним токовым реле мгновенного действия: а — цепи тока, б — цепи оперативного постоянного тока

Как видно по осциллограмме, приведенной на рис. 6.4, на которой показан пусковой ток электродвигателя питательного насоса, в первый момент пуска появляется кратковременный пик намагничивающего тока, превышающий пусковой ток электродвигателя. Для отстройки от этого пика ток срабатывания отсечки выбирается с учетом коэффициента надежности: kн=1,8 для реле типа РТ-40, действующих через промежуточное реле; kн = 2 для реле типов ИТ-82, ИТ-84 (РТ-82, РТ-84), а также для реле прямого действия.

Рис. 6.3. Схема защиты электродвигателя от коротких замыканий и перегрузки с двумя реле типа РТ-84: а— цепи тока, б — цепи оперативного постоянного тока.

Т

Рис. 6 4. Осциллограмма пускового тока электродвигателя.

токовую отсечку электродвигателей мощностью до 2000 кВт следует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой однорелейной схеме (см. рис. 6.2). Однако недостатком этой схемы является более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рис. 6.3, к двухфазным КЗ между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Это имеет место, так как ток срабатывания отсечки, выполненной по однорелейной схеме, согласно (6.1) в vЗ раз больше, чем в двухрелейной схеме. Поэтому на электродвигателях мощностью 2000—5000 кВт токовая отсечка для повышения чувствительности выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя меньше двух.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная защита, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках электродвигателей. Эта защита выполняется в двухфазном или в трехфазном исполнении с реле типа РНТ-565 (аналогично защите генераторов). Ток срабатывания рекомендуется принимать 2Iном.

Поскольку защита в двухфазном исполнении не реагирует на двойные замыкания на землю, одно из которых возникает в обмотке электродвигателя на фазе В, в которой отсутствует ТТ, дополнительно устанавливается специальная защита от двойных замыканий без выдержки времени.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

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

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

Ток срабатывания защиты от перегрузки принимается равным:

где kн = 1,1—1,2.

При этом реле защиты от перегрузки смогут сработать от пускового тока, поэтому выдержка времени защиты принимается 10—20 с по условию отстройки от времени пуска электродвигателя. Защита от перегрузки выполняется с помощью индукционного элемента реле типа ИТ-80 (РТ-80) (см. рис 6.3). Если электродвигатель при перегрузках должен отключаться, в схеме защиты используются реле типа ИТ-82 (РТ-82). На электродвигателях, защита которых от перегрузки не должна действовать на отключение, целесообразно использовать реле с двумя парами контактов типа ИТ-84 (РТ-84), обеспечивающие раздельное действие отсечки и индукционного элемента.

Для ряда электродвигателей (дымососов, дутьевых вентиляторов, мельниц), время разворота которых составляет 30—35 с, схема защиты от перегрузки с реле РТ-84 дополняется реле времени типа ЭВ-144, которое приходит в действие после замыкания контакта токового реле. При этом выдержка времени защиты может быть увеличена до 36 с. В последнее время для защиты от перегрузки электродвигателей собственных нужд применяется схема защиты с одним реле тока типа РТ-40 и одним реле времени типа ЭВ-144, а для электродвигателей с временем пуска более 20 с — реле времени типа ВЛ-34 (со шкалой 1—100 с).

Защита минимального напряжения.

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

В некоторых случаях при длительном отсутствии напряжения защита минимального напряжения отключает и ответственные электродвигатели. Это необходимо, в частности, для пуска схемы АВР электродвигателей, а также по технологии производства. Так, например, в случае остановки всех дымососов необходимо отключить мельничные и дутьевые вентиляторы и питатели пыли; в случае остановки дутьевых вентиляторов — мельничные вентиляторы и питатели пыли. Отключение ответственных электродвигателей защитой минимального напряжения производится также в тех случаях, когда их самозапуск недопустим по условиям техники безопасности или из-за опасности повреждения приводимых механизмов.

Наиболее просто защиту минимального напряжения можно выполнить с одним реле напряжения, включенным на междуфазное напряжение. Однако такое выполнение защиты ненадежно, так как при обрывах в цепях напряжения возможно ложное отключение электродвигателей. Поэтому однорелейная схема защиты применяется только при использовании реле прямого действия.Для предотвращения ложного срабатывания защиты при нарушении цепей напряжения применяются специальные схемы включения реле напряжения. Одна из таких схем для четырех электродвигателей, разработанная в Тяжпромэлектропроекте, показана на рис. 6.5. Реле минимального напряжения прямого действия КVТ1—KVT4 включены на междуфазные напряжения ab и bс. Для повышения надежности защиты эти реле питаются отдельно от приборов и счетчиков, которые подключены к цепям напряжения через трехфазный автоматический выключатель SF3 с мгновенным электромагнитным расцепителем (использованы две фазы автоматического выключателя).

Фаза В цепей напряжения заземлена не глухо, а через пробивной предохранитель FV, чю исключает возможность однофазных КЗ в цепях напряжения и также повышает надежность защиты. В фазе А защиты установлен однофазный автоматический выключатель SFI с электромагнитным мгновенным расцепителем, а в фазе С — автоматический выключатель с замедленным тепловым расцепителем. Между фазами А и С включен конденсатор С емкостью порядка 30 мкФ, назначение которого указано ниже.

Рис. 6 5. Схема защиты минимального напряжения с реле прямого действия типа РНВ

При повреждениях в цепях напряжения рассматриваемая защита будет вести себя следующим образом. Замыкание одной из фаз на землю, как уже отмечалось выше, не приводит к отключению автоматических выключателей, так как цепи напряжения не имеют глухого заземления. При двухфазном КЗ фаз В и С отключится только автоматический выключатель SF2 фазы С. Реле напряжения KVT1 и KVT2 остаются при этом подключенными к нормальному напряжению и поэтому не запускаются. Реле KVT3 и KVT4, запустившиеся при КЗ в цепях напряжения, после отключения автоматического выключателя SF2 вновь подтянутся, так как на них будет подано напряжение от фазы А через конденсатор С. При КЗ фаз АВ или АС отключится автоматический выключатель SF1, установленный в фазе А. После отключения КЗ реле KVT1 и KVT2 вновь подтянутся под действием напряжения от фазы С, поступающего через конденсатор С. Реле KVT3 и KVT4 не запустятся. Аналогично будут вести себя реле и при обрыве фаз А и С. Таким образом, рассматриваемая схема защиты не работает ложно при наиболее вероятных повреждениях цепей напряжения. Ложная работа защиты возможна только при маловероятных повреждениях цепей напряжения — трехфазном КЗ или при отключении автоматических выключателей SF1 и SF2. Сигнализация неисправности цепей напряжения осуществляется контактами реле KV1.1, KV2.1, KV3.1 и контактами автоматических выключателей SF1.1, SF2.1, SF3.1.

В установках с постоянным оперативным током защита минимального напряжения выполняется для каждой секции сборных шин собственных нужд по схеме, приведенной на рис. 6.6. В цепи реле времени КТ1, действующего на отключение неответственных электродвигателей, включены последовательно контакты трех минимальных реле напряжения KV1. Благодаря такому включению реле предотвращается ложное срабатывание защиты при перегорании любого предохранителя в цепях трансформатора напряжения. Напряжение срабатывания реле KV1 принимается порядка 70 % Uном.

Рис. 6.6. Схема защиты минимального напряжения на постоянном оперативном токе: а — цепи переменного напряжения; б — оперативные цепи I — на отключение неответственных двигателей; II — на отключение ответственных двигателей.

Выдержка времени защиты на отключение неответственных электродвигателей отстраивается от отсечек электродвигателей и устанавливается равной 0,5—1,5 с. Выдержка времени на отключение ответственных электродвигателей принимается 10—15 с, для того чтобы защита не действовала на их отключение при снижениях напряжения, вызванных КЗ и самозапуском электродвигателей. Как показывает опыт эксплуатации, в ряде случаев самозапуск электродвигателей продолжается 20—25 с при снижении напряжения на шинах собственных нужд до 60—70 %Uном. При этом, если не принять дополнительных мер, защита минимального напряжения (реле KV1), имеющая уставку срабатывания (0,6—0,7) Uном, могла бы доработать и отключить ответственные электродвигатели. Для предотвращения этого в цепи обмотки реле времени КТ2, действующего на отключение ответственных электродвигателей, включается контакт KV2.1 четвертого реле напряжения KV2. Это минимальное реле напряжения имеет уставку срабатывания порядка (0,4—0,5) Uном и надежно возвращается во время самозапуска. Реле KV2 будет длительно держать замкнутым свой контакт только при полном снятии напряжения с шин собственных нужд. В тех случаях, когда длительность самозапуска меньше выдержки времени реле КТ2, реле KV2 не устанавливается.

В последнее время на электростанциях применяется другая схема защиты, показанная на рис. 6.7. В этой схеме используются три пусковых реле: реле напряжения обратной последовательности KV1 типа РНФ-1М и реле минимального напряжения KV2 и KV3 типа РН-54/160.

Рис. 6.7. Схема защиты минимального напряжения с реле напряжения прямой последовательности: а — цепи напряжения; б — оперативные цепи

В нормальном режиме, когда междуфазные напряжения симметричны, размыкающий контакт KV1.1 в цепи обмоток реле времени защиты КТ1 и КТ2 замкнут, а замыкающий KV1.2 в цепи сигнализации разомкнут. Размыкающие контакты реле K.V2.1 и KV3.1 при этом разомкнуты. При снижении напряжения на всех фазах контакт KV1.1 останется замкнутым и поочередно подействуют: первая ступень защиты минимального напряжения, которая осуществляется с помощью реле KV2 (уставка срабатывания 0,7Uном) и КТ1; вторая — с помощью реле KV3 (уставка срабатывания 0,5 Uном) и КТ2. В случае нарушения одной или двух фаз цепей напряжения срабатывает реле KV1, замыкающим контактом которого KV1.2 подается сигнал о неисправности цепей напряжения. При срабатывании каждой ступени защиты подается плюс на шинки ШМН1 и ШМН2 соответственно, откуда он поступает на цепи отключения электродвигателей. Действие защиты сигнализируется указательными реле КН1 и КН2, имеющими обмотки параллельного включения.

Защита асинхронного двигателя — способы и схемы

Асинхронный двигатель является наиболее надёжным из всех электродвигателей. Он просто устроен, поэтому при правильной эксплуатации может прослужить очень долго. Но чтобы это произошло, потребуется защита от тех или иных проблем, которые могут сократить срок его службы. Если случается аварийный режим необходимо своевременно и быстро отключить электродвигатель, чтобы авария не получила разрушительного развития.

Наиболее распространёнными аварийными ситуациями и соответствующими им видами защиты являются:

• Короткие замыкания. В такой ситуации превышение заданных величин токов в обмотках должно вызвать срабатывание защиты, которая выполнит отключение от сети.
• Перегрузка, в результате которой температура всего движка увеличивается.
• Проблемы с напряжением, которое либо уменьшается, либо пропадает.
• Исчезновение напряжения на одной из фаз.

В схемах защиты используются плавкие предохранители, реле и магнитные пускатели с автоматическими выключателями. Схема может быть построена таким образом, что будет выполняться сразу несколько видов защиты асинхронного двигателя. Например, могут быть использованы автоматические выключатели с коммутациями и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Плавкие предохранители имеют одноразовое действие и требуют вмешательства оператора для замены.

Реле и магнитные пускатели срабатывают многократно, но могут отличаться по способу восстановления исходного состояния. Для них возможен либо автоматический самовозврат, либо установка вручную. Защиту надо выбирать, основываясь на:

• предназначении привода, в котором работает асинхронный двигатель;
• электромеханических параметрах привода;
• условиях окружающей среды;
• возможности обслуживания персоналом.
• Главными качествами защиты должна быть простота в эксплуатации и надёжность.

Любой асинхронный двигатель должен иметь защиту от коротких замыканий. При этом она должна быть спроектирована и настроена с учётом тока пуска и торможения, которые могут превышать номинальный ток почти в десять раз. Но необходимо учитывать и возможность замыканий в обмотке движка в разных местах. При таких ситуациях защитное срабатывание должно произойти при величине тока меньшей, чем при пуске асинхронного двигателя. Поскольку такие требования противоречат друг другу защиту приходится делать с задержкой отключения. Если за это время ток, который двигатель потребляет из сети, существенно увеличится, она сработает.

Требования к защите при коротких замыканиях в асинхронных двигателях заложены в ПУЭ, которые требуют следующее (показано на изображении ниже).

• Место установки – перед зажимами движка на ответвлении к нему.
• Надёжное отключение при коротких замыканиях на его зажимах.

Точки на изображении:

• К1 – однофазное замыкание на землю в сетях с заземлением нейтрали;
• К2 – двухфазное замыкание;
• К3 – трёхфазное короткое замыкание.

Ток перегрузки движка надо учитывать только в тех приводах, в которых возможны нарушения нормального технологического процесса с большими внешними усилиями, приложенными к валу. При этом надо учитывать перегрузочную способность электродвигателя. Если защита от перегрузки срабатывает слишком часто, вероятнее всего то, что мощность движка не соответствует назначению. В таких случаях недопустимы ложные срабатывания, которые устраняются правильным выбором и качественной регулировкой компонентов защиты.

Короткие замыкания и защита от перегрузок

Простейшая защита от замыканий содержит только плавкие предохранители. Они применяются в диапазоне мощностей двигателей до 100 кВт. Однако при их использование возможно перегорание не всех трёх предохранителей. Поэтому движок может искусственно оказаться с одной или двумя отключенными фазными обмотками. В зависимости от назначения электропривода существуют разные критерии выбора предохранителей.

Если у привода нагрузка вентиляторного типа, для которой характерен лёгкий пуск, номинальный ток плавкой вставки выбирается не менее 40% от величины пускового тока. Этот критерий применим для металлорежущих станков, вентиляторов, насосов и т.п. у которых переходный процесс длится от двух до пяти секунд. Если время переходного процесса более длительное от десяти до двадцати секунд номинальный ток плавкой вставки должен быть не менее 50% от величины пускового тока. Этот критерий применим для приводов с валом заторможенных нагрузкой. К ним можно отнести дробилки, центрифуги, шаровые мельницы.

Если имеется группа из нескольких электродвигателей, предохранители ставятся на каждый из них и на распределительный щит. На нём в каждой фазе устанавливается предохранитель с номинальным током равным сумме номинальных токов предохранителей всех движков. Если величина пускового тока не известна, а мощность Р асинхронного двигателя менее 100 кВт, можно выбрать приблизительное значение номинального тока I предохранителя таким способом:

• при напряжении 500 Вольт I=4,5Р;
• при напряжении 380 Вольт I=6Р;
• при напряжении 220 Вольт I=10,5Р.

Для более точного срабатывания и для всего диапазона мощностей асинхронных двигателей применяются схемы защиты с реле. Такие схемы позволяют учесть токи пуска и торможения и не реагировать на них. Срабатывание реле приводит к выключению магнитного пускателя и обесточиванию двигателя. Эти так называемые «максимальные» реле в зависимости от конструкции имеют катушку, рассчитанную на токи от десятых долей Ампера до сотен Ампер, а так же контакты, отключающие ток в катушке магнитного пускателя.

Погрешность их срабатывания обычно не превышает десяти процентов. Возврат в исходное состояние конструктивно наиболее часто сделан вручную. Типовая схема защиты показана на изображении. РМ – обозначения максимальных реле, Л – обозначение магнитного пускателя.

Максимальные реле также применяются и для защиты от перегрузки. Но при этом в схему вводится реле времени, которое позволяет сделать настройку её без учёта пусковых токов.

Тепловая защита

Тепловое реле является альтернативным способом защиты электродвигателя с определённой инерцией срабатывания. Принцип действия основан на использовании биметаллической пластины, которая нагревается током обмоток двигателя. Деформация пластины приводит к срабатыванию контактов, необходимых для отключения движка.

Надёжность такой защиты зависит от подобия тепловых процессов в реле и в двигателе. Такое возможно только при достаточно длительном перерыве между включениями и выключениями движка. Условия окружающей среды для двигателя и для элементов тепловой защиты должны быть одинаковыми.

Скорость срабатывания тепловых реле тем меньше, чем больше ток, протекающий через нагревательные элементы или же саму пластину в зависимости от конструкции. При больших значениях токов в обмотках асинхронного двигателя подключение выполняется с использованием трансформаторов тока. Существуют модели магнитных пускателей со встроенными в них тепловыми реле.

Основными электрическими параметрами являются

• номинальное напряжение. Это максимальное напряжение в сети допустимое для использования реле.
• Номинальный ток, при котором реле работает длительно и не срабатывает при этом.

Тепловая защита не способна реагировать на токи короткого замыкания и недопустимые кратковременные перегрузки. Поэтому её надо использовать совместно хотя бы с плавкими предохранителями.

Более совершенной разновидностью защиты электродвигателя от недопустимого нагрева является схема с использованием специального датчика тепла. Такой тепловой сенсор располагается на самом движке в том или ином месте. Некоторые модели двигателей имеют встроенный биметаллический сенсор – контакт, подключаемый к защите.

Понижение напряжения и пропадание фазы

Полностью нагруженный асинхронный двигатель, работающий при пониженном напряжении, быстро нагревается. Если в нём есть встроенный тепловой сенсор, сработает тепловая защита. Если такового нет, необходима защита от понижения напряжения. Для этих целей служат реле, которые срабатывают при снижении напряжения и подают сигнал на отключение движка. На схеме ниже это РН.

Восстановление исходного состояния защиты обычно выполняется вручную или автоматически, но с задержкой во времени для каждого двигателя при их группе. Иначе одновременный групповой запуск после восстановления опять-таки может вызвать повторное понижение напряжения в сети и новое отключение.

Специальная защита от пропадания фазы, то есть от работы только на двух фазах ПУЭ предусматривает только в таких приводах, где возможны неприемлемые по своей тяжести последствия. Экономически целесообразно не изготовление и установка такой защиты, а ликвидация причин, приводящих к такому режиму работы.

Самыми последними техническими решениями в построении защиты электродвигателей являются автоматические выключатели с воздушным гашением дуги. Некоторые модели совмещают в себе возможности рубильника, контактора, максимального и теплового реле и выполняют соответствующие защитные функции. В таком автомате контакты размыкаются мощной взведенной пружиной. Освобождение её происходит в зависимости от типа исполнительного элемента — электромагнитного или теплового.

Простая защита электродвигателя.

Защита трехфазного электродвигателя.

Обычная схема подключения трёхфазного асинхронного электродвигателя состоит из следующих элементов:

•   автоматический выключатель

•   электродвигатель

•   магнитный пускатель

•   тепловое реле токовой защиты.

Автоматические выключатели (автоматы) применяемые для защиты двигателей имеют расцепители тепловые и максимального тока, по принципу работы соответствующие максимальным и тепловым реле.

Следует учесть, что не все автоматы имеют такие расцепители и поэтому не все они могут применяться для защиты двигателя от перегрузки.

В схеме защиты автоматы устанавливаются перед пускателем для защиты проводов и аппаратов от тока короткого замыкания, а двигателя от тока короткого замыкания и перегрузки.

Тепловое реле реагирует на превышения тока потребляемого электродвигателем и вызывает размыкание контактов реле, что приводит к обесточиванию катушки и отключению электродвигателя.

Типовые схемы включения трёхфазного электродвигателя

Схемы подключения электродвигателей отличаются магнитными пускателями, в которых используются катушки на разные напряжения.

В первом случае используется магнитный пускатель с рабочим напряжением катушки – 220V; для питания используется любая фаза и ноль — N.

Во втором случае электродвигатель подключается через магнитный пускатель с катушкой на 380V, для питания используются две фазы, например B и С.

Обозначения на схеме:

SA1  — выключатель автоматический (3х-полюсный автомат),

TP1  — тепловое реле,

МП1 — магнитный пускатель,

БК    — блок-контакт (нормально разомкнутый),

Start — кнопка «Пуск»,

Stop — кнопка «Стоп».

Наиболее частые причины повреждения электродвигателя вследствие тепловой перегрузки является пропадание одной из питающих фаз, что приводит к ненормальному режиму работы и вызывает увеличение тока в статорных обмотках, в результате чего происходит перегрев и разрушение изоляции обмоток статора, приводящий к замыканию обмоток и полной неработоспособности электродвигателя.
От небольших и устойчивых перегрузок двигатели защищают автоматами и тепловыми реле, но вследствие своей тепловой инерции они не сразу реагирует на резкие перегрузки, а только через несколько минут и за это время статорная обмотка может уже недопустимо перегреться.
Поэтому в случае, когда возможны ситуации с непреднамеренным отключением одной из фаз питающей сети, и необходимо предотвратить выход из строя электродвигателя, целесообразно заменить стандартную схему подключения электродвигателя на одну из нижеследующих.

Схема №1.

В обычную схему запуска трехфазного электродвигателя помимо автомата и теплового (токового) реле, вводится еще одно дополнительное реле Р с нормально разомкнутыми контактами P1. При наличии напряжения в трехфазной сети обмотка дополнительного реле Р постоянно находится под напряжением и контакты Р1 замкнуты. При нажатии кнопки «Start» через обмотку магнитного пускателя МП проходит ток и он своими контактами блокирует кнопку «Start» и подключает электродвигатель к сети.

При пропадании в сети фазы A или C реле Р будет обесточено, контакты Р1 разомкнутся, отключив от сети обмотку магнитного пускателя, который соответственно отключит от сети электродвигатель.

При пропадании в сети фазы В обесточивается непосредственно обмотка магнитного пускателя.

Схема №2.

Схема аналогична схеме рассмотренной в первом способе, но имеет отличие в том, что дополнительное реле Р при выключенном двигателе обесточено.

При нажатии кнопки «Start» включается реле Р1 и контактами Р1 замыкает цепь питания катушки магнитного пускателя МП, который срабатывает и своими контактами блокирует цепь управления и включает электродвигатель. При обрыве линейного провода B отключается реле Р, а при обрыве проводов А или С магнитный пускатель МП, в обоих случаях электродвигатель отключается от сети контактами магнитного пускателя МП.

Схема №3.

Следующее устройство работает на принципе создания искусственной нулевой точки образованной тремя одинаковыми конденсаторами С1—С3. Между этой точкой и нулевым проводом N включено дополнительное реле Р с нормально замкнутыми контактами. При нормальной работе электродвигателя напряжение в точке 0′ равно нулю и ток через обмотку реле не протекает. При отключении одного из линейных проводов сети нарушается электрическая симметрия трехфазной системы, в точке 0′ появляется напряжение, реле Р срабатывает и контактами Р1 обесточивает обмотку магнитного пускателя — двигатель отключается.

Реле типа МКУ, на рабочее напряжение 36V.

Конденсаторы С1—С3 — бумажные, емкостью 4—10 мкФ, на рабочее напряжение не ниже удвоенного фазного.

По сравнению с предыдущими схемами это устройство обеспечивает более высокую чувствительность, вследствие которой двигатель иногда может отключиться в результате нарушения электрической симметрии, вызываемой подключением посторонних однофазных потребителей, питающихся от этой сети.

Для снижения чувствительности нужно применить конденсаторы меньшей емкости.

Схема №4.

Принцип работы устройства также основан на том, что при обрыве одной фазы образуется напряжение смещения нейтрали, которое можно использовать для защиты двигателя.

Для реализации указанного способа создается искусственная нейтраль с помощью трех конденсаторов С1-СЗ. При наличии всех трех фаз электросети А, В и С напряжение между искусственной нейтралью и нулевым проводом N практически равно нулю, а при обрыве любой фазы возникает напряжение смещения.

Это напряжение выпрямляется с помощью диодного моста VD1, в диагональ которого включено электромагнитное реле P. Конденсатор С4 блокирует срабатывание реле в пусковом режиме. Нормально замкнутые контакты P1 при срабатывании реле размыкаются и разрывают цепь питания катушки магнитного пускателя МП, в результате электродвигатель М отключается от сети.

В устройстве использовано реле постоянного тока типа РП21, рассчитанное на рабочее напряжение 24V с сопротивлением обмотки 200 Ом.

Контактная система реле допускает ток до 5А.

В случае если напряжения смещения окажется недостаточно для срабатывания реле, необходимо увеличить емкости конденсаторов, образующих искусственную нейтраль. При срабатывании реле в режиме пуска можно увеличить емкость конденсатора С4 или отрегулировать контактную систему магнитного пускателя, добиваясь одновременного замыкания его силовых контактов.

Учитывая, что все эти устройства защиты имеют один общий недостаток, заключающийся в том, что они реагируют на обрыв фазы только до аппарата защиты и не реагируют на обрывы фаз, происходящие за пределами устройства, данные устройства необходимо монтировать в непосредственной близости от электродвигателя.

Если обрыв произойдет на отрезке между устройством и обмотками электродвигателя, или в самом электродвигателе защита работать не будет.

Источник:

В. Г. Бастанов «300 Практических советов» стр. 17-19

Защита асинхронного двигателя — способы и схемы

Если правильно эксплуатировать асинхронный двигатель, он прослужит очень долго. Однако существуют факторы, способные сократить срок его службы, и их требуется нейтрализовать. В случае входа в аварийный режим электромотор должен быть быстро и своевременно отключен, иначе он сгорит.

К стандартным и часто встречающимся аварийным ситуациям относятся:

• Короткое замыкание (КЗ). В этом случае срабатывает защита, которая отключает мотор от сети.
• Перегрузка, из-за которой происходит перегрев двигателя.
• Уменьшение или исчезновение напряжения.
• Отсутствие напряжения на одной фазе.

Для защиты служат плавкие предохранители, магнитные пускатели или реле. Плавкие предохранители является одноразовыми, и после сгорания их приходится заменять. Автоматические переключатели с коммутациями срабатывают и при перегрузках, и при КЗ. Реле и магнитные пускатели бывают многократного действия с автоматическим самовозвратом или с ручным возвратом.

Защита от КЗ настраивается с учетом 10-кратного превышения номинального тока токами пуска и торможения. При местных замыканиях в обмотках мотора защита должна срабатывать, когда ток меньше, чем при пуске. В защите также предусматривают задержку отключения, и она срабатывает, если за это время потребляемый из сети ток сильно возрастет. Если защита от перегрузки действует слишком часто, скорее всего, мощность мотора не соответствует его назначению. Ложные срабатывания устраняют, соответственно выбирая и регулируя компоненты защиты.

Следует помнить, что любые способы и схемы защиты асинхронного электродвигателя должны быть не только просты, но и надежны.

Короткие замыкания, а также защита от перегрузок

Плавкие вставки – простейшая защита от коротких замыканий для моторов мощностью до 100 кВт. Если перегорят не все 3 предохранителя, могут отключиться только 1 или 2 фазные обмотки.

Если переходный процесс длится 2-5 секунд, номинальный ток предохранителя не должен быть меньше 40 % величины пускового тока, а если 10-20 секунд – то минимум 50 %. При неизвестной величине пускового тока и мощности Р мотора меньше 100 кВт примерная величина номинального тока I вставки выбирается так:

• при U 500 вольт I = 4,5 Р;
• при U 380 вольт I = 6 Р;
• при U 2200 вольт I = 10,5 Р.

Тепловая защита

Тепловое реле – это биметаллическая пластина, нагреваемая током обмоток мотора. Деформируясь, она активизирует контакты, отключающие мотор. Тепловые реле могут встраиваться в магнитные пускатели. Следует принимать в расчет максимальное напряжение в сети, при котором допускается применение теплового реле, и ток, при котором реле работает долгое время и не активизируется.

Тепловое реле не может реагировать на токи короткого замыкания. Не действуют на него и недолгие перегрузки, которые недопустимы. Поэтому рекомендуется совмещать использование теплового реле с плавкими вставками.

Специальный датчик тепла защищает электромотор от перегрева еще успешнее. Он устанавливается на самом электромоторе. Некоторые двигатели имеют встроенный биметаллический датчик, представляющий собой контакт, который подключен к защите.

Понижение напряжения и исчезновение фазы

Если асинхронный электромотор работает с полной нагрузкой, а напряжение при этом понижено, то он начинает быстро нагреваться. Если в него встроен температурный сенсор, включится тепловая защита.

Если же температурного сенсора не имеется, надо обеспечить защиту электродвигателя от падения напряжения. В таком случае используются реле. Когда уменьшается напряжение, они срабатывают и подают сигнал на отключение электродвигателя. Исходное состояние защиты может восстанавливаться вручную или автоматически; при этом происходит задержка во времени для каждого электромотора при их группе. В противном случае при одновременном групповом запуске после восстановления напряжение в сети может снова понизиться, и произойдет новое отключение.

Правила устройства и эксплуатации электроустановок требуют защиты от исчезновения фазы тока только в случаях экономически нецелесообразных последствий. Экономически выгоднее не изготавливать и устанавливать такую защитную систему, а устранить причины, приводящие к режиму работы только на двух фазах.

Новейшими устройствами для защиты электромоторов можно назвать автоматические выключатели, способные к воздушному гашению дуги. В некоторых конструкциях совмещаются возможности рубильника, контактора, максимального реле и термореле. В подобных моделях мощная взведенная пружина размыкает контакты. Ее освобождение зависит от того, каков исполнительный элемент – электромагнитный или тепловой.

Таким образом, защита асинхронного двигателя, способы и схемы которой изложены выше, должна реализовываться пользователем в обязательном порядке.