Защита асинхронных двигателей с помощью воздушных автоматов. Электрическая защита асинхронных электродвигателей. Современные наружные реле защиты двигателя

»

Практически нет в эксплуатации техники, где не использовался бы электрический . Этот вид электромеханических приводов самой разной конфигурации применяется повсеместно. С конструктивной точки зрения, электромотор – оборудование несложное, вполне понятное и простое. Однако работа электродвигателя сопровождается значительными нагрузками разного характера. Именно поэтому на практике применяются реле защиты двигателя, функциональность которых также носит разносторонний характер. Степень эффективности, на которую рассчитана защита электрического двигателя, как правило, определяется схемными решениями внедрения реле и датчиков контроля.

Применительно к малозначимым сервисным моторам, для автоматического отключения используется мгновенное реле с обратно-зависимым временем реагирования на фазные перегрузки по току.

Реле чередования фаз обычно настраиваются на 3,5-4 кратное превышение рабочего тока двигателя, с учётом достаточной задержки по времени, чтобы исключить срабатывание в моменты запуска мотора.

Для сервисных двигателей высокой значимости реле тока с обратно-зависимым временем срабатывания, как правило, не используются. Причиной тому является задействованный автоматический выключатель непосредственно в цепи двигателя.

Перегрев статорных обмоток

Критичное состояние, в основном обусловленное непрерывной перегрузкой, торможением ротора или дисбалансом тока статора. Для полной защиты, в данном случае, трёхфазный двигатель необходимо оснастить элементами контроля перегрузки на каждой фазе.

Здесь для защиты малозначимых сервисных двигателей обычно используется защита от перегрузки либо прямое срабатывание на отключение от источника питания в случае перегрузки.

Если номинальная мощность двигателя превышает 1000 кВт, вместо одиночного реле с резистивным датчиком температуры, как правило, используется реле обратно-зависимого времени срабатывания по току.

Для значимых моторов автоматическое отключение применяют по желанию. В качестве главного защитника от перегрева статорных обмоток используется тепловое реле.

Фактор перегрева ротора (фазного)

Защита от перегрева ротора часто встречается в двигателях с раневым (фазным) ротором. Увеличение тока ротора отражается на токе статора, что требует включения защиты от превышения тока статора.

Настройка реле защиты статора по току в целом составляет величину, равную току полной нагрузки, увеличенному в 1,6 раза. Этого значения вполне достаточно, чтобы определить перегрев фазного ротора и включить блокировку.

Защита от пониженного напряжения

Электродвигатель потребляет чрезмерный ток при работе под напряжением ниже установленной нормы. Поэтому защита от недостатка напряжения или перенапряжения должна обеспечиваться датчиками перегрузки или чувствительными температурными элементами.

Чтобы избежать перегрева, двигатель необходимо обесточить на 40-50 минут даже в случае небольших перегрузок, превышающих 10 — 15% норматива.

Защитное реле следует использовать для контроля нагрева ротора двигателя из-за токов обратной последовательности, возникающих в статоре по причине дисбаланса напряжения питания.

Дисбаланс и пофазный сбой

Несбалансированное трехфазное питание также вызывает протекание тока обратной последовательности в обмотках статора двигателя. Подобное состояние вызывает перегрев обмотки статора и ротора (фазного).

Несбалансированное состояние, кратковременно передаваемое двигателю, необходимо контролировать и поддерживать на таком уровне, чтобы избежать появления непрерывного состояния дисбаланса.

Предпочтительно реле контроля межфазного замыкания питать от положительной фазы, а для защиты от замыканий на землю использовать дифференциальное реле мгновенной отсечки, подключенное в цепь контура трансформатора тока.

Непредусмотренный реверс фазы

В некоторых случаях реверс фазы видится опасным явлением для мотора. Например, такое состояние может негативно отражаться на работе лифтового оборудования, кранов, подъемников, некоторых видов общественного транспорта.

Здесь обязательно следует предусматривать защиту от реверса фаз – специализированное реле. Работа реле реверса фазы основана на электромагнитном принципе. Прибор содержит дисковый двигатель, приводимый в движение магнитной системой.

Если отмечается правильная последовательность фаз, диск формирует крутящий момент в положительном направлении. Следовательно, вспомогательный контакт удерживается в закрытом положении.

Когда фиксируется реверс фазы, крутящий момент диска изменяется на противоположное направление. Следовательно, вспомогательный контакт переключается в открытое положение.

Эта система коммутации используется для защиты, в частности – для управления автоматическим выключателем.

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.

Самым распространенным видом электродвигателей бесспорно можно назвать трёхфазные электродвигатели переменного тока, напряжение которых составляет до 500 В при мощностях от 0,05 до 350 - 400 кВт.

Так как требуется обеспечить бесперебойное и надежное функционирование электродвигателей, то наибольшее внимание в первую очередь следует уделить выбору электродвигателей по режиму работы, номинальной мощности и форме исполнения. Нужно не забывать о том, что немалое значение имеет соблюдение требований и необходимых правил во время разработки принципиальной электрической схемы, подборе пускорегулирующей аппаратуры, кабелей и проводов, эксплуатации и монтаже электропривода.

Работа электродвигателей в аварийных режимах

Как известно, даже в случае, если электроприводы спроектированы в соответствии со всеми нормами и эксплуатируются с соблюдением всех правил, то все равно при их работе всегда остается пусть небольшая, но все-таки вероятность появления аварийных режимов или режимов, которые характеризуются ненормальной работой для двигателей и другого электрооборудования.

Среди различных аварийных режимов можно перечислить следующие:

1. Короткие замыкания, которые в свою очередь делятся на:

• короткие замыкания, которые происходят в обмотках электродвигателя. Они могут быть однофазными и многофазными, а именно двухфазными и трехфазными;
• многофазные короткие замыкания, которые происходят в выводной коробке электродвигателя и во внешней силовой цепи (например, в ящиках сопротивлений, на контактах коммутационных аппаратов, в проводах и кабелях);
• короткие замыкания фазы на нулевой провод или корпус во внешней цепи (в электросетях с заземленной нейтралью) или внутри двигателя;
• короткие замыкания, возникающие в цепи управления;
• короткие замыкания, возникающие в обмотке двигателя между витками. Этот тип замыканий часто называют витковыми замыканиями.

Короткие замыкания, возникающие в электроустановках, считаются самым опасным типом аварийных режимов из всех существующих. Как правило, чаще всего они появляются по причине перекрытия изоляции или пробоя. Токи короткого замыкания могут достичь таких амплитуд, которые в десятки и сотни раз превышают значения токов при нормальном режиме работы. Тепловое воздействие и динамические усилия, вызванные токами короткого замыкания, которым подвергаются токоведущие части, способны вывести из строя всю электроустановку целиком.

2. тепловые перегрузки электродвигателя, которые появляются из-за того, что по его обмоткам происходит прохождение повышенных токов. Это может происходить в следующих ситуациях:

• когда по различным технологическим причинам происходят перегрузки рабочего механизма;
• когда имеют место быть при застопоривании или, наоборот, пуске двигателя под нагрузкой особо тяжелые условия;
• когда случается длительное понижение напряжения сети;
• когда произошло выпадение одной из фаз внешней силовой цепи;
• когда в обмотке электродвигателя случился обрыв провода;
• когда имели место быть механические повреждения в рабочем механизме или в самом двигателе;
• когда по причине ухудшения условий охлаждения двигателя произошли тепловые перегрузки.

Тепловые перегрузки отрицательно сказываются на работе электродвигателя. Главной причиной этого является то, что они вызывают ускоренное разрушение и старение изоляции двигателя, что в свою очередь влечет частое возникновение коротких замыканий. То есть все это приводит к серьезным авариям и слишком быстрому выходу двигателя из строя.

Виды защиты электродвигателей асинхронного типа

Для защиты электродвигателей от различных повреждений, возникающих во время работы двигателя в условиях, отличных от нормальных, разрабатываются всевозможные средства защиты. Один из принципов, применяемый в таких средствах защиты, предусматривает своевременное отключение неисправного двигателя от сети, ограничивая, тем самым, или полностью предотвращая развитие аварии.

Основным и самым действенным средством бесспорно считается электрическая защита двигателей, которая соответствуем требованиям ПУЭ (нормативный документ, «Правила устройства электроустановок»).

Если за основу классификации взять характер ненормальных режимов работы и повреждений, которые могут возникнуть, то можно назвать несколько основных наиболее часто встречающихся типов электрозащиты для двигателей асинхронного типа.

Защита электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий

Когда в главной силовой цепи электродвигателя или в цепи управления токов появляется аварийный режим короткого замыкания, то происходит отключение двигателя. В этом и заключается защита от короткого замыкания.

Срабатывание всех аппаратов, которые используются для осуществления защиты электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий, происходит практически мгновенно, без задержки во времени. К таким аппаратам относятся, например, предохранители плавкие, реле электромагнитные, выключатели автоматические с расцепителем электромагнитного типа.

Защита электродвигателей асинхронного типа от перегрузок

Благодаря наличию защиты от перегрузки двигатель предохраняется от чрезмерного перегрева, возникающего, в частности, при относительно малых по величине, но растянутых во времени тепловых перегрузках. Защиту от перегрузки нужно использовать только для электродвигателей не всех рабочих механизмов, а только тех, у которых возможны ненормальные скачки нагрузки в случае нарушения стандартного рабочего процесса.

Аппараты, которые разработаны с целью защитить сеть от перегрузки, например, электромагнитные реле, температурные и тепловые реле, автоматические выключатели с часовым механизмом или с тепловым расцепителем, в случае возникновения перегрузки способствуют отключению двигателя. При этом такое отключение происходит с определенной конкретной выдержкой времени. Выдержка прямо пропорционально зависит от величины перегрузки. Иными словами, чем больше перегрузка, тем меньше выдержка, и наоборот. Иногда даже происходит мгновенное отключение, это происходит при существенных перегрузках.

Защита электродвигателей асинхронного типа от понижения уровня напряжения или его исчезновения

Защиту от понижения уровня напряжения или его исчезновения также часто называют нулевой защитой. Выполняемая с помощью нескольких (или одного) электромагнитных аппаратов, защита подобного рода отключает электродвигатель при снижении уровня напряжения сети ниже минимально допустимого (возможно установить требуемый уровень минимально допустимого напряжения самостоятельно) значения или при перебоях напряжения питания, а также защищает электродвигатель от самопроизвольного включения после обеспечения допустимого напряжения в сети или устранения перерыва питания.

Для режима работы электродвигателей асинхронного типа на двух фазах также существует защита. Срабатывая, она отключает двигатель, тем самым защищая его от «опрокидывания» (остановка под током из-за понижения момента, развиваемого двигателем, в случае обрыва линий электропитания в одной из фаз главной цепи) и от перегрева.

Электромагнитные и тепловые реле применяются в качестве аппаратов защиты двигателей асинхронного типа. При использовании электромагнитного реле защита может не иметь выдержки времени.

Другие виды электрической защиты электродвигателей асинхронного типа

Не менее эффективные, но реже используемые средства защиты также существуют. Они применяются для защиты от однофазных замыканий на землю в IT сетях (у которых нейтраль изолирована), от повышения уровня напряжения, от увеличения скорости вращения привода и т.п.

Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей

В зависимости от функциональной сложности аппараты для электрической защиты электродвигателей асинхронного типа могут применяться для предохранения от одного или нескольких одновременно типов угроз. Защиту от коротких замыканий или перегрузок обеспечивают различные автоматические выключатели. Бывают аппараты защиты однократного или многократного действия. К первым относятся, например, плавкие предохранители. Их недостатком можно считать то, что после выполнения своей функции, такие средства защиты подлежат замене и не могут использоваться повторно. Более подходящими могут оказаться перезаряжаемые средства защиты однократного действия. Что касается аппаратов многократного действия, они отличаются способом возврата в состояния готовности на два типа: с ручным возвратом и автоматическим. Примером таких устройств служат тепловые и электромагнитные реле.

Выбор вида электрической защиты электродвигателей асинхронного типа

Для каждого электродвигателя асинхронного типа необходимо выбирать подходящий ему вид электрической защиты. Нужно учитывать условия работы, степень важности привода, его мощность и порядок обслуживания электродвигателя в целом (наличие закрепленного за двигателем сервис-инженера). Может быть выбран как один, так и сразу несколько видов защиты электродвигателей.

Хорошая защита - это та, которая в итоге окажется надежной и простой в эксплуатации. Для грамотного подбора вариантов защиты необходимо провести аудит электрооборудования. Особенное внимание следует уделить данным, касающимся аварийности оборудования в мастерских, на строительных площадках, в цехах и т.д. В результате подобного анализа будет выявлено множество нарушений нормальной работы технологического оборудования и электродвигателей, что позволит подобрать наиболее соответствующее ситуации средство электрической защиты двигателя.

Защита электродвигателей асинхронного типа от коротких замыканий обязательно должна быть предусмотрена вне зависимости от его характеристик (напряжения и мощности). В данном случае защиту нужно организовать комплексным путем в два приема. В одном случае будет необходимо обеспечивать защиту при значениях тока меньших, чем значения пусковых токов. Это подходит в некоторых случаях возникновения коротких замыканий, например замыкания на корпус внутри двигателя или при витковых замыканиях. Во втором случае защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5—10 раз превышать его номинальный ток

Наиболее доступные и функционально простые средства защиты не позволят одновременного выполнения этих приемов. Поэтому защита с применением подобного рода аппаратов всегда строится на основании сознательного допущения, что при возникновении вышеуказанных повреждений в двигателе, он отключится не мгновенно, а постепенно, причем при условии дальнейшего развития подобных повреждений, когда ток, потребляемый двигателем из сети, возрастет многократно.

Все аппараты электрической защиты двигателей должны быть тщательным образом отрегулированы и правильно подобраны с учетом всех особенностей в каждом конкретном случае. Не допускается, чтобы средства защиты выдавали ложное срабатывание.

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.

Электродвигатель, как любое электротехническое устройство, не застрахован от аварийных ситуаций. Если меры вовремя не приняты, т.е. не установлена защита электродвигателя от перегрузок, то поломка его может привести к выходу из строя других элементов.

{ ArticleToC: enabled=yes }

Проблема, связанная с надежной защитой электродвигателей, как и устройств, в которые их устанавливают, продолжает оставаться актуальной и в наше время. Касается это в первую очередь предприятий, где частенько нарушаются правила эксплуатации механизмов, что приводит к перегрузкам изношенных механизмов и авариям.

Чтобы избежать перегрузок, необходима установка защиты, т.е. устройств, которые могут вовремя среагировать и предотвратить аварию.

Поскольку наибольшее применение получил асинхронный двигатель, на его примере будем рассматривать, как двигатель защитить от перегрузки и перегрева.

Для них возможно пять типов аварий:

• обрыв в обмотке статора фазы (ОФ). Возникает ситуация в 50% аварий;
• затормаживание ротора, возникающее в 25% случаев (ЗР);
• понижение сопротивления в обмотке (ПС);
• плохое охлаждение мотора (НО).

При возникновении любой из перечисленных видов аварий, существует угроза поломки двигателя, поскольку происходит его перегрузка. Если не установлена защита, ток возрастает на протяжении длительного времени. Но может произойти его резкий его рост при коротком замыкании. Исходя из возможного повреждения, подбирается защита электродвигателя от перегрузок.

Типы защиты от перегрузок

Их несколько:

• тепловая;
• токовая;
• температурная;
• фазочувствительная и пр.

К первой, т.е. тепловой защите электродвигателя относят установку теплового реле, которое разомкнет контакт, в случае перегрева.

Температурная защита от перегрузок, реагирующая на повышение температуры. Для ее установки нужны температурные датчики, которые разомкнут цепь в случае сильного нагрева частей мотора.

Токовая защита, которая бывает минимальной и максимальной. Осуществить защиту от перегрузки можно, применив токовое реле. В первом варианте реле срабатывает, размыкает цепь, если в статорной обмотке превышено допустимое значение тока.

Во втором, реле реагируют на исчезнувший ток, вызванный, к примеру, обрывом цепи.

Эффективную защиту электродвигателя от повышения тока в обмотке статора, следовательно, перегрева осуществляют при помощи автоматического выключателя.

Электродвигатель может выходить из строя из-за перегрева.

Отчего он случается? Вспоминая школьные уроки физики, все понимают, что, протекая по проводнику, ток его нагревает. Электродвигатель не перегреется при номинальном токе, значение которого указывается на корпусе.

Если же в обмотке ток по разным причинам начинает увеличиваться, двигателю грозит перегрев. Если мер не предпринять, он выйдет из строя из-за короткого замыкания между проводниками, у которых расплавилась изоляция.

Поэтому, нужно не допустить роста тока, т.е. установить тепловое реле — эффективную защиту двигателя от перегрева. Конструктивно оно является тепловым расцепителем, биметаллические пластины которого изгибаются под воздействием тепла, размыкая цепь. Для компенсации тепловой зависимости у реле есть компенсатор, благодаря которому происходит обратный прогиб.

У реле шкала прокалибрована в амперах и соответствует значению номинального тока, а не величине тока срабатывания. В зависимости от конструкции монтируют реле на щиты, на магнитные пускатели или в корпус.

Грамотно подобранные, они не просто не допустят перегрузки электродвигателя, но предотвратят перекос фаз и заклинивание ротора.

Защита автомобильного двигателя

Перегрев электродвигателя грозит и водителям автомобилей с наступлением жары, да еще с последствиями разной сложности – от поездки, которую придется отменить, до капитального ремонта мотора, у которого от перегрева прихватить может поршень в цилиндре или деформироваться головка.

Во время езды охлаждается электродвигатель воздушным потоком, а когда авто попадает в пробки этого не происходит, что и вызывает перегрев. Чтобы его распознать вовремя, периодически следует посматривать на датчик (при наличии такового) температуры. Как только стрелка окажется в красной зоне, необходимо немедленно остановиться для выявления причины.

Нельзя пренебрегать сигналом аварийной лампочки, потому что за ним почувствуется запах выкипевшей охлаждающей жидкости. Затем, из-под капота появится пар, свидетельствующий о критической ситуации.

Как быть в подобной ситуации? Остановиться, заглушив электродвигатель и подождать, пока прекратится кипение, открыть капот. На это уходит обычно до 15 минут. При отсутствии признаков протекания, доливают жидкость в радиатор, и пробуют завести мотор. Если же температура начнет резко расти, осторожно движутся для выяснения причины в сервис для диагностики.

Причины, вызывающие перегрев

На первом месте стоят неисправности радиатора. Это могут быть: простое загрязнение тополиным пухом, пылью, листвой. Устранив загрязнения, решат проблему. Более проблематично бороться с внутренним загрязнением радиатора — накипью, появляющейся при использовании герметиков.

Решением будет замена этого элемента.

Затем следуют:

• Разгерметизация системы, вызванная треснувшим шлангом, недостаточно затянутыми хомутами, неисправностью краника отопителя, состарившимся уплотнителем насоса и пр.;
• Неисправный термостат или краник. Определить это легко, если при горячем двигателе осторожно ощупать шланг или радиатор. Если шланг холодный – причина в термостате и потребуется его замена;
• Помпа, работающая неэффективно или вовсе неработающая. Это приводит к слабой циркуляции по охлаждающей системе;
• Сломанный вентилятор, т.е. не включающийся из-за вышедшего из строя мотора, муфты включения, датчика, отошедшего провода. Не крутящаяся крыльчатка тоже вызывает перегрев электродвигателя;
• Наконец, недостаточное уплотнение камеры сгорания. Это последствия перегрева, приводящие к сгоранию прокладки головки, образованию трещин и деформированию головки цилиндра и гильзы. Если из бачка с охлаждающей жидкостью заметно вытекание, приводящее к резкому повышению давления при запуске охлаждения, или появилась в картере маслянистая эмульсия, значит, причина в этом.

Дабы не попасть в аналогичную ситуацию, необходимо проводить профилактику, способную спасти от перегрева и поломки. «Слабое звено» определяют методом исключения, т.е. проверяют последовательно подозрительные детали.

Может стать причиной перегрева неправильно выбранный режим эксплуатации, т.е. пониженная передача и высокие обороты.

Защита от перегрева мотор-колеса

Мотор — колесо велосипеда тоже приходит в негодность после «перенесенного» перегрева. Если в жаркий день на максимальной мощности ехать какое-то время на предельной скорости, обмотки мотор-колеса перегреются и начнут плавиться, как и любого электрического мотора, испытывающего перегрузки.

Далее, наступит очередь короткого замыкания и остановка двигателя, для восстановления работоспособности которого, нужна перемотка. Чтобы его не допустить, существуют контроллеры большой мощности, увеличивающие крутящий момент. Ремонт мотор-колеса, вышедшего из строя, дорогостоящая операция, соизмеримая по финансовым затратам с покупкой нового.

Можно было бы теоретически установить термодатчик, который не допустит перегрева, но производители этого не делают по ряду причин. Одной из них является усложнение конструкции контроллера и удорожания мотор-колеса в целом. Остается одно – тщательно подбирать контроллер в соответствии с мощностью мотор-колеса.

Видео: Перегрев двигателя, причины перегрева.