Нуждается в надежной защите от теплового перегрева, короткого замыкания и всевозможных перегрузок, которые могут быть вызваны аварийными ситуациями или неисправностями. Чтобы не допустить подобных ситуаций, в промышленности производится довольно много разных устройств, которые как в отдельном порядке, так и в комплекте с другими средствами, образуют блок мощной защиты электродвигателя. Помимо этого, в современные схемы обязательно включают различные элементы, предназначенные для того, чтобы комплексно защитить электрооборудование в случае исчезновении напряжения одной или сразу нескольких фаз питания. Защита электродвигателей очень важна в любом производстве, ведь без нее довольно трудно представить полноценную работу станков и агрегатов.
Существуют сложные средства защиты электродвигателей, использующихся для противодействия аварийным ситуациям, в числе которых могут быть такие случаи как, например, несанкционированный пуск, работа сразу на двух фазах, работа при низком или высоком напряжении, короткое замыкание электрической цепи.
К таким средствам относятся предохранители или автоматические выключатели с кривой D (они защищают электродвигатель от токов короткого замыкания). Особенность их работы заключается в том, что такие автоматические устройства не отключаются при запуске электродвигателя, если сила его пускового тока достигает высокой отметки на период, который по времени меньше одной секунды. Наиболее популярная марка подобных выключателей — это, например, Acti 9.
Также могут использоваться специальные автоматические выключатели для защиты электродвигателей. Автомат защиты электродвигателя имеет электромагнитный и регулируемый тепловой расцепитель, что дает возможность защитить агрегат от короткого замыкания и перегрузки. В результате существенно уменьшается время простоя двигателя, а также снижаются расходы на его техобслуживание. 
Здесь можно упомянуть такие марки как, например, GV2(3), PKZM, MPE 25 и пр.Используются для защиты и тепловые реле, которые устанавливаются на контакторы (обеспечивают защиту от перегрузки). Реле тепловой защиты отключает трехфазные электродвигатели при перегреве с использованием встроенного вспомогательного выключателя. Известные марки таких реле — это, в частности, SIRIUS и ZB.Реле контроля напряжения, асимметрии и наличия фаз в свою очередь обесточивает двигатель в случае пропадания одной из фаз, превышении или понижении допустимого напряжения. Благодаря такому реле в случае аварии трехфазная нагрузка автоматически отключается. Кроме того, реле контроля напряжения самостоятельно возвращается к рабочему режиму после того, как сеть восстанавливается. Популярные марки подобных реле выпускаются компаниями EKF и ABB.
Устройство защиты электродвигателя — это залог его стабильной работы. Основной принцип работы таких устройств заключается в том, что они следят за потреблением тока двигателем, а также измеряют температуру его обмотки и отключают двигатель, когда обмотка нагревается больше предельно допустимой температуры.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОТЧЕТ
по производственной эксплуатационной практике
Факультет: Энергетический
Кафедра: электроснабжения и применения электрической
энергии в сельском хозяйстве
Специальность:140106 Электрификация и автоматизация с/х
Форма обучения: Очная
Курс, группа: ЭА 201/1
Ардуванов Ильгиз Радиевич
ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, в быту. Они преобразуют механическую энергию в электрическую (генераторы) и, наоборот, электрическую энергию в механическую.
Любая электрическая машина может использоваться как генератор, так и двигатель. Это её свойство называется обратимостью. Она может быть также использована для преобразования одного рода тока в другой (частоты, числа фаз переменного тока, напряжения) в энергию другого вида тока. Такие машины называются преобразователями. Электрические машины в зависимости от рода тока электрической установки, в которой они должны работать, делятся на машины постоянного тока и машины переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение получили асинхронные двигатели и синхронные двигатели и генераторы.
Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил.
Электрические двигатели, используемые в промышленности, быту выпускают сериями, которые представляют собой ряд электрических машин возрастающей мощности, имеющих однотипную конструкцию и удовлетворяющих общему комплексу требований. Широко применяются серии специального назначения.
Защита электродвигателей. Схема защиты электродвигателя
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.
Рис.1 Асинхронный электродвигатель
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.
Рис.2 Тепловое реле
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:
Рис.3 Схема 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.
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.
Рис.4 Разборка и сборка 3-х фазных асинхронных двигателей
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.
Рис.5
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 (тепловые и температурные реле, электромагнитные реле, автоматические выключатели с тепловым расцепителем или с часовым механизмом) при возникновении перегрузки отключают двигатель с определенной выдержкой времени, тем большей, чем меньше перегрузка, а в ряде случаев, при значительных перегрузках, -- и мгновенно.
Рис.6 Обмоточный цех
Защита асинхронных электродвигателей от понижения или исчезновения напряжения
Защита от понижения или исчезновения напряжения (нулевая защита) выполняется с помощью одного или нескольких электромагнитных аппаратов, действует на отключение двигателя при перерыве питания или снижении напряжения сети ниже установленного значения и предохраняет двигатель от самопроизвольного включения после ликвидации перерыва питания или восстановления нормального напряжения сети.
Специальная защита от работы на двух фазах предохраняет двигатель от перегрева, а также от «опрокидывания», т. е. остановки под током вследствие снижения момента, развиваемого двигателем, при обрыве в одной из фаз главной цепи. Защита действует на отключение двигателя. В качестве аппаратов защиты применяются как тепловые, так и электромагнитные реле. В последнем случае защита может не иметь выдержки времени.
Рис.7
Другие виды электрической защиты асинхронных электродвигателей
Существуют и некоторые другие, реже встречающиеся виды защиты (от повышения напряжения, однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, увеличения скорости вращения привода и т. п.).
Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей
Аппараты электрической защиты могут осуществлять один или сразу несколько видов защит. Так, некоторые автоматические выключатели обеспечивают защиту от коротких замыканий и от перегрузки. Одни из аппаратов защиты, например плавкие предохранители, являются аппаратами однократного действия и требуют замены или перезарядки после каждого срабатывания, другие, такие как электромагнитные и тепловые реле, -- аппараты многократного действия. Последние различаются по способу возврата в состояние готовности на аппараты с самовозвратом и с ручным возвратом.
Выбор вида электрической защиты электродвигателей
Выбор того или иного вида защиты или нескольких одновременно производится в каждом конкретном случае с учетом степени ответственности привода, его мощности, условий работы и порядка обслуживания (наличия или отсутствия постоянного обслуживающего персонала).Большую пользу может принести анализ данных по аварийности электрооборудования в цехе, на строительной площадке, в мастерской и т. п., выявление наиболее часто повторяющихся нарушений нормальной работы двигателей и технологического оборудования. Всегда следует стремиться к тому, чтобы защита была по возможности простой и надежной в эксплуатации.
Для каждого двигателя независимо от его мощности и напряжения должна быть предусмотрена защита от коротких замыканий. Здесь нужно иметь в виду следующие обстоятельства. С одной стороны, защиту нужно отстроить от пусковых и тормозных токов двигателя, которые могут в 5--10 раз превышать его номинальный ток. С другой стороны, в ряде случаев коротких замыканий, например при витковых замыканиях, замыканиях между фазами вблизи от нулевой точки статорной обмотки, замыканиях на корпус внутри двигателя и т. п., защита должна срабатывать при токах, меньших пускового тока. В таких случаях рекомендуется использовать устройство плавного пуска (софтстартер).Одновременное выполнение этих противоречивых требований с помощью простых и дешевых средств защиты представляет большие трудности. Поэтому система защиты низковольтных асинхронных двигателей строится при сознательном допущении, что при некоторых отмеченных выше повреждениях в двигателе последний отключается защитой не сразу, а лишь в процессе развития этих повреждений, после того как значительно возрастет ток, потребляемый двигателем из сети.
Одно из важнейших требований к устройствам защиты двигателей - четкое действие ее при аварийных и ненормальных режимах работы двигателей и вместе с тем недопустимость ложных срабатываний. Поэтому аппараты защиты должны быть правильно выбраны и тщательно отрегулированы.
ГУП ППЗ «Благоварский»
ГУП "Племптицезавод Благоварский" является правопреемником птицефабрики “Благоварская”, которая была введена в строй в 1977 году как товарное хозяйство по производству утиного мяса. В 1995 году птицефабрика получила статус государственного племенного птицеводческого завода с возложением функций селекционно-генетического центра по утководству. Племптицезавод “Благоварский” расположен вблизи села Языково, Благоварского района республики Башкортостан.
Общая земельная площадь составляет 2108 га, из них пашни занимают1908 га, а сенокосы и пастбища 58 га. Среднее поголовье уток 111,6 тысяч голов, в том числе 25,6 тысяч голов утки-несушки.
В коллективе трудится 416 человек, из них в аппарате управления 76.
В структуре завода функционируют:
1. Цех родительского стада уток: имеет 30корпусов с количеством птицемест на 110 тысяч голов.
2. Цех выращивания ремонтного молодняка: имеет 6 корпусов с количеством птицемест на 54 тысячи голов.
3. Инкубатории: 3 цеха с общей мощностью 695520 шт. яиц на одну закладку.
4. Цех убоя с производительностью 6-7 тысяч голов за смену.
5. Цех кормоприготовления с производительностью 50 тонн за смену с емкостью 450 тонн.
6. Автотранспортный цех: автомобили - 53, трактора - 30, сельхозмашины 27.
В 1998 году на базе племптицезавода создана научно-производственная система по утководству, объединяющая работу птицехозяйств, занимающихся разведением уток в 24 регионах российской федерации. Через научно-производственную систему реализуется более 20 млн. штук племенных яиц и 15 млн. голов молодняка уток. Племматериал так же поставляется в такие страны ближнего зарубежья как Казахстан и Украина.
Утки созданные селекционерами ГУП “Племптицезавода Благоварский” получили повсеместное распространение в Российской Федерации, их успешно разводят как в Краснодарском, так и в Приморском краях. Использование уток селекции племзавода в структуре общегопоголовья уток России составляет около 80%.
|
Рабочее место |
Вид работы |
Технология выполнения работы |
Подпись руков. |
Примечание |
||
|
Монтажная работа. |
Разборка и сборка 3-х фазных асинхронных двигателей. |
|||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
|||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Прокладка кабеля. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Прокладка кабеля. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Сборка зернодробилки, монтаж водонагревателя. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Монтаж системы освещений. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
|||||
|
08.07.12-09.07.12 |
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Плановая работа. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Установка дизельной электростанции. |
|
Рабочее место |
Вид работы |
Технология выполнения работы |
Подпись руков. |
Примечание |
||
|
11.07.12-15.07.12 |
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Монтаж, ТО системы вентиляции «Климат-47» |
|||
|
16.07.12-17.07.12 |
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Замена автоматических выключателей. |
|||
|
18.07.12-22.07.12 |
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» |
|||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Плановая работа. |
Очистка и уборка от зеленых насаждений вокруг охраняемой зоны ЛЭП. |
||||
|
24.07.12-29.07.12 |
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Монтаж и запуск АВМ. |
|||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Разборка и сборка 3-х фазных асинхронных двигателей. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Монтаж системы освещений. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Техническое обслуживание трансформаторов. |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Замена, демонтаж и ТО системы вентиляции «Климат-47» |
||||
|
Благоварский р-н, ГУП « ППЗ Благоварский» |
Монтажная работа. |
Замена автоматических выключателей. |
Начало практики 26.06.12 Конец практики 04.08.12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате прохождения производственной эксплуатационной практики в ГУП ППЗ «Благоварский» мною были изучены структура предприятия, схема сети электроснабжения предприятии, а так же собран материал
Перегрузка электродвигателя возникает в следующих случаях:
· при затянувшемся пуске или самозапуске;
· по технологическим причинам и перегрузке механизмов;
· в результате обрыва одной фазы;
· при повреждении механической части электродвигателя или механизма, вызывающем увеличение момента М с и торможение электродвигателя.
Перегрузки бывают устойчивыми и кратковременными. Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки.
Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6÷2,5) I ном. Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма.
Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и в первую очередь обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы электродвигателя.
При решении вопроса об установке защиты от перегрузки на электродвигателе и характере ее действия руководствуются условиями его работы.
На электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, защита от перегрузки н е устанавливается.
На электродвигателях подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, багерных насосов и т. п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, защита от перегрузки должна устанавливаться.
Защита от перегрузки выполняетсяс действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без остановки электродвигателя.
Защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть снята с механизма автоматически или вручную персоналом без остановки механизма и электродвигатели находятся под наблюдением персонала.
На электродвигателях механизмов, могущих иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без остановки механизма, целесообразно предусматривать действие защиты от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на разгрузку механизма (если это возможно) и большей выдержкой времени на отключение электродвигателя. Ответственные электродвигатели собственных нужд электрических станций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, поэтому защита их от перегрузки выполняется преимущественно с действием на сигнал.
Защита с тепловым реле. Лучше других могут обеспечивать характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла, выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента.
Защита от перегрузки с токовыми реле. Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются максимальные токовые защиты с использованием токовых реле с ограниченно зависимыми характеристиками выдержки времени типа РТ-80 или максимальные токовые защиты, выполненные комбинацией мгновенных токовых реле и реле времени.
В промышленности и различных бытовых приборах используется большое количество электродвигателей. Для того чтобы избежать сбоев в работе устройства и его дорогостоящего ремонта, необходимо оснастить его прибором защиты от перегрузки.
Принцип работы двигателя
Производителеями рассчитано, что при номинальном токе двигатель никогда не перегреется
Наиболее распространены электродвигатели переменного тока.
Принцип их действия основан на использовании законов Фарадея и Ампера:
- В соответствии с первым в проводнике, который находится в изменяющемся магнитном поле, индуцируется ЭДС. В двигателе такое поле генерируется переменным током, протекающим по обмоткам статора, а ЭДС появляется в проводниках ротора.
- По второму закону на ротор, по которому протекает ток, будет воздействовать сила, перемещающая его перпендикулярно электромагнитному полю. В результате этого взаимодействия начинается вращение ротора.
Существуют асинхронные и синхронные электродвигатели такого типа. Чаще всего используются асинхронные двигатели, у которых в качестве ротора используется короткозамкнутая конструкция из стержней и колец.
Для чего нужна защита
В процессе работы двигателя могут возникнуть различные ситуации, связанные с его перегрузкой, что может привести к аварии, это:
- пониженное напряжение питания;
- обрыв фазы;
- перегрузка приводимых в действие механизмов;
- слишком долгий процесс запуска или самозапуска.
По сути, защита электродвигателя от перегрузок заключается в том, чтобы своевременно обесточить двигатель
При возникновении таких нештатных ситуаций возрастает ток в обмотках. Например, при обрыве фазы питания ток статора может увеличиться от 1,6 до 2,5 раз относительно номинального тока. Это приводит к перегреву двигателя, нарушению изоляции обмоток, короткому замыканию (КЗ) и в некоторых случаях к пожару.
Как выбрать защиту электродвигателя от перегрузки
Защита электродвигателя от перегрузки может осуществляться с помощью различных устройств. К ним относятся:
- плавкие предохранители с выключателем;
- реле защиты;
- тепловые реле;
- цифровые реле.
Наиболее простой метод - применение плавких предохранителей, которые срабатывают при возникновении КЗ в схеме питания двигателя. Их недостатком является чувствительность к большим пусковым токам двигателя и необходимость установки новых предохранителей после срабатывания.
Плавкий предохранительный выключатель - это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе
Токовое реле защиты может выдерживать временные токовые перегрузки, возникающие при пуске двигателя, и срабатывает при опасном длительном увеличении тока потребления двигателя. После устранения перегрузки реле может вручную или автоматически подключать цепь питания.
Тепловые реле используются в основном внутри двигателя. Такое реле может представлять собой биметаллический датчик или терморезистор и устанавливаться на корпусе двигателя или непосредственно на статоре. При слишком высокой температуре двигателя реле срабатывает и обесточивает цепь питания.
Наиболее продвинутым является использование новейших систем защиты с применением цифровых методов обработки информации. Такие системы наряду с защитой двигателя от перегрузки выполняют дополнительные функции - ограничивают число переключений двигателя, с помощью датчиков оценивают температуру статора и подшипников ротора, определяют сопротивление изоляции устройства. Они могут быть использованы также для диагностики неисправностей системы.
Выбор того или иного метода защиты двигателя зависит от условий и режимов его работы, а также от ценности системы, в которой используется устройство.
Перегрузка электродвигателей возникает
· при затянувшемся пуске и самозапуске,
· при перегрузке приводимых механизмов,
· при понижении напряжения на выводах двигателя.
· при обрыве фазы.
Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки. Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной частоты вращения.
Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6…2,5) I ном . Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой самого механизма. Основной опасностью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей, и в первую очередь, обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы двигателя. Перегрузочная способность электродвигателя определяется характеристикой зависимости между сверхтоком и допускаемым временем его прохождения:
где t – допустимая длительность перегрузки, с;
А – коэффициент, зависящий от типа изоляции электродвигателя, а также периодичности и характера сверхтоков; для обычных двигателей А = 150-250;
К – кратность сверхтока, т. е. отношение тока электродвигателя I д к I ном .
Вид перегрузочной характеристики при постоянной времени нагрева T = 300 с представлен на рис. 20.2.
При решении вопроса об установке РЗ от перегрузки и характере ее действия руководствуются условиями работы электродвигателя, имея в виду возможность устойчивой перегрузки его приводного механизма:
а . На электродвигателях механизмов, не подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях циркуляционных, питательных насосов и т. п.) и не имеющих тяжелых условий пуска или самозапуска, РЗ от перегрузки может не устанавливаться. Однако, ее установка целесообразна на двигателях объектов, не имеющих постоянного обслуживающего персонала, учитывая опасность перегрузки двигателя при пониженном напряжении питания или неполнофазном режиме;
Рис. 20.2. Характеристика зависимости допустимой длительности перегрузки от кратности тока перегрузки
б . На электродвигателях, подверженных технологическим перегрузкам (например, электродвигателях мельниц, дробилок, насосов и т.п.), а также на электродвигателях, самозапуск которых не обеспечивается, должна устанавливаться РЗ от перегрузки;
в . Защита от перегрузки выполняется с действием на отключение в случае, если не обеспечивается самозапуск электродвигателей или с механизма не может быть снята технологическая перегрузка без останова электродвигателя;
г . Защита от перегрузки электродвигателя выполняется с действием на разгрузку механизма или сигнал, если технологическая перегрузка может быть устранена с механизма автоматически или вручную персоналом без останова механизма, и электродвигатели находятся под наблюдением персонала;
д . На электродвигателях механизмов, которые могут иметь как перегрузку, устраняемую при работе механизма, так и перегрузку, устранение которой невозможно без останова механизма, целесообразно предусматривать действие РЗ от сверхтоков с меньшей выдержкой времени на отключение электродвигателя; в тех случаях, когда ответственные электродвигатели собственных нужд электростанций находятся под постоянным наблюдением дежурного персонала, защиту их от перегрузки можно выполнить с действием на сигнал.
Защита электродвигателей, подверженных технологическойперегрузке, желательно иметь такой, чтобы она, с одной стороны, защищала от недопустимых перегрузок, а с другой – давала возможность наиболее полно использовать перегрузочную характеристику электродвигателя с учетом предшествовавшей нагрузки и температуры окружающей среды. Наилучшей характеристикой РЗ от сверхтоков являлась бы такая, которая проходила несколько ниже перегрузочной характеристики (пунктирная кривая на рис. 20.2).
20.4. Защита от перегрузки с тепловым реле . Лучше других могут обеспечить характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q , выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента. Тепловые реле выполняются на принципе использования различия в коэффициенте линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле является биметаллическая пластина состоящая из спаянных по всей поверхности металлов а и б с сильно различающимися коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластина прогибается в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения и замыкает контакты реле.
Нагревание пластины осуществляется нагревательным элементом при прохождении по нему тока.
Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам электродвигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и электродвигателя. Поэтому тепловые реле применяются в редких случаях, обычно в магнитных пускателях и автоматах 0,4 кВ.
20.5. Защита от перегрузки с токовыми реле . Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются МТЗ с использованием реле с ограниченно зависимыми характеристиками типа РТ-80 или МТЗ с независимыми токовыми реле и реле времени.
Преимуществами МТЗ по сравнению с тепловыми являются более простая их эксплуатация и более легкий подбор и регулировка характеристик РЗ. Однако, МТЗ не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за недостаточного времени действия их при малых кратностях тока.
МТЗ с независимой выдержкой времени в однорелейном исполнении обычно применяется на всех асинхронных электродвигателях собственных нужд электростанций, а на промышленных предприятиях - для всех синхронных (когда она совмещена с РЗ от асинхронного режима) и асинхронных электродвигателей, являющихся приводами ответственных механизмов, а также для неответственных асинхронных электродвигателей с временем пуска более 12…13 с.
Релейная защита от перегрузки с зависимой выдержкой времени лучше согласовываются с тепловой характеристикой двигателя, однако, и они недостаточно используют перегрузочную способность двигателей в области малых токов.
Защита от перегрузки с зависимой характеристикой выдержки времени может быть выполнена на реле типа РТ-80 или цифровом реле.
Ток срабатывания защиты от перегрузки устанавливается из условия отстройки от I ном электродвигателя:
где к отс – коэффициент отстройки, принимается равным 1,05.
Время действия МТЗ от перегрузки t 3П должно быть таким, чтобы оно было больше времени пуска электродвигателя t пуск , а у электродвигателей, участвующих в самозапуске, больше времени самозапуска.
Время пуска асинхронных электродвигателей обычно составляет 8…15 с. Поэтому характеристика реле с зависимой характеристикой должна иметь при пусковом токе время, не меньшее 12…15 с. На РЗ от перегрузки с независимой характеристикой выдержка времени принимается 14…20 с.
20.6. Защита от перегрузки с тепловой характеристикой выдержки времени на цифровом реле. В цифровое реле защиты двигателя, например, типа MiCOM Р220 заложена тепловая модель двигателя из составляющих прямой и обратной последовательности тока, потребляемого двигателем таким образом, чтобы учесть тепловое воздействие тока в статоре и роторе. Составляющая обратной последовательности токов, протекающих в статоре, наводит в роторе токи значительной амплитуды, которые создают существенное повышение температуры в обмотке ротора. Результатом сложения, проведенного MiCOM Р220 является эквивалентный тепловой ток I экв , отображающий повышение температуры, вызванное током двигателя. Ток I экв вычисляется в соответствии с зависимостью:
(20.7)
К э – коэффициент усиление влияния тока обратной последовательности учитывает повышенное воздействие тока обратной последовательности по сравнению с прямой последовательности на нагрев двигателя. При отсутствии необходимых данных принимается равным 4 - для отечественных двигателей и 6 – для зарубежных.
Дополнительные функции реле MiCOM P220, связанные с тепловой перегрузкой двигателяследующие.
· Запрет отключения от тепловой перегрузки при пуске двигателя.
· Cигнализация тепловой перегрузки.
· Запрет пуска.
· Затяжной пуск.
· Заклинивание ротора.
Заклинивание ротора двигателя может произойти при пуске двигателя или в процессе его работы.
Функция заклинивание ротора при работающем двигателе вводится автоматически при его успешном развороте после истечения заданной выдержки времени.
В цифровых реле Sepam 2000 защита двигателя от затяжного пуска и заклинивания ротора выполнена иначе. Первая защита срабатывает и отключает двигатель, если ток двигателя от начала процесса пуска превышает значение 3I ном в течение заданного времени t 1 = 2t пуска. Начало пуска обнаруживается в момент увеличения потребляемого тока от 0 до значения 5% номинального тока. Вторая защита срабатывает, если пуск завершен, двигатель работает нормально, и в установившемся режиме неожиданно ток двигателя достигает значения более 3I ном и держится в течение заданного времени t 2 = 3-4с.
Несимметрия. Защита двигателя от перегрузки токами обратной последовательности защищает двигатель от подачи напряжения с обратным чередованием фаз, от обрыва фазы, от работы при длительной несимметрии напряжений.
При подаче на двигатель напряжения с обратным чередованием фаз двигатель начинает вращаться в обратную сторону, приводимый в действие механизм может быть заклинен или вращаться с моментом сопротивления, отличающимся от момента прямого вращения. Таким образом, величина тока обратной последовательности двигателя может колебаться в широких пределах. При обрыве фазы двигатель уменьшает вращающий момент в 2 раза и для компенсации у него в 1,5...2 раза увеличивается ток.
При несимметрии питающих напряжений ток обратной последовательности может иметь различную величину до самых малых значений. Появление тока обратной последовательности более всего влияет на нагрев ротора двигателя, где он наводит токи двойной частоты. Таким образом, целесообразно иметь защиту по I 2 , которая отключала бы двигатель для предотвращения его перегрева.
Защита имеет 2 ступени:
Ступень I обр > с независимой выдержкой времени. Ток срабатывания принимается равным (0,2…0,25)I ном двигателя. Выдержка времени должна обеспечить отключение несимметричных коротких замыканий в прилегающей сети, для чего она должна быть на ступень больше, чем защита питающего трансформатора:
(20.8)
Ступень I обр >> сзависимой характеристикой выдержки времениможет быть использована для повышения чувствительности защиты, если известны реальные тепловые характеристики двигателя по току обратной последовательности.
Потеря нагрузки . Функция позволяет обнаружить расцепление двигателя с приводимым им в движение механизмом вследствие обрыва муфты, ленты транспортера, выпуск воды из насоса и т.д. по уменьшению рабочего тока двигателя.
Уставка минимального тока:
где I хх – ток холостого хода двигателя с механизмом определяется при испытаниях.
Выдержка времени минимального тока двигателя tI< определяется исходя из технологических особенностей механизма – возможных кратковременных сбросов нагрузки, при отсутствии таких соображений принимается равным:
Выдержка времени запрета автоматики минимального тока двигателя t запр. задерживает ввод автоматики при пуске двигателя, если нагрузка подключается к двигателю после его разворота или определяется исходя из технологии подачи нагрузки на двигатель, если нагрузка подключена к двигателю постоянно. Уставка должна быть равна времени разворота двигателя плюс необходимый запас:
Количество пусков двигателя. При отсутствии конкретных данных по двигателю можно руководствоваться следующими общими соображениями:
− Согласно ПТЭ, отечественные двигатели обязаны обеспечивать 2 пуска из холодного состояния и 1 из горячего состояния.
− Постоянная времени охлаждения двигателя равна 40мин.
− Можно выполнить следующие уставки в автоматике подсчета пусков:
Уставка по времени, в течение которого считаются пуски: Т отсчета = 30 мин.
Количество горячих пусков –1. Количество холодных пусков – 2.
Уставка по времени, в течение которого повторный пуск запрещен Т запрет = 5 мин. Минимальное время между пусками не использовать.
Время разрешения самозапуска . Самозапуск двигателей на электростанциях должен обеспечиваться, при времени перерыва питания 2,5с. По этим данным производится расчетная проверка обеспечения самозапуска при перерыве питания двигателей на электростанциях.
Таким образом, для электростанций можно принять Т самозап = 2,5 с.
Для других условий следует определить время, на которое возможен перерыв питания, например время действия АВР, произвести расчетную проверку самозапуска, и если он обеспечивается при таком перерыве питания, установить указанное время на устройстве. Если самозапуск не обеспечивается при любом перерыве питания, или он запрещается, функция «разрешение самозапуска» не вводится.
Контрольные вопросы
1. Какие защиты должны иметь асинхронные двигатели в соответствии с ПУЭ?
2. Какие защиты должны иметь синхронные двигатели в соответствии с ПУЭ?
3. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты от междуфазных КЗ двигателей?
4. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты от перегрузки двигателей?
5. Как осуществляется защита и выбираются уставки защиты минимального напряжения двигателей?
6. Каковы особенности защиты синхронных двигателей?
