Классификация устройств защиты электродвигателей от аварийных режимов работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

Н.С. Жексембиева, кандидат техн. наук, доцент,

Д.А. Джапарова, магистрант

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет имени Жангир хана

Ма?алада электр ?оз?алт?ыштарды аппатты режимде ж?мыс жасау кезінде ?ор?аныс ?ызметін ат?аратын аппаратарды та?дауда туындайтын негізгі м?селелер к?рсетілген.Автор ке? тара?ан ?ор?аныс ?ондыр?ыларын атап ?тіп, ?р классыны? ?ыс?аша сипаттамасына жіктеу жаса?ан. Сонымен ?атар электр ?оз?алт?ыштарды? ?алыпты режимдегі ж?мысы кезінде ?олдану?а ?олайлы бірнеше ?ор?аныс ?ондыр?ыларын ?сын?ан.

защита электродвигатель аварийный режим

В статье представлены основные проблемы, возникающие при выборе аппаратов защиты электродвигателей от аварийных режимов работы. Автором представлены наиболее распространенные устройства защиты и проведена их классификация с кратким описанием каждого класса. Также были представлены наиболее подходящие защитные устройства для нескольких номинальных режимов работы электродвигателей.

The main problems appear during the choice of electric motors protection devices from emergency operation are given in the article. The author gives the most wide speared protection devices and its qualification is given with the short description of each class. The most suitable protection devices for a few nominal operation modes of electric motors are also given.

Применение устройств защиты, предназначенных для защиты электродвигателей от аварийных режимов в электроприводах сельскохозяйственного назначения, очень велико. На элементной базе электромагнитной, электронной и ионной технике с каждым разом разрабатываются устройства, не требующие регулировки параметров срабатывания в процессе эксплуатации. В результате отсутствия эффективных средств контроля исправности аппаратов защиты и дефицита, квалифицированных специалистов-экплуатационщиков устройства, не требующие регулировки параметров срабатывания являются обязательным условием в процессе эксплуатации. Именно поэтому созданы и широко используются устройства, реагирующие только на определенные виды аварийных режимов: технологическую перегрузку, несимметрии напряжений фаз сети, снижение сопротивления изоляции фаз статора, заклинивание ротора, однофазное и многофазное короткое замыкание электродвигателя. Существуют также комбинированные средства защиты, осуществляющие контроль нескольких параметров сети и электродвигателя. Дальнейшее совершенствование средств защиты сдерживается, отсутствием их целесообразной структуры из-за чего возникает необходимость в классификации, что облегчит выбор наиболее оптимальных вариантов при создании новых устройств защиты. Так как определенной систематизации нет, следующие виды устройств защиты электродвигателей можно проклассифицировать следующим образом: по контролируемым первичным измерительным преобразователям датчика аварийных режимов устройства. С учетом сложившейся терминологии известные защитные устройства вписываются в следующие классы: тепловые, токовые, температурные и фильтровые и комбинированные. В тепловых аппаратах защиты первичный измерительный преобразователь контролируемых параметров реагирует на количество теплоты, выделившееся в нагревательном элементах, включенных последовательно с фазами статора, в температурных - на температуру нагревания обмоток статора, в фильтровых на значение токов и напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей, в комбинированных - на несколько вышеперечисленных параметров. В нашей стране в электроприводах сельскохозяйственного назначения находят применение устройства для температурной защиты, тепловые реле, автоматические выключатели с электромагнитными и тепловыми расцепителями, фильтровые, реле обрыва фаз, реле минимального тока, реле максимального тока, комбинированные устройства защиты различных модификаций и др. [1].

Достоинством встроенных температурных защит является то, что с помощью термочувствительных первичных измерительных преобразователей с достаточной степенью точности контролируется температура лобовых частей обмоток статора. При их перегревании сопротивление терморезистора, выбираемого в соответствии с классом изоляции, возрастает, и устройство отключает электродвигатель от сети.

Основным элементом тепловых расцепителей тепловых реле и автоматических выключателей является биметаллическая пластина, выполненная из двух металлов, имеющих различный коэффициент линейного расширения. В результате прямого или косвенного нагревания токами фаз статора биметаллическая пластина изгибается. При токе 1,2…1,25 от номинального происходит срабатывание механизма расцепления, что приводит к отключению электродвигателя от сети. Проведенные эксперименты показывают, что тепловые реле обладают стабильными параметрами срабатывания и при соответствующей эксплуатации надежно защищают электродвигатель от токов перезагрузок в большинстве технологических процессов.

В основном все тепловые, токовые фильтровые устройства защиты оценивают степень перезагрузки электродвигателя только по величине тока статора, т.е. без учета истинной температуры его обмоток. По этой причине при нарушениях в системе охлаждения или при повышенной температуре окружающей среды, и работе электродвигателя в продолжительном режиме работы, обмотки статора окажутся перегретыми при номинальном токе. При пониженной температуре окружающей среды электродвигатель можно было бы загружать на мощность, превышающую номинальную, но защитное устройство его отключает.

Работоспособность различных асимметров зависит в основном от типа датчика. Наиболее простым устройством, реагирующем на обрыв фазы, является устройство на основе трех реле минимального тока, контакты которого включены в цепь питания катушки коммутационного аппарата. Его недостатками является низкая чувствительность к недопустимой несимметрии напряжения, дефицитность реле и ограниченный диапазон номинальных токов, позволяющий прямое включение реле в цепь статора. Это приводит к тому, что для мощных электродвигателей дополнительно приходится применять трансформаторы тока.

Достоинством фильтров на основе звезды резисторов является высокая чувствительность к перекосу напряжений фаз. Они имеют транзисторный усилитель, легко настраиваются на заданный коэффициент несимметрии сети, в отличие от конденсаторных асимметров не создают с обмотками электродвигателя паразитных индуктивно-емкостных резонансных контуров и имеют одинаковый порог срабатывания по отдельным фазам.

Токовые аппараты защиты на основе теплового аналога в своей структуре содержат активно-емкостные зарядно-разрядные контуры, с помощью которых моделируются процессы нагревания и охлаждения обмотки статора изменения условий окружающей среды и другие тепловые процессы. К их достоинствам следует отнести простоту монтажа в непосредственной близости от силового коммутационного аппарата в распределительном пункте объекта, отсутствием длинных линий подключения терморезисторов и исключения необходимости закрепления, последних на обмотках статора. Однако создание промышленного образца на сегодняшний день затруднено в виду сложной структуры электродвигателя, отсутствия четкой взаимосвязи между значениями постоянных времени нагревания и охлаждения и их зависимости от многих реальных факторов: скольжения ротора, коэффициента несимметрии напряжений фаз сети, условий охлаждения и др.

Известно, что распределение причин выхода электродвигателей из строя как между отраслями сельскохозяйственного производства, так и внутри конкретной отрасли. Анализ данных, полученных методом экспертных оценок, и результатов исследований других авторов, позволил установить, что свыше 50 % электродвигателей выходит из строя вследствие возникновения технологической перегрузки, заклинивания ротора и разрушения подшипникового узла, а до 45 % - вследствие обрыва фазы и возникновения недопустимой несимметрии напряжении фаз сети[2].

Отсюда следует, рациональная структурная схема устройства для комбинированной защиты электродвигателя, работающего в электроприводе сельскохозяйственного назначения должна содержать узел температурной (или в крайнем случае токовой) защиты и узел защиты от несимметрии напряжений фаз сети.

В условиях острого дефицита квалифицированных кадров по эксплуатации электрооборудования рекомендуется использовать такие защитные устройства на всех предприятиях агропромышленного комплекса. В первую очередь их необходимо устанавливать на наиболее ответственных электроприводах технологических линий и процессов.

При этом необходимо помнить, что использование конкретного типа устройства защиты должно исходить из технико-экономических сравнений вариантов [3].

В кратковременном номинальном режиме для защиты электродвигателя от токовой перегрузки допустимо использовать практически любое защитное устройство. При продолжительности периода работы более 10 мин ограничение может быть наложено на тепловое реле, требующие дополнительной проверки времени срабатывания по защитным характеристикам вследствие малого времени нагревания биметалла. В остальных режимах работы электродвигателя для защиты от перегревания обмоток статора удовлетворительные результаты дают только температурные и комбинированные аппараты защиты, содержащие узел температурной защиты.

Устройства на основе фильтра токов нулевой последовательности целесообразно устанавливать в помещениях с повышенной опасностью поражения человека или животных потенциалами токов утечки фазы на корпус заземленного электрооборудования, а на основе фильтра обратной последовательности - для защиты от несимметрии напряжений или обрыва фаз сети. Недостатком последних является наличие в датчике конденсаторов, которые могут создать в обмотки статора индуктивно-емкостные резонансные колебательные контуры. В результате этого одно и то же устройство с электродвигателями разных габаритов имеет разные пороги срабатывания.

Таким образом, предложенная классификация позволяет рекомендовать к дальнейшим разработкам и применению на конкретных электроприводах аппараты защиты, выполняющие как отдельные, так и комбинированные функции защиты, их структуру и упорядочить терминологию.

ЛИТЕРАТУРА

1. Данилов, В.Н. Эксплуатация аппаратов защиты на предприятиях АПК. Часть 2, Электрификация, автоматизация, электроионизация ресурсо- и энергосбережения / В. Н. Данилов, А. Н. Бондарев - Москва - 1989. - с.82

2. Данилов, В.Н. Прогнозирование аварийности электродвигателей от аварийных режимов работы / В. Н. Данилов. // Сборник научных трудов. Повышение надежности электрооборудования и электроснабжения в сельском хозяйстве - ЧИМЭСХ, г. Челябинск. - 1989. - с. 15-28.

3. Комбинированное защитно-пусковое устройство RKZ-2. Shaltriese. Elek. Energ.-Techn., 1988,33 - №2. - 46-48 (нем).

Размещено на Allbest.ru