Электрический двигатель: комплексная релейная защита

Установка электродвигателей

5.3.23. Электродвигатели должны быть выбраны и установлены таким образом, чтобы была исключена возможность попадания на их обмотки и токосъемные устройства воды, масла, эмульсии т. п., а вибрация оборудования, фундаментов и частей здания не превышала допустимых значений.

5.3.24. Шум, создаваемый электродвигателем совместно с приводимым им механизмом, не должен превышать уровня, допустимого санитарными нормами.

5.3.25. Проходы обслуживания между фундаментами или корпусами электродвигателей, между электродвигателями и частями здания или оборудования должны быть не менее указанных в гл. 5.1.

5.3.26. Электродвигатели и аппараты, за исключением имеющих степень защиты не менее IP44, а резисторы и реостаты — всех исполнений должны быть установлены на расстоянии не менее 1 м от конструкций зданий, выполненных из сгораемых материалов.

5.3.27. Синхронные электрические машины мощностью 1 МВт и более и машины постоянного тока мощностью 1МВт и более должны иметь электрическую изоляцию одного из подшипников от фундаментной плиты для предотвращения образования замкнутой цепи тока через вал и подшипники машины. При этом у синхронных машин должны быть изолированы подшипник со стороны возбудителя и все подшипники возбудителя. Маслопроводы этих электрических машин должны быть изолированы от корпусов их подшипников.

5.3.28. Электродвигатели выше 1 кВ разрешается устанавливать непосредственно в производственных помещениях, соблюдая следующие условия:

1. Электродвигатели, имеющие выводы под статором или требующие специальных устройств для охлаждения, следует устанавливать на фундаменте с камерой (фундаментной ямой).

2. Фундаментная яма электродвигателя должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к камерам ЗРУ выше 1 кВ (см. гл. 4.2).

3. Размеры фундаментной ямы должны быть не менее допускаемых для полупроходных кабельных туннелей (см. 2.3.125).

5.3.29. Кабели и провода, присоединяемые к электродвигателям, установленным на виброизолирующих основаниях, на участке между подвижной и неподвижной частями основания должны иметь гибкие медные жилы.

Способы защиты электродвигателей от перегрузок

Кроме того, в современные схемы обязательно включают элементы, которые предназначены для комплексной защиты электрооборудования в случае исчезновения напряжения одной или нескольких фаз питания. В подобных системах для исключения аварийных ситуации и минимизации ущерба при их возникновении выполняют мероприятия, предусмотренные «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).

Отключение двигателя по току тепловым реле

Для исключения выхода из строя асинхронных электродвигателей, которые применяются в механизмах, машинах и прочем оборудовании, где возможно увеличение нагрузок на механическую часть двигателя в случае нарушения технологического процесса, применяют устройства защиты от тепловых перегрузок. Схема защиты от тепловых перегрузок, которая изображена на рисунке выше, включает в себя тепловое реле для электродвигателя, являющееся основным прибором, реализующим мгновенное или заданное по времени прерывание цепи питания.

Реле электродвигателя конструктивно состоит из регулируемого или заданного точно механизма задания времени, контакторов и электромагнитной катушки и теплового элемента, являющегося датчиком возникновения критических параметров. Устройства, кроме времени срабатывания, могут регулироваться по величине перегрузки, что расширяет возможности применения, особенно для тех механизмов, в которых согласно технологическому процессу возможно кратковременное увеличение нагрузки на механическую часть электродвигателя.
К недостаткам работы тепловых реле относится функция по возврату к готовности, которая реализована автоматическим самовозвратом или ручном управлении, и не дающая уверенности оператору в несанкционированном пуске электроустановки после срабатывания.

Схема пуска двигателя выполняется при помощи кнопок пуск , стоп  и электромагнитного пускателя, питанием катушки  которого они управляют, изображена на рисунке. Запуск реализуется контактами пускателя, которые замыкаются при подаче напряжения на катушку магнитного пускателя.

В данной схеме реализована токовая защита электродвигателя, эту функцию осуществляет тепловое реле, отключающее один из выводов обмотки от земли при превышении номинального тока, протекающего по всем, двум  или какой то одной фазе питания. Защитное реле отключит нагрузку и при возникновении короткого замыкания в силовых цепях на электрический двигатель. Работает тепловой защитный аппарат по принципу механического размыкания контрольных клемм вследствие нагрева соответствующих элементов.

Есть и другие устройства, предназначенные для отключения электродвигателя, в случае возникновения в силовых линиях и цепях управления токов короткого замыкания. Они бывают нескольких типов, каждый из которых производит практически мгновенное действие по разрыву без временной паузы. К такой аппаратуре относятся предохранители, электрические автоматические выключатели, а также электромагнитные реле.

Современные наружные реле защиты двигателя

Усовершенствованные наружные системы защиты двигателя также обеспечивают защиту от перенапряжения, перекоса фаз, ограничивают число включений/выключений, устраняют вибрации. Кроме того, они позволяют контролировать температуру статора и подшипников через датчик температуры (PT100), измерять сопротивление изоляции и регистрировать температуру окружающей среды. В дополнение к этому усовершенствованные наружные системы защиты двигателя могут принимать и обрабатывать сигнал от встроенной тепловой защиты. Далее в этой главе мы рассмотрим устройство тепловой защиты.

Наружные реле защиты двигателя предназначены для защиты трёхфазных электродвигателей при угрозе повреждения двигателя за короткий или более длительный период работы. Кроме защиты двигателя, наружное реле защиты имеет ряд особенностей, которые обеспечивают защиту электродвигателя в различных ситуациях:

• Подаёт сигнал прежде, чем возникает неисправность в результате всего процесса

• Диагностирует возникшие неисправности

• Позволяет выполнять проверку работы реле во время техобслуживания

• Контролирует температуру и наличие вибрации в подшипниках

Можно подключить реле перегрузки к центральной системе управления зданием для постоянного контроля и оперативной диагностики неисправностей. Если в реле перегрузки установлено наружное реле защиты, сокращается период вынужденного простоя из-за прерывания технологического процесса в результате поломки. Это достигается благодаря быстрому обнаружению неисправности и недопущению повреждений электродвигателя.

Например, электродвигатель может быть защищён от:

• Перегрузки

• Блокировки ротора

• Заклинивания

• Частых повторных пусков

• Разомкнутой фазы

• Замыкания на массу

• Перегрева (с помощью сигнала, поступающего от электродвигателя через датчик PT100 или терморезисторы)

• Малого тока

• Предупреждающего сигнала о перегрузке

Использование специальных электронных устройств

Существуют сложные средства защиты электродвигателей, которые применяются опытными инженерами при проектировании электрических систем и предназначенные для одновременного противодействия аварийным ситуациям, таким как несанкционированный пуск, работа на двух фазах, работа при пониженном или повышенном напряжении, короткое замыкание однофазное электрической цепи на землю в системах с изолированной нейтралью.

К ним относятся:

частотные инверторы,

устройства плавного пуска,

бесконтактные устройства.

Использование частотных преобразователей

Схема защиты электродвигателя, реализованная в составе преобразователя частоты изображенная на рисунке ниже, предусматривает аппаратными возможностями устройства противодействовать выходу из строя электродвигателя за счет автоматического снижения величины тока при пуске, остановке, коротких замыканиях. Кроме того, защита электродвигателя частотником возможна программированием отдельных функций, таких как время срабатывания тепловой защиты, которая активизируется от контроллера температуры двигателя.

Частотный преобразователь в составе своих функций также имеет контроль защиты радиатора и корректировку по высокому и низкому напряжению, которое может быть вызвано в сетях сторонними причинами.

К особенностям контролирования процесса эксплуатации электродвигателей в системе с частотными преобразователями относятся возможности дистанционного управления с персонального компьютера, который подключается по стандартному протоколу, и передача сигналов на вспомогательные контроллеры, обрабатывающие общие сигналы технологического процесса. Узнать больше о функциях частотных преобразователей можно из статьи про устройство и функционирование инверторных преобразователей.

Устройства плавного пуска и СиЭЗ

С удешевлением устройств, в которых применены новейшие полупроводниковые элементы, становится целесообразно использовать для защиты асинхронных электродвигателей приборы плавного пуска и системы бесконтактной защиты.

Устройства плавного пуска (или УПП) предохраняют электродвигатели от высокого пускового тока по силовым цепям, и при остановке, если в состав такой аппаратуры включены функциональные элементы, предназначенные для торможения силовых электроустановок. Подробнее об этих электронных изделиях можно узнать в этой публикации.

Одним из самых распространенных способов защиты трехфазных электродвигателей как короткозамкнутых, так и с фазным ротором, являются системы электронной бесконтактной защиты (СиЭЗ). Функциональная схема, на которой показан пример реализации устройства защиты двигателей СиЭЗ, приведена ниже.

СиЭЗ осуществляет защиту электродвигателей при обрыве любого фазного провода, увеличении тока сверх номинального, механическом заклинивании якоря (ротора) и недопустимой асимметрии по напряжению между фазами. Реализация функций возможна при использовании в схеме шунтов и трансформаторов тока L1, L2 и L3.

Кроме того, системы могут включать дополнительные опции, такие как предпусковой контроль сопротивления изоляции, дистанционные датчики температуры и защиту от понижения тока ниже номинального.

Преимущества СиЭЗ пред частотными преобразователями является непосредственное снятие данных через индукционные датчики, что исключает запаздывание срабатывания, а также сравнительно низкая стоимость при условии, что приборы имеют защитное предназначение.

Перемотка электродвигателя включает:

Процесс ремонта заключается в удалении устаревшей обмотки и намотке нового провода. При этом используют провод аналогичного сечения и выполняют такое же количество витков, какое было изначально.

Капитальный ремонт эл двигателей выполняется с помощью индикатора дефектов, специальной электрической печи и других инструментов. Поэтому, справиться с задачей может только компания, которая специализируется на таком виде ремонта.

Этапы перемотки эл двигателя:

  • Разборка оборудования, извлечение изоляции и обмотки.
  • Выполнение расчетов.
  • Намотка и укладка обмоточных катушек.
  • Пайка соединений катушек.
  • Обработка электротехническим лаком в печи.
  • Проверка работы двигателя.

После проверки может быть выявлена потребность в замене или ремонте других деталей.

Плюсы перемотки электродвигателя перед покупкой нового устройства

Перемотка обеспечивает корректную работку каждого элемента оборудования. При этом выражены такие преимущества ремонта перед покупкой нового двигателя:

  • Оптимальная стоимость ремонта. Перемотка электродвигателя обходится примерно на 60% дешевле покупки нового оборудования.
  • Ремонт занимает мало времени. На выбор, проверку, доставку нового агрегата может уйти больше времени, чем на срочный ремонт старого устройства.
  • Перемотка продлевает эксплуатацию мотора. Результат качественного ремонта аналогичен запуску нового устройства.

Преимущество перемотки в заключается в гарантийном сроке на выполненную работу. Доверяя ремонт электродвигателя специализированной компании, вы экономите деньги, получаете быстрый результат и гарантию на выполненную работу.

Техника безопасности при монтаже электродвигателей.

Для монтажа электродвигателя требуется четкий проект. В проекте указывают место установки электродвигателя, указывают, в связке с каким агрегатом будет работать, расчет проводов, нагрузок. Удобнее обратиться по проектированию в специализированные проектные мастерские, так как это повышает безопасность.

Для монтажа электродвигателя на место установки, необходимо нанять профессиональных монтажников, которые работают не первый год. Электродвигатели небольшой мощности (до 10Квт), небольшой массы (до 50кг), допускается устанавливать самостоятельно, после монтажа пригласив для проверки бригаду монтажников.

Сечение проводов подбирают по формулам, учитывая, что медный провод сечением 2,5мм2 выдерживает нагрузки до 30Ампер.

Формула расчета мощности для трёхфазной цепи P= 1,7*U*Y. Где U напряжение, Y сила тока, а 1,7 это квадратный корень из 3-х. Переделав формулу, получают расчет тока для электродвигателя мощностью 10Квт, Y= 10000ВТ/(1,7*380Вольт)= 15 ампер Составляют пропорцию 2,5мм2-30Ампер Хмм2-15Ампер Х=(15Ампер*2,5мм2)/30Ампер=1,25мм2 Такого сечения проводов в стандартном ряде нет, поэтому подбирают провод сечением 1,5мм2.

При самостоятельном монтаже нужно быть предельно осторожным. Даже электродвигатель небольшой массы может создать травму монтажникам. По возможности работать нужно при помощи испытанных, проверенных подъемных механизмов. Пользоваться рычагами, работать в защитных средствах: в каске, защитных очках, спецодежде, рукавицах, спец.обуви.

Объяснить работникам, как обезопасить работу. При подъеме электродвигателя от пола на высоту более 1 метра, нельзя подходить к электродвигателю, можно выравнивать, направлять электродвигатель к месту установки, только после того, как двигатель окажется на высоте нескольких сантиметров от пола.

При перемещении и опускании нельзя держать электродвигатель за нижнюю часть. При подключении кабеля питания электродвигателя работы выполняют со снятым напряжением. Автоматический выключатель отключают, на ручку вывешивают плакат «не включать! Работают люди». Отходящие провода кабеля отцепляют от автоматического выключателя, предварительно проверив отсутствие напряжения на контактах.

После установки, закрепления, подключения электродвигателя, сначала электродвигатель запускают без нагрузки, то есть, не соединив его с агрегатом. После проверки проверяют электродвигатель в работе в связке с агрегатом, подав нагрузку.

Принцип действия теплового автоматического выключателя

На графике справа показана зависимость сопротивления от температуры для стандартного теплового автоматического выключателя. У каждого производителя эта характеристика своя. TN обычно лежит в интервале 150-160 °C.

Подключение

Подключение трёхфазного электродвигателя со встроенным тепловым выключателем и реле перегрузки.

Обозначение TP на графике

Защита по стандарту IEC 60034-11:

TP 111 (постепенная перегрузка). Для того чтобы обеспечить защиту при блокировке ротора, электродвигатель должен быть оборудован реле перегрузки.

Терморезисторы, встраиваемые в обмотки

Второй тип внутренней защиты — это терморезисторы, или датчики с положительным температурным коэффициентом (PTC). Терморезисторы встраиваются в обмотки электродвигателя и защищают его при блокировке ротора, продолжительной перегрузке и высокой температуре окружающей среды. Тепловая защита обеспечивается с помощью контроля температуры обмоток электродвигателя с помощью PTC датчиков. Если температура обмоток превышает температуру отключения, сопротивление датчика меняется соответственно изменению температуры.

В результате такого изменения внутренние реле обесточивают контур управления внешнего контактора. Электродвигатель охлаждается, и восстанавливается приемлемая температура обмотки электродвигателя, сопротивление датчика понижается до исходного уровня. В этот момент происходит автоматическое приведение модуля управления в исходное положение, если только он предварительно не был настроен на сброс данных и повторное включение вручную.

Если терморезисторы установлены на концах катушки самостоятельно, защиту можно классифицировать только как TP 111. Причина в том, что терморезисторы не имеют полного контакта с концами катушки, и, следовательно, не могут реагировать так быстро, как если бы они изначально были встроены в обмотку.

Система, чувствительная к температуре терморезистора, состоит из датчиков с положительным температурным коэффициентом (PTC), устанавливаемых последовательно, и твердотельного электронного выключателя в закрытом блоке управления. Набор датчиков состоит из трёх — по одному на фазу. Сопротивление в датчике остаётся относительно низким и постоянным в широком диапазоне температур, с резким увеличением при температуре срабатывания. В таких случаях датчик действует как твердотельный тепловой автоматический выключатель и обесточивает контрольное реле. Реле размыкает цепь управления всего механизма для отключения защищаемого оборудования. Когда температура обмотки восстанавливается до допустимого значения, блок управления можно привести в прежнее положение вручную.

Все электродвигатели Grundfos мощностью от 3 кВт и выше оснащены терморезисторами. Система терморезисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC) считается устойчивой к отказам, так как в результате выхода из строя датчика или отсоединении провода датчика возникает бесконечное сопротивление, и система срабатывает так же, как при повышении температуры, — происходит обесточивание контрольного реле.

Охрана труда

СОГЛАСОВАНОПротокол заседания профсоюзного комитетаот “___” ___________ 20___№ ___________ УТВЕРЖДЕНОПриказот “___” ___________ 20___№ ___________
СОГЛАСОВАНОУполномоченное лицо по охранетруда работников организации____________ _______________________ (подпись) (фамилия, инициалы)________________(дата) УТВЕРЖДЕНОРуководитель организации (заместитель руководителя организации, в должностные обязанности которого входят вопросы организации охраны труда)____________ _______________________ (подпись) (фамилия, инициалы)________________(дата)

Глава 1. Общие требования по охране труда

1. К работам по обслуживанию электродвигателей переменного и постоянного тока допускаются:

1.1. лица мужского и женского пола не моложе 18 лет и имеющие группу по электробезопасности не ниже III (для электроустановок напряжением до 1000 В) и не ниже IV (для электроустановок напряжением выше 1000 В);

1.2. прошедшие обучение по электробезопасности, имеющие соответствующее удостоверение и прошедшие стажировку (дублирование) по безопасным способам ведения работ в течение 2 недель;

1.3. прошедшие медицинское освидетельствование и допущенные по состоянию здоровья к работе;

1.4. прошедшие вводный инструктаж и первичный инструктаж на рабочем месте.

2. Электротехнический персонал обязан:

2.1. соблюдать правила внутреннего трудового распорядка;

2.2. не употреблять спиртные напитки, а также запрещается находиться на рабочем месте, территории организации или в рабочее время в состоянии алкогольного, наркотического или токсического опьянения;

Курить разрешается только в специально установленных местах;

2.3. выполнять только порученную работу;

2.4. изучать и совершенствовать методы безопасной работы;

2.5. работать в спецодежде с применением средств индивидуальной защиты в соответствии с установленными нормами;

2.6. уметь оказывать первую доврачебную помощь пострадавшему при несчастных случаях. Знать, где находится аптечка с набором медикаментов, и при необходимости обеспечить доставку (сопровождение) пострадавшего в лечебное учреждение.

Знать местонахождение и уметь пользоваться первичными средствами пожаротушения, не загромождать доступ к противопожарному инвентарю, гидрантам и запасным выходам;

2.7. соблюдать правила санитарной и личной гигиены;

2.8. не принимать пищу на рабочем месте.

3. Во время работы на электротехнический персонал могут воздействовать опасные производственные факторы:

3.1. повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

4. Электротехнический персонал несет персональную ответственность за нарушение требований Инструкции в соответствии с законодательством Республики Беларусь.

Глава 2. Требования по охране труда перед началом работы

5. Перед началом работы привести в порядок спецодежду, надеть ее так, чтобы она не имела развевающихся и свисающих концов.

6. Надеть плотно облегающий головной убор и подобрать под него волосы.

7. Подготовить для безопасной работы свое рабочее место (убрать все лишнее из-под ног, с проходов и не загромождать их).

8. Подготовить и проверить защитные средства.

9. Проверить исправность электроинструмента, приспособлений, приборов и расположить их в удобном и безопасном для работы месте.

10. Проверить, достаточно ли освещено рабочее место.

Функции реле перегрузки

Реле перегрузки:

• При пуске электродвигателя позволяют выдерживать временные перегрузки без разрыва цепи.

• Размыкают цепь электродвигателя, если ток превышает предельно допустимое значение и возникает угроза повреждения электродвигателя.

• Устанавливаются в исходное положение автоматически или вручную после устранения перегрузки.

IEC и NEMA стандартизуют классы срабатывания реле перегрузки.

Обозначение класса срабатывания

Как правило, реле перегрузки реагируют на условия перегрузки в соответствии с характеристикой срабатывания. Для любого стандарта (NEMA или IEC) деление изделий на классы определяет, какой период времени требуется реле на размыкание при перегрузке. Наиболее часто встречающиеся классы: 10, 20 и 30. Цифровое обозначение отражает время, необходимое реле для срабатывания. Реле перегрузки класса 10 срабатывает в течение 10 секунд и менее при 600% тока полной нагрузки, реле класса 20 срабатывает в течение 20 секунд и менее, а реле класса 30 — в течение 30 секунд и менее.

Угол наклона характеристики срабатывания зависит от класса защиты электродвигателя. Электродвигатели IEC обычно адаптированы к определённому варианту использования. Это означает, что реле перегрузки может справляться с избыточным током, величина которого очень близка к максимальной производительности реле. Класс 10 — самый распространённый класс для электродвигателей IEC. Электродвигатели NEMA имеют внутренний конденсатор большей ёмкости, поэтому класс 20 для них применяется чаще.

Реле класса 10 обычно используется для электродвигателей насосов, так как время разгона электродвигателей составляет около 0,1-1 секунды. Для многих высокоинерционных промышленных нагрузок необходимо для срабатывания реле класса 20.

Сочетание плавких предохранителей с реле перегрузки

Плавкие предохранители служат для того, чтобы защитить установку от повреждений, которые могут быть вызваны коротким замыканием. В связи с этим плавкие предохранители должны иметь достаточную ёмкость. Более низкие токи изолируются с помощью реле перегрузки. Здесь номинальный ток плавкого предохранителя соответствует не рабочему диапазону электродвигателя, а току, который может повредить наиболее слабые составляющие установки. Как было упомянуто ранее, плавкий предохранитель обеспечивает защиту от короткого замыкания, но не защиту от перегрузок при низком токе.

На рисунке представлены наиболее важные параметры, формирующие основу согласованной работы плавких предохранителей в сочетании с реле перегрузки.

Очень важно, чтобы плавкий предохранитель сработал прежде, чем другие детали установки получат тепловое повреждение в результате короткого замыкания

Управление двигателем

На практике применяют различные способы регулирования работы двигателя. Это может быть электронная схема, где регулирующим элементом выступает симистор, который на мотор «пропускает» заданное напряжение. Работает он как мгновенно срабатывающий ключ, открываясь, когда на его затвор поступает управляющий импульс.

В основе принципа действия, реализованного в схемах с симистором, лежит двухполупериодное фазовое регулирование, где к импульсам, которые поступают на электрод, привязано напряжение, подаваемое на двигатель. При этом, частота, с которой вращается якорь, прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на обмотки.

Упрощенно этот принцип можно описать такими пунктами:

  • на затвор симистора подается сигнал от электронной схемы;
  • затвор открывается, ток течет по обмоткам статора, вызывая вращение якоря мотора М;
  • мгновенные величины частоты вращения преобразуются тахогенератором в электрические сигналы, формируя с импульсами управления обратную связь;
  • как следствие, вращение ротора при любых нагрузках, остается равномерным;
  • с помощью реле R и R1 осуществляется реверс мотора.

Другая схема – тиристорана фазоимпульсная.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрик в доме
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector