Применение реле для защиты электроустановок

При нарушениях нормального режима работы электроустановки для исключения выхода из строя электрооборудования и повышения надежности работы схемы в них используется электрическая защита, выполняемая с применением защитных реле.

К реле защиты предъявляются требования селективности, быстродействия, чувствительности и надёжности.

Селективность – это способность реле отключать только поврежденный участок.

Быстродействие позволяет резко снизить последствия аварии, сохранить устойчивость системы при аварийных режимах, обеспечить высокое качество электроэнергии.

Минимальное значение входного параметра, при котором срабатывает реле, называется чувствительностью.

Применяются следующие виды защит: максимально- и минимально-токовые, тепловая, температурная, от исчезновения напряжения, нулевая и ряд других защит.

Максимально-токовая защита обеспечивает защиту двигателей, преобразователей и элементов схем управления от коротких замыканий. Она осуществляется плавкими предохранителями, максимально-токовыми реле и автоматическими выключателями. При аварийных режимах максимально-токовая защита отключает потребитель от сети.

Выбор плавкой вставки при защите электродвигателей производится по току вставки , принимаемому по отношению к пусковому току двигателя . Для двигателей с короткозамкнутым ротором ток плавкой вставки определяется: при нормальном пуске с временем пуска менее 5 с ; при тяжелом пуске с временем более 5 с . Для двигателей с фазным ротором и двигателей постоянного тока, у которых пусковой ток не превышает, как правило, плавкая вставка выбирается из условия .

При защите электродвигателей максимально-токовыми реле их обмотки включаются в питающую сеть, а контакты – в цепь питания контактора или магнитного пускателя. Схемы включения максимально-токовых реле приведены на рис. 16.1

Рис. 16.1. Схемы включения максимально-токовых реле

Токи уставок реле и максимально-токовых расцепителей автоматических выключателей принимаются: для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором , для АД с фазным ротором и двигателей постоянного тока , для схем управления .

Если несколько двигателей с фазным ротором питаются через общий ввод (рис. 16.1,б), то уставка реле КА1 и КА2 должна быть . Уставка реле КА0 составляет:

,

где - номинальный ток двигателя наибольшей мощности (режим ПВ=25%);

- сумма номинальных токов всех двигателей, защищаемых КА0.

Если двигатели включаются на длительный режим, то принимается . Коммутационная способность КА должна соответствовать номинальным значениям тока и напряжения катушек контакторов КМ, КМ1, КМ2, в цепи которых включены контакты реле. Ток отключения реле - тока катушки контактора.

Если токи цепи двигателей достаточно велики, то реле защиты включаются в силовую цепь с помощью трансформатора тока ТА (рис. 16.1, в).

Для того чтобы защитить двигатель при затянувшемся пуске или кратковременной пиковой перегрузке, КА воздействует на контактор через реле времени КТ (рис. 16.2), которое запускается с помощью реле КА4.

При нормальном пуске или кратковременной перегрузке, безопасной для двигателя, время пуска или перегрузки меньше времени выдержки реле времени , и контактор КМ в цепи двигателя М не отключается. После нормального пуска реле КА4 отпадает и снимает напряжение с реле КТ. Если время пуска или перегрузки больше времени выдержки реле КТ , то контакты КТ размыкаются, контактор КМ отключается и двигатель М обесточивается. Такая же схема может использоваться в схемах реверса двигателя.

Ток возврата реле должен быть больше номинального тока двигателя на 30%. Номинальные токи реле и двигателя должны удовлетворять условию .

Ток уставки реле КА4 выбирается по условию .

Рис. 16.2. Схема максимальной токовой защиты с реле времени

Защита двигателей от снижения напряжения предотвращает самозапуск двигателей после восстановления напряжения питания.

При коротком замыкании в сети напряжение на двигателях уменьшается, а ток в статоре возрастает. Если К3 длится 0,03-0,05 с, тo, как правило, линейные контакторы и магнитные пускатели не успевают отключить двигатель от сети, а частота его вращения не меняется.

При перерыве подачи напряжения более 0,5 с происходит отключение двигателей у неответственных потребителей, причем после восстановления напряжения их повторное включение произойти не должно.

Для защиты от понижения напряжения применяются электрoмагнитные реле напряжения. При понижении напряжениясети такое реле размыкает свой контакт в цепи катушки контактора КМ, который отключает двигатель от сети, и он останавливается. Для обеспечения самозапуска двигателя после исчезновения напряжения сети применяется схема, приведенная на рис. 16.3.

Запуск производится с помощью переключателя SA, который имеет два контакта: контакт 1 замыкается при переводе рукоятки в положение «Пуск» и остается замкнутым при её возврате в положение 0.

При повороте рукоятки в положение «Стоп» контакт 1 размыкается и остается разомкнутым при её переводе в положение 0. В положении «Пуск» рукоятки контакт 2 переключателя замыкается и подается напряжение на реле напряжения KV. Контактами КV подается питание на катушку контактора КМ, который включается и запускает двигатель. После включения контактора КМ замыкается его вспомогательный контакт КМ, который подает напряжение на реле KV после установки переключателя SA в нулевое положение и размыкания контакта 2. При исчезновении напряжения в сети цепь катушки контактора КМ в течение времени с остается замкнутой, т.к. реле КV удерживает свой контакт в замкнутом состоянии в течение выдержки времени 0,5 с. Если в течение 0,5 с напряжение в сети восстанавливается, то контактор КМ включается и происходит самозапуск двигателя. Если длительность перерыва более 0,5 с, то реле КV отключается и размыкает своим контактом цепь катушки контактора КМ. Самозапуск двигaтеля при восстановлении напряжения не происходит.

Рис. 16.3. Схема защиты двигателя при исчезновении напряжения сети

Для ответственных двигателей время самозапуска может быть установлено до 10 с.

При выборе реле следует проверить коммутационную способность контактов реле по току и напряжению катушки управляемого контактора.

Тепловая защита обеспечивает защиту двигателей от перегрузки. Она осуществляется электротепловыми, максимально-токовыми реле и автоматами с тепловыми расцепителями.

Сложность конструкции тепловых реле, недостаточно высокая надежность систем зaщиты на их основе привели к созданию теплoвой защиты, реагирующей непосредственно на температуру защищаемoгo объекта (температурная защита). При этом датчики температуры устанавливаются на обмoтке двигателя. В качестве датчиков температуры пoлучили применение термисторы и позисторы. Термистор – это резистор с большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). При увеличении температуры сопротивление термистора уменьшается, что используется для схемы отключения двигателя. Для увеличения крутизны зависимости сопротивления от температуры термисторы, наклеенные на три фазы обмоток двигателя, включаются параллельно (рис. 16.4).

Рис. 16.4. Зависимость сопротивления позисторов и термисторов

от температуры:

а – последовательное соединение позисторов;

б – параллельное соединение термисторов

Позистор является нелинейным резистором с положительным ТКС. При достижении определенной температуры сопротивление позистора скачкообразно увеличивается на несколько порядков.

Для усиления этого эффекта позисторы разных фаз двигателя соединяются последовательно. Характеристика позисторов показана на рис. 16.4, а.

Защита с помощью позистоpoв является более совершенной. В зависимости от класса изоляции обмоток двигателя берутся позисторы на температуру срабатывания 105, 115, 130, 145 и 160 . Эта температура называется классификационной.

На рис. 16.5 представлена схема позисторной защиты электродвигателя.

К контактам 1, 2 схемы (рис. 16.5, а) подключаются позисторы, установленные на всех трёх фазах двигателя (рис. 16.5, б). Транзисторы VТ1, VT2 включены по схеме триггера Шмидта и работают в ключевом режиме. В цепь коллектора транзистора VT3 оконечного каскада включено выходное реле К, которое воздействует на обмотку пускателя.

При нормальной температуре обмотки двигателя и связанных с ним позисторов сопротивление последних мало.

б

а

Рис. 16.5. Аппарат позисторной защиты с ручным возвратом:

а – принципиальная схема; б – схема подключения к двигателю

Сопротивление между точками 1-2 схемы также мало, транзистор VT1 зaкрыт (на базе малый отрицательный потенциал), транзистор VТ2 открыт (на базе большой отрицательный потенциал). Отрицательный потенциал на коллекторе транзистора VT3 мал, и он закрыт. При этом ток в обмотке реле К недостаточен для его срабатывания. При нагреве обмотки двигателя сопротивление позисторов увеличивается, и при определенном значении этого сопротивления отрицательный потенциал точки 3 достигает напряжения срабатывания триггера. Релейный режим триггера обеспечивается эммитерной обратной связью (сопротивление в цепи эммитера VТ1) и коллекторной обратной связью между коллектором VT2 и базой VT1. При срабатывании триггера VТ2 закрывается, а VT3 открывается. Срабатывает реле К, замыкая цепи сигнализации и размыкая цепь электромагнита пускателя, после чего обмотка статора отключается от напряжения сети.

После охлаждения двигателя его пуск возможен после нажатия кнопки «Возврат», при котором триггер возвращается в начальное положение.

В современных электродвигателях позисторы защиты устанавливаются на лобовой части обмоток двигателя. В двигателях прежних разработок позисторы можно приклеивать к лобовой части обмоток.

Лекция № 17