Защита асинхронных электродвигателей напряжением до1000 В.

Учитывая массовость низковольтных электродвигателей, их относительно невысокую стоимость, к защите этих двигателей предъявляются требования простоты устройства и обслуживания, малой трудоемкости ремонта, надежности. Перечисленные требованиям удовлетворяют защиты выполненные предохранителями, автоматами и контакторами.

Защита от КЗ. Для ликвидации многофазных КЗ, а в сетях с глухозаземленной нейтралью и для отключения однофазных КЗ на землю, применяются токовые защиты. Наиболее простой является защита плавкими предохранителями. Токовая защита, выполненная автоматами с электромагнитными и тепловыми расцепителями, защищает электродвигатели не только от КЗ, но и от перегрузок. Электродвигатели, подключаемые к питающей сети через контакторы, могут иметь защиту от КЗ в виде токовой отсечки, посредством токовых реле косвенного действия (рис. 41). Токовые реле (КА1÷КА3), включаются в каждую фазу статора непосредственно или через трансформаторы тока. Для непосредственного включения можно применять первичные реле типов: РЭ-571Т, РЭВ-2111 (с самовозвратом), РЭВ-2112 (с ручным возвратом). По своей конструкции они напоминают электромагнитный контактор. В общем случаи отсечки выполняются без выдержки времени, ток срабатывания реле отстраивается от броска пусковых токов, то есть:

(53)

где К_зап=1,8, для РТ-40 и К_зап=2, для РТ-80, ИТ-80.

Чувствительность защиты от межфазных КЗ оценивается при двухфазном металлическом КЗ на выводах при минимальном режиме работы питающей сети. Коэффициент чувствительности должен быть не менее двух.

В случае включения токовых реле через трансформаторы тока, для электродвигателей мощностью до 2000 кВт наиболее часто применят дешевую однорелейную схему с реле, включенным на разность токов двух фаз. Для повышения чувствительности отсечку выполняют двухрелейной с включением двух реле на токи двух фаз по схеме неполной звезды, у которой чувствительность одинакова при всех видах многофазных КЗ. Если электродвигатели не имеют защиты от замыканий на землю, то для защиты от двойных замыканий на землю токовая отсечка выполняется трехрелейной с тремя трансформаторами тока по схеме полной звезды.

Защита от перегрузки. Данная защита выполняется токовой или температурной, то есть реагирующей соответственно на возрастание тока или температуры обмоток или других частей двигателя. Токовая защита имеет выдержку времени и может выполняться посредством автоматов с заземленным срабатыванием или посредством реле косвенного действия – тепловых или электромагнитных.

Защита от перегрузки выполненная посредством электромагнитных реле состоит из токового реле, включаемого непосредственно в фазу или через трансформаторы тока и реле времени (КА4 и КТ рис. 41). Ток срабатывания токового реле (в качестве которого могут использоваться такие же реле, что и для защиты от КЗ), выбирается аналогично МТЗ линии, где I_раб.max=I_дв.ном, и К_сз=1, то есть

(55)

Защита не действует в пусковом режиме, что обеспечивается применением выдержки времени превышающей время нормального пуска не менее чем на 3 с.

Защита от перегрузки с использованием тепловых реле. Тепловые реле обычно являются составной частью магнитного пускателя и устанавливаются в двух его фазах рис. 43. Установка в двух фазах необходима для предотвращения работы двигателя при обрыве одной из фазы. Однако в этом случаи защита будет отключать электродвигатель не мгновенно, в отличии от рассматриваемых далее специальных защит от обрыва фазы действующих мгновенно. Основным элементом теплового реле является биметаллическая пластина, которая нагревается непосредственным – пропусканием по ней тока защищаемого двигателя, косвенным – с помощью рядом расположенного нагревателя или комбинированным способами. Нагревшись, пластина изгибается и ее конец освобождает рычаг, который под действием пружины размыкает контакты теплового реле, включаемые в цепь удерживающей катушки контактора. Номинальный ток теплового реле I_р.ном. и номинальный ток его смешанного нагревателя I_{нагр.ном.} выбирают исходя из номинального тока двигателя I_дв.ном., т.е.

()

Для тепловых реле серий ТРП и ТРН, ток уставки может регулироваться от 0,75 до 1,25 I_{нагр.ном.}. При КЗ в двигателе нагреватель теплового реле может перегореть раньше, чем это реле отключит двигатель. Поэтому такую защиту устанавливают только при наличии быстродействующей защиты от КЗ (например, плавких предохранителей).

Температурная защита, использует датчики нагрева обмоток двигателей: температурные реле и терморезисторы, встраиваемые в лобовые части обмотки статора или в близи от нее (на подшипниковом щите или на железе статора). Основным элементом температурного реле серии Т, служит биметалическая мембрана, которая при нагревании до температуры срабатывания скачкообразно меняет направление своего изгиба и размыкает контакты включаемые в цепь удерживающей катушки контактора. Реле серии Т предназначены для защиты двигателей мощностью 0,6÷100 кВт, и выпускаются с температурами срабатывания от 75±10⁰ до 155±10⁰. Работа терморезистора основана на релейном эффекте: при определенной температуре его сопротивление скачкообразно уменьшается в сто и более раз. Терморезистор включается в цепь обмотки промежуточного реле.

Защита от обрыва фазы.Если для двигателя защищаемого предохранителями (или подключенного к сети с такой защитой), возникает необходимость в защите от обрыва фазы, то она может выполняться по одной из схем. Например одна из схем показана на рис. 43. В этой схеме при перегорании одного из предохранителей на обмотке соответствующего реле обрыва фаз 10Ф-30Ф, возникает напряжение, и реле размыкает цепь самоудерживания контактора К.

Защита от потери питания (минимальная защита напряжения). Данная защита может быть реализована контактором (автоматом), удерживающая катушка которого (для автомата обмотка расцепителя) подключена к силовой сети через ключ с самовозвратом или кнопочное управление. Когда напряжение сети снижается до (0,4÷0,5) U_ном., ток протекающий через удерживающую катушку становится недостаточным, и контактор размыкает свои силовые контакты. В случаи управления ключом с фиксированным положением рис. 44 для минимальной защиты напряжения, применяется реле напряжения KV, которое размыкает цепь удерживающей катушки при напряжении 0,25÷0,7U_ном. (в зависимости от уставки и типа реле). Чтобы минимальная защита напряжения не отключала двигатель при кратковременном снижении напряжения (например, при быстро ликвидируемых КЗ в питающей сети), вводится выдержки времени. Однако при оперативном отключении двигателя (дежурным персоналом) необходимо мгновенное отключение электродвигателя, перечисленным требованиям удовлетворяет схема рис. 4. В схеме рис. 4, применено двухпозиционное реле фиксации команды ФК, (типа РП-351), которое питается от независимого источника питания. Реле времени KT (типа ЭВ-235), начинает отсчет времени при снятии напряжения с его обмотки. При включении КУ, реле ФК запитывается и своими контактами замыкает цепь катушки контактора К, при этом блок контакт контактора подает питание на обмотку реле времени. При исчезновении напряжения в силовой сети, или его снижении до величины (0,4÷0,5)U_ном., контактор К размыкает контакты, и реле KT начнет отсчет времени. Если восстановление напряжения произойдет раньше замыкания контакта KT, то через контакты не переключившегося реле
ФК на обмотку контактора КM будет подано напряжение а двигатель включится, в противном случаи реле KT замкнет и переключит реле ФК в положение не допускающее повторный пуск двигателя при последующем восстановлении напряжения.