Защита электродвигателя – принцип действия и схемы подключения

УЗД 24 ноября 2021

Защита трехфазного асинхронного электродвигателя – принцип действия и схемы подключения

Согласно определению, аварийным режимом работы называют любой режим работы, увеличивающий температуру нагрева электродвигателя выше допустимой. За простым определением скрывается довольно много, поэтому важно выбрать такое устройство, которое обеспечивает комплексную защиту электродвигателя, предохраняя его от выхода из строя.

Опасность перегрева обмотки электродвигателя

Большинство случаев аварийных отказов электродвигателя вызваны повреждением обмотки из-за её перегрева: разрушение изоляции вызывает последующее межвитковое замыкание, и двигатель выходит из строя.

При этом нагрев обмотки электродвигателя из-за перегрузки технологического характера допускается и является одним из режимов. Например, на валу работающего двигателя, периодически возникают кратковременные моменты сопротивления, которые создают т.н. броски тока, вызывающие нагрев обмотки.

Кратковременные перегрузки, которые не вызывают перегрева обмотки, в силу её значительной тепловой инерции – это нормальное явление. Выделившее тепло поглощается самой обмоткой, материалом статора и ротора, корпусом и другими деталями.

Устройство защиты должно «понимать» такой режим работы и не реагировать на него. Так же, защита не должна реагировать на высокие пусковые и тормозные токи двигателя, которые могут превышать номинальный ток в 5-10 раз.

Рис. 1- Пример сгорания обмотки электродвигателя (наиболее частая поломка)

Аварийные режимы работы электродвигателя

Электродвигатель подбирается с запасом по мощности и большую часть времени работает в режиме недозагрузки, с током, значительно ниже номинального значения, что учитывается при проектировании схемы защиты.

Опасным аварийным режимом является перегрузка с длительным режимом работы под нагрузкой. Такая ситуация может быть вызвана заклиниванием (например, подшипникового узла – особенно в скоростных машинах), разрушениями, вызванными усталостью материалов и механизмов. К повреждению электродвигателя ведёт его длительная эксплуатация без профилактического обслуживания и ремонта, плохое хранение, засорение вентиляционных каналов, выработка коллектора и контактных колец.

Нередко длительная повышенная нагрузка возникает при нарушении технологии, что немедленно отражается на мощности и вызывает опасный перегрев обмоток.

В общем случае, все аварийные режимы можно разделить на короткие замыкания и тепловые перегрузки, возникающие из-за прохождения по обмоткам повышенных токов.

В среднем, перегрев обмотки электродвигателя сверх нормы на 8-100С, сокращает срок службы изоляции в два раза.

Рис. 2- Узд-1 Производства компании Приборэнерго

Виды защит электродвигателя и принцип их действия

Современные устройства защиты электродвигателя позволяют предупредить возникновение опасной ситуации заранее. Асинхронному двигателю нужна защита, если в питающей сети наблюдаются резкие скачки, перекосы и провалы фаз, а работа двигателя сопряжена с перегрузками. Автомат защиты электродвигателя нужен при отсутствии нагрузки на валу двигателя, вероятности слипания фаз из-за нарушения изоляции, перегрузок, связанных с коротким замыканием.

Различают следующие виды способы защиты трехфазных электродвигателей:

1. Защита электродвигателей от короткого замыкания.

Реализуется с помощью плавких предохранителей, электромагнитных реле, автоматических выключателей с электромагнитным расцепителем. Действие защиты связано с увеличением силы тока при возникновении КЗ на участке цепи (максимальная токовая защита электродвигателя). Включается мгновенно, за минимально короткое время.

2. Защита от перегрузки по току

Защита от перегрузки по току срабатывает при небольших по величине, но продолжительных тепловых перегрузках электродвигателя. Такой тип защиты реализуется с помощью температурных, тепловых, электромагнитные реле и автоматических выключателей, которые при возникновении перегрузки отключают двигатель с выдержкой по времени. Часто время выдержки зависит от величины перегрузки.

3. Защита от понижения/повышения или исчезновения напряжения.

Защита от понижения или исчезновения напряжения, в т.ч. на одной фазе. При работе асинхронного двигателя под нагрузкой, понижение напряжения ведёт к его нагреванию. Если в двигатель встроен температурный сенсор, то включается тепловая защита. Если такого сенсора в двигателе нет, то двигатель защищается от пуска при обрыве фазы со стороны низкого и высокого напряжения с помощью реле.

4. Защита от тепловых перегрузок.

Защита от тепловых перегрузок представляет собой биметаллическую пластину, которая нагревается от обмоток и, деформируясь, формирует сигнал на отключение двигателя. При срабатывании тепловой защиты обеспечивается выдержка по времени для охлаждения двигателя.

Важнейшим требованием к аппаратуре защиты электродвигателей является их чёткое срабатывание при аварийных и аварийно-опасных режимах работы, с учётом недопустимости ложных срабатываний.

Устройства защиты трехфазного электродвигателя УЗД производства «НТК ПРИБОРЭНЕРГО»

«НТК ПРИБОРЭНЕРГО» предлагает устройства защиты электродвигателя собственного производства. Наше оборудование производится с контролем качества на всех этапах производства и отличается долгим сроком службы.

Устройства УЗД-1, УЗД-2 и УЗД-3 осуществляют защиту асинхронного электродвигателя путём управления коммутационным оборудованием. Номинальный ток защищаемого электродвигателя до 10А (УЗД-1), от 10 до 100А (УЗД-2) и свыше 100А (УЗД-3).

Таб. 1,2-Установка величины максимального тока

Кроме стандартных, универсальный блок защиты электродвигателя имеет дополнительные функции:

контроль по току (токовая защиты)? в функции нагрузки на валу, с отключением двигателя для механизмов в стопорном режиме
защитное отключение по заданным технологическим параметрам.
тепловая защита двигателя (при наличии сенсоров)

УЗД производства «НТК ПРИБОРЭНЕРГО» оснащены информационными выходами для связи с контроллером или ПК для электронной защиты электродвигателя.

Рис. 3-Схема подключения Узд

Примеры расчета и задания установок длительно–допустимого тока двигателя

Пример Д1 Требуется применить устройство защиты УЗД для защиты двигателя с номинальным током 53 А. Для защиты двигателя выбираем устройство защиты типа УЗД-2 на номинальный ток до 100 А, шкала уставок которого согласно имеет следующий ряд значений, соответствующий установленным перемычкам (1-6):

Таб. 3-Решение расчета примера д1

Пример Д2

Требуется применить устройство защиты УЗД для защиты двигателя с номинальным током 650 А. Внешние трансформаторы тока имеют коэффициент трансформации Ктт = 750 /5. Для защиты двигателя выбираем устройство защиты типа УЗД-3 на номинальный ток свыше 100 А, шкала уставок которого имеет следующий ряд значений, соответствующий установленным перемычкам (1/7):

Таб. 4-Решение расчета примера д2

Определяем, какие перемычки устройства защиты должны быть включены для задания величины тока время-токовой защиты двигателя, близкой, но не превышающей номинальный ток двигателя. Для этого из величины номинального тока двигателя последовательно вычитаем, начиная с больших, значения уставок тока, соответствующие установленным перемычкам (1/7) до получения остатка, меньшего значения минимальной уставки 0,1Ктт=15: 650 – 3,2 Ктт – 0,8 Ктт – 0,2 Ктт –0,1 Ктт = 5. Таким образом, путем установки комбинации перемычек 1 (0,1 Ктт А), 2 (0,2 Ктт А), 4 (0,8 Ктт А) и 6 (3,2 Ктт А) будет задана величина длительно допустимого тока устройства защиты 645 А. Заданная величина уставки время-токовой защиты устройства (645 А) составляет 99 % номинального тока двигателя.

Пример Д3

Требуется применить устройство защиты УЗД для защиты двигателя с номинальным током 45 А и током отключения 305 А в режиме стопорения .механизма. Для защиты двигателя выбираем устройство типа УЗД-2-ХХ1Х на номинальный ток до 100 А, шкала уставок длительно допустимого тока двигателя которого имеет следующий ряд значений, соответствующий установленным перемычкам (1-7):

Таб. 4-Решение расчета примера д3

Определяем, какие перемычки устройства должны быть включены для задания величины тока время-токовой защиты двигателя, близкой, но не превышающей номинальный ток двигателя. Для этого из величины номинального тока двигателя последовательно вычитаем, начиная с больших, значения уставок тока, соответствующие установленным перемычкам (1/7) до получения остатка, меньшего значения минимальной уставки 1 А: 45 - 32 - 8 - 4 – 1 = 0. Таким образом, путем установки комбинации перемычек 1 (1А), 3 (4А), 4 (8А) и 6 (32А) будет задана величина длительно допустимого тока устройства защиты 45 А. Данная величина уставки время-токовой защиты устройства составляет 100 % номинального тока двигателя. Шкала для выбора уставок для контроля по току нагрузки механизма для УЗД-2-ХХ1Х имеет следующий ряд значения, соответствующих установленным перемычкам (1-7):

Таб. 5-Решение расчета примера д4

Определяем, какие перемычки устройства защиты должны быть включены для задания величины тока защиты от перегрузки механизма при стопорении, близкой, но не превышающей заданное значение. Для этого из заданной величины тока последовательно вычитаем, начиная с больших, значения уставок тока, соответствующие установленным перемычкам (1/7) до получения остатка, меньшего значения минимальной уставки 4А: 305 - 256 - 32 – 16 = 1. Таким образом, путем установки комбинации перемычек 3 (16А), 4 (32А), и 7 (256А) будет задана величина тока устройства 304А. Заданная величина уставки время-токовой защиты устройства (304А) составляет около 100% требуемого значения.

Заключение

Аппараты защиты электрооборудования – это важнейшая группа устройств, обеспечивающая сохранность электродвигателей и выявление поврежденных элементов электроэнергетической системы.

Оборудование «НТК ПРИБОРЭНЕРГО» в полной обеспечивает защиту асинхронных двигателей и позволяет расширить возможности его использования с помощью накапливания данных. Анализ данных по аварийности электрооборудования и срабатывании защиты позволяет выявить проблемные места, которые выражаются в нарушении нормальной работы электродвигателей или технологического оборудования.

Такой подход к эксплуатации электрооборудования обеспечивает предсказуемость производства, позволяет увеличить время работы двигателей и сокращает количество простоев.

Устройства защиты электродвигателя (узд) компании Приборэнерго.

Читайте новости, статьи и анонсы в Дзен.

Связанные товары