Опрацювання результатів дослідів

1. Визначити коефіцієнт повернення реле максимального струму при дослідах по п. 3, 4, 5, 6.

.

2. Збудувати у одній координатній системі залежності I_спр(I_у), I_пов(I_у), К_пов(I_у) для послідовного, а в другій – аналогічні залежності для паралельного з’єднання обмоток реле.

3. Порівняти результати вимірів струму спрацювання I_сп і часу t_спр із значенням уставок реле струму I_у і реле часу t_у.

4. Скласти висновки за результатами роботи.

Запитання для самоперевірки

1. Для чого використовують максимальний струмовий захист?

2. Як працює максимальний струмовий захист?

3. Як побудовані реле максимального струму, реле часу і проміжне реле?

4. У чому полягає подібність і відмінність між релейним захистом і плавкими запобіжниками?

5. Для чого використовують трансформатори струму в установці максимально струмового захисту?

6. Як регулюють максимальний струмовий захист?

7. Як регулюють струм уставки струмового реле?

8. Як знайти струми повернення і спрацювання реле максимального струму?

9. Як впливає коефіцієнт повернення на чутливість захисту?

10. Для чого електромагнітне реле струму має дві секції обмоток?

РОБОТА 10

Пристрої захисту двигунів

Мета роботи

1. Ознайомитися з основними причинами виходу з ладу двигунів.

2. Вивчити способи і засоби захисту двигунів.

3. Досліджувати роботу універсального захисту двигуна.

Основні теоретичні положення

Захист двигунів від ненормального режиму експлуатації запобігає виходу їх з ладу шляхом автоматичного вимикання живильної мережі при збільшенні струмів обмоток статора вище номінальних або при порушенні ізоляції, внаслідок перегріву обмоток, пробою і механічних ушкоджень.

Розрізняють пристрої автоматичного захисту двигуна, що реагують на зростання струму двигуна, температури нагрівання його обмоток, зміну параметрів живильної мережі та універсальні.

До пристроїв захисту, що реагують на зростання струму двигуна, відносять апарати захисту з електромагнітним і тепловим принципом дії. Розрізняють реле максимального струму, автоматичні вимикачі з електромагнітними розчіплювачами. Теплові реле, автоматичні вимикачі з тепловими розчіплювачами і пристрої вбудованого температурного захисту з використанням температурних перетворювачів – терморезисторів і позисторів – відносять до пристроїв температурного захисту двигуна.

Реле обриву фаз, реле контролю асиметрії напруги живлення, магнітний пускач застосовують для захисту від змін параметрів живильної мережі.

В універсальних пристроях застосовують вищевикладені принципи захисту, а також фазочутливі пристрої захисту, пристрої захисного вимикання, автоматичні вимикачі із захистом від струмів витоку та ін.

Плавкі запобіжники – апарати однократної автоматичної дії для миттєвого захисту електроустаткування і мереж від струмів короткого замикання і значних тривалих перевантажень, що вмикаються послідовно із захищаючими елементами. У плавких запобіжниках використовують калібровані дроти або пластини, які розраховані на визначений номінальний струм плавкої вставки, при якому вона не плавиться тривалий час. Плавкі запобіжники характеризують номінальним струмом запобіжника I_з, обумовленим конструкцією і перетином його струмоведучих частин і номінальною напругою. Час виходу плавкої вставки з ладу залежить від струму захищаємого кола I. З цієї причини плавкі запобіжники застосовують для захисту установок від струмів короткого замикання, що у десятки і більш раз перевищують номінальний струм кола I.

Струм плавкої уставки I_у запобіжника для захисту трифазних асинхронних двигунів вибирають у залежності від його пускових умов, пускового струму I_пуск і тривалості пуску. При тривалості пуску більш за 1 с струм плавкої уставки визначається так

,

де 1,6 – число відповідне тяжким умовам пуску або пуску повторно-короткочасному режиму (пуск відбувається з великою частотою).

Рис. 10.1. Захист двигуна тепловим реле.

Т еплові реле – апарати багаторазової автоматичної дії, що забезпечують захист ­двигунів від неприпустимого перегріву, викликаного тривалим перевантаженням. Теплові реле виготовляють одне-, дво- і триполюсними на номінальні струми від 1 до 1000 А, нагрівальні елементи FP1 яких вмикаються в захищаємі кола безпосередньо (рис. 10.1) або через трансформатори струму. Збільшення струму двигуна викликає нагрівання нагрівального елемента і біметалічної пластини, що приводить до розмикання контакту FP1:1 теплового реле і вимиканню двигуна від мережі контактами КМ1:1 магнітного пускача КМ1. При великій різниці температури середовища, що оточує двигун і теплове реле, а також при заклинюванні робочих органів машини, обриві фази, при холодному тепловому реле миттєвий захист, унаслідок інерційності нагрівання біметалічної пластини реле, не забезпечується. Ефективність захисту істотно залежить від правильного регулювання теплового реле, основною умовою якої є відповідність номінального струму нагрівального елемента реле номінальному струму двигуна.

Рис. 10.2. Пристрій вбудованого теплового захисту.

П ристрої вбудованого теплового захисту ПВТЗ вимикають магнітний пускач двигуна при температурі обмоток статора, яка перевищує припустиму для даного типу ізоляції за рахунок порушень умов експлуатації. Вони складаються з електронного блоку і перетворювачів температури RK, установлюваних на ло­бо­вих частинах кожної статорної обмотки двигуна (рис. 10.2). При перевищенні температури обмотки вище гранично-при­пус­ти­мої опір термоперетворювача змінюється, що фіксується електронним блоком. При цьому контакти реле KV1:1 розмикаються і вимикають котушку магнітного пускача КМ1 від напруги живлення. Захист спрацьовує на перегрів обмоток двигуна, а не на причину його аварійного стану.

П ри короткочасних перепадах напруг і струмів цей захист неефективний через інерційність процесу нагрі­вання.

Рис. 10.3. Захист двигуна реле максимального струму.

Використання електро­­­магнітних реле максимального стру­му, що реагують на миттєве перевищення струму обмотки вище струму уставки, не забезпечує захист двигунів при тривалих перевантаженнях стру­мами, меншими за струм уставки. Реле максимального струму КА1 вмикають послідовно з обмотками двигуна безпосередньо (рис. 10.3) чи через трансформатор струму.

Автоматичні вимикачі з електромагнітними, тепловими чи комбінованими розчіплювачами застосовують для захисту двигунів від струмів короткого замикання, перегріву, їх вмикання і вимикання. Вони мають властивості, аналогічні електромагнітним і тепловим реле. Автоматичні вимикачі з комбінованими розчіплю­вачами містять розчіплювачі обох видів.

Ф азочутливі пристрої захисту ФПЗ реагують на зсув фаз між лінійними струмами двигуна, що виникає в аварійному режимі. Зсув фаз між струмами в трифазній системі в номінальному режимі складає 120.

При обриві одного з проводів, зсув фаз між лінійними струмами складе 180, що викликає спрацьовування перетворювача зсуву фаз трифазної системи, виконаного на діодах VD1…VD4 (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Фазочутливий пристрій захисту двигуна.

Перетворювач зсуву фаз і котушка реле напруги КV1 підключені на напруги U₁ і U₂ вторинних обмоток трансформаторів ТV1 і ТV2, а їх первинні обмотки ввімкнені послідовно у коло живлення двигуна. При аварійному режимі, заклинюванні чи обриві живильного проводу струми обмоток двигуна і напруги U₁, U₂ зростають. Реле КV1 спрацьовує, і його контакти вимикають обмотку магнітного пускача від напруги живлення.

Пристрій контролю параметрів напруги живлення забезпечує захист електродвигуна від обриву фази або зниження напруги кожної з фаз. Він складається з резистивного перетворювача нульової послідовності R1, R2, R3, R4 та граничного елементу – компаратора DA1, вихід якого підключений до реле напруги KV1 (рис.10.5).

При порушенні режиму живлення двигуна реле спрацьовує, і його контакти KV1:1 вимикають обмотку магнітного пускача КМ1 від мережі постійної напруги (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Пристрій контролю параметрів напруги.

Пристрій захисного вимикання ПЗВ призначений для миттєвого вимикання двигуна від мережі при виникненні умов поразки людини електричним струмом. Він реагує на пробій, зниження опору ізоляції кабелю чи обмоток двигуна, однофазне коротке замикання, не повнофазний режим роботи, несиметрію напруги, а так само на дотик людини до струмоведучих частин.

Рис. 10.6. Пристрій захисного вимикання.

У ПЗВ застосовують трансформатор нульової послідовності TA0. Первинною обмоткою трансформатора TA0 є лінійні проводи, якими двигун підключають до трифазного кола (рис. 10.6). При нормальному режимі роботи двигуна виконується симетрія лінійних струмів I_A + I_B + I_C = 0 і відповідно магнітних потоків трансформатора TA0, у наслідок чого напруга його вторинної обмотки дорівнює 0. При аварійному режимі роботи двигуна виникає струм витоку I_вит по колу: обмотка двигуна М – корпус – нульовий провід "Земля" – нейтраль силового трансформатора TV1 (рис. 10.6). Це призводить до порушення симетрії лінійних струмів і відповідно балансу магнітних потоків у магнітопроводі трансформатора TA0. У вторинній обмотці трансформатора створюється напруга, що після підсилювача 1 викликає спрацьовування магнітного пускача, який своїми контактами KM1:1 вимикає двигун від трифазного кола.

Універсальні пристрої використовують принципи функціонування пристроїв ПВТЗ, ПЗВ та ін., які забезпечують одночасний контроль параметрів напруги живлення, струму обмоток і аварійне вимикання захищаємого двигуна.

Доцільність застосування розглянутих пристроїв захисту для різних аварійних режимів двигуна випливає з табл. 1 додатка 3.