Защита обмоток электродвигателя от перегрева осуществляется

Подписка на рассылку

В процессе эксплуатации электродвигателя могут возникнуть неполадки, причиной которых являются тепловые перегрузки. Они появляются в результате пропадания одной из фаз, питающих двигатель. При этом ток в два раза превышает номинальный, что и приводит к перегреву обмотки статора. Еще одной причиной могут стать проблемы, в результате которых вал вращается с затруднением. Это происходит, когда электродвигатель работает под большой нагрузкой или выходят из строя подшипники. В результате перегрева разрушается изоляция обмотки статора, следствием чего становится короткое замыкание и выход оборудования из строя. Чтобы этого не произошло, используется тепловая защита двигателя, позволяющая своевременно обеспечить технику при появлении больших токов. Когда необходима тепловая защита электродвигателя. Сегодня тепловая защита электродвигателя устанавливается на всем промышленном оборудовании, на бытовой технике и электроинструментах. Она отлично зарекомендовала себя в следующих случаях:

при неправильных процессах во время пуска или торможения двигателя;
во время длительных перегрузок;
при повышенной частоте включения;
при значительных колебаниях напряжения электросети;
во время обрыва фаз;
при включении оборудования с заклиненным ротором;
при заклинивании приводных механизмов оборудования.

Для надежной защиты используют тепловое реле для электродвигателя, автоматические выключатели, предохранители с магнитными пускателями, плавкие вставки. Максимальную эффективность дает комплексное использование этих элементов. Принцип действия теплового реле электродвигателя. Встроенная тепловая защита электродвигателя базируется на применении реле с биметаллической пластиной. Она состоит из двух частей, созданных из металлов с различным коэффициентом линейного расширения. Ток оказывает на пластину тепловое воздействие и в результате неравномерного расширения составных частей она изгибается. При определенной температуре, на которую настроено реле, изогнутая пластина достигает положение, при котором воздействует на защелку расцепителя. Это действие, усиленное пружиной, позволяет максимально быстро разъединить цепь. В обратное положение пластину можно вернуть нажатием предназначенной для этого кнопки. Конструкция и выбор теплового релеКонструкция тепловой защиты зависит от ее назначения, рабочего тока и способа установки реле. Производители выпускают сегодня тепловые реле как в составе автоматических выключателей и пускателей, так и в виде отдельных электроустановочных изделий. Есть возможность выбрать реле с ручным возвратом или с автоматическим самовозвратом в исходное положение.Выбор теплового реле для электродвигателя зависит от потребляемого тока. Регулируется величина срабатывания в небольшом диапазоне, поэтому подбирать реле нужно тщательно. Нагревается пластина при прохождении тока по специальной спирали, намотанной на пластину. При включении двигателя пусковой ток в несколько раз сильнее номинальной величины, но волноваться, что реле сработает не стоит. Нагревается пластина медленно и кратковременные мощные токи не успевают привести защиту в действие. Время срабатывания регулируется длиной токопроводящей спирали: чем оно больше, тем больше витков на пластине. В ряде случаев нагревательным элементом может выступить непосредственно биметаллическая пластина. Выбор реле производится либо по марке двигателя, на который она будет установлена, либо по специальным таблицам, учитывающим номинальный ток.

Для защиты и предотвращения нежелательных явлений, связанных с чрезмерным повышением температуры нагрева обмоток электродвигателей бытовых приборов при неисправной их эксплуатации или аварийных режимах работы, часто применяют специальные защитные устройства, которые по принципу действия можно разделить на: токовые, температурные и температурно-токовые.

Итак, по порядку:

Токовые защитные устройства реагируют на ток, протекающий в обмотке статора защищаемого электродвигателя (плавкие предохранители, токовые защитные реле). Основной частью предохранителя является плавкая вставка, которая представляет собой небольшой по длине проводник или пластину, изготовленную из серебра меди или цинка.

Плавкая вставка включается последовательно с защищаемой цепью. При увеличении тока, протекающего через защищаемую цепь, выше допустимого плавкая вставка перегорает и отключает прибор от сети. Для повторного включения прибора необходимо заменить плавкую вставку. При случайных кратковременных перегрузках для тепловой защиты электродвигателей плавкие предохранители применяются редко.

Наибольшее распространение получили токовые защитные реле. Принцип действия их основан на изменении физических свойств материалов при изменении температуры нагрева. Чувствительным элементов таких реле служит биметаллическая пластина, состоящая из двух сваренных по всей длине слоев разнородных металлов с разными коэффициентами линейного температурного расширения. Один конец биметаллической пластины закреплен неподвижно, а второй, на котором расположен подвижный контакт, свободно перемещается.

При обесточенной обмотке электродвигателя подвижный контакт биметаллической пластины соприкасается с неподвижным контактом, расположенным на корпусе реле. При протекании тока через обмотку электродвигателя и последовательно соединенное с ней тепловое реле биметаллическая пластина изгибается в сторону слоя металла с меньшим коэффициентом линейного температурного расширения и при определенном токе размыкает цепь питания электродвигателя.

По способу нагрева биметаллической пластины токовые реле подразделяются на реле с непосредственным, косвенным и комбинированным нагревом. В токовых защитных реле с непосредственным нагревом ток обмотки статора электродвигателя протекает непосредственно через биметаллическую пластину.

Вследствие удельного сопротивления материала биметалла такую конструкцию реле применяют для электродвигателей большой мощности, имеющий большой ток обмотки статора. При косвенном нагреве ток обмотки статора защищаемого электродвигателя протекает через специальный нагреватель, выполненный из пластины или проволоки с большим удельным сопротивлением. Нагреватель можно расположить вблизи биметаллической пластины или непосредственно намотать на нее. Биметаллическую пластину при этом не включают в цепь питания защищаемого электродвигателя.

При комбинированном нагреве ток защищаемого электродвигателя протекает через последовательно соединенные нагревательный элемент и биметаллическую пластину. Изгиб биметаллической пластины обусловлен совместным действием тепла, выделяемого в биметаллической пластине и в нагревателе. Токовые реле с косвенным и комбинированным нагревом применяют для защиты обмоток маломощных электродвигателей с непосредственным разрывом контактов реле силовой питающей сети.

Токовые реле располагают отдельно от электродвигателя. Связь между ним и электродвигателем осуществляется через ток обмотки статора, вследствие чего реле чувствительны лишь к составляющей потерь, которая обусловлена увеличением тока обмотки статора. Однако практике возможны случаи возрастания температуры нагрева обмоток статора без увеличения протекающего через них тока (нарушения условий вентиляции, увеличение механических потерь и др.). На такие возрастания температуры обмоток токовые реле не реагируют.

Токовые реле имеют неодинаковую чувствительность к изменениям перегрузок. Наибольшей чувствительностью они обладают в диапазоне больших перегрузок, связанных с резким возрастанием тока статора защищаемого электродвигателя. В диапазоне малых перегрузок чувствительность их снижается, что является основным недостатком токовой защиты.

Температурные защитные устройства реагируют на температуру нагрева обмоток электродвигателя и позволяют защищать двигатель от многих сложных типов перегрузок (увеличение механических потерь, длительные небольшие перегрузки и др.). Конструктивно температурные реле выполняются в виде биметаллических дисков, встраиваемых непосредственно в обмотку статора. Преимущество температурной защиты – высокая эффективность при малых длительных перегрузках.

Однако этот вид защиты плохо действует при больших толчковых перегрузках, так как тепловая инерция изоляции обмотки статора, через которую тепло передается от обмотки чувствительному элементу реле, приводит к запаздыванию срабатывания защиты. Вследствие этого температурная защита неэффективна при заторможенном роторе электродвигателя, что является ее существенным недостатком.

Температурно-токовые защитные устройства совмещают в себе положительные свойства температурных и токовых устройств и свободны от недостатков, свойственных каждому из них в отдельности. Температурно-токовые защитные устройства достаточно хорошо защищают электродвигателя как при возникновении небольших длительных перегрузках, так и при кратковременных.

Конструктивно температурно-токовую защиту выполняют обычно в виде биметаллических дисков с дополнительным нагревателем. Диск крепят к стали сердечника ротора или встраивают непосредственно в обмотку, а нагреватель включают последовательно с обмоткой статора. Биметаллический диск реагирует на температуру нагрева обмотки и обеспечивает защиту двигателя при длительных небольших перегрузках, а нагреватель реагирует на ток обмотки статора, обеспечивая защиту при кратковременных длительных больших перегрузках.

В зарубежных электробытовых приборах для защиты электродвигателей широко применяют температурную и температурно-токовую защиту, в отечественных наибольшее распространение получила токовая. Основные параметры защитных токовых реле: время срабатывания контактов и время возврата их в исходное положение при определенных значениях тока и окружающей температуры.

Зависимость времени срабатывания контактов реле от тока при определенной температуре называют защитной характеристикой реле. Совокупность таких характеристик для различных температур окружающей среды образует семейство защитных характеристик реле.

В стиральных машинах, например, применяют тепловые реле типа РТ. Это реле с одним нормально замкнутым контактом, служащее для защиты от перегрузок электроустановок и однофазных электрических двигателей переменного тока с питающим напряжением 220 В частотой 50 Гц.

Защита электродвигателя AZD-M

10. Защита электродвигателей (1 семестр)

Привод исполнительных механизмов различных технологических процессов, как правило, осуществляется от электродвигателей. Двигатель относится к основным компонентам электропривода, в наибольшей степени подвергающимся в процессе эксплуатации воздействию неблагоприятных факторов различного характера.

Причины вероятных отклонений от нормального режима работы электродвигателя можно разделить на три основные группы:

проблемы в исполнительных механизмах, вызывающие торможение и перегрузку приводного электродвигателя;
нарушение качества электроэнергии, питающей электродвигатель;
дефекты, возникающие внутри самого двигателя.

Для обеспечения надёжной эксплуатации, электродвигатель должен быть оборудован автоматическими защитами в необходимом объёме, реагирующими на опасные отклонения рабочих параметров и перегрузки по любой причине из перечисленных групп и действующими на отключение выключателя.

Минимальный объём автоматических устройств защиты электродвигателей определяется правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Электрические двигатели различаются по номинальной мощности, напряжению питания, роду потребляемого тока, а также конструктивными особенностями.

В соответствии с этими различиями, а также исходя из условий работы, для каждой модели электрической машины производится выбор автоматической защиты электродвигателя. Различные виды автоматических устройств действуют как на отключение выключателя, так и на включение предупредительной сигнализации.

По уровню номинального напряжения электрические машины переменного тока делятся на две основные группы – низковольтные, питающиеся напряжением до 1000 В и высоковольтные, рассчитанные на работу в сетях выше 1000 В. Наиболее массовое распространение имеют асинхронные машины с номинальным напряжением 0,4 кВ.

Защищаются они посредством автоматического выключателя, имеющего электромагнитный и тепловой расцепители от короткого замыкания и перегрузки.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАЩИТ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДО 1000 В

Из всех аварийных режимов наиболее опасным является междуфазное короткое замыкание. Данный вид повреждения требует немедленного отключения асинхронного двигателя выключателем от питающей сети.

В соответствии с действующими правилами, асинхронные двигатели до 1000 В должны защищаться от коротких замыканий плавкими предохранителями или электромагнитными и тепловыми расцепителями автоматических выключателей.

Как обычно, правила отстают от фактических реалий. На вновь вводимых объектах асинхронные электрические машины комплектуются выносными многофункциональными блоками автоматической релейной защиты электродвигателя на базе микроконтроллеров, воздействующими на отключение выключателя.

Основной сути это не меняет. Автоматические защитные устройства от междуфазных коротких замыканий реагируют на сверхтоки и не имеют выдержки времени отключения выключателя. Такие устройства по-прежнему называют токовыми отсечками, защитные реле срабатывают при КЗ в обмотке статора либо на выводах асинхронного двигателя.

Контроль протекающего электротока осуществляется посредством традиционных токовых преобразователей – трансформаторов тока (ТТ) или более современных датчиков электротока.

Зоной действия защищающего устройства является участок электросети, расположенный после ТТ или датчика. Обычно кроме самого асинхронного двигателя в защищаемой зоне находится и питающий кабель.

Параметры срабатывания токовой отсечки должны быть надёжно отстроены от пусковых токов. С другой стороны, автоматическое защитное устройство должно обладать достаточной чувствительностью при межвитковых замыканиях в любой части обмотки статора асинхронной машины.

Данный вид ненормального режима возникает при неисправностях или перегрузке исполнительного механизма. Перегрузка двигателя также может происходить по причине его недостаточной мощности. Режим перегрузки характеризуется повышенным уровнем токового потребления с относительно небольшой кратностью по сравнению с номинальным значением.

Токовая уставка автоматической защиты электродвигателя от перегрузки меньше значения пусковых токовых параметров, поэтому должна быть осуществлена отстройка от режима запуска путём искусственной задержки времени срабатывания и отключения автоматического выключателя.

Защищённость электромашины от перегрузки может быть реализована с применением следующих устройств:

теплового расцепителя автоматического выключателя защиты электродвигателя;
выносного защитного комплекта с токовым реле и реле времени, воздействующего на отключение выключателя при перегрузке;
блока комплексной защитной автоматики двигателя на микроконтроллере, при срабатывании воздействующего на расцепитель выключателя.

В случае применения автоматического выключателя требуется просто подобрать подходящий по номинальному току и характеристике автомат. Тепловой расцепитель выключателя защиты электродвигателя обеспечивает интегральную зависимость времени отключения выключателя от величины токовой перегрузки.

Защитный автоматический релейный комплект с выносными электромагнитными реле настраивается на фиксированные ток и время срабатывания защиты.

В этом варианте, в отличие от теплового расцепителя, токовые и временные параметры между собой не связаны. Выходные реле выносных комплектов релейной защиты должны воздействовать на независимый (не тепловой) расцепитель автоматического выключателя.

ЗАЩИТА ОТ НЕПОЛНОФАЗНОГО РЕЖИМА

Этот вид автоматического защитного устройства не предписан ПУЭ как обязательный, хотя является весьма желательным. При работе трёхфазного электродвигателя на двух фазах происходит постепенный перегрев обмоток, приводящий к разрушению изоляции обмоточного провода.

Возникнуть такой режим может, например, при потере контакта в одной из фаз выключателя.

Самое плохое в этой ситуации то, что потребляемый ток при этом может быть сравним с номинальной величиной, то есть токовые защиты электродвигателя, в том числе расцепители теплового типа, защищающие от перегрузки на этот режим могут не среагировать.

Некоторые модели электрических машин содержат встроенные (температурные) датчики обмотки. Такие модификации электрических машин можно оснастить специальным устройством защиты электродвигателя, осуществляющие контроль теплового состояния электромашины.

Тепловые защитные устройства способны помочь и в случае перегрева при работе на двух фазах.

ЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ ВЫШЕ 1000 ВОЛЬТ

Защищённость высоковольтных электрических машин обеспечивается только выносными релейными устройствами. Тепловой и электромагнитный расцепители являются прерогативой низковольтных устройств.

Принцип действия и расчёт уставок токовой отсечки и защиты от перегрузки такой же, как для низковольтных машин. Но кроме этого существуют специфические защитные устройства, не применяемые на низких напряжениях.

Защита от однофазных замыканий на землю.

Особенностью сетей высокого напряжения (6 – 10 кВ) является работа в режиме изолированной нейтрали. В таких сетях величина Iз замыкания на землю может составлять всего единицы ампер, что находится вне зоны чувствительности максимальных токовых защит от перегрузки.

Однофазные замыкания на землю характеризуются наличием токов нулевой последовательности, протекающих в одном направлении во всех трёх фазах.

Реле земляной защиты электродвигателя (это её название на жаргоне релейщиков) подключается к специальному трансформатору нулевой последовательности, представляющему собой тор (бублик), через который проходит кабель питания.

При этом через тор не должен проходить вывод экранирующей оболочки высоковольтного кабеля, в противном случае имеют место ложные срабатывания устройства с отключением выключателя.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов