Защита двигателя
Защита двигателя сильно различается в зависимости от размера двигателя и уровня напряжения, поэтому в этой технической статье обсуждаются только более распространенные.
Защита двигателя в зависимости от размера и уровня напряжения (на фото 3-фазный асинхронный двигатель LeroySomer P280 S-8, 55 кВт)
Индекс
- Мгновенная защита от перегрузки по току
- Защита от перегрузки по току двигателя
- Термическая перегрузка
- Защита от замыканий на землю двигателя
- Защита двигателя
- Защита от перенапряжения двигателя
1. Мгновенная защита от перегрузки по току
Мгновенный перегрузка по току обычно является результатом условий сбоя (фаза, фаза и земля), при которых ток будет значительно превышать нормальные значения. Повреждения из-за перегрева обмоток и повреждения от пожара, связанные с большими токами повреждения, могут возникать без такого типа защиты.
Эти типы неисправностей могут быть быстро обнаружены с помощью схемы дифференциальной защиты с использованием Core Balance CT, как будет описано ниже и очищено до получения серьезных повреждений. В этих ситуациях быстродействующие электромагнитные реле будут использоваться для отключения затронутого двигателя.
Главная |
2. Защита от перегрузки по току двигателя
Непрерывная работа электродвигателя при токах, незначительно превышающих его номинальное значение, может привести к термическому повреждению двигателя.
Изоляция может быть снижена, что приводит к снижению срока службы двигателя при возможных внутренних неисправностях двигателя. Как правило, электродвигатель имеет рейтинг сервисного коэффициента, указанный на его паспортной табличке. Это число представляет собой допустимый предел допустимой нагрузки, который может поддерживаться без ущерба для двигателя. Например, типичный электродвигатель предназначен для выдерживания непрерывной перегрузки около 15% без ущерба для окружающей среды и имеет коэффициент обслуживания = 115%.
Непрерывная работа при этом или выше этого значения приведет к термическому повреждению. Для защиты от повреждения двигателя мы должны помнить, что это условие не достигнуто, поэтому мы должны отключить двигатель до достижения предела перегрузки (коэффициент обслуживания).
Реле, которое обычно используется для этой цели, является реле индукционного диска. В этом реле (рис. 1) ток в двух катушках создает противоположные магнитные потоки, которые создают крутящий момент на диске. По мере увеличения тока двигателя увеличивается крутящий момент на диске.
Когда крутящий момент преодолевает крутящий момент пружины, диск начинает вращаться. Когда подвижный контакт встретит неподвижный контакт на диске, поездка будет работать.
Рисунок 1 - Реле индукционного диска
Для изменения временной задержки реле можно настроить настройки и настройки временных параметров. Основное преимущество индукционного диска, рассчитанного по току, заключается в том, что скорость вращения пропорциональна току двигателя.
Следовательно, основные условия перегрузки по току будут почти мгновенно отключать выключатель питания, а токи чуть выше номинальной нагрузки вызовут работу через несколько секунд (или минут).
Главная |
3. Термическая перегрузка
Другим распространенным типом реле, используемым для временной защиты от перегрузки, является реле тепловой перегрузки. В этом типе реле ток двигателя или часть тока через трансформатор тока подключается к встроенному нагреву. На рисунке 2 показано упрощенное реле тепловой перегрузки. Нагреватель (нагретый действием I 2 R) используется для нагрева биметаллической полосы, что вызывает смещение контакта реле. Биметаллическая полоса состоит из двух разных материалов, связанных друг с другом, каждый из которых имеет различные свойства теплового расширения.
Когда материалы нагреваются, одна сторона будет удлиняться больше, чем другая, что приведет к изгибу.
Нормальные рабочие токи или кратковременные условия перегрузки не приведут к тому, что биметаллический элемент будет достаточно, чтобы изменить положение контактов реле.
Чрезмерные токи будут приводить к усиленному нагреву биметаллической полосы, что заставит контакты реле разомкнуться и / или закрыть, отключив двигатель.
Рисунок 2 - Реле тепловой перегрузки
Реле тепловой перегрузки имеет собственное время реакции, так как нагреватель и биметаллический элемент требуют времени для нагрева. Необходимо соблюдать осторожность в соответствии с текущими характеристиками нагрева двигателя, иначе двигатель может быть поврежден во время пуска в режиме блокировки ротора.
Этот тип реле может использоваться для прямой защиты от чрезмерного тока двигателя, вызванного электрическими неисправностями и перегрузками двигателя. Кроме того, он часто используется в сочетании с временной защитой от перегрузки по току.
Термические реле перегрузки с использованием встроенных нагревателей и биметаллических полос обеспечивают сигнализацию при непрерывной перегрузке. Это дает возможность оператору исправить проблему до того, как она достигнет величины уровня срабатывания.
Как мы уже заявили, тепловые перегрузки могут возникать при повторных пусках на двигателе или при перегрузке двигателя. Отключение тепловой перегрузки будет запечатываться, чтобы предотвратить замыкание контактора двигателя. Эта блокировка потребует ручного сброса до перезапуска двигателя. Оператору или оператору необходимо будет физически подтвердить, что двигатель имеет достаточное время для охлаждения и что причина перегрузки устранена. Если оператор уверен, что на двигателе нет постоянной неисправности, реле можно сбросить.
Однако обратите внимание, что если произошла мгновенная перегрузка по току, никаких попыток закрыть контактор двигателя не следует. Мгновенное отключение произойдет только в случае неисправности в двигателе или кабеле питания, и это должно быть исправлено до попытки сброса реле.
Главная |
4. Защита от замыкания на землю двигателя
При обнаружении замыканий на землю, как и при обнаружении мгновенных токов, чрезвычайно важно, чтобы неисправность была обнаружена и быстро очищена, чтобы предотвратить повреждение оборудования. Изоляция, поврежденная теплом (от продолжительной работы при перегрузке), хрупкость изоляции (из-за старения), влажная изоляция или механически поврежденная изоляция могут привести к замыканиям на землю.
Схемы защиты от замыкания на землю используют дифференциальную защиту для обнаружения и устранения неисправного оборудования. Для двигателей общим методом является использование Core-Balance CT, как показано на рисунке 3. Результатом трансформации КТ с сердечником будет разница или дисбаланс тока между тремя фазами.
Если нет замыкания на землю, то отсутствует дисбаланс тока; следовательно, в цепи защиты ток не будет протекать.
Рисунок 3 - Трехфазная защита от замыканий на землю
Если возникает ошибка замыкания на землю, возникает дисбаланс тока, и в цепи защиты будет протекать ток, заставляя его работать, чтобы отключить выключатель питания.
На рисунке 4 показана аналогичная схема защиты, при этом каждая из обмоток двигателя защищается индивидуально (эта схема обычно не устанавливается в малогабаритных двигателях, но может возникать при защите очень больших двигателей).
Рисунок 4 - Защита от однофазного замыкания на землю
Главная |
5. Защита двигателя
Запирание или блокировка ротора - это ситуация, при которой цепи двигателя включаются, но ротор не вращается. Двигатели особенно чувствительны к перегреву во время пуска, из-за высоких токов в сочетании с небольшими потоками охлаждающего воздуха (из-за низкой скорости двигателя, охлаждающие вентиляторы обеспечивают небольшое количество воздуха).
Это также объясняет, почему некоторые более крупные двигатели имеют ограничение на количество попыток запуска двигателя до того, как требуется период охлаждения. Однако при нормальной работе могут возникать условия срыва. Например, механические неисправности, такие как захваченный подшипник, тяжелая нагрузка или какой-либо посторонний предмет, попавший в насос, могут быть возможными причинами остановки двигателя.
Потеря одиночной фазы, когда двигатель не вращается или находится под большой нагрузкой, является другой ситуацией, когда двигатель может заглохнуть.
Типичное время запуска двигателя составляет менее десяти секунд. Пока это время запуска не будет превышено, никакого повреждения двигателя не произойдет из-за перегрева от высоких токов. Во время работы двигатель обычно может останавливаться на двадцать секунд или больше, не приводя к чрезмерному ухудшению изоляции.
Мы используем реле блокировки для защиты двигателей во время пуска, поскольку стандартное тепловое реле имеет слишком много времени. Реле блокировки позволит двигателю на короткое время направить нормальные пусковые токи (которые в несколько раз превышают нормальный ток нагрузки), но слишком долго отключает двигатель при больших токах.
Реле блокировки использует принцип работы реле тепловой перегрузки, но работает быстрее, чем стандартное тепловое реле.
Рисунок 5 - Реле остановки
На рис. 5 приведено схематическое представление реле отключения.
Пропуская часть тока двигателя непосредственно через биметаллические элементы в этом реле, нагрев является непосредственным, как и в случае обмоток двигателя.
Этот тип реле обычно работает только тогда, когда ток двигателя превышает 3-кратный нормальный рабочий ток и отключается, когда ток ниже 2-кратного нормального рабочего тока. Это включение / выключение достигается за счет использования дополнительного релейного контакта.
Когда двигатель работает нормально, ток в этой схеме защиты проходит через резистор и обходит биметаллические элементы.
Главная |
6. Защита от перенапряжения двигателя
Как вы можете вспомнить из модуля теории движения двигателя, ток, потребляемый двигателем, примерно пропорционален потоку сердечника, требуемому для вращения. Кроме того, поток в сердечнике примерно пропорционален квадрату скорости скольжения.
I α f α s2
Очевидно, что чрезмерное флюсование является наиболее серьезным во время заторможенного ротора или состояния сваливания при максимальном скольжении. Ранее обсуждавшееся реле сваливания защищает от этого.
Однако есть еще одно условие, когда мы можем войти в состояние чрезмерного потока двигателя. Если одна из трех фаз питания имеет высокое сопротивление или разомкнута (из-за перегоревшего предохранителя, ослабленного соединения и т. Д.), Тогда магнитный поток становится несбалансированным, и ротор начнет скользить дальше от скорости поля статора, Скорость вращения ротора (вала) будет уменьшаться, в то время как ток питания будет увеличиваться, что приведет к перегреву намотки, а также к нагреву ядра. Также интенсивная вибрация из-за несбалансированных магнитных сил может привести к повреждению обмоток и подшипников двигателя.
Это условие открытой фазы, как ни странно, называется одиночной фазировкой двигателя, хотя две фазы все еще подключены. Если двигатель продолжает работать с открытой подводящей линией, ток в оставшихся двух здоровых проводах будет превышать в два раза больше тока, обычно наблюдаемого при заданной нагрузке. Это приведет к быстрому, неравномерному нагреву в двигателе и повреждению изоляции, обмоткам, сокращению срока службы и термическим искажениям.
Если крутящий момент, требуемый нагрузкой, превышает величину создаваемого крутящего момента, двигатель заглохнет. Двигатель будет отображать блокированные значения тока ротора, которые в среднем составляют 3-6-кратный ток полной нагрузки. Это приведет к чрезмерному нагреву обмоток и приведет к повреждению изоляции. Если разомкнутая цепь присутствует до попытки запуска двигателя, маловероятно, что двигатель сможет начать вращаться.
Реле фазового разбаланса, используемое для защиты от этого сценария, аналогично по конструкции для реле сваливания, но установлено около 20% от тока полной нагрузки. Грубое представление о работе реле включено только для справки только на рисунки 6 и 7.
Если какая-либо из фаз в двигателе теряет мощность, нагреватель остынет. Биметаллическая полоса будет вращаться, что приведет к закрытию контактов дисбаланса и сработает двигатель. Это реле также защитит от тепловой перегрузки, так как нагреватели заставляют биметаллические полосы закрывать контакт отключения при перегрузке.
Вы также увидите компенсирующий биметаллический элемент, который будет компенсировать изменения температуры окружающей среды, что предотвратит ненужные отключения.
Рисунок 6 - Фазовый дисбаланс и защита от перегрузки
Рисунок 7 - Фазовый дисбаланс и защита от перегрузки
Главная |
Ресурс: Основы науки и реактора - Электрические и технические учебные группы CNSC