Специальные устройства защиты

 

Встроенная температурная защита обмоток статора электродвигателей (УВТЗ).

Тепловая защита электродвигателей, осуществляемая с помощью тепловых реле, работает надежно только тогда, когда нагревательные элементы реле правильно выбраны и регулярно настраиваются в соответствии со значительными изменениями температуры окружающей среды. При нарушении этих условий, а также работе двигателя с резкопеременной нагрузкой, большим числом включений в час и плохой вентиляцией обмоток двигателя защита с помощью тепловых реле может оказаться недостаточно надежной и обмотки двигателя достигнут опасной температуры. В этом случае следует применять встроенную температурную защиту УВТЗ. В ее устройстве содержатся специальные элементы – датчики (подробно рассмотрены ниже), которые воспринимают значение температуры обмоток двигателя и изменяют при этом свои свойства, что и используется в конечном итоге для отключения двигателя, когда температура его обмоток приближается к опасному значению.

 

 

 

1 - СТ14-15; 2 - СТ14-1А

Рисунок 3.9 - Температурные характеристики позисторов

 

 

Рисунок 3.10 – Принципиальная электрическая схема УВТЗ

 

В качестве датчиков УВТЗ используют полупроводниковые резисторы (позисторы) СТ14-15 и СТ14-1А, проводимость которых скачкообразно уменьшается при температурах 105 и 130 ^оС соответственно. Позисторы встраиваются в лобовые части каждой фазной обмотки и соединяются последовательно. Температурные характеристики позисторов приведены на рисунке 3.9.

На рисунке 3.10 изображена схема УВТЗ, предназначенного для использования совместно с магнитным пускателем в трехфазных сетях напряжением 220/380 В.

 

 

Рисунок 3.11 – Схема включения УВТЗ

 

При нагреве электродвигателя при его работе под нагрузкой нагреваются и позисторы R_t, а их сопротивление увеличивается. При температурах ниже 105…135 ^оС увеличение сопротивления позистора R_t незначительно. Транзистор VT2 при этом открыт, VT1 – закрыт, а на управляющем электроде тиристора VS будет потенциал, положительный относительно катода. Тиристор откроется, сработает реле KV, которое своим контактом включит катушку магнитного пускателя, управляющего электродвигателем. При увеличении температуры обмоток электродвигателя выше допустимой сопротивление позисторов резко возрастает, в результате чего транзистор VT2 закроется, а VT1 – откроется. Закрытый транзистор VT2 отключит ток управления тиристором VS, и он закроется. Катушка реле обесточится, а его контакты разорвут цепь питания катушки магнитного пускателя, который отключит электродвигатель. При обрыве цепи датчиков температуры устройство не позволит включить электродвигатель в сеть. На рисунке 3.11 показана схема включения УВТЗ в схему управления трехфазным асинхронным двигателем.

Устройства встроенной температурной защиты обеспечивают более эффективную защиту электродвигателей от перегрузки, чем тепловые реле, которые являются устройствами косвенного действия, поэтому их настройка не всегда соответствует истинной температуре обмоток.

Устройство защиты электродвигателя и других потребителей трехфазного тока от неполнофазных режимов. Для защиты электродвигателей, тиристорных преобразователей и других трехфазных потребителей применяются реле контроля фаз ЕЛ-8, ЕЛ-10 и др. Эти устройства реагируют на обрыв одной фазы, асимметрию междуфазных напряжений и обратное чередование фаз.

На рисунке 3.12 Приведена функциональная схема реле ЕЛ-10. Устройство содержит пороговый блок (ПБ), включающий три пороговых элемента: логическую схему (ЛС), состоящую из триггеров Т1, Т2, схема «И» и дифференцирующей RC-цепи; схему временнóй задержки (СВЗ); выходное устройство, состоящее из транзистора VT и реле KV.

 

 

Рисунок 3.12 – Функциональная схема реле ЕЛ-10

 

Если напряжения всех фаз на входе реле находятся в допустимых пределах, то на выходах порогового блока появляются последовательности импульсов, соответствующие частоте и порядку чередования фаз трехфазного напряжения. На выходе логической схемы последовательность импульсов будет только в том случае, если на входы реле подано трехфазное напряжение с прямым порядком чередования фаз. Импульсы с выхода ЛС поступают на схему временнóй задержки, на выходе которой включено выходное устройство с выходным реле KV.

При недопустимых отклонениях фазных напряжений, обрыве фазы, нарушении чередования фаз на выходе логической схемы исчезает последовательность импульсов и по истечении выдержки времени элемент задержки выдаст сигнал на отключение выходного реле.

Преимуществом реле ЕЛ-10 является простота включения в схемы защиты симметричных трехфазных электроприемников различной мощности, недостатком – то, что контроль неполнофазного режима обеспечивается только до места подключения фазного режима обеспечивается только до места подключения реле, в то время как фазовая токовая защита реагирует на исчезновение тока в любом месте питания трехфазного потребителя.

Система электронной бесконтактной защиты (СиЭЗ) предназначена для защиты трехфазных электродвигателей переменного тока с короткозамкнутым или фазным ротором с номинальным напряжением не более 380 В мощностью от 3 до 45 кВт при следующих аварийных режимах:

· обрыв любого из фазных проводов;

· увеличение силы тока двигателя выше заданного значения;

· затормаживание ротора электродвигателя;

· асимметрия напряжений фаз электросети более 15%.

По требованию заказчика система может быть дополнительно оборудована:

· функцией предпускового контроля сопротивления изоляции электродвигателя;

· выносными датчиками температуры;

· защитой от уменьшения силы тока нагрузки ниже номинальной (холостой ход).

Преимуществами данного устройства по сравнению с выпускаемыми аналогичными устройствами защиты являются:

· полная совместимость изделия с ранее выпускаемыми коммутационными аппаратами; монтаж устройства может осуществляться на место теплового реле;

· простота настройки и обеспечение контроля аварийных режимов с помощью светодиодов;

· возможность (по желанию заказчика) индивидуальной настройки.

Краткие технические характеристики СиЭЗ: отключение электродвигателя происходит при превышении силы номинального тока в 1,5 раза за 20 с; при увеличении силы тока электродвигателя сверх номинальной в 3,5 раза отключение его от сети питания происходит за 5 с; предел допустимого значения основной погрешности тока срабатывания и времени задержки срабатывания выходного релейного каскада не превышает ±10%; при обрыве любого из фазных проводов отключение электродвигателя происходит за время не более 2 с; отключение электродвигателя происходит при достижении температуры статорной обмотки не более 1.1Т_кл, где Т_кл – температура классификационная, соответствующая допустимым температурам разогрева изоляции электрических машин; диапазон рабочих температур -40 ^оС…+55 ^оС; вид климатического исполненияУХЛ4.04; степень защиты изделия IP40; габаритные размеры 70х82х100 мм; масса не более 0,4 кг; по желанию пользователя может быть введена функция контроля количества пусков электродвигателя.

Реле максимального тока мгновенного действия применяют в схемах защиты электроустановок (электрических машин, трансформаторов, линий электропередачи) при коротких замыканиях и перегрузках. Электромагнитные реле тока включаются или непосредственно в сеть, или во вторичные цепи трансформатора тока, см. рисунок 3.16. Размыкающие контакты этих реле включены в цепь катушки КМ линейного контактора. Обмотки реле рассчитаны на длительное протекание рабочего тока и кратковременное – аварийного. Коэффициент возврата реле, равный отношению тока отпускания реле к току срабатывания, должен приближаться к единице. Реле максимального тока имеют К_в  0,8. ток возврата ниже тока срабатывания реле потому, что имеются силы трения между подвижной и неподвижной частями реле, препятствующие возврату подвижных частей в исходное положение, а также уменьшается ток, необходимый для удержания якоря реле в положении срабатывания из-за уменьшения воздушного зазора магнитной системы. Для надежной работы защиты ток возврата реле должен быть всегда больше максимального рабочего тока защищаемого элемента.

Конструкция реле тока серии ЭТ-520 показана на рисунке 3.13. Реле данной серии делятся на три группы: ЭТ-521 – с одним замыкающим контактом; ЭТ-522 – с одним размыкающим контактом и ЭТ-523 – с одним замыкающим и одним размыкающим контактами. Ток срабатывания реле регулируется натяжением пружины 2. Обмотка 1 расположенная на сердечнике состоит из двух секций, что позволяет последовательным или параллельным включением секций изменять пределы регулирования тока срабатывания. При соединении обеих катушек параллельно значение уставки соответствует указанному значению на шкале, при соединении последовательно величина тока уставки уменьшается на половину, рисунок 3.11. Якорь 3 поворачивается и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 4, чем обеспечивается подача отключающего импульса на защищаемый элемент. Уставка реле устанавливается по шкале с помощью указателя уставки 6. Каждая группа реле делится на типы, отличающиеся пределами уставок тока срабатывания. Верхний предел уставок для каждого типа реле обозначается соответствующей группы реле.

 

 

 

 

1 - обмотка; 2 – пружина; 3 – якорь; 4 – неподвижный контакт; 5 – подвижный контакт; 6- указатель уставки

Рисунок 3.13 – Реле серии ЭТ-520

 

Верхний предел уставок для каждого типа реле обозначается в виде знаменателя дроби, числителем которого является обозначение соответствующей группы реле, например реле типа ЭТ-521/6, которое имеет один замыкающий контакт и верхний предел уставки тока срабатывания, равного 6 А при соединении обеих катушек параллельно или 3 А при последовательном их соединении.

Время действия реле составляет примерно 0,02 – 0,4 с, потребление равно 0,1 В·А на минимальной уставке, коэффициент возврата – не менее 0,85.

На рисунке 3.14 приведена конструкция токового реле серии РТ-40 с поперечным движением якоря. В реле этой серии улучшена контактная система. Потребление на минимальной уставке у различных реле этой серии находится в пределах от 0,2 до 8 В·А.

 

 

Рисунок 3.14 – Схема соединения обмоток реле максимального тока

 

 

Конструкции электромагнитных реле напряжения аналогичны конструкциям, приведенным на рисунках 3.13 и 3.15. Промышленностью выпускаются реле напряжения серий ЭН-520 и РН-50, которые подключаются или непосредственно на напряжение сети, или через трансформаторы напряжения.

 

 

 

 

Рисунок 3.15 – Реле серии РТ-40

 

 

Рисунок 3.16 – Схема включения реле максимального тока

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Каков принцип действия и назначение теплового реле?

2. Как выбирают и настраивают тепловые реле?

3. Как устроены и работают плавкие предохранители и каково их назначение?

4. Что называется номинальным током предохранителя?

5. Что такое номинальный ток плавкой вставки предохранителя?

6. Как выбрать номинальный ток плавкой вставки для защиты потребителей?

7. Поясните принцип действия автоматического выключателя.

8. Условие выбора автоматических выключателей.

9. В чем состоят преимущества автоматических выключателей по сравнению с плавкими предохранителями?

10. Как устроены и работают реле максимального тока?

11. Как настраивают реле максимального тока?