Архив / 1997 / №1(11) / 

Защита электродвигателей от аварийных режимов (Продолжение. Начало в № 10)

Дополнением к защите электродвигателей с помощью тепловых реле может служить также защита по минимальному напряжению. Эта защита основана на контроле напряжения между фазами. При обрыве одной фазы равенство напряжений между фазами нарушается. Так как обрыв может наступать в любой фазе, то наиболее совершенная схема защиты электродвигателей от обрыва фаз – схема, основанная на контроле напряжения во всех фазах (рис. 1).

Защита по минимальному напряжению
Защита по минимальному напряжению

Защита электродвигателей с помощью теплового реле и контроля напряжения в трех фазах (защита от обрыва фазы)

Схема защиты работает следующим образом. При отключенном электродвигателе на выход выпрямителей VD1...VD3 подается трехфазное напряжение, на выходе получают положительный пульсирующий сигнал. При нажатии кнопки пуска S1 через диод VD7 и резистор R1 подается положительное напряжение на анод и управляющий электрод тиристора VS. Последний открывается и реле KV включается. При замыкании контакта KV подается напряжение на катушку магнитного пускателя КМ, который включает электродвигатель.

Напряжение на анод тиристора поступает с выхода выпрямителя VD4...VD6. Ток, протекающий через тиристор VS, удерживает его открытым, и реле KV остается выключенным. При исчезновении напряжения в любой фазе тиристор VS выключается, и реле KV обесточивается. Контакт KV отключает магнитный пускатель, и электродвигатель выключается. Недостаток этого способа защиты в том, что он реагирует на обрыв фазы только до аппарата защиты. Этого недостатка можно избежать, если диод выпрямителя VD4...VD6 присоединить к зажимам электродвигателя, однако в этом случае необходимо проложить дополнительные провода от электродвигателя к пускозащитной аппаратуре.

Защита по напряжению
с применением фильтра обратной последовательности

Для защиты электродвигателей от обрыва фазы могут также применяться специальные реле – реле обрыва фаз типа ЕЛ8 и ЕЛ12. Эти реле выпускаются отечественной промышленностью. На рис. 2 приведена схема, содержащая кроме теплового реле, также реле обрыва фаз типа ЕЛ8. Схема включает фильтр напряжения обратной последовательности, выходной сигнал которого подается на триггер Шмидта, нагруженный на выходное реле KV.

Защита электродвигателей с помощью теплового реле и реле обрыва фаз типа ЕЛ8 (с использованием фильтра обратной последовательности)
Защита электродвигателей с помощью теплового реле и реле обрыва фаз типа ЕЛ8 (с использованием фильтра обратной последовательности)

При симметричном напряжении на выходе фильтра обратной последовательности сигнал отсутствует, и триггер находится в одном из устойчивых положений. При этом транзистор VT3, в цепи которого включена обмотка реле, полностью открыт и по обмотке реле протекает ток. Таким образом, реле включено и контакт KV, включенный в цепь управления магнитным пускателем КМ, замкнется. При обрыве фазы или при появлении значительной асимметрии напряжений на выходе фильтра обратной последовательности появляется напряжение. В этом случае триггер переключается во второе устойчивое положение. При этом транзистор VT3, в цепи которого находится обмотка реле, закрывается. В обмотке реле прекращает протекать ток, и контакты реле переключаются в исходное положение. Контакт KV размыкается и выключает магнитный пускатель КМ. Недостаток этого устройства защиты, как и предыдущего, в том, что устройство реагирует на обрыв фазы только до аппарата защиты.

Защита электродвигателей с использованием реле тока

Защита от обрыва фазы по контролю напряжений, рассмотренная в предыдущих разделах, имеет один существенный недостаток. Эти устройства защиты не реагируют на обрывы фаз, происходящие за устройствами, в частности, в самом электродвигателе. Это обстоятельство заставило искать другие методы защиты от обрыва фазы, основанные на применении различных токовых реле. Некоторые виды токовых реле позволяют защитить электродвигатели от значительных перегрузок и коротких замыканий. Рассмотрим эти устройства защиты.

Защита с помощью реле минимального тока

На рис. 3 приведена схема защиты электродвигателей от обрыва фазы с помощью трех реле минимального тока.

Схема защиты электродвигателей с помощью реле минимального тока
Схема защиты электродвигателей с помощью реле минимального тока

Замыкающие контакты КА1, КА2 и КА3 всех трех реле минимального тока включены последовательно в цепь управления магнитного пускателя. Во время пуска их шунтирует кнопка S2. При нормальной работе электродвигателя все три реле минимального тока включены. При обрыве любой фазы ток в этой фазе становится равным нулю и реле отключается, разрывая цепь магнитного пускателя. Двигатель отключается. Промышленность выпускает реле минимального тока типа ЭТ521.

Защита с помощью реле максимального тока

Для защиты электродвигателей от значительных перегрузок, заклинивания ротора, а также от коротких замыканий могут быть использованы реле максимального тока. На рис. 4 приведена схема защиты электродвигателей с помощью этих реле.

Схема защиты электродвигателей с помощью реле максимального тока
Схема защиты электродвигателей с помощью реле максимального тока

Во все фазы питания электродвигателей включаются катушки реле максимального тока, а их размыкающие контакты КА, КА2 и КА3 соединяются последовательно с блок-контактом КМ магнитного пускателя и шунтируются кнопкой пуска S2. При нормальной работе двигателя реле не выключаются, а при большой перегрузке или при коротких замыканиях одно или все три реле максимального тока включаются и своими размыкающими контактами разрывают цепь управления магнитного пускателя. Токи срабатывания реле максимального тока можно регулировать в определенных пределах. В таблице 1 приведены основные характеристики некоторых, наиболее распространенных реле максимального тока, применяемых для защиты электродвигателей. Для расширения диапазона рабочих токов, катушки реле максимального тока можно включать в цепь питания электродвигателя через трансформаторы тока.

Защита по току нулевой последовательности

Защита по току нулевой последовательности аналогична защите по напряжению нулевой последовательности. На рис. 5 приведена схема защиты электродвигателя с помощью теплового реле и по току нулевой последовательности.

Схема защиты электродвигателей с помощью теплового реле и по току нулевой последовательности
Схема защиты электродвигателей с помощью теплового реле и по току нулевой последовательности

В этой схеме реле тока КА включено к выходу фильтра нулевой последовательности, образованного тремя трансформаторами тока. Нейтраль звезды статорной обмотки в этой схеме присоединяется к нулевому проводу (к земле).

Реле максимального тока, используемые для защиты электродвигателей

Тип реле

Номинальный ток, А

Пределы регулирования тока срабатывания, %

РЭ-2111
Р-4000
РЭ-57ОТ
ЭТ-522

5-600
30-450
1,5-600
0,6-40

110-350
80-200
75-200
100-400

При работе электродвигателя на всех трех фазах (т.е. при отсутствии обрыва фазы) на выходе фильтра (а также в нулевом проводе) и в катушке реле тока нет. При обрыве хотя бы одной фазы на выходе фильтра и в нулевом проводе появится ток. Тогда реле КА включается и своим размыкающим контактом КА выключает магнитный пускатель КМ. Недостатки схемы защиты по току нулевой последовательности следующие.

Необходимо применение трех трансформаторов тока, и защита может давать ложные срабатывания при несимметрично нагружаемых электрических сетях.

Токовая защита с фильтром отрицательной последовательности

При несимметрии токов нагрузки, которая возникает при обрыве фазы, появляются составляющие тока обратной последовательности. На этом явлении основана токовая защита с фильтром отрицательной последовательности. На рис. 6 приведена схема устройства этой защиты.

Схема защиты электродвигателей по току с фильтром отрицательной последовательности
Схема защиты электродвигателей по току с фильтром отрицательной последовательности

Устройство защиты состоит из двух трансформаторов тока ТА1 и ТА2, фильтра отрицательной последовательности R1, R2, С1 и R3, диода VD1, цепочки задержки времени R4, С2 и реле напряжения KV. Напряжение между точками 1 и 2 на рис. 6 зависит от значения и симметрии токов нагрузки электродвигателя. При обрыве фазы или заклинивании ротора электродвигателя напряжение на выходе фильтра резко увеличивается и ток через диод заряжает конденсатор С2. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения срабатывания, реле KV выключается и своим размыкающим контактом KV выключает магнитный пускатель КМ. Выдержку времени срабатывания обеспечивает интегрирующая цепочка R4, С2. Недостаток описанной схемы в том, что она работает нестабильно при несимметрии в питающих сетях.

(Продолжение следует).

Литература

1. Гольдберг О.Д. Надежность электрических машин общепромышленного и бытового назначения. М.: Знание, 1976, 56 с.
2. Правила устройства электроустановок.   //Минэнерго СССР. - 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986, 648 с.
3. Грундулис А.О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1988, 110 с.

Оскар Гольдберг
академик АЭН РФ, доктор техническихнаук, профессор