Тема 17. Діагностика, захист і моніторинг електромеханічних систем

2. Основні функції та апаратура захисту ЕМС із розімкненим керуванням

Відомо, що під час роботи електропривода можуть виникати аварійні ситуації, причини яких мають механічну або електричну природу.

Аварійні ситуації механічною походження виникають у разі:

•           блокування ротора електричної машини:

*           механічного перевантаження (короткочасного або тривалого).

Ці ситуації спричинюють зростання струму двигуна і, як на­слідок, небезпечне нагрівання обмоток. Якщо таке перевантаження не ліквідувати, це може призвести врешті-решт до виходу із ладу двигуна, розплаву ізоляції силових провідників, небезпеки загоряння і пожежі.

Аварійні ситуації електричною походження Виникають у ра:зі наявності:

» перенапруги, низької напруги, нерівномірного навантаження фаз, обриву фази, що спричинюють зростання струму живлен­ня і струму обмоток двигуна;

*           Струмів короткого замикання, що можуть перевищити комутувальну  здатність контактів комутувальної апаратури (контак­торів).

Отже, апаратура захисту від перевантажень та коротких зами­кань має захистити мережу живлення (кабель або провідники), пристрій комутації двигуна (наприклад, контактор) і сам двигун, за­бороняючи його роботу протягом тривалого часу зі струмом, що пе­ревищує номінальне значення. У той же час ця апаратура має забезпечити нормальний пуск двигуна, враховуючи наявність пуско­вих струмів під час подачі напруги живлення. Крім того, апаратура захисту мас бути спроможною захистити себе {залишатися в пра­цездатному стані після усунення аварійної ситуації), У протилежно­му випадку її слід поєднати з іншим захисним пристроєм.

В електроприводах із релейно- контакторним керуванням для виконання функцій захисту застосовується така апаратура та пристрої:

*          для захисту від незначних тривалих перевантажень — теплове реле, зонди-термістори (РТС) (останні встановлюються всере­дині електричної машини для контролю температури нагрівання);

* для захисту від значних перевантажень — електромагнітні реле;

*          для захисту від коротких замикань — запобіжники;

*          длн захисту від обриву фази — диференціальне теплове реле, секціонер із відповідним механізмом і запобіжниками;

* для захисту від зникнення напруги живлення — контактор з автоживленням або реле мінімальної напруги;

* для захисту від затяжного пуску або частих пусків — пристрій із термісторами РТС, теплове реле і спеціальна схема його підмикання, шо не дає. змоги передчасному спрацьовуванню реле.

Крім цих пристроїв, нині широко використовують апаратуру багатофункціонального призначення. До неї слід віднести насамперед автоматичні вимикачі, що виконують три основні функції:

•            секціонуванця двигуна, тобто його електричне вимикання від мережі, що дає можливість безпечного доступу і роботи з дви­гуном під час профілактики;

•            подачу живлення;

·                функціональне керування двигуном (операції «пуск—стоп»).

Пристрій реалізує функцію електричного захисту від переванта­жень та коротких замикань: вимикання струмів перенавантаження у функції часу, а також ліквідування в найкоротший час струмів ко­роткого замикання. Крім того, пристрій може забезпечити захисне вимикання, що є обов'язковим у разі виникнення небезпеки для обслуговуючою персоналу (аварійна зупинка або відсутність напруги).

Останнім часом з'явилися автоматичні вимикачі спеціального виконання, які інтегрують у собі всі необхідні функції для керуван­ня і захисту двигунів;

•           секціонування;

•            керування;

•           захист від коротких замикань із великими струмами;

•            захист від перевантажень, нерівномірних завантажень фаз;

•           захист віл коротких замикань із малими струмами;

•            сигналізація і діалог із засобами автоматизації (промисловими контролерами або комп'ютерами).

Ці вимикачі поєднують у собі найкращі характеристики спеціа­лізованих апаратів:

•            повну видимість електричного розмикання кола;

•            високу розривну здатність із властивістю обмеження струму короткого замикання;

•             надійність і високу механічну стійкість контактора;

•            вдосконаленість і точність спрацьовування сучасного теплово­го реле захисту.

Прикладами таких автоматичних вимикачів для прямого пуску асинхронних короткозамкнених двигунів слугують пристрої типу РКZ2 виробництва Moeller для двигунів із потужністю до 20 кВт при напрузі живлення 380 В і пристрої серії Integral 18,32,63 (Schneider Electric) для двигунів із потужністю до 33 кВт при напрузі живлення також 380 В,

До класу багатофункціональних пристроїв захисту слід віднести і спеціальні мікропроцесорні реле захисту. Такі реле забезпечують захист від перевантаження двигуна, і асиметрії або випадання фаз. Крім того, при використанні термісторів РТС забезпечується захист двигуна від перегрівання, а при застосуванні спеціального транс­форматора, що дає змогу контролювати суму миттєвих фазних стру­мів, — захист віл короткого замикання на землю. Прикладом розглянутого реле  є реле ZEV виробництва Moeller на струми 1…800 А.

Схему відімкнення мікропроцесорного реле типу ZEV до схеми керування асинхронним двигуном наведено на рис, 6.15.

Перевагою цього реле є те, що воно дає можливість захистити двигуни з різними умовами пуску шляхом вибору відповідної кри­вої спрацьовування теплового захисту (пропонується вісім стан­дартних класів кривих спрацьовування: клас 5, 10, 15…, 40).

Використовуючи дисплей реле, можна за допомогою меню на­лагодити відповідні параметри. На дисплеї з'являються відобра­ження несправності та причини, що її викликали.

 

Крім того, за допомогою двох додаткових контактів можна ви­вести на зовнішнє коло інформацію про перевантаження, замикан­ня на землю, термісторне вимикання, внутрішню несправність приладу.

Іншим прикладом електричного захисту може слугувати багатофункціональне мікропроцесорне реле типу LT6-Р (виробництва Schneider Electric) для захисту та керування асинхронним двигуном. Це реле розраховано на напругу 380 - 400 В і струми до 800А (за ви­користання додаткових трансформаторів струму).

Реле LT6-Р забезпечує такі додаткові функції захисту, як захист від низької напруги живлення, від роботи двигуна к недонавантаженням, контроль за часом пуску. Реле надає можливість проведен­ня моніторингу напруги живлення, струму фаз статора, cosf. За його допомогою можна реалізувати керування прямим пуском дви­гуна, реверсом двигуна, пуском за схемою зірка—трикутник.

За допомогою спеціального програмного забезпечення, використовуючи послідовний порт, можна підімкнути реле до мережі та організувати обмін інформацією з комп'ютером (програмування ре­ле та постійний моніторинг двигуна: контроль за миттєвими зна­ченнями напруги, струму, частоти, тепловим станом двигуна; надання статистики про причини та характер спрацьовування захисту тощо),