Нулевая защита электродвигателя

Нулевая защита электродвигателя

Область применения на практике

Теоретическая часть без предварительной подготовки воспринимается достаточно сложно, поэтом перейдем к практике и ответим на вопрос, где применяется ТЗНП.

Как уже было сказано токовая защита нулевой последовательности используется в ВВ сетях напряжением 110 кВ с заземленной нейтралью. В сетях среднего напряжения 6, 10 кВ и больше с изолированной нейтралью не используется. Это связано с тем, что в сетях с заземленной нейтралью токи КЗ на землю очень большие.

Важно! Так как ТЗНП защищает от КЗ на землю, ее иногда называют земляной защитой (ЗЗ).

Универсальный блок защиты электродвигателей

Универсальный блок защиты электродвигателей

Предназначен для постоянного контроля параметров работы трехфазного электрооборудования: сетевого напряжения, действующих значений фазных/линейных токов, потребляемой мощности, напряжений и токов прямой и обратной последовательности, сопротивления изоляции на корпус, дифференциальных токов утечки на землю (токов нулевой последовательности), температурных режимов работы.

Универсальный блок защиты асинхронных электродвигателей УБЗ-302

Программное обеспечение для данного продукта можно найти в разделе «Программное обеспечение».
Инструкция по настройке УБЗ-302, для использования в качестве 3-х фазного реле максимального тока (РМТ) с автоматическим перезапуском (АПВ), скачать и файлы конфигурации скачать: прошивки UBZ302_(RMTv15), UBZ302_(RMTv16), UBZ302_(RMTv17), UBZ302_(RMTv18).
Подключение к УБЗ 302 внешних трансформаторов с номинальным током более 800А

Техническая документация на устройство

Универсальный блок защиты двухскоростных асинхронных электродвигателей УБЗ-302-01

Универсальные блоки защиты асинхронных электродвигателей УБЗ-301

Блок обеспечивает защиту электрооборудования путем управления катушкой магнитного пускателя (контактора).

УБЗ-115 обеспечивает защиту однофазных асинхронных электродвигателей мощностью до 5,5 кВт (25А).

УБЗ-115 предназначен для постоянного контроля параметров сетевого напряжения и действующего значения тока, потребляемого двигателем 220В 50Гц.

В УБЗ-115 предусмотрен внешний вход для дистанционного запуска или остановки двигателя, и функция “плавного пуска” двигателя до 5 секунд.

Пусковая и рабочие емкости установлены непосредственно в самом приборе.

УБЗ-115 обеспечивает защиту в следующих ситуациях:
некачественное сетевое напряжение;
механические перегрузки двигателя (по току);
исчезновение момента на валу двигателя (“сухой ход”);
затянутый пуск или блокировка ротора;
тепловой перегруз (тепловая модель двигателя).

По каждому типу защиты возможно разрешение или запрет автоматического повторного включения (АПВ) двигателя.

Description

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с коллекторными электродвигателями, в частности в электроприводах постоянного тока.

Известно устройство для защиты от перегрева электродвигателя, входящее в состав системы управления электродвигателем постоянного тока с постоянными магнитами [1], содержащее датчик температуры, встроенный в корпус электродвигателя, причем выход датчика температуры соединен со входом блока защиты.

При перегрузке электродвигателя его нагрев увеличивается выше нормы, в результате чего срабатывает блок защиты и отключает электродвигатель.

Недостатками аналога являются:
1. Низкая точность при определении перегрева якорной обмотки электродвигателя, обусловленная тем, что температура на корпусе электродвигателя, там где установлен датчик температуры, существенно отличается от температуры вращающегося якоря электродвигателя.

Разница температур между местом установки датчика температуры и самой нагретой частью электродвигателя — якорной обмоткой (которую должно защищать от перегрева устройство защиты) — зависит от режимов работы, условий охлаждения якоря и корпуса электродвигателя и ряда других факторов. Так, например, при охлаждении якоря воздухом от вентилятора передача тепла от якоря к корпусу электродвигателя существенно уменьшается и датчик температуры наименее точно измеряет температуру якорной обмотки электродвигателя.

Указанный недостаток устройства защиты электродвигателя может быть частично устранен за счет снижения порога срабатывания защиты, которое будет косвенно учитывать разницу температур в якорной обмотке и на корпусе датчика температуры с учетом способа охлаждения двигателя. Однако этот путь устранения недостатка аналога неэффективен из-за необходимости сложного экспериментального определения требуемого уровня порога срабатывания защиты с учетом факторов нагрева и охлаждения электродвигателя.

2. Большое запаздывание по времени при измерении температуры якоря, связанное с процессом передачи тепла от якорной обмотки на корпус электродвигателя через сердечник якоря и воздушный зазор между якорем и корпусом электродвигателя.

Отмеченные недостатки аналога снижают качество защиты от перегрева электродвигателя. При этом следует заметить, что особенно большое запаздывание и низкое качество защиты устройство имеет при аварийной остановке якоря электродвигателя (например, при заклинивании приводного механизма). В этом случае ток все время протекает через одну секцию якорной обмотки (при вращающемся якоре ток протекает поочередно через все секции якорной обмотки), в результате чего происходит ее ускоренный нагрев выше допустимой температуры и разрушение изоляции обмотки прежде, чем сработает защита. Указанные недостатки усугубляются в двигателях с самовентиляцией, в которых при останове двигателя меняются условия охлаждения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство времятоковой защиты электродвигателя в электроприводе серии ЭПУ1 [2], представленное на фиг.1 и принятое за прототип, где имеем следующие обозначения:
1 — электродвигатель,
2 — датчик тока,
3 — тиристорный выпрямитель,
4 — блок интегрирования,
5 — пороговый элемент,
Uc — напряжение питающей сети,
Uy — сигнал управления тиристорным выпрямителем,
Uдт = кI — выходной сигнал датчика тока,
I — ток двигателя,
Iн — номинальный ток двигателя,
Uсм — сигнал смещения.

Устройство состоит из электродвигателя 1, подключенного к питающей сети через датчик тока 2, содержащий трансформатор переменного тока и выпрямитель, и тиристорный выпрямитель 3. Выход датчика тока 2 соединен с первым входом блока интегрирования 4, второй вход которого подключен к источнику сигнала смещения Uсм, выход блока интегрирования 4 соединен через пороговый элемент 5 с входом защиты тиристорного выпрямителя 3.

Электродвигатель 1 управляется с помощью тиристорного выпрямителя 3, на управляющий вход которого поступает сигнал управления Uy. На входе блока интегрирования 4 производится сравнение сигналов смещения Uсм и датчика тока Uдт, при этом величина первого из указанных сигналов соответствует номинальной нагрузке электродвигателя 1, а величина второго сигнала — текущей нагрузке электродвигателя. В нормальном режиме работы при I≤Iн разность сигналов (Uсм-Uдт) положительна и устройство время — токовой защиты не оказывает влияния на работу тиристорного выпрямителя 3. При перегрузке электродвигателя I>Iн разность (Uсм-Uдт) становится отрицательной и блок интегрирования 4 вступает в работу, при этом время интегрирования блока 4 тем меньше, чем больше сигнал Uдт (интегрирование разности сигналов с учетом постоянной времени нагрева электродвигателя). При I>Iн и увеличении выходного сигнала блока 4 до порога срабатывания порогового элемента 5 на его выходе появляется сигнал блокировки дальнейшей работы тиристорного выпрямителя 3.

Таким образом, устройство времятоковой защиты электродвигателя от перегрузок защищает электродвигатель при I>Iн как при небольших, но длительных перегрузках, так и при больших кратковременных перегрузках. Данное устройство более качественно защищает электродвигатель от перегрева, чем указанное в аналоге, т.к. выполняет защиту в функции величины тока нагрузки, однако имеет недостатки.

Недостатком данного устройства защиты электродвигателя от перегрева является низкое качество защиты в случае аварийной остановки электродвигателя, при этом аварийный ток протекает через одну секцию якорной обмотки электродвигателя. В этом случае устройство время — токовой защиты не может защитить якорь электродвигателя от перегрева и разрушения якорной обмотки, т.к. увеличение выходного сигнала блока интегрирования происходит с учетом постоянной времени нагрева всего якоря электродвигателя, а не одной его секции, постоянная времени нагрева которой существенно меньше, чем у всего якоря.

Технический результат изобретения — улучшение качества защиты электродвигателя от перегрева.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство защиты коллекторного электродвигателя от перегрева, содержащее электродвигатель, датчик тока, устройство регулирования напряжения, блок интегрирования и пороговый элемент, в котором электродвигатель и датчик тока соединены последовательно и подключены к питающей сети через устройство регулирования напряжения, вход блока интегрирования соединен с источником сигнала смещения, а выход блока интегрирования соединен через пороговый элемент с входом защиты устройства регулирования напряжения, дополнительно выведены датчик нулевой скорости электродвигателя и управляемый делитель напряжения, включенный между выходом датчика тока и вторым входом блока интегрирования, причем управляющий вход делителя напряжения соединен с датчиком нулевой скорости электродвигателя.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет введения датчика нулевой скорости электродвигателя и управляемого делителя напряжения и их соответствующего соединения с блоком интегрирования и датчиком тока удалось повысить качество защиты электродвигателя от перегрева. С помощью датчика нулевой скорости фиксируется останов электродвигателя, с помощью управляемого делителя производится увеличение сигнала, поступающего на второй вход блока интегрирования, который производит быстрое интегрирование тока нагрузки с учетом уменьшения постоянной времени нагрева одной секции якорной обмотки электродвигателя, защищая тем самым ее от перегрева и разрушения.

На фиг.2 приведена принципиальная электрическая схема устройства защиты, где приняты следующие обозначения:
1 — электродвигатель;
2 — датчик тока;
3 — устройство регулирования напряжения, например тиристорный выпрямитель,
4 — блок интегрирования;
5 — пороговый элемент;
6 — датчик нулевой скорости;
7 — управляемый делитель напряжения;

Uc — напряжение питающей сети;
Uсм — сигнал смещения;
Uдт — сигнал датчика тока.

Устройство защиты электродвигателя от перегрева состоит из электродвигателя 1, датчика тока 2, соединенных последовательно и подключенных к выходам устройства регулирования напряжения 3, входы которого подключены к питающей сети, первый вход блока интегрирования 4 подключен к источнику сигнала смещения, а его выход соединен через пороговый элемент 5 с входом защиты устройства регулирования напряжения 3, якорь электродвигателя 1 соединен через датчик нулевой скорости 6 с управляющим входом делителя напряжения 7, включенным между выходом датчика тока 2 и вторым входом блока интегрирования 4.

На фиг.2 приведен пример датчика нулевой скорости 6, состоящего из последовательно соединенных тахогенератора и дополнительного порогового элемента (нуль-органа). При этом, как правило, тахогенератор используется в канале регулирования скорости двигателя, и в данном случае выполняет две функции.

Устройство защиты работает следующим образом.

Электродвигатель 1 управляется с помощью устройства регулирования напряжения 3. Датчик тока 2 измеряет ток нагрузки, протекающий через якорь электродвигателя. На входах блока интегрирования 4 производится сравнение сигналов датчика тока 2 и смещения Uсм, соответствующим номинальной нагрузке электродвигателя 1. В нормальном режиме работы сигнал датчика тока Uдт меньше сигнала смещения Uсм и сигнал на выходе блока интегрирования 4 равен нулю. При работе электродвигателя с перегрузкой сигнал Uдт становится больше сигнала смещения Uсм и блок интегрирования 4 вступает в работу, производя интегрирование разности сигнала (Uдт-Uсм). При увеличении сигнала на выходе блока интегрирования 4 до величины порога срабатывания порогового элемента 5 последний включается и запрещает работу устройства регулирования напряжения 3. Причем время нарастания выходного сигнала блока интегрирования 4 зависит как от величины перегрузки электродвигателя, так и от постоянной времени нагрева якоря электродвигателя.

При аварии в механизме, приводимом в действие электродвигателем 1, вызывающей стопорение механизма и вала электродвигателя, нагрузка на электродвигатель увеличивается, а ток в этом случае протекает через одну секцию якорной обмотки электродвигателя. В этом режиме (отсутствие вращения вала электродвигателя) на выходе датчика нулевой скорости 6 появляется сигнал, который выключает управляемый делитель напряжения 7 и увеличивает сигнал датчика тока 2, поступающий на вход блока интегрирования 4. Степень увеличения сигнала датчика тока выбрана с учетом постоянной времени нагрева одной секции якорной обмотки. Это приводит к быстрому нарастанию выходного сигнала блока интегрирования 4 и отключению электродвигателя.

Следует отметить, что данная защита в отличие от прототипа может работать при заклинивании (останове) двигателя и при токах, меньших номинального значения, что повышает ее эффективность.

Заявляемое устройство защиты испытано в электроприводах постоянного тока серии ЭПУ4-1, выпуск которых планируется со второй половины 2001 года.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент США 5991505, МПК Н 02 Р 7/29 от 23.11.1999.

2. Техническое описание электропривода серии ЭПУ1 ИГФР.654674.001 ТО.

Устройство защиты электродвигателей УЗОТЭ-2У

Общие сведения

Питание устройства осуществляется от сети переменного тока
Устройство защитного отключения 3-фазного электродвигателя (УЗОТЭ-2У) предназначено для дооснащения электропривода напряжением 0,4 кВ, ответственных технологических агрегатов. Устройство обеспечивает защиту 3-фазного электродвигателя при возникновении аварийной ситуации. Обеспечивается отключение электродвигателя при обрыве одной фазы или перекосе фаз питающей сети, при превышении номинального тока электродвигателя при перегреве обмотки статора. При нарушении изоляции обмотки статора блокируется пуск электродвигателя. Устройство применяется в схемах управления электродвигателей, включаемых магнитными пускателями или контакторами с катушками включения на напряжение 220-380 В с частотой 50 Гц.

Структура условного обозначения

[0,16]:[ — ,0,0,3(8,1,16),(3,1,4),(65,1,16)] У — устройство;
З — защитного;
О — отключения;
Т — трехфазных;
Э — электродвигателей;
2У — порядковый номер разработки.

Условия эксплуатации

Климатическое исполнение и категория размещения ОМ4 по ГОСТ 15150-69.
Температура окружающего воздуха — от 45 до минус 30°С.
Верхнее значение относительной влажности воздуха — 98% при 35°С.
Атмосферное давление — от 84,0 кПА (630 мм рт.ст.) до 106,7 кПА (800 мм рт.ст.).
Рабочее положение — любое.
Устройство предназначено для внутренних поставок и соответствует техническим условиям МКЕЦ 01-16.30.00.00 ТУ. МКЕЦ 01-16.30.00.00 ТУ

Технические характеристики

Питание устройства осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц.
Номинальная мощность электродвигателя должна находиться в пределах 1,6-160 кВт.
Устройство работает с трехфазными электродвигателями, имеющими нулевой провод («зануление»).
Время подготовки устройства к работе не более 10 сек.
Потребляемая мощность не более 3 Вт. Прибор коммутирует контактами электрическую цепь переменного тока 0,1-1,5 А при напряжении 12-380 В и свыше 1,2-2,5 А при напряжении 12-250 В при индуктивной нагрузке соs j = 0,6, при этом допускается при включении увеличение тока до 6 А при времени его протекания не более 0,1 сек.
Допустимые отклонения напряжения питания от +10 до -15% от номинального значения, частоты + 1 Гц. Допускается кратковременное отклонение напряжения питания в пределах от +20 до -30% от номинального значения на время до 1,5 сек. и частоты + 10% на время до 5 сек.
Максимальная длина линии, соединяющая прибор с датчиком температуры 300 м, при этом сопротивление линии должно быть не более 5 Ом. Максимальная длина линии, соединяющая прибор с трансформатором тока не более 15 м.
Температурная защита обеспечивает отключение электродвигателя при температуре 80-90°С.
Время срабатывания устройства при обрыве фазы 5+2 сек.
Время срабатывания устройства при токе нагрузки 1,5 I номинального 40+6 сек. Время срабатывания устройства при токе нагрузки 4 I номинального 15+4 сек.
По уровню создаваемых индустриальных радиопомех прибор относится к группе 8 ГОСТ 16842-82.
Габаритные и присоединительные размеры приведены на рис. 1.

Масса прибора не более 0,7 кг.
Средний срок службы — не менее 8 лет.

Конструктивно прибор выполнен в пластмассовом корпусе, состоящем из основания, панели и крышки с резиновым уплотнителем. Все элементы установлены на одной плате, которая крепится к панели. На панели закреплен переменный резистор, а также четыре светоизлучающих диода, сигнализирующих включение прибора и причину аварийной ситуации. Установка номинального тока нагрузки осуществляется в двух поддиапазонах. Переключение поддиапазонов осуществляется путем установки перемычки на клеммнике. Весь блок в сборе крепится к основанию. Подключение внешних цепей производится через три резиновых втулки к клеммнику, укрепленному на плате.
Функционально устройство состоит из четырех каналов, воздействующих на отключающее электромагнитное реле с нормально замкнутыми электрическими контактами.
В основу работы канала температурной защиты положен мостовой метод измерения сопротивления термопреобразователя (датчика температуры). Сигнал измерительного моста поступает на компаратор напряжения, преобразующий аналоговый входной сигнал в релейный сигнал, который управляет нагрузкой и светодиодом «ПЕРЕГРЕВ».
Канал токовой защиты преобразует сигнал одного из трансформаторов тока в сигнал пилообразной формы, воздействующий на компаратор напряжения, за счет этого обеспечивается изменение времени срабатывания токовой защиты от величины перегрузки. Цифровой сигнал с выхода компаратора через интегратор поступает на вход триггера, обеспечивающего триггерный режим работы канала токовой защиты канала. Сигнал с выхода триггера воздействует на нагрузку — реле и светодиод «перегрузка». Специальная схема индикации на транзисторе обеспечивает мгновенную индикацию перегрузки (до срабатывания триггерной защиты).
Сброс триггерной защиты каналов перегрузки и фазовой защиты осуществляется путем снятия питающего напряжения с устройства на время не менее 10 сек.
Канал защиты, обеспечивающий блокировку пуска электродвигателя при нарушении изоляции обмотки статора электродвигателя статора или кабеля, соединяющего магнитный пускатель с электродвигателем функционирует следующим образом:
при отключенном электродвигателе часть выпрямленного фазового напряжения поступает через резистор на одну из обмоток статора электродвигателя; таким образом получается делитель напряжения, одним из элементов которого является сопротивление изоляции обмотки статора. С делителя сигнал поступает на компаратор напряжения, преобразующий аналоговый сигнал, пропорциональный току утечки в релейный. Релейный сигнал с выхода компаратора воздействует на нагрузку — реле и светодиод «утечка».
Схема подключения УЗОТЭ — 2У приведена на рис. 2.

a&+[0,16]:[ — ,0,0,3(57,1,16),(20,1,16)] Прибор — 1 шт. Термопреобразователь сопротивления — 1 шт. Кронштейн 3У 8.090.208 — 1 шт. Уголок 3У 8.665.580 — 1 шт. Винт В М4-6gx10.58.026. ГОСТ 17.473-80 — 5 шт. Паспорт МКЕЦ 01 — 16.30.00.00.ПС — 1 шт. Винт В М4-6gx32.58.026. ГОСТ 17.473-80 — 1 шт. Трансформатор тока — 3 шт.

Основные элементы правильной координации «выключатель + пускатель» [2]

Стандарты точно определяют элементы, которые необходимо учесть для обеспечения соответствующей координации типа 2:

• Абсолютная совместимость теплового реле пускателя и электромагнитного расцепителя выключателя. На рис. N68 тепловое реле защищено, если его предельная граница по термической стойкости расположена справа от кривой срабатывания электромагнитного расцепителя выключателя. В случае использования автоматического выключателя, имеющего как электромагнитную, так и тепловую защиту, координация должна быть обеспечена проектировщиком.
• Отключающая способность контактора должна быть выше, чем ток уставки электромагнитного расцепителя выключателя.
• При коротком замыкании поведение контактора и его теплового реле должно соответствовать требованиям выбранного типа координации.

Рис. N68 : Предел теплового реле по термической стойкости должен быть справа от кривой срабатывания электромагнитного расцепителя выключателя

Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице Скачать.

Вот одна из книг, приведенных там:
• Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. / Ломоносов, В.Ю.; Поливанов, К.М.; Михайлов, О.П. Электротехника. Одна из лучших книг, посвящённых основам электротехники. Изложение начинается с самых основ: объясняется, что такое напряжение, сила тока и сопротивление, приводятся указания по расчёту простейших электрических цепей, рассказывается о взаимосвязи и взаимозависимости электрических и магнитных явлений.Объясняется, что такое переменный ток, как устроен генератор переменного тока. Описывается, что такое конденсатор и что собой представляет катушка индуктивности, какова их роль в цепях переменного тока. Объясняется, что такое трёхфазный ток, как устроены генераторы трёхфазного тока и как организуется его передача. Отдельная глава посвящена полупроводниковым приборам: в ней речь идёт о полупроводниковых диодах, о транзисторах и о тиристорах; об использовании полупроводниковых приборов для выпрямления переменного тока и в качестве полупроводниковых ключей. Коротко описываются достижения микроэлектроники. Последняя треть книги целиком посвящена электрическим машинам, агрегатам и оборудованию: в 10 главе речь идёт о машинах постоянного тока (генераторах и двигателях); 11 глава посвящена трансформаторам; о машинах переменного тока (однофазных и трёхфазных, синхронных и асинхронных) подробно рассказывается в 12 главе; выключатели, электромагниты и реле описываются в главе 13; в главе 14 речь идёт о составлении электрических схем. Последняя, 15 глава, посвящена измерениям в электротехнике. Эта книга — отличный способ изучить основы электротехники, понять основополагающие принципы работы электрических машин и агрегатов., zip, 13.87 MB, скачан: 728 раз./

• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 501 раз./