Тема 1.3 Электрическая аппаратура управления и защиты электродвигателей машин и механизмов напряжением до 1200В
Лекция 3 - Аппараты, устройство и принципиальные схемы защиты от перегрева и опрокидывания при незавершившемся пуске.
ВИДЫЗАЩИТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РУДНИЧНОЙ АППАРАТУРЕ Общие сведения
Назначением защитных устройств и аппаратов в шахтных электрических установках является: 1) защита электроустановок от ненормальных режимов работы; 2) защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током; 3) защита электроустановок от включения при взрывоопасных условиях в окружающей среде.
К ненормальным режимам работы электродвигателей, светильников, кабельной сети и других потребителей относятся режимы, возникающие: при значительном и продолжительном снижении напряжения против номинального; при кратковременном прохождении через потребитель или кабель тока, в несколько раз превосходящего допустимое значение; при длительном прохождении через потребитель или кабель тока выше номинального; при чрезмерно большой частоте включения аппаратов.
Для обслуживающего персонала представляет опасность внезапное, самопроизвольное включение механизмов в работу, включение напряжения на обслуживаемый аппарат при плохом качестве или отсутствии заземления его, при пробое одной фазы на корпус.
В подземных условиях иногда возникают такие обстоятельства, при которых правила безопасности запрещают включение напряжения на машины и механизмы. К таким обстоятельствам относятся: содержание метана в рудничной атмосфере выше допустимых норм; отсутствие вентиляции в глухих забоях, которые проветриваются вентиляторами местного проветривания. Задача состоит в том, чтобы при возникновении вышеперечисленных условии либо не допустить включения пусковых объектов, либо отключить их, если они были включены до появления опасности, и просигнализировать об этом обслуживающему персоналу.
В зависимости от видов опасности, которой подвергаются электроустановки, обслуживающий персонал и окружающая среда, различают следующие виды защит: а) максимальная; б) тепловая (температурная); в) от частых включений; г) минимальная; д) нулевая; е) от обрыва или увеличения сопротивления заземляющей жилы; ж) от включения напряжения на участок сети с повреждением изоляции относительно земли (с наличием недопустимо большой величины тока утечки); з) от замыканий в цепях управления пускателей; и) от включения пусковой аппаратуры при концентрации метана в рудничной атмосфере выше допустимых норм; к) от включения пусковой аппаратуры при отсутствии принудительной вентиляции.
Две последние защиты выполняются как отдельная автоматическая аппаратура контроля и при необходимости воздействуют на пусковую аппаратуру.
Тепловая защита размешается внутри контролируемых электрических приемников, контакты аппаратуры включаются в цепи управления пускателями.
Аппаратура, обеспечивающая остальные виды защит, как правило, монтируется внутри оболочки пускателя
Минимальная и нулевая защиты
Момент вращения асинхронных двигателей прямо пропорционален квадрату напряжения, поэтому снижение напряжения при том же моменте сопротивления на валу двигателя вызывает повышенное потребление тока и перегрев двигателей. Заводы гарантируют работу электродвигателей при отклонении напряжения от номинального значения на+ 5-10% и кратковременном снижении напряжения до 0,71/Пом. Дальнейшее снижение напряжения недопустимо из-за опасности выхода из строя двигателя.
Минимальная защита осуществляет защиту двигателей от работы при пониженном напряжении. В качестве аппарата минимальной защиты применяются минимальные реле.
Минимальные реле (рис. 17.6) представляют собой электромагнитные реле напряжения, которые могут быть первичными (для двигателей с {/<1000 В) и вторичными (для сетей с?/>1000 В), с мгновенным срабатыванием и с выдержкой времени при срабатывании.
При появлении номинального напряжения на фазах а, в, с катушка реле К втягивает сердечник Я и защелка з фиксирует включаемый контактор в положении «Включено»— двигатель получает питание.
На шкале с помощью винта устанавливается предельное напряжение, при котором сила магнитного потока катушки К будет равна силе натяжения пружины 111 (на схеме — 280 В). При снижении напряжения ниже установленного значения пружина Ш размыкает защелку з и контактор силой пружины П2 отключается. Отключение можно произвести и нажатием кнопки «Стоп».
В магнитных пускателях роль минимального реле выполняют катушки контакторов, которые рассчитываются таким образом, что при снижении напряжения не могут удерживать контакты во включенном положении и контактор отключается.
Нулевая защита предназначена для отключения потребителей при исчезновении напряжения или при снижении его до 15% UUOM и предотвращения само включения их при появлении напряжения в сети.
Эта защита нужна в первую очередь для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. При отсутствии нулевой защиты самовключение машины может «быть причиной тяжелых травм человека.
При необходимости нулевое реле может быть поставлено в любой пускатель.
По конструкции пулевое реле такое же, как.и минимальное реле, только уставка срабатывания у него нерегулируемая (0,15 Uм).
Нулевая защита обеспечивается и минимальным реле, а в магнитных пускателях — катушкой контактора с применением специальных схем включения ее.
На рис. 16.7 приведена схема управления катушкой К контактора с помощью двухкнопочного поста управления (кнопки «Пуск» и «Стоп») и блок-контакта К-3 контактора. В данной схеме нулевая защита обеспечивается катушкой К контактора и блок-контактом К-3, включенного параллельно кнопке «Пуск».
Кнопку «Пуск» можно зашунтировать и резистором определенной величины. На рис. 17.7 блок-контакты К-2 и К-3 контактора не используются, зато параллельно кнопке «Пуск» подключен резистор R такой величины, что при включении его в цепь катушки К величина тока, проходящая через катушку К, будет недостаточной для того, чтобы образовать магнитный поток, способный притянуть якорь контактора. Однако если якорь будет притянут к сердечнику, то эта величина магнитного потока будет достаточной для удержания якоря в притянутом положении.
В данной схеме пулевая защита осуществляется катушкой К контактора и резистором, шунтирующим кнопку «Пуск». Достоинствами этой схемы является уменьшение количества проводов, идущих от контактора к посту управления.
Недостатком схемы является ненадежность нулевой защиты при значительных колебаниях напряжения (при значительном повышении напряжения схема может сама включиться). Поэтому для обеспечения падежной нулевой защиты в цепях управления этой схемы надо ставить стабилизатор напряжения.
Значение тока, при котором реле срабатывает, называется уставкой тока.
Достоинства максимальных токовых реле: простота устройства, размыкание всех трех фаз потребителя при срабатывании реле, легкость регулировки уставок, постоянная готовность к работе; недостаток—мгновенная реакция на любое, даже кратковременное повышение тока в цепи потребителя,
В настоящее время в пускателях максимально-токовая защита осуществляется вторичными электромагнитными реле, включаемыми по специальным схемам, которые предложены сотрудниками ВНИИВЭ. В пускателях применяются защиты У М3 и ПМЗ.
Защита УМЗ состоит из двух одинаковых частей, включенных в разные фазы (рис. 17.3) и питающихся через трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2. При нормальной работе переключатели П замкнуты, а потенциометры R3 установлены в положение, соответствующее определенной уставке реле. В трансформаторах тока ТТ1, ТТ2 индуктируется ток, пропорциональный току в первичной цепи. Этот ток замыкается через резисторы/?/ и R2, в результате чего на резисторах возникает напряжение, величина которого пропорциональна первичному току. Так как параллельно резисторам R1 и R2 включена цепь R3—В/—РЗ, выпрямитель выпрямляет это напряжение и подает его на катушку РЗ. Катушка РЗ имеет постоянное сопротивление, а реле — определенный ток трогания. До тех пор, пока величина напряжения (а значит, величина тока в первичной цепи) будет недостаточной для того, чтобы в реле прошел ток, равный току трогания, реле РЗ будет находиться в покос. При достижении критического значения тока в первичной цепи, напряжение на резисторах R1 и R2 станет достаточно большим, чтобы реле РЗ сработало, пускатель отключится.
Переключатель Л используется для опробования максимальной защиты при токах, в два раза меньших токов уставки. Для опробования оп ставится в положение «Выключено».
Защита УМЗ имеет экспоненциальную характеристику, что дает возможность для асинхронных короткозамкнутых двигателей уставку тока ставить не по номинальному, а по фактическому пусковому току.
Защита ПМЗ устанавливается на фидерных автоматах типа ЛВ и отличается от защиты УМЗ следующим: 1) трансформаторы тока ставятся на всех трех фазах автомата, соединяются в звезду; б) с помощью полупроводниковых выпрямителей вторичная цепь трансформаторов разделена на две схемы: измерительную и исполнительную; в) в измерительной схеме для измерения величины напряжения использованы транзисторы, которые при установленной величине напряжения на резисторах открываются и подают питание в исполнительную схему — на реле напряжения; г) реле напряжения при получении питания через транзисторы непосредственно воздействует на механизм свободного расцепления автомата и выключает его; д) в исполнительной схеме предусмотрено блокировочное реле, которое осуществляет запрет повторного включения автомата до устранения причины срабатывания защиты; е) кнопка возврата блокировочного реле в первоначальное положение (кнопка взвода реле) выведена наружу оболочки.
Защиты УМЗ и ПМЗ имеют специальные контакты, которые используются для сигнализации о срабатывании защиты.
Защита работы электродвигателя от неполно фазного режима
При максимально-токовой защите с помощью предохранителей, из-за использования некалиброванных плавких вставок, зачастую сгорает одна из них, в результате двигатель продолжает работать на двух фазах, перегревается и выходит из строя.
Для защиты электродвигателей от неполнофазного режима работы (работа на двух фазах) в пускателях ПМВИР используется реле обрыва фаз.
Реле обрыва фаз РО (рис. 17.4) состоит из двух токовых обмоток POI и Р02, подключенных параллельно предохранителям Пр1 и Пр2, размыкающий контакт Р01, Р02 реле включается последовательно в цепь управления контактора как кнопка «Стоп».
При наличии плавких вставок токовые обмотки реле РО не обтекаются током и контакт токового реле в цепи управления контактора остается замкнутым. Если одна из вставок перегорит, одна из обмоток реле РО обт2- чется током, контакт его разомкнется и контактор отключится.
Для защиты электродвигателей большой мощности от неполнофазного режима работы, несимметричных нагрузок используются различные конструкции реле фильтровой защиты.