Контроль состояния двигателя

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Система управления и защиты двигателя может включать один, два, три или четыре различных устройства, которые выполняют одну или несколько функций.

В случае комбинации нескольких устройств координация между ними важна для обеспечения оптимизированной защиты двигателя.

Для защиты цепи двигателя необходимо учитывать многие параметры, которые зависят:

  • от области применения (типа машины, безопасности работы, числа включений и т.д.);
  • от требуемой непрерывности работы;
  • от действующих норм техники безопасности.

Требуется обеспечение разнообразных электротехнических функций:

  • Пуск, нормальный режим работы и останов без внезапного отключения с выполнением требований к управлению, число включений, требования к долговечности и правила техники безопасности (аварийные остановы), а также защита цепи и двигателя, отключение для обеспечения безопасности персонала при проведении техобслуживания.


Основные схемы защиты: автоматический выключатель + контактор + тепловое реле

Среди возможных методов защиты двигателя комбинация «автоматический выключатель + контактор + тепловое реле» обеспечивает значительные преимущества.

Преимущества

Комбинация устройств облегчает монтаж, эксплуатацию и техобслуживание:

  • Сокращение объема техобслуживания: для автоматических выключателей не требуется замена перегоревших предохранителей, не требуется хранение запчастей (различных размеров и типов).
  • Улучшение непрерывности работы: установка может включаться сразу после устранения повреждения и проверки пускателя.
  • Возможность легкой установки дополнительных устройств, иногда требуемых для цепи двигателя.
  • Гарантированное отключение всех трех фаз (тем самым предотвращается возможность режима однофазного включения).
  • Возможность отключения тока полной нагрузки (с помощью выключателя) в случае повреждения контактора, например, сплавление контактов.
  • Блокировка.
  • Разнообразные средства дистанционной индикации.
  • Повышенная степень защиты пускателя в случае перегрузки по току и, в частности, при КЗ через сопротивление [1], с токами приблизительно в 30 раз выше In двигателя (см. рис. N67).
  • Возможность добавления УЗО:

  -  предотвращение риска пожара (чувствительность 500 мА);
  -  защита от выхода двигателя из строя (короткое замыкание пластин магнитопровода) за счет раннего обнаружения токов утечки на землю (чувствительность 300 мА - 30 А).


Рис N67.jpg


Рис. N67 : Характеристики отключения для комбинации «автоматический выключатель + контактор + тепловое реле»

Заключение

Комбинация «автоматический выключатель + контактор + тепловое реле» для управления и защиты цепей двигателя позволяет обеспечить:

  • Снижение объема техобслуживания установки. Как правило, такое снижение требуется для предприятий сферы обслуживания, малых и средних промышленных предприятий.
  • Дополнительные функции, предусмотренные техническим заданием.
  • Технические требования на отключение нагрузки для проведения техобслуживания.


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.jpg


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

Отключающая способность при коротком замыкании для комбинации «автоматический выключатель + контактор»

Невозможно рассчитать отключающую способность при КЗ для комбинации «выключатель + контактор». Только лабораторные испытания, проводимые изготовителями, позволяют определить это значение. Так, компания Schneider Electric приводит соответствующую таблицу для комбинации выключателей Multi 9 и Compact типа МА с различными типами пускателей.

Отключающая способность при КЗ, которая должна сравниваться с ожидаемым током КЗ, определяется следующим образом:

  • Как отключающая способность комбинации «выключатель + контактор», если выключатель расположен в непосредственной близости от контактора (см. рис. N69) в одной секции шкафа управления двигателем. Короткое замыкание за комбинацией ограничивается, в некоторой степени, полными сопротивлениями контактора и теплового реле. Поэтому, такая комбинация может использоваться в цепи, для которой ожидаемый уровень тока КЗ превышает номинальную отключающую способность при КЗ для выключателя. Эта возможность часто представляет значительное экономическое преимущество.


Рис N69.jpg


Рис. N69 : Выключатель и контактор, установленные в непосредственной близости


  • Или как отключающая способность только выключателя в случае, когда контактор отделен от выключателя (см. рис. N70) при существовании риска короткого замыкания между контактором и выключателем.


Рис N70.jpg


Рис. 70 : Выключатель и контактор, установленные отдельно

Выбор электромагнитного расцепителя мгновенного действия для выключателя

Уставка срабатывания этого расцепителя не должна быть меньше 12 In для предотвращения внезапного отключения из-за первого пика тока при пуске.


Дополнительные средства защиты

Дополнительные средства защиты включают в себя:

  • тепловые датчики в двигателе (обмотки, подшипники, каналы охлаждающего воздуха и т.д.);
  • многофункциональные устройства защиты (совокупность функций);
  • устройства защиты от однофазного замыкания на корпус двигателя.

Тепловые датчики

Используются для обнаружения ненормального повышения температуры в двигателе путем непосредственного измерения. Как правило, эти датчики встроены в обмотки статора (для низковольтных двигателей). Сигналы датчиков обрабатываются соответствующим управляющим устройством, отключающим контактор или выключатель (см. рис. N71).


Рис N71.jpg


Рис. N71 : Защита от перегрева с помощью тепловых датчиков


Многофункциональное реле защиты двигателя от повреждения

Многофункциональное реле, связанное с рядом датчиков и блоками индикации, обеспечивает защиту двигателя и приводной машины. Выполняет функции защиты в следующих случаях:

  • тепловая перегрузка;
  • экстренное торможение двигателя или затянувшийся пуск;
  • перегрев;
  • несимметрия фазных токов, обрыв одной фазы, обратное вращение;
  • замыкание на землю (при наличии УЗО);
  • холостой ход, затянутый пуск.

Основные преимущества:

  • комплексная защита, обеспечение надежного эффективного и непрерывного контроля/управления;
  • эффективный контроль всех технологических режимов двигателя;
  • сигнализация и индикация;
  • возможность передачи данных по сети связи.

Пример: реле LR6 с функцией непрерывного контроля/управления и связью по шине или блок контроля неисправностей LUCM и модуль связи для TeSys модели U.

Превентивная защита для длительно простаивающих двигателей

Эта защита связана с непрерывным контролем уровня сопротивления изоляции простаивающего двигателя. Такой контроль позволяет предотвратить отрицательные последствия повреждения изоляции в процессе работы, включая:

  • отказ при запуске или ненадлежащую работу двигателя, используемого в аварийных системах;
  • производственные потери.

Этот тип защиты необходим для редко используемых двигателей часто находящихся в условиях высокой влажности и/или содержания пыли. Такая защита предотвращает выход двигателя из строя из-за замыкания на землю при пуске (одно из наиболее частых повреждений) путем предупреждения о необходимости техобслуживания для восстановления двигателя до удовлетворительного рабочего состояния.

Пример применения:
Система противопожарной защиты, «спринклерные» насосы, ирригационные насосы для сезонных работ и т.д.

Пример: реле Vigilohm SM21 (Schneider Electric) обеспечивает непрерывный контроль изоляции двигателя, а также звуковую и визуальную сигнализацию любого ненормального снижения уровня сопротивления изоляции. Кроме того, при необходимости реле может предотвращать любую попытку запуска двигателя (см. рис. N72).


Рис N72.jpg


Рис. N72 : Превентивная защита длительно простаивающих двигателей


Устройства защиты, реагирующие на малые токи

Дифференциальные устройства защиты нулевой последовательности (УЗО) могут обладать высокой чувствительностью и обнаруживать низкие значения тока утечки на землю при повреждении изоляции (физическое повреждение, загрязнение, чрезмерная влажность и т.д.). Некоторые модели УЗО (с сухими контактами, специального назначения) обеспечивают:

  • Предотвращение выхода двигателя из строя при межвитковых коротких замыканиях в обмотке статора. Такое устройство защиты может обнаруживать медленно развивающееся повреждение при токах утечки в диапазоне 300 мА – 30 А с учетом характеристик двигателя (чувствительность: приблизительно 5% In).
  • Снижение риска пожара: чувствительность ≤ 500 мА.

Например, реле RH99M (Schneider Electric) обеспечивает (см. рис. N73):

  • 5 уровней чувствительности (0,3, 1, 3, 10, 30 А);
  • селективность или возможность учета конкретного режима работы за счет трех возможных выдержек времени (0, 90, 250 мс);
  • автоматическое отключение при повреждении цепи от ТТНП до реле;
  • защиту от ложных отключений;
  • чувствительность к постоянной составляющей тока замыкания: класс А.


Рис N73.jpg


Рис. N73 : Пример использования реле RH99M


Важность ограничения снижения напряжения на двигателе при пуске

Для того, чтобы двигатель запускался и достигал номинальной скорости за соответствующее время, момент двигателя должен превышать момент нагрузки как минимум на 70%. Однако, пусковой ток намного превышает ток двигателя при полной нагрузке. В результате, отмечается крайне высокий уровень снижения напряжения, момент двигателя значительно уменьшается (момент двигателя пропорционален U2), что может привести (в крайнем случае) к невозможности запуска двигателя.

Пример:

  • При напряжении 400 В, поддерживаемом на зажимах двигателя, его момент в 2,1 раза превышает момент нагрузки.
  • При снижении напряжения на 10% при пуске момент двигателя составит 2,1 х 0,92 = 1,7 раз выше момента нагрузки, и двигатель нормально выйдет на свои номинальные обороты.
  • При снижении напряжения на 15% при пуске момент двигателя составит 2,1 х 0,852 = 1,5 раз выше момента нагрузки – время пуска двигателя будет выше нормы.

Как правило, рекомендуемое максимально допустимое отклонение напряжения от номинального при пуске двигателя составляет 10% Un.


Примечания

[1] В большинстве случаев короткие замыкания возникают в двигателе, так что ток ограничивается кабелем и проводкой пускателя. Такие короткие замыкания называются замыканиями через сопротивление.

[2] Комбинация контактора с тепловым реле часто называется пускатель