Электрооборудование нефтяной промышленности

5.2. Основные обозначения и правила построения электрических схем

Электротехнические устройства и их элементы в электричес­ ких схемах изображают в виде условных графических обозначе­ ний, регламентируемых государственным стандартом по Еди­ ной системе конструкторской документации (ЕСКД) (табл. 5.1).

В табл. 5.1 приведены условные обозначения некоторых электрических машин, аппаратов и элементов, наиболее широ­ ко используемых в электроприводе.

Электротехническое устройство, технологические установки могут работать совместно с устройствами питания, защиты, сиг­ нализации и управления. Комплекс устройств и элементов, соединенных электрическими проводами, изображают на черте­ жах в виде электрических схем.

Электрической схемой называется графическое изображение электрической цепи, содержащее условное обозначение ее эле­ ментов и показывающее соединения этих элементов. Каждый элемент на схеме должен иметь условное графическое обозна­ чение по ГОСТ 2.755—87 и буквенно-цифровое обозначение по ГОСТ 2.710—81.

Основными типами электрических схем являются (ГОСТ 2.701—76): функциональная, принципиальная, соединений (мон­ тажная), подключения, общая.

Функциональная схема разъясняет процессы в отдельных функциональных цепях установки. Ею пользуются при изучении

второй способ

141

принципа работы установки, а также при наладке и ремонте* Принципиальная схема определяет полный состав элементов,

исвязей между ними и дает детальное представление о работе установки. Эта схема служит основой для разработки схем сое­ динений и подключения.

Схема соединений (монтажная) показывает соединения со­ ставных частей установки и определяет марки проводов, жгутов

икабелей, которыми осуществляют эти соединения. Схемами

соединений пользуются при монтаже, а также при наладке, ремонте и эксплуатации.

Схема подключения показывает внешние подключения уста­ новки и используется при подключениях установки и ее эксплу­ атации.

Схемы выполняют без соблюдения масштаба, а действитель­ ное пространственное расположение электрооборудования не учитывают вообще или учитывают приближенно. Отрезки линий, изображающие электрические соединения между элементами,— линии связи — должны вычерчиваться так, чтобы число изломов и пересечений было возможно меньшим. Расстояние между соседними параллельными линиями связи должно быть не менее 3 мм.

Наиболее полное представление о составе входящих в дан­ ную электроустановку элементов, связях между ними и работе всех электрических цепей дает принципиальная схема. При изоб­ ражении электрической принципиальной схемы с целью удобст­ ва ее чтения необходимо соблюдать следующие правила:

указывать элементы на схеме в соответствии с условным графическим изображением;

для получения наиболее простого начертания схемы выпол­ нять линии связи под углом 90° или кратным ему (иногда ис­ пользуют угол 45°);

изображать элементы устройств в отключенном состоянии; использовать разнесенный способ изображения, когда эле­

присвоить каждому элементу в схеме «имя» в виде буквенно­

142

Рис. 5.1. Принципиальная схема включения асинхрон­ ного двигателя в сеть

в магнитный пускатель. Магнитный пускатель КМ состоит из катушки, трех силовых контактов и одного блокировочного контакта в цепи управления. Все элементы пускателя имеют одно и то же «имя». Тепловые реле, хотя и встроены в один конструктивный узел с магнитным пускателем, имеют свое собственное «имя» FP1 и FP2.

5.3. Защита электродвигателей

Для предотвращения выхода из строя электродвигателей и повышения надежности работы электроприводов применяют сле­ дующие основные виды защиты: максимально-токовую от корот­ ких замыканий или недопустимых бросков тока; от перегрева, обрыва цепи обмотки возбуждения, перенапряжения, превыше­ ния напряжения, самозапуска и др.

Максимально-токовая защита двигателя обеспечивает отклю­ чение его силовой цепи при возникновении недопустимо боль­ ших токов. В силовых цепях эта защита осуществляется: плав­ кими предохранителями FU, автоматическими выключателями

л — с плавкими предохранителями; 6 — с автоматическими выключателями; в — с мак­ симально-токовыми реле

143

Рис. 5.3. Схемы защиты асинхронного двигателя от пе­ регрузок

выбирают для асинхронных короткозамкнутых двигателей из

условий пуска / уст.н = (1 ,3 — 1,5) / п. Для асинхронных двигателей

работы асинхронного двигателя используют два тепловых реле FP1 и FP2 (см. рис. 5.1) или автоматы с тепловым расцепите­ лем (двигатель постоянного тока защищают одним тепловым реле). При повторно-кратковременном режиме работы исполь­ зуют два максимально-токовых реле КА1 и КА2 (рис. 5.3,а),, поскольку в этом режиме трудно согласовать тепловые харак­ теристики двигателя и теплового реле. Реле КАЗ служит для защиты от коротких замыканий. Применение для защиты асин­ хронных двигателей двух тепловых или максимальных токовых: реле позволяет одновременно обеспечить защиту двигателя от работы на двух фазах.

Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле / п.э или ток теплового расцепителя автомата /н.р выбирают из условия /н .э = /ц .р = /н- В схему (рис. 5.3, б ) вводится реле време­ ни КТ, которое шунтирует контакты реле КА1 и КА2 во время

Защита от обрыва обмотки возбуждения двигателя обеспе­ чивает отключение обмотки якоря. Она осуществляется с по­ мощью минимального токового реле KF, которое включается в. цепь обмотки возбуждения синхронного двигателя и машины постоянного тока (рис. 5.4, а, б).

При протекании нормального тока возбуждения якорь реле- KF втянут и его контакт в цепи катушки контактора КМ замкг

144

Рис. 5.4. Схемы защиты двигателей постоянного тока

нут. При исчезновении или чрезмерном снижении тока возбуж­ дения якорь реле KF отпадает, что приводит к размыканию цепи, катушки контактора КМ и отключению двигателя. Обрыв об­ мотки возбуждения в электродвигателях постоянного тока мо­ жет привести к недопустимому увеличению частоты вращения и механическому повреждению якоря.

Защита двигателя от перенапряжения в обмотке возбужде­ ния необходима при отключении ее от сети. Из-за большой ин­ дуктивности обмотки возбуждения LM (см. рис. 5.4) при отклю­ чении может возникнуть э.д. с. самоиндукции, превышающая номинальную, и привести к пробою изоляции. Для защиты эту обмотку шунтируют разрядным сопротивлением Rp = (3—Q)RLM- Для снижения потерь электрической энергии в цепь резистора: включен диод V.

Защита от повышения напряжения обеспечивает отключение двигателя от сети при увеличении напряжения более чем на 10— 15% от номинального. При этом при помощи реле макси­ мального напряжения KV размыкается цепь катушки контакто­ ра КМ, что приводит к отключению обмотки якоря от сети.

Защита от самозапуска (нулевая защита) отключает двига­ тель при исчезновении или чрезмерном снижении напряжения сети. При кнопочном управлении (см. рис. 5.3,6) защиту осу­ ществляет контактор КМ, который, отпадая, размыкает свой блокировочный контакт, шунтирующий кнопку SB2, поэтому при восстановлении напряжения самовключение двигателя не­ возможно. При управлении командоконтроллером для защиты от самозапуска используют реле минимального напряжения.

Защитные электрические блокировки повышают надежность работы электроприводов, предотвращают ложные и аварийные включения аппаратов, устройств и машин. Например, в ревер­ сивных электроприводах недопустимо одновременное включение контакторов прямого и обратного вращения двигателя, так как это приводит к коротким замыканиям в силой цепи.

При реверсе асинхронного двигателя (рис. 5.5, а) блокиров­ ка осуществляется размыкающими блок-контактами контакто­ ров КВ и КН, управляемых соответственно кнопками SB1

Рис. 5.5. Схемы защитных электрических блокировок

(«Пуск вперед») и SB2 («Пуск назад»). Эти блок-контакты включены таким образом, что при нажатии кнопки SB1 блокконтакт КВ1 разрывает цепь питания катушки контактора КН и наоборот. Кроме того, в ответственных электроприводах при­ меняется еще механическая блокировка, которая жестко связы­ вает подвижные системы контактов КВ и КН между собой и полностью исключает их одновременное включение. Отключение двигателя осуществляется кнопкой SB3.

146

Для некоторых многодвигательных электроприводов преду­ сматриваются блокировочные связи, обеспечивающие согласо­ ванность и определенную последовательность в работе отдель­ ных двигателей. Примером такой блокировки может служить схема, представленная на рис. 5,5,6. Эта схема исключает пуск главного двигателя Ml без запуска вспомогательного двигателя М2. Здесь пуск главного двигателя осуществляется кнопкой SB1 в цепи катушки контактора КМ1. Катушка контактора КМ1 питается через блок-контакт КМ2, замкнутый при рабо­ тающем двигателе М2. При отключении вспомогательного дви­ гателя М2, в том числе по причине срабатывания теплового реле FP2, главный двигатель Ml автоматически отключается, так как цепь питания контактора КМ1 разрывается блок-кон­ тактом КМ2. Оба двигателя отключаются кнопкой SB3. Реле FP1 служит для тепловой защиты двигателя Ml.

Часто требуется исключить возможность одновременной ра­ боты двух двигателей. Так, недопустимы одновременное вклю­ чение и работа двигателей привода буровой лебедки и привод­ ного двигателя автомата подачи долота. Схема блокировки для этого случая показана на рис. 5.5, в. В качестве приводного двигателя буровой лебедки служит асинхронный двигатель с фазным ротором Ml. Привод подачи долота осуществляется двигателем М3, который питается от генератора постоянного тока G, приводимого во вращение двигателем М2. Контакторы КВ, КН и КМ1 включаются кнопками SB1, SB2 и SB4. Одновременная работа приводов исключается размыкающими

5.4. Релейно-контакторные схемы автоматического управления электроприводами

Автоматизация процессов пуска, реверса и торможения зна­ чительно облегчает управление электродвигателями, устраняет возможные ошибки при пуске и реверсе, обеспечивает повыше­ ние производительности механизмов. При питании двигателя от сети автоматизация обеспечивает постепенное выключение пус­ ковых (тормозных) сопротивлений, регулируя пусковой (тор­ мозной) ток и момент двигателя в заданных пределах.

Автоматический пуск, торможение и реверс обычно выпол­ няются при помощи релейно-контакторных устройств в функции скорости, тока, времени, пути. В некоторых случаях применяют­ ся комбинированные способы автоматического управления, на-

Рис. 5.6. Схема автоматического пуска двигателей:

а — постоянного тока в функции скорости; б — асинхронного в функции тока

пример в функции тока с корректировкой по времени и др. Рассмотрим некоторые схемы релейно-контакторного управле­ ния электроприводами.

У п р а в л е н и е в ф у н к ц и и с к о р о с т и . Частоту враще­ ния вала можно контролировать по э.д. с. в обмотке якоря дви­ гателей постоянного тока или по частоте э.д. с. в обмотке рото­ ра двигателей переменного тока (рис. 5.6,а). Пусковой реостат имеет две ступени. Катушки двух контакторов ускорения КМ1 и КМ2 подключены к зажимам якоря двигателя. Напряжение на катушках пропорционально э. д. с. якоря (с некоторой по­ грешностью). Контакторы настраиваются на срабатывание при определенных (разных) напряжениях соответственно скоростям якоря. Нажатием кнопки SB1 («Пуск») включают линейный контактор КМ, подключающий якорь двигателя к сети при пол­ ностью введенном пусковом реостате. Блок-контакт контактора КМ шунтирует кнопку SB 1, поэтому после отпускания кнопки цепь катушки контактора остается замкнутой. С разгоном дви­ гателя увеличивается э.д. с. якоря и повышается напряжение на якоре. При определенной скорости срабатывает контактор КМ1 и его контакты замыкают первую ступень реостата. При

148

дальнейшем увеличении скорости срабатывает контактор КМ2, замыкающий вторую ступень реостата.

Достоинство этой схемы — ее простота и дешевизна, так как в схеме отсутствуют реле, недостаток — сложность получения четкой настройки напряжения втягивания контакторов вследст­ вие значительного изменения сопротивления катушек контак­ торов при нагреве. Управление в функции скорости можно ис­ пользовать и при торможении (динамическом и противовключением). Обмотки контакторов ускорения должны быть рассчи­ таны на разные напряжения, т. е. требуется разнотипная аппаратура; кроме того, схема трудно налаживается при боль­ шом числе пусковых сопротивлений.

У п р а в л е н и е в ф у н к ц и и тока . В схеме автоматическо­ го реостатного пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в функции тока (рис. 5.6, б) при нажатии на кнопку SB1 («Пуск») срабатывает контактор КМ, обмотка статора подклю­ чается к сети. Контактор КМ своими блок-контактами шунтиру­ ет кнопку SB1 и после некоторой выдержки времени включает цепи катушек контакторов КМ1 и КМ2.

Пусковой ток в цепи ротора вызывает срабатывание токовых реле КЛ1 и КЛ2, которые размыкают свои контакты в цепях катушек контакторов КМ1 и КМ2.

По мере разгона ток в роторе уменьшается и при опреде­ ленном его значении реле К.А1 отпускает свой якорь. Размы­ кающий контакт КЛ1 включает цепь катушки контактора КМ1, который своими контактами шунтирует первую ступень пуско­ вого реостата вместе с реле КА1. После второго броска ток снова начинает уменьшаться. Теперь реле КА2 отпускает свой якорь, его размыкающий контакт включает контактор КМ2, который шунтирует вторую ступень реостата, после чего дви­ гатель продолжает разбег на естественной механической харак­ теристике до точки установившегося режима.

Допустимые значения пускового тока определяются настрой­ кой реле КА1 и КА2 на срабатывание и отпускание своих якорей.

Достоинство управления в функции тока состоит в возмож­ ности поддержания момента двигателя на определенном уров­ не, а также независимость процесса пуска и торможения от температуры катушек реле. Недостаток заключается в том, что время пуска и торможения зависит от нагрузки на двигатель, приводящей к отклонению фактической частоты вращения от заданной. При больших моментах сопротивления может затя­ нуться процесс пуска на одной из промежуточных искусствен­ ных механических характеристик, что приведет к перегреву пусковых сопротивлений. Схемы с токовыми реле не отличают­ ся также высокой надежностью.

149