1461

14.18. Защита электродвигателей переменного тока

Главные (подъемные) двигатели и двигатели вспомогательных приводов подъемных машин должны иметь ряд защит, при срабатывании которых двигатель должен отключиться от сети.

Электродвигатели напряжением выше 1000 В (подъемные двигатели и двигатели преобразовательных агрегатов системы Г–Д) должны иметь следующие виды защит:

1)нулевую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электродвигателяотпитающей сетивовсех случаяхисчезновениянапряжения вней;

2)максимальнуютоковуюзащитуотмеждуфазных(коротких) замыканий;

3)защиту от перегрузки, которая предусматривается на электродвигателях, подверженных перегрузке по технологическим причинам, и на электродвигателях с особо тяжелыми условиями пуска, перегрузка которых возможна при чрезмерном (более 20 с) увеличении длительности пускового периода вследствие понижения напряжения в сети (например, пуск синхронного двигателя преобразовательного агрегата системы Г–Д);

4)защиту от однофазных замыканий на землю, которая предусматривается для электродвигателей мощностью до 2 МВт при токах замыкания на землю 10 А и более, а для электродвигателей мощностью более 2 МВт – при токе 5 А и более;

5)защиту от асинхронного режима для синхронных электродвигателей, реагирующую на увеличение тока в обмотках статора, которая может быть совмещена с защитой от перегрузки.

Электродвигатели напряжением до 1000 В (подъемные двигатели,

двигатели вспомогательных приводов) должны иметь следующие защиты:

1)нулевую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электродвигателяотпитающей сетивовсех случаяхисчезновениянапряжениявней;

2)максимальную токовую защиту от междуфазных коротких замыканий;

3)защиту от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью (подземные подъемные установки).

14.18.1. Нулевая защита электродвигателей

При исчезновении или значительном снижении (более 40 %) напряжения питающей сети должен отключиться масляный выключатель (автомат) подъемного двигателя переменного тока или двигателя преобразовательного агрегата системы Г–Д, а подъемная машина должна затормозиться предохранительным тормозом.

Выполнение нулевой защиты электродвигателей напряжением выше 1000 В зависит от типа привода масляного выключателя. В ручных и пружинно-моторных приводах ПРБА, ПП-67 и других, имеющих встроенные в привод реле минимального напряжения, нулевая защита осуществляется с

501

помощью этих реле. Реле минимального напряжения подключается на напряжение 100 В вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения. При снятии напряжения якорь реле воздействует на механизм свободного расцепления привода, что приводит к его отключению.

Электромагнитные (соленоидные) приводы ПС-10 и ПЭ-11, являясь простыми и надежными в эксплуатации, имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что они не имеют встроенного в привод реле минимального напряжения, а для электромагнита отключения привода требуется бесперебойный источник питания (аккумуляторная батарея, накопительные конденсаторы), что снижает надежность работы защит.

Поэтому для осуществления нулевой защиты на этих приводах применяют специальную нулевую приставку, которая крепится к приводу. При этом никаких переделок в приводе не требуется.

Катушка нулевой приставки (нулевая катушка) питается напряжением 100 В от измерительного трансформатора напряжения. В нормальном режиме катушка обтекается током и ее сердечник втянут (находится в верхнем положении). При отсутствии напряжения катушка обесточивается, сердечник падает вниз и ударяет по механизму свободного расцепления привода, что приводит к его отключению.

При ревизии и наладке нулевой защиты необходимо проверить сле-

дующее.

1.Исправность и свободный ход механизма свободного расцепления привода и якоря реле минимального напряжения (нулевой катушки). Все перекосы и заедания должны быть устранены.

2.Величину напряжения включения и отключения якоря реле минимального напряжения (нулевой катушки). Напряжение включения должно быть не более85 % номинального напряжения, анапряжениеотключения– менее60 %.

Проверку произвести с помощью лабораторного автотрансформатора. При проверке нулевой защиты вторичная обмотка трансформатора напряжения должна быть отключена во избежание обратной трансформации напряжения.

Проверку действия нулевой защиты подъемного двигателя осуществить искусственным разрывом цепи реле минимального напряжения. При этом масляный выключатель (автомат) должен отключиться, а подъемная машина затормозиться предохранительным тормозом. Если защита не сработала, необходимо отрегулировать реле и проверить привод масляного выключателя или автомата.

Нулевая защита подъемных двигателей напряжением до 1000 В,

втом числе и подземных подъемных машин, осуществляется вводными автоматическими выключателями и схемой управления подъемной машины.

502

Питание подъемного двигателя и схемы управления должно осуществляться через общий вводной автоматический выключатель.

На тех подъемных машинах, на которых используются автоматические выключатели с расцепителями минимального напряжения, при исчезновении напряжения происходит автоматическое отключение этих выключателей, обеспечивая нулевую защиту и затормаживание подъемной машины предохранительным тормозом.

На подъемных машинах с вводными выключателями без расцепителей минимального напряжения при исчезновении напряжения в сети отключаются подъемный двигатель и схема управления машиной, а подъемная машина затормаживается предохранительным тормозом. После восстановления напряжения в сети (даже если вводной автомат и не будет отключен) включение предохранительного тормоза и двигателя подъемной машины возможно только машинистом подъема.

14.18.2. Максимальная токовая защита

Защита осуществляется максимальными токовыми реле различного типа. Для защиты электродвигателей от междуфазных (коротких) замыканий применяется максимальная токовая защита без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов, а для защиты от перегрузки – токовая защита с зависимой от тока выдержкой времени.

Защита двигателей напряжением выше 1000 В может осуществ-

ляться как реле мгновенного действия (реле РТМ, РТ-40 и др.), так и реле с ограниченно зависимой выдержкой времени, подключаемыми к вторичной обмотке трансформаторов тока двигателя. В последнем случае применяются реле серии РТ-80 и РТ-90 (далее по тексту – РТ-80), в которых отсечка по току используется в качестве защиты от коротких замыканий, а индукционный элемент – для защиты от перегрузки.

Как правило, защиту выполняют двухрелейной (рис. 14.44, б). В случае, когда это возможно по чувствительности, применяют однорелейную схему, в которой реле включается на разность токов двух фаз (рис. 14.44, а).

Реле максимальной защиты могут быть прямого и косвенного действия. Реле прямого действия – это реле максимального тока РТМ и др., встроенные в привод масляного выключателя, сердечники которых воздействуют непосредственно на механизм свободного расцепления привода масляного выключателя. В качестве реле косвенного действия на подъемных установках применяются токовые реле РТ-40 и реле серии РТ-80, воздействующие, как правило, через промежуточноереле наотключающую катушкуприводамасляноговыключателя.

503

Рис. 14.44. Схемы подключения токовых реле к трансформаторам тока:

а– однорелейная схема (реле включено на разность токов двух фаз);

б– двухрелейная схема (реле включены на фазовый ток)

Для защиты от коротких замыканий ток срабатывания реле защиты определяется следующим образом.

Для асинхронных электродвигателей с фазным ротором

где Iном – номинальный ток двигателя, А; Кт – коэффициент трансформации трансформаторов тока; Ксх – коэффициент схемы (Ксх = 1 для двухрелейной

схемы и Ксх = 3 для однорелейной схемы по рис. 14.44).

Для синхронных электродвигателей и асинхронных с короткозамкнутым ротором

где Кн – коэффициент надежности (обычно 1–2); Кп – кратность пускового тока двигателя, Кп = 6…9; Ка – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую пускового тока (Ка = 1 – для защит с реле прямого действия; Ка = 1,8 – для защит с быстродействующими реле типа РТ-80).

У реле прямого действия уставка срабатывания защиты Iуст.кз округляется до ближайшей по шкале данного реле и регулируется отводами на катушке реле.

Регулирование тока срабатывания реле РТ-40 осуществляется указателем уставки, устанавливаемым по делениям, нанесенным на шкалу реле. При повороте указателя уставки изменяется противодействующий момент пружины якоря реле и, соответственно, ток срабатывания реле. На сердечнике реле расположены две катушки, концы которых выведены на зажимы цоколя реле. Перестановкой перемычек на этих зажимах можно осуществлять параллельное или последовательное соединение катушек реле и, соответственно, менять величину уставок в 2 раза. Цифры, нанесенные на шкале, соответствуют параллельному соединению катушек.

504

Уставка токовой отсечки реле РТ-80 кратна уставке защиты от перегрузки, установленный на этом реле, поэтому в начале необходимо определить кратность токовой отсечки, которая определяется по формуле:

где Iуст.кз – ток срабатывания защиты от коротких замыканий, определенный для защищаемого двигателя по формуле (14.28) или (14.29); I’уст.п – уставка

защиты от перегрузки, установленная на индукционном элементе реле (определяется по формуле (14.31)).

Полученную кратность тока отсечки устанавливают с помощью регулировочноговинта7 сошкалой8 кратноститокасрабатыванияотсечки(рис. 14.45).

Рис. 14.45. Реле токовое РТ-80:

1 – зубчатый сектор; 2 – коромысло; 3 – контакт; 4 – упор; 5 – якорь; 6 – упорная планка; 7 – регулировочный винт; 8 – шкала; 9 – катушка реле;

10 – штепсельный переключатель; 11 – штепсельный винт; 12 – ярмо; 13 – магнитопровод; 14 – гайка; 15 – упорный винт; 16 – регулировочный винт; 17 – пружина; 18 – регулировочный винт; 19 – пружинящая скоба; 20 – рамка; 21 – тормозной магнит; 22 – червяк; 23 – рычаг; 24 – винт; 25 – шкала уставок времени; 26 – стальная скоба; 27 – поводок;

28 – короткозамкнутый виток; 29 – алюминевый диск

505

Кратность тока отсечки регулируется плавно винтом 7 в пределах 2–8. Устанавливать кратность менее 2 не допускается, так как при меньшей кратности возможны ложные срабатывания реле.

Токовая отсечка реле РТ-80 очень чувствительная, поэтому она иногда срабатывает при включении реверсора (влияет апериодическая составляющая пускового тока). В этих случаях допускается кратность уставки токовой отсечки увеличить на 10–20 %.

Для защиты от перегрузки подъемных двигателей и синхронных двигателей преобразовательных агрегатов системы Г–Д применяются, как правило, реле РТ-80.

Расчетный ток срабатывания защиты от перегрузки (уставка индукционного элемента реле) определяется по формуле

где Кв – коэффициент возврата для индукционного элемента реле (обычно

Кв =0,85).

Определенную таким образом уставку округляют до ближайшей по шкале уставок для данного типа реле I’уст.п и устанавливают на штепсельном

переключателе 10 штепсельным винтом 11 (см. рис. 14.45).

При настройке защиты подъемного двигателя от перегрузки необходимо определить, при каком токе и за какое время должна сработать защита.

Учитывая технологические особенности работы людских и грузовых подъемных установок, принимают, что защита от перегрузки должна сраба-

тывать при токе в реле Iр.п., равном: 1,7 Iном для людских и грузолюдских

КТ

где Vм – максимальная скорость, до которой разгоняется двигатель, м/с; ау – величина ускорения, м/с2, ау = 0,75 м/с2 – для людских и грузолюдских подъемных установок, ау = 1 м/с2 – для грузовых подъемных установок.

На шкале времени реле РТ-80 уставки даны при десятикратном токе срабатывания.

По расчетному времени срабатывания защиты от перегрузки tп (14.32) икратности тока в катушке реле Iр.п. к току уставки индукционного элемента I’уст.п

506

необходимо определить предварительную уставку реле по времени, которая определяется по временным характеристикам, приведенным на лицевой панели данного реле.

Полученная уставка по времени устанавливается с помощью винта 24, который закрепляется в нужном положении на шкале уставок времени 25 (см.

рис. 14.45).

После этого проверяется фактическое время срабатывания защиты по схеме, приведенной на рис. 14.46, следующим образом. Включить автоматический выключатель АВ и посредством ЛАТРа плавно увеличивать ток в катушке реле РТ до величины Iр.п., при которой должна сработать защита от перегрузки. Величина тока в катушке реле контролируется амперметром РА, подключенным к лабораторному трансформатору тока. Как только будет установлен необходимый ток, движок ЛАТРа оставить в этом положении и отключить выключатель АВ. При этом индукционный элемент, который начал отсчет времени при установке тока, вернется в исходное положение. Стрелку электрического секундомера ЭС возвратить на нуль. Затем включить выключатель АВ, подавая установленный ЛАТРом ток в катушку реле. Одновременно включится электросекундомер ЭС, который зафиксирует время от начала подачи тока до срабатывания реле РТ. Если время срабатывания защиты получилось меньше расчетного времени, увеличивается уставка по времени и снова проверяется фактическое время срабатывания на этой уставке. Если и на максимальной уставке реле по времени фактическое время срабатывания меньше расчетного, то следует увеличить уставку по току индукционного элемента реле на одно деление и скорректировать уставку по времени таким образом, чтобы защита от перегрузки срабатывала при нужных токе и времени.

Рис. 14.46. Схема проверки времени срабатывания индукционного элемента реле РТ-80

507

Защита от перегрузки не должна срабатывать в нормальном режиме работы подъемной установки при наименьшем рабочем напряжении в силовой питающей сети.

При подъеме тяжелых грузов (комбайн, насос, электровоз и т.п.) может сработать защита от перегрузки. В этом случае допускается временно переключить уставку защиты от перегрузки на следующую более высокую уставку или увеличить уставку по времени срабатывания. При выполнении таких работ обслуживающий персонал должен следить за нагревом двигателя, роторных (пусковых) сопротивлений, кабелей. В случае перегрева необходимо дать время на их охлаждение.

После выполнения таких работ должны быть восстановлены прежние (рабочие) уставки защит.

При настройке защиты от перегрузки синхронных двигателей преобразовательных агрегатов системы Г–Д величина тока в реле зашиты от перегрузки определяется по формуле (14.31), а время срабатывания защиты должно быть в 1,5–2 раза больше времени разгона синхронного двигателя до его входа в синхронизм при нормальном напряжении в питающей сети.

Настройка защиты выполняется так же, как и для подъемного двигателя, и была описана выше.

Наладку максимальной токовой защиты произвести в следующей последовательности:

1)проверить правильность монтажа схемы защиты. При проверке схемы определить правильность сборки ее и маркировку проводов и зажимов. Кроме того, проверить плотность затяжки контактов и исправность паек всех присоединений, крепление отдельных деталей реле и самих реле к панели;

2)проверить величину сопротивления изоляции цепей защиты. Измерение сопротивления изоляции первичных обмоток трансформаторов произвести мегаомметром на напряжение 2500 В. Величина сопротивления изоляции не нормируется (см. приложение 8). Измерение величины сопротивления изоляции вторичных обмоток трансформаторов тока произвести мегаомметром на напряжение 500–1000 В. Величина сопротивления изоляции вместе с подсоединенными к ним цепями должна быть не менее 1 Мом;

3)произвести внешний осмотр и проверить механическую часть всех элементов релейной защиты. При этом проверить ход подвижных систем реле, возврат их в исходное положение, отсутствие заедания в подшипниках, подпятниках, воздушные зазоры и т.п.

При осмотре механической части реле РТ-80 проверить правильность установки тормозного магнита и отсутствие задевания диска. Зазоры между диском и полюсами электромагнита и постоянного магнита должны быть не менее 0,3 мм с каждой стороны при любом положении диска. Поверхность

508

полюсов постоянного магнита и электромагнита должна быть чистой. Свободный ход по вертикали (люфт) не должен превышать у рамки 1 мм, а у диска – 0,5 мм. Якорь отсечки должен свободно поворачиваться на своей оси и иметь незначительный (0,1–0,2 мм) люфт вдоль оси. Убедиться в отсутствии перекоса якоря, при этом правый его конец должен всей плоскостью прилегать к магнитопроводу электромагнита.

Проверить состояние зубцов сектора и червяка. Сектор должен свободно вращаться вокруг своей оси, а люфт не превышать 0,5 мм. На любой уставке выдержки времени при повороте рамки сектор своими зубцами должен входить в зацепление с червяком.

При осмотре контактов обратить внимание на то, чтобы они имели сферическую форму с чистой поверхностью. Зазор между контактными пружинами замыкающих контактов должен быть не менее 2–3 мм, а прогиб контактов при срабатывании – 0,8–1 мм. Нижняя контактная пружина в исходном положении должна свободно лежать на изолирующем упоре. Зазор между пружинами сигнальных контактов (в реле РТ-83, РТ-84 и РТ-86) должен быть не менее 1,5 мм;

4) проверить токовые реле защиты вторичным током по схеме, приведенной на рис. 14.47. При проверке, медленно увеличивая ток, зафиксировать его величину по амперметру РА, подключенному к лабораторному трансформатору тока, в момент, соответствующий току срабатывания реле. Ток срабатывания у реле РТМ – это момент начала подъема сердечника катушки реле, а у реле РТ-40 – это начало поворота якоря. Проверку реле выполнить на всех уставках.

Рис. 14.47. Схема проверки токовых реле вторичным током

Для защит с реле РТ-80 перед проверкой необходимо уставку по времени поставить максимальную, а уставку шкалы отсечки «загрубить». Проверить величину тока трогания диска, который должен быть не более 25 % величины тока соответствующей уставки. При превышении этой величины необходимо осмотреть и при необходимости очистить подпятник диска. По-

509

сле этого проверяют токи срабатывания и возврата, а также коэффициент возврата для индукционной части реле.

Ток срабатывания измеряют при плавном увеличении его в момент сцепления зубчатого сектора с червяком, а ток возврата – при плавном снижении тока в момент расцепления зубчатого сектора с червяком. Коэффициент возврата (отношение тока возврата к току срабатывания) должен быть не менее 0,8. Он зависит от глубины сцепления зубчатого сектора с червяком и расстояния между стальной скобой 26 на подвижной рамке 20 и магнитороводом 13 (см. рис. 14.45). Подгибанием этой пластины регулируется ток возврата, а следовательно, и коэффициент возврата. Чем ближе пластина к магнитопроводу, тем меньше ток возврата.

Затем произвести проверку по шкале отсечки. В этом случае ток срабатывания определить по момену замыкания контакта 3 реле (см. рис. 14.45), а ток возврата – по его размыканию, контролируемому при помощи лампочки, подключенной к контакту реле. Так как при проверке шкалы отсечки обмотка реле быстро нагревается, следует ток подавать кратковременно и делать соответствующие паузы между замерами;

5)произвести настройку защит первичным током (рис. 14.48). При этом произвести контрольный замер тока срабатывания реле на расчетной уставке

ипроверить коэффициент трансформации трансформаторов тока;

6)проверить работу защиты на отключение выключателя.

Рис. 14.48. Схема проверки защиты первичным током

Защита двигателей напряжением до 1000 В. Для подъемных двигателей малых подъемных машин и для двигателей вспомогательных механизмов на подъемныхустановках применяютсяэлектродвигатели напряжением до1000 В.

Защита этих двигателей от коротких замыканий осуществляется различными аппаратами в зависимости от места их установки.

На поверхностных подъемных установках максимальная токовая защита подъемных двигателей осуществляется автоматическими воздушными выключателями различных серий (например, АВ4Б, АВ10Б, АВМ-4, АВМ-10)

510