Исследование защит электродвигателя от обрывов фазы (ФУЗ и ЕЛ - 10)

Цель работы: Изучить устройство защиты электродвигателей от обрыва фазы и исследовать фазочувствительное устройство защиты (ФУЗ) и реле контроля трехфазного напряжения (ЕЛ-10).

Программа работы

§ Детально научить раздел «Общие сведения» к лабораторным работам 6 и 7, а также ознакомиться с материалами, изложенными в литературных источниках.

§ Изучить схему и принцип действия ФУЗ – М1 и ЕЛ - 10 и усвоить испытания защит.

Общие сведения

Как уже отмечалось в лабораторной работе №6, все защиты от анормальных режимов подразделяются на три группы.

§ устройства защиты от обрыва фазы;

§ устройства встроенной температурной защиты;

§ комбинированные защитные устройства с расширенными функци­ональными возможностями.

В данной работе изучаются защиты электродвигателей от неполнлфазных режимов.

В таблице 7.1 приведена краткая сравнительная характеристика устройств для защиты электродвигателей от неполнофазных режимов работы.

На рисунке 7.1 показано, как изменяются напряжения между различ­ными точками цепи обмотки статора электродвигателя, соединенной в звезду, при обрыве фазы.

Отмеченные напряжения являются контролируемыми параметрами и подводятся к воспринимающему органу защитных устройств от работы электродвигателя на двух фазах.

Несколько выделяется из ряда устройств контролирующих одно или несколько напряжений, показанных на рисунке 7.1, защита с применением фильтра напряжений обратной последовательности. Она отличается достаточно высокой чувствительностью и надежностью срабатывания при обрыве фазы. Но, как и другие, защита по конт­ролю напряжений, имеет существенный недостаток: реагирует толь­ко на обрыв фазы, происходящий до места ее подключения.

Избежать указанного недостатка позволяют защитные устройства, контролирующие не напряжение, а токи фаз электродвигателя.

Специальные виды защиты от работы на двух фазах допускается применять в порядке исключения на электродвигателях, не имеющих

Таблица 7.1 -Краткая сравнительная характеристика промышленных устройств для защиты электродвигателей от неполнофазных режимов питания

 

Наименование и типы устройства	Назначение	Контролируемый параметр и его датчик	Номинальное напряжение	Время срабатывания, мс
Частота, Гц
Асимметр РА-74/2 (для сети с глухозаземленной нейтралью)	Защита электродвигателей работы на двух фазах	Напряжение нулевой последовательности =88 В. Фильтр напряжений нулевой последовательности на конденсаторах	220, 380
Реле контроля фаз ЕЛ-8	Защита электродвигателя при их работе на двух фазах, двух фазах, при исчезновении симметричного напряжения, при асимметрии междуфазных напряжений, при обратном чередовании фаз.	Напряжение обратной последовательности	110, 100, 220, 380, 400, 415
Реле контроля трехфазного напряжения ЕЛ-10-1, ЕЛ-10-2	Защита электродвигателей при недопустимом снижении симметричного напряжения, тока при асимметрии междуфазных напряжений, при об­ратном чередовании фаз.	Напряжение трехфазного переменного тока	100, 110, 200, 220, 380, 400	5с±0,6с
Продолжение таблицы 7.1
ФУЗ	Защита электродвигателей неполнофазных режимов заклинивания и незапускания	Угол сдвига между токами фаз электродвигателя, фазовращающие трансформаторы тока		При обрыве фаз не более 1 с
ФУЗ-М	То же и дополнительно защита от любых перегрузок с выдержкой времени, зависящей от величины перегрузки.	То же	То же	То же при перегрузке 1,15/ ном не более 50 с; 1,5 ном не более 6с
ФУЗ-У	То же, что и ФУЗ-М и дополнительно температурная защита при перегреве двигателя из-за нарушения охлаждения (недостаточного теплообмена с окружающей средой).	То же, что у ФУЗ-М дополнительно позистор датчик температуры, встраиваемый в корпус (не в обмотку двигателя)	То же
Модификация	То же, что и ФУЗ-У и дополнительно защита от включения (а также отключение работающего) электродвигателя с пониженным сопротивлением изоляции статорной обмотки.	То же, что у ФУЗ-У и дополнительно схеме контроля сопротивления изоляции статорной обмотки.	То же

 

 

защиты от перегрузок, для которых существует повышенная вероят­ность потери одной фазы, ведущая к выходу электродвигателя изстроя с тяжелыми последствиями.

Все основные аварийные режимы электродвигателей (обрыв фазы, заклинивание, незапускание, перегрузки) вызывают перегрев обмотки статора и при отсутствии или несрабатывании защиты, последняя может сгореть.

 

 

Рисунок 7.1 - Напряжение в сети статора трехфазного асинхронного электродвигателя при обрыве одной из фаз (А)

 

Недостатков, присущих встроенной температурной защите, можно избежать, объединив в одном защитном устройстве принципы контроля изменения температуры обмотки статора электродвигателя и угла сдвига фаз между токами в трехфазной сети.

Известно, что при нормальной работе электродвигателя = 120°, а при обрыве одной из фаз угол = 180° (или = 0°).

Этот параметр позволяет контролировать напряжение и ток всех фаз, а в качестве исходной информации использовать изменение знака мгновенных значений сопоставляемых величин и порядка их следования; можно также сравнись две или три электрические величины (импульсные и непрерывного действия) по фазе.

Для контроля изменения угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя используют фазовые детекторы, нагружаемые катушкой исполнительного реле фазочувствительной защиты (рисунок 7.2).

Фазовый детектор воспринимает формируемые из токов фаз ста­тора защищаемого электродвигателя контрольные напряжения и между которыми должен быть определенный фазовый сдвиг на угол . Элементы формирования напряжений рассчитываются так, чтобы угол был равен 90° в полнофазном режиме питания двигателя, тогда при обрыве фазы он становится равным 0° или 180° (рисунок 7.2). При этом возрастает ток в катушке исполнительного реле, вызывая его срабатывание.

Фазовый детектор, как правило, обладает косинусной характеристикой = показанной на рисунке 7.2.

Такое фазочувствительное устройство защищает электродвигатель только от неполнофазного режима и не реагирует на перегрузки, в том числе вызываемые заклиниванием ротора или незапусканием двигателя.

Для защиты электродвигателя от симметричных перегрузок дополнительно применяют узел контроля перегрузки (рисунок 7.2), контролирующий одно из измеряемых напряжений ( и ). Можно посту­пить иначе, изменив исходный угол = 90° между напряжениями и (меняя параметры формирователя 1).

 

 

Рисунок 7.2 - Структурная схема фазочувствительного устройства защиты ФУЗ-М и косинусная характеристика детектора

Тогда при нормальной работе электродвигателя на катушке ис­полнительного реле K1 (рисунок 7.2.) будет протекать ток, меньший тока срабатывания реле. С возникновением значительной перегрузки (зак­линание двигателя) резко увеличивается ток в цепи катушки реле K1, вызывая срабатывание его и отключение защищаемого электро­двигателя.

Измеряемые (контролируемые) напряжения и формируются из фазных токов двигателя с использованием трех, двух и одного фазовращающего трансформаторов тока.B фазочувствительных устройствах для защиты электродвигателей большой мощности приме­няют фазовращающие трансформаторы тока, первичными витками которых служат линейные провода цепей фаз статора электродвигателя, пропущенные в окна магнитопроводов трансформаторов.

Доказано, что устройства фазочувствительной защиты хорошо работают в условиях нестабильности напряжения и несимметрии в электросетях, т.к. угол между контролируемыми напряже­ниями и своими незначительными изменениями при возникнове­нии несимметрии в сети практически не влияет на величину тока в катушке исполнительного реле. Основные модификация фазочувствительных устройств защиты разработаны на кафедре электротехники Латвийской CXA (А.О.Грундулис, В.В.Зейбот).

Базовая схема фазочувствительного устройства защиты (ФУЗ) содержит два фазовращающих трансформатора тока, кольцевой фазовый детектор с косинусной характеристикой и выходное реле.

ФУЗ защищает электродвигатель от неполнофазного режима, заклинивания и незапускания – основных аварийных режимов.

Налажен серийный выпуск ФУЗ на разные диапазоны рабочих токов (I - У модификации).

С электродвигателями мощностью более 17 кВт ФУЗ применяют совместно с типовыми трансформаторами тока, вторичные обмотки которых соединяют в звезду с выведенной нейтралью и подключают к соединенным по такой же схеме выводам ФУЗ.

Базовая (простейшая) схема ФУЗ не реагирует на небольшие длительные перегрузки и не имеет инерционности срабатывания, что приводит к ложным срабатываниям при пусках двигателя.

Модернизированное устройство ФУЗ-М при обрыве фазы работает, как и базовое, а при перегрузках действует схема контроля перегрузки (рисунок 7.2)

Детальное описание работы устройства ФУЗ-М приведено в его техническом описании и инструкции по эксплуатации.

Недостатком ФУЗ-М является, то, что оно не реагирует на некоторые косвенные аварийные режимы (плохой теплообмен с окружающей средой, частые пуски и реверсы и. т.п.).

Этот недостаток устранен в модификации устройства ФУЗ-У, реализующей фазовый, токовый и температурный принципы выявления аварийных режимов (датчик температуры - позистор, устанавливаемый в корпусе двигателя, но не в обмотке).

Другая модификация ФУЗ, дополнительно к возможностям ФУЗ-У, обладает еще одной – не допускают включение двигателя при пони­женном сопротивлении изоляций обмотки статора.

С использованием ФУЗ разработана универсальная станция управления и защиты электродвигателей погружных насосов УСУЗ. Защитные функции станции те же, что у ФУЗ-М, а длительно обеспечивается контроль сопротивления изоляции статора и защита от работы двигателя при сухом ходе насоса.