Комплексная защита электродвигателя, позволяет защищать асинхронный электропривод любого технологического оборудования в промышленности и сельском хозяйстве от ненормальных режимов работы
Существующие системы защит электродвигателей в сетях до 1 кВ как правило выполнены на базе электромеханических реле (до 95%). Принцип действия таких устройств основан на воздействии входных сигналов на исполнительный элемент защиты.
Такие устройства имеют ряд недостатков:
- низкая функциональная возможность; значительная нагрузка на трансформаторы тока; отсутствие самодиагностики; значительные временные затраты на обслуживание и привлечение высококвалифицированного персонала; отсутствие возможности реализации алгоритмов выявления повреждения повышенной сложности с использованием принципов адаптации.
Другим видом устройств защиты являются микропроцессорные устройства защиты. Однако микропроцессорные устройства защиты, как правило, имеют те же принципы построения защиты, что и их предшественники - электромеханические реле. Особенностью использования обоих типов защит является изменение, отстройка уставок срабатывания различных защит в зависимости от конкретного типоразмера электродвигателя.
Еще одна особенность микропроцессорных устройств защиты связанна с высокой восприимчивостью к электромагнитным импульсам. Для таких устройств опасным является импульс в 2 кВ, способный вывести из строя все устройство [1]. Помимо этого электромагнитные помехи во входном сигнале могут привести к ложному срабатыванию защиты [2].
Универсальность использования защиты достигается внесением в память устройства (ПЗУ) ключевых параметров различных типоразмеров электродвигателей. Это могут быть как непосредственно параметры, так и коэффициенты функции описывающих зависимость параметров от входного сигнала. Универсальность защиты также достигается использование датчиков тока (ДТ) с высокой линейной характеристикой, что позволяет не осуществлять их (ДТ) замену при переходе от одного двигателя к другому.
Функциональная схема устройства с функцией адаптивности представлена на рис. 1. Выделение же напряжения прямой и обратной последовательности производится с помощью функции фиксирования сигнала с периодичностью в 1/3 и 2/3 периода.
Помехозащищенность достигается использованием гальванической развязки с высоким уровнем защиты от электромагнитных импульсов, а также выделением сигнала первой гармоники.
Гальваническая развязка используется как в цепи блока питания, так и в цепи входных сигналов тока и напряжения.
Матрица данных составляется по принципу минимизации использования памяти процессора и наибольшего быстродействия. Так, например, для защиты от перегрузки в данном устройстве используется контроль за текущим электромагнитным моментом и сравнение его с максимальным при соответствующей несимметрии напряжения. При превышении одного над другим двигатель отключается от сети.
Рисунок 1 - Функциональная схема устройства с функцией адаптивности
Вышесказанное можно записать в следующем виде: Мтек<Мкр, при этом Мкр=f(U1,U2), где U1, U2 - соответственно напряжение прямой и обратной последовательности.
Зависимость Мкр = f(U1,U2) определяется для каждого типоразмера двигателя путем моделирования электромеханических процессов в асинхронном электродвигателе. Например, для двигателя 4А180М2У3 данная зависимость представлена на рис.2.
Затем для оптимального использования ПЗУ микроконтроллера зависимость Мкр=f(U1,U2) записывается в матрицу данных не значениями Мкр, а коэффициентами функции Мкр=a+b·U1+c·U13. Данные коэффициенты определяется для каждого U2.
Подобные операции производятся для других видов защит, имеющихся в устройстве.
В устройстве применялись следующие компоненты:
- микроконтроллер ATmega128; цифровой LCD индикатор с подсветкой размерностью 2Х16 DV162; пленочная клавиатура.
Таким образом, устройство для защиты электродвигателей от ненормальных режимов с элементами адаптивности способно выполнять следующие функции:
- защита ЭД от перегрузки (контроль текущего электромагнитного момента); защита ЭД от несимметрии напряжения; защита ЭД от витковых замыканий; защита сети от различных видов КЗ; фиксирование и запоминание причины отключения ЭД;
Рисунок 2 - Зависимость Мкр = f (U1,U2) для двигателя 4А180М2У3
- возможность использования при различных типоразмерах ЭД (достаточно ввести Рн и nн); повышенная помехоустойчивость; возможность визуального контроля текущих параметров сети и ЭД; удобство при эксплуатации и монтаже.
Настройка устройства и лабораторные испытания производись на стенде, схема которого показана на рис.3. Использовалось следующее оборудование: лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); три реостата на номинальный ток 5 А; три амперметра с пределом измерения 5А; три измерительных трансформатора тока типа И54; прибор контроля качества электроэнергии «Ресурс UF».
Рисунок 3 − Схема подключения устройства к сети
Обоснованность использования средства релейной защиты должна основываться на экономической целесообразности и технической необходимости использования данного вида защиты.
В общем случае экономическая обоснованность определяется путем сравнения затрат на организацию защиты объекта и стоимости объекта. Под организацией защиты понимается комплекс мер по приобретению, установке и обслуживанию средства защиты, а в стоимость объекта также входит стоимость доставки и установки. Поскольку сферой исследования являются электростанции и крупные предприятия, на которых существует ремонтный персонал для установки и настройки электрооборудования и оперативный персонал для его обслуживания, то при расчете экономической обоснованности не учитываются затраты на установку и обслуживание средства и объекта защиты.
Объектом защиты является АД. Из всего многообразия марок и типов АД выделяются асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 кВт до 400 кВт напряжением до 1000 В, как наиболее широко применяемые. В народнохозяйственном парке электродвигателей они составляют по количеству 90%, по мощности – примерно 50%.
В разработанном устройстве сделан акцент на контроль максимального электромагнитного момента, поэтому такое УКЗЭ целесообразно устанавливать на механизмы с возможностью «опрокидывания» и тяжелыми последствиями после этого. Например, к таким механизмам относятся подъемо-транспортные машины.
Техническая характеристика
Параметры | |
Напряжение питания, В | 220 ± 22 |
Потребляемая мощность, не более, ВА | 10,0 |
Мощность защищаемого электродвигателя, кВт | 9 - 150 |
Допустимая нагрузка на симистор при напряжении катушки контактора 380(220)В, не более, А | 10,0 |
Температура защищаемого отключения электродвигателя (в зависимости от типа используемого термодатчика, любое из указанного диапазона согласно ряду ), ˚С | 90 - 180 |
Время срабатывания устройства:
| 0,8 - 4,0 3,0 - 60 |
Габаритные размеры, не более, мм
| 120х137х42 166х77х48 |
Масса блока, не более, кг
| 0,3 1,0 |
