Автоматизация электропривода. 
Электрический привод

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Согласно требованиям ПУЭ все электроустановки, в том числе и электроприводные, должны иметь защиту от коротких замыканий.

Для электроприводов, у которых возможна перегрузка приводного механизма по технологическим причинам, а также при особо тяжелых условиях пуска, когда необходимо ограничить его длительность при пониженном напряжении, устанавливают защиту от перегрузки. Она должна выполняться с выдержкой времени и действовать на отключение двигателя электропривода, на аварийный сигнал или на разгрузку приводного механизма, если разгрузка возможна.

Для отдельных электроприводов предусматривают также защиту минимального напряжения.

Зашита минимального напряжения. Ее применяют в следующих случаях:

для электродвигателей постоянного тока и асинхронных с фазным ротором, которые не допускают прямого (непосредственного) включения в сеть;

для электроприводов механизмов, самозапуск которых после останова недопустим по технологическим условиям или по условиям безопасности;

для обеспечения условий восстановления напряжения после отключения места короткого замыкания (к.з.) и обеспечения самозапуска электродвигателей привода ответственных механизмов следует предусматривать отключение защитой минимального напряжения электродвигателей привода неответственных механизмов суммарной мощностью, определяемой возможностями источника питания и сети по обеспечению самозапуска. При этом принимают выдержки времени защиты минимального напряжения в диапазоне 0,5… 1,5 с — на ступень больше времени действия быстродействующих защит от к.з., а уставки по напряжению, как правило, не должны быть выше 70% номинального напряжения.

Если самозапуск электропривода после восстановления напряжения питания недопустим по условиям технологического процесса или по условиям безопасности, вместо защиты минимального напряжения или дополнительно в схему управления двигателем электропривода вводят блок, реализующий логическую операцию «Память». Наиболее часто и доступно это осуществляют подключением электродвигателя привода к напряжению источника питания контактором или магнитным пускателем, управляемым размыкающим контактом кнопки «Стоп» и замыкающим контактом кнопки «Пуск», имеющими самовозврат в исходное состояние, а замыкающий контакт кнопки >"Пуск" — шунтирующий вспомогательный контакт контактора или пускателя.

Для ответственных электроприводов, которым необходим самозапуск после восстановления напряжения питания, если включение их двигателей происходит при помощи контакторов и пускателей с удерживающей обмоткой, должны применяться в цепи управления устройства выдержки времени, обеспечивающие включение электродвигателя при восстановлении напряжения в течение заданного времени. При этом допускается вместо кнопок управления применять выключатели (тумблеры), с тем чтобы цепь удерживающей обмотки оставалась замкнутой помимо вспомогательных контактов пускателя и этим обеспечивалось автоматическое повторное включение электропривода при восстановлении напряжения питания.

Защита от токов короткого замыкания. Такая защита силовых цепей и цепей управления ЭП обязательна. В качестве аппаратов защиты для этой цели используют: плавкие предохранители; автоматические выключатели; электромагнитные реле максимального тока; устройства защитного отключения (УЗО).

Плавкие предохранители. Это простейшие и в то же время весьма надежные коммутационные аппараты, используемые для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания. В ЭП их широко используют для защиты цепей управления и для защиты силовых цепей преимущественно двигателей ЭП постоянного тока. Осуществлять плавкими предохранителями защиту силовых цепей трехфазных асинхронных и синхронных ЭП следует в комплекте с другими средствами защиты, так как возможен режим неполнофазного (однофазного) электропитания двигателей этих ЭП, который для них, в свою очередь, является аварийным режимом.

Плавкие предохранители характеризуются номинальным напряжением U_nM> номинальным током плавкой вставки /_в «, номинальным током самого предохранителя (его токоведущих частей) /_п.» и предельно отключаемым током /_п 0. В один и тот же корпус предохранителя могут быть установлены плавкие вставки на различные номинальные токи /_{в н}. Поэтому номинальный ток самого предохранителя /_п «равен наибольшему номинальному току плавкой вставки, предназначенной для данной конструкции предохранителя.

Плавкий предохранитель, включенный последовательно в защищаемую электрическую цепь, представляет собой наиболее ослабленный участок этой цепи в заведомо известном и безопасном месте. При коротких замыканиях и существенных токовых перегрузках плавкая вставка правильно выбранного предохранителя, перегорая, надежно отключает поврежденный участок электрической цепи.

Для повышения эффективности гашения возникающей электрической дуги и повышения отключающей способности корпус предохранителя в ряде случаев изготовляют из фибры (ПР-2) или заполняют кварцевым песком (ПН-2, НПН2, ППН). При перегорании вставки и возникновении электрической дуги фибровая трубка выделяет газы, повышающие давление в трубке, а кварцевый песок обеспечивает интенсивный отвод теплоты, что способствует и в том и в другом случае более быстрому и эффективному.

Рис. 1.35. Типовые защитные характеристики плавких предохранителей инерционного типа (/) и безынерционного (быстродействующего) — (2)

гашению дуги. Кроме того, с этой целью отдельные виды плавких вставок по длине делают с несколькими уменьшенными сечениями, что ведет к разрыву дуги на участки и повышению интенсивности ее гашения.

Плавкие вставки предохранителей инерционного срабатывания (ПР-2, НПН2, ПН-2 и др.) изготовляют из цинка, свинца и их сплавов, а быстродействующих (безынерционных) (ПНБ, ПП31, ПП57, ППА и др.) — из меди, алюминия, серебра и их сплавов. Защитные характеристики этих типов предохранителей показаны на рисунке 1.35.

Быстродействующие предохранители используют в основном для защиты цепей управления ЭП и различных преобразователей с силовыми полупроводниковыми приборами, которые входят в состав ЭП и обладают малой перегрузочной способностью к токам короткого замыкания. В остальных случаях преимущественное применение получили более дешевые плавкие предохранители инерционного типа.

С течением времени площадь сечения плавкой вставки предохранителя из-за окисления и действия повышенной температуры от протекающего тока нагрузки уменьшается. Вследствие этого изменяется и защитная характеристика предохранителя, смещаясь в сторону меньших токов срабатывания. Для уменьшения влияния этого явления плавкие вставки изготовляют из стойких к окислению металлов и сплавов, а также подвергают их поверхность цинкованию, лужению и серебрению. Используют также металлургический эффект, который основан на растворении тугоплавких металлов в менее тугоплавких, в результате чего в месте их контакта температура плавления становится меньше температуры плавления любого из них. С этой целью на плавкую вставку, например из медной проволоки, или ряда медных проволок, или медной перфорированной фольги, наносят капельки олова. Это позволяет увеличить площадь сечения вставки на прежний номинальный ток и повысить стойкость ее к окислению из-за дополнительного снижения температуры нагрева вставки и температуры плавления в месте контакта металлов. При этом достигают и определенного снижения потерь электроэнергии в плавком предохранителе.

Общий конструктивный вид основных типов плавких предохранителей, используемых для защиты электроустановок и электроприводов напряжением до 1000 В, приведен на рисунке 1.36.

Номинальный ток плавкой вставки 1_{В Н} для зашиты от коротких замыканий силовых цепей двигателей электроприводов рассчитывают по следующим формулам: для одного двигателя ЭП.

Рис. 1.36. Общий конструктивный вид основных типов плавких предохранителей, используемых для защиты электроприводов напряжением до 1000 В:

/— НПН2; 2— ПН2; 3— ППН; 4 — быстродействующие неразборные ППА и ППТА; 5—трубчатые для узла нагрузки с двигателями ЭП.

где /_п и /_{п м} — пусковой и пусковой максимальный токи двигателей ЭП, А; /_рм — рабочий максимальный ток защищаемой линии без учета пускового максимального тока одного из двигателей ЭП, А; а = 2,5… 1,6 — коэффициент интенсивное-

ти пуска ЭП, равный а= 2,5 при длительности пуска ЭП до 3 с, а = 2,0 при длительности пуска ЭП от 3 до 10 с и, а = 1,6 при длительности пуска ЭП свыше 10 с или особо ответственного, ложное отключение которого недопустимо.

Для выбора плавкой вставки предохранителя, предназначенного для защиты цепей управления ЭП, используют соотношение.

где /_рм — максимальный рабочий ток защищаемой цепи управления ЭП, А.

Если формулу (1.156) раскрыть применительно к допускаемым пусковым режимам асинхронных ЭП с короткозамкнутым ротором и применительно к ЭП с коллекторными двигателями и асинхронными с фазным ротором, соответственно получим упрощенные расчетные формулы по выбору плавких вставок: для асинхронных ЭП с короткозамкнутым ротором.

для асинхронных ЭП с фазным ротором и ЭП с коллекторными двигателями (с двигателями постоянного тока).

Во всех случаях выбранная плавкая вставка предохранителя должна удовлетворять требованиям по чувствительности.

7^з//_Вн >3 и по отключающей способности коммутировать максимально возможный ток короткого замыкания защищаемой цепи. Кроме того, в общем случае правильно выбранная плавкая вставка не должна перегорать в течение 1 ч при токе 1,3/_{в н}, при токе 1,75 /_{в н} должна перегореть в течение 1 ч, а при токе 2,5/_в." — в течение не более 10 с. Последнее значение тока называют током десятисекундного плавления /_вн, который для плавких вставок круглого сечения можно выразить эмпирической формулой:

где d — диаметр плавкой вставки, мм; а — опытный коэффициент, равный для вставок из меди 80 А/мм^3/2.

Следовательно, номинальный ток плавкой вставки на основании опытных данных может быть определен по соотношению:

Для плавкой вставки из меди формулу (1.162) с учетом (1.161) можно преобразовать к виду, позволяющему по требуемому номинальному току вставки /_{в н}, А, определить для нее необходимый диаметр медного проводника, мм: