Rodzaje zabezpieczeń elektrycznych asynchronicznych silników elektrycznych

Zabezpieczenia asynchronicznych silników elektrycznych

Najpopularniejszym typem silników elektrycznych są trójfazowe silniki asynchroniczne prądu przemiennego o napięciu do 500 V i mocach od 0,05 do 350 — 400 kW.

Niezawodną i nieprzerwaną pracę silników elektrycznych zapewnia przede wszystkim ich prawidłowy dobór pod względem mocy znamionowej, trybu pracy oraz formy wykonania. Nie mniej ważne jest przestrzeganie niezbędnych wymagań i zasad przy komponowaniu obwodu elektrycznego, doborze urządzeń sterujących, przewodów i kabli, instalacji i eksploatacji napędu elektrycznego.

Awaryjne tryby pracy silników elektrycznych

Nawet w przypadku prawidłowo zaprojektowanych i eksploatowanych napędów elektrycznych, podczas ich eksploatacji zawsze istnieje możliwość wystąpienia stanów awaryjnych lub nienormalnych silnika i innych urządzeń elektrycznych.

Tryby awaryjne obejmują:

1) zwarcia wielofazowe (trójfazowe i dwufazowe) i jednofazowe w uzwojeniach silnika elektrycznego; zwarcia wielofazowe w skrzynce zaciskowej silnika elektrycznego oraz w zewnętrznym obwodzie zasilania (w przewodach i kablach, na stykach urządzeń przełączających, w skrzynkach oporowych); zwarcia fazowe do obudowy lub przewodu neutralnego wewnątrz silnika lub w obwodzie zewnętrznym — w sieciach z uziemionym przewodem neutralnym; zwarcia w obwodzie sterowania; zwarcia między zwojami uzwojenia silnika (obwody skrętne).

Zwarcia są najgroźniejszymi stanami awaryjnymi w instalacjach elektrycznych. W większości przypadków występują one z powodu uszkodzenia izolacji lub zachodzenia na siebie. Prądy zwarciowe osiągają niekiedy wartości dziesiątki i setki razy większe niż wartości prądów w trybie normalnym, a ich efekt termiczny oraz siły dynamiczne, którym poddawane są części pod napięciem, mogą doprowadzić do awarii cała instalacja elektryczna;

2) termiczne przeciążenie silnika elektrycznego na skutek przepływu przez jego uzwojenia zwiększonych prądów: gdy mechanizm roboczy jest przeciążony z przyczyn technologicznych, szczególnie trudne warunki rozruchu, silnik jest obciążony lub utknął, długotrwały spadek napięcia sieciowego, utrata jednej z faz zewnętrznego obwodu zasilającego lub przerwania przewodu w uzwojeniu silnika, uszkodzenia mechaniczne silnika lub mechanizmu napędowego oraz przeciążenia termiczne z pogorszeniem warunków chłodzenia silnika.

Przeciążenia termiczne powodują przede wszystkim przyspieszone starzenie i zniszczenie izolacji silnika, co prowadzi do zwarcia, czyli do poważnego wypadku i przedwczesnej awarii silnika.

Rodzaje zabezpieczeń asynchronicznych silników elektrycznych

Przewidziane są środki zabezpieczające silnik przed uszkodzeniem w przypadku naruszenia normalnych warunków eksploatacji, a także terminowe odłączenie uszkodzonego silnika od sieci, zapobiegając w ten sposób lub ograniczając rozwój wypadku.

Głównym i najskuteczniejszym środkiem jest ochrona elektryczna silników, przeprowadzona zgodnie z „Zasady budowy instalacji elektrycznych” (PUE).

W zależności od charakteru możliwych uszkodzeń i nienormalnych trybów pracy, istnieje kilka podstawowych, najczęściej spotykanych typów zabezpieczeń elektrycznych silników asynchronicznych.

Zabezpieczenie silników asynchronicznych przed zwarciem

Zabezpieczenie przeciwzwarciowe wyłącza silnik w przypadku wystąpienia prądów zwarciowych w jego obwodzie zasilającym (głównym) lub w obwodzie sterowania.

Urządzenia zapewniające ochronę przed zwarciem (bezpieczniki, przekaźniki elektromagnetyczne, wyłączniki z wyzwalaczem elektromagnetycznym) działają niemal natychmiast, czyli bez opóźnienia czasowego.

Zabezpieczenie przeciążeniowe silników asynchronicznych

Zabezpieczenie przed przeciążeniem chroni silnik przed niedopuszczalnym przegrzaniem, zwłaszcza nawet przy stosunkowo niewielkich, ale długotrwałych przeciążeniach termicznych. Zabezpieczenia przeciążeniowe należy stosować tylko w silnikach elektrycznych tych napędów, gdzie możliwe są nienormalne przyrosty obciążenia w przypadku zakłóceń procesu pracy.

Urządzenia zabezpieczające przed przeciążeniem (temperatura i przekaźniki termiczneprzekaźniki elektromagnetyczne, wyłączniki automatyczne z wyzwalaczem termicznym lub z mechanizmem zegarowym) w przypadku wystąpienia przeciążenia wyłączają silnik z pewnym opóźnieniem, im większe tym mniejsze przeciążenie, aw niektórych przypadkach ze znacznymi przeciążeniami i natychmiast.

Zabezpieczenie asynchronicznych silników elektrycznych przed niedoborem lub zanikiem napięcia

Zabezpieczenie przed zbyt niskim lub zbyt niskim napięciem (zabezpieczenie przed zerem) realizowane jest za pomocą jednego lub kilku urządzeń elektromagnetycznych, działa podczas wyłączania silnika w przypadku zaniku zasilania lub spadku napięcia sieciowego poniżej ustawionej wartości i zabezpiecza silnik przed samoczynnym włączeniem po wyeliminowaniu przerwy w zasilaniu lub przywróceniu normalnego napięcia sieciowego.

Specjalne zabezpieczenie asynchronicznych silników elektrycznych przed pracą dwufazową chroni silnik przed przegrzaniem, a także przed „przewróceniem”, czyli zatrzymaniem pod prądem na skutek spadku momentu obrotowego rozwijanego przez silnik, gdy jedna z faz sieci głównej obwód jest przerwany. Zabezpieczenie działa po uruchomieniu silnika.

Przekaźniki termiczne i elektromagnetyczne są stosowane jako urządzenia zabezpieczające. W drugim przypadku zabezpieczenie może nie mieć opóźnienia czasowego.

Inne rodzaje zabezpieczeń elektrycznych silników asynchronicznych

Istnieją inne, mniej powszechne rodzaje zabezpieczeń (przed przepięciami, jednofazowymi zwarciami doziemnymi w sieciach z izolowanym punktem neutralnym, zwiększeniem prędkości obrotowej napędu itp.).

Urządzenia elektryczne stosowane do ochrony silników elektrycznych

Elektryczne urządzenia zabezpieczające mogą jednocześnie stosować jeden lub więcej rodzajów ochrony. Na przykład niektóre wyłączniki zapewniają ochronę przed zwarciem i przeciążeniem. Na przykład niektóre urządzenia zabezpieczające bezpieczniki, są urządzeniami jednostronnego działania i wymagają wymiany lub ładowania po każdym uruchomieniu, inne, takie jak przekaźniki elektromagnetyczne i termiczne, są urządzeniami wielostronnego działania. Te ostatnie różnią się sposobem powrotu do stanu czuwania dla urządzeń samodostrajających się i resetujących ręcznie.

Dobór rodzaju zabezpieczenia elektrycznego asynchronicznych silników elektrycznych

Wybór jednego lub drugiego rodzaju ochrony lub kilku jednocześnie dokonywany jest w każdym konkretnym przypadku, biorąc pod uwagę stopień odpowiedzialności napędu, jego moc, warunki pracy i procedurę konserwacji (obecność lub brak stałego personelu konserwacyjnego) .

Analiza danych dotyczących awaryjności urządzeń elektrycznych w warsztacie, na budowie, w warsztacie itp., ujawniająca najczęściej powtarzające się naruszenia normalnej pracy silników i urządzeń technologicznych, może być bardzo korzystna. Zawsze należy dążyć do tego, aby ochrona była jak najbardziej prosta i niezawodna w działaniu.

Każdy silnik, niezależnie od jego mocy i napięcia, musi być zabezpieczony przed zwarciem. W tym miejscu należy wziąć pod uwagę następujące okoliczności. Z jednej strony zabezpieczenie musi zostać wyłączone przez prądy rozruchu i hamowania silnika, które mogą być 5-10 razy większe niż jego prąd znamionowy.Z drugiej strony, w wielu przypadkach zwarć, na przykład w obwodach uzwojeń, zwarć międzyfazowych w pobliżu punktu zerowego uzwojenia stojana, zwarć do skrzynki wewnątrz silnika itp., zabezpieczenie musi działają przy prądach -niskich od prądu rozruchowego.

Trudno jest jednocześnie sprostać tym sprzecznym wymaganiom za pomocą prostych i niedrogich środków zaradczych. Dlatego system zabezpieczeń niskonapięciowych silników asynchronicznych budowany jest na świadomym założeniu, że przy niektórych z wyżej wymienionych uszkodzeń w silniku, ten ostatni nie jest odłączany od zabezpieczenia od razu, ale dopiero w trakcie rozwoju tych uszkodzeń, po prąd pobierany przez silnik z sieci znacznie wzrósł.

Jedno z najważniejszych wymagań dla urządzeń zabezpieczających silnik — jego jasne działanie w sytuacjach awaryjnych i nienormalnych trybach pracy silnika, a jednocześnie niedopuszczalność fałszywych alarmów. Dlatego urządzenia ochronne muszą być odpowiednio dobrane i dokładnie wyregulowane.