ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

АППАРАТУРА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Ознакомится с принципом действия, назначением и характеристиками аппаратуры защиты электродвигателей от ненормальных и аварийных режимов работы (предохранители, тепловые реле и автоматичес­кие выключатели).

ПРОГРАММА РАБОТЫ.

1. Изучить устройство предохранителей, тепловых реле и автоматических выключателей.

2. Снять защитные характеристики плавкой вставки и теплового расце­пителя.

3. Выбрать предохранители, тепловые реле и автоматические выключатели для защиты электродвигателей.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Во всех электроустановках согласно ПУЭ (Правила устройств электро­установок) обязательно должны быть установлены аппараты защиты, автоматически отключающие защищаемую электрическую цепь при ненормаль­ных режимах работы. Они предупреждают повреждение электродвигателей, поломки в механической части электропривода и рабочей машины.

К ненормальным режимам работы электроустановок относятся: короткие замыкания в электрической цепи и самом электрооборудовании, длительные и кратковременные перегрузки по величине потребляемого тока в электроприводах, самопроизвольные отключения и включения электрооборудования при больших колебаниях напряжения питающей электросети.

В сельскохозяйственных электроустановках напряжением до 1000 В для защиты электрооборудования широко используются предохранители, тепловые реле и автоматические выключатели.

Предохранители – самая простая и дешевая аппаратура защиты электрооборудования от токов короткого замыкания и больших кратковременных перегрузок (в 3 и более раза). Принцип действия предохранителя заключается в отключении защищаемого участка электрической сети от источника электроснабжения при возникновении аварийных ситуаций. В качестве отключающего устройства в предохранителе применяется плавкая вставка, представляющая собой элемент одноразового действия, выполненный из легкоплавкой проволоки (обычно медная проволока) и перегорающий при заданной величине тока в течение определенного времени. После срабатывания предохранителя и устранения причин это вызвавших для восстановления функций защиты электрической цепи заменяют либо сгоревшую плавкую вставку, либо весь предохранитель на новые.

Предохранители различаются по номинальному току (Iпр), номинальному току плавкой вставки (Iпл.н) и по номинальному напряжению (Uн).

Технические данные трубчатых предохранителей без наполнителя – ПР, предохранителей с наполнителем разборных – НПР и неразборных – НПН приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Тип	Ном. напряжение предохранителя (Uн), В	Ном. ток предохранителя (Iпр), А	Номинальный ток плавкой вставки (Iпл.н), А
ПР2-15	~ 220	15	6; 10; 15
ПР2-60	= 440	60	15; 20; 25; 35; 45; 60
НПР-200	~ 500	200	100, 125, 160, 200
НПН-60	~ 500	60	15, 20, 25, 35, 45, 60

Зависимость времени перегорания (срабатывания) плавкой вставки от величины протекающего по ней тока (или от кратности тока перегрузки по отношению к номинальному току плавкой вставки) называется защитной характеристикой предохранителя, она приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Кратность тока I / Iпл.н	1,31	1,75	1,9	2,0	2,5	3,0	4,0
Время срабатывания t	∞	1 ч	20 мин	5 мин	10 с	0,8 с	<0,1 с

Выбор предохранителей производится:

по напряжению , (1.1)

по току предохранителя , (1.2)

по току вставки

для отдельных ЭД , (1.3)

для группы электроприемников , (1.4)

где Iраб – рабочий ток нагрузки, защищаемой предохранителем; – максимальный (пусковой или пиковый) ток нагрузки; α – коэффициент, учитывающий время пуска электродвигателя (при tпуска ≤ 10с α = 2,5 , при tпуска > 10с α = 1,6); Кодн – коэффициент одновременности работы электроприемников, зависящий от числа нагрузок (его принимают равным 0,6…0,8); ∑Iраб – суммарный нагрузочный ток всех электроприемников без одного электродвигателя, имеющего наибольший пусковой ток - .

При выборе предохранителей надо обеспечить селективность их срабатывания. Это означает, что номинальный ток плавкой вставки группового предохранителя должен быть на одну ступень больше, чем наивысший номинальный ток плавкой вставки у каждого из электроприемников.

Согласно (1.3) и (1.4) номинальный ток плавкой вставки предохранителя, используемого для защиты асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, выбирается в 2…3 раза большим величины номинального тока двигателя. Поэтому предохранитель обеспечивает защиту электродвигателя только от коротких замыканий и не защищает его от перегрузок по току. В случае однофазного короткого замыкания и перегорания плавкой вставки только в одной из фаз питающей сети включенный электродвигатель оказывается в неполнофазном рабочем режиме, что приводит к его перегрузке по току. На сельскохозяйственных объектах рекомендуется применять предохранители как для защиты отдельных электроприемников, так и для защиты группы электроприемников, включая электродвигатели.

Тепловые реле – наиболее распространенная аппаратура защиты электродвигателей от токов перегрузки, возникающих при длительных технологических перегрузках и при работе двигателя в неполнофазном рабочем режиме. В качестве рабочего органа в тепловом реле применяются биметаллическая пластина, состоящая из двух сваренных между собой металлических пластин с разными коэффициентами линейного расширения, и нагревательный элемент, по которому проходит ток нагрузки электроприемника. При токах нагрузки меньших или равных номинальному току нагревательного элемента биметаллическая пластина теплового реле остается относительно холодной и прямой. При токах перегрузки, соответствующих токам большим номинального, нагрев и изгиб биметаллической пластины приводит к срабатыванию теплового реле. В результате этого происходит размыкание электрического блок контакта (установлен в цепи питания катушки электромагнитного пускателя) или срабатывание отключающего механизма (установлен в автоматическом выключателе). После устранения причин, вызвавших срабатывание теплового реле, его возврат в исходное рабочее состояние происходит либо самостоятельно после остывания биметаллической пластины примерно через 2 мин., либо вручную – при помощи специальной кнопки возврата. Таким образом, тепловое реле представляет собой аппарат многократного действия, предназначенный для защиты электроприемников от перегрузок.

Тепловые реле используются либо в комплекте с электромагнитными пускателями (при этом биметаллическая пластина воздействует на размыкающийся блок контакт, включенный последовательно с катушкой пускателя), либо встраиваются в качестве защитного элемента в автоматический выключатель (при этом биметаллическая пластина воздействует на механизм расцепления выключателя). Тепловые реле, применяемые в пускателях, могут иметь одно, двух и трехполюсное конструктивное исполнение, обычно они имеют только один размыкающийся блок контакт. Количество полюсов реле соответствует числу фаз питающей электросети, в которые включаются его тепловые элементы.

Для всех типов тепловых реле, используемых с электромагнитными пускателями, предусматривается комплект сменных нагревателей, что позволяет осуществлять ступенчатую регулировку величины тока срабатывания. Номинальное значение тока теплового расцепителя указывается непосредственно на сменном нагревателе. Также имеется возможность плавной корректировки тока срабатывания реле за счет перемещения поводка регулятора уставки. Перемещение поводка регулятора на одно деление шкалы изменяет ток уставки на 5%, шкала регулятора имеет по 5 делений в обе стороны от номинального значения тока теплового расцепителя.

Технические данные тепловых реле двухполюсных – ТРН и трехполюсных – РТТ приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3.

Тип реле	Ном. ток реле (Iн.рт), А	Номинальный ток теплового расцепителя (Iуст), А	Тип пускателя
ТРН-10	10	0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0	ПМЕ-100
ТРН-25	25	5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0	ПМЕ –200
РТТ-01	10	0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0	ПМА-1000
РТТ-21	63	10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63	ПМА-4000

Зависимость времени срабатывания теплового реле от величины протекающего в одной фазе по нему тока (или от кратности тока перегрузки по отношению к току уставки) называется защитной характеристикой теплового реле, она приведена в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Кратность тока, I / Iуст	1,0	1,1	1,35	1,5	2,5
Время срабатывания, t		> 1 час	≤ 30 мин	120 с	10 с