78423

Защита судовых электроприводов. Требования , предъявляемые к защитным устройствам. Виды защиты систем управления ЭП

Лекция

Производство и промышленные технологии

Например в рулевых электроприводах применяется защита от токов короткого замыкания при перегрузке включается сигнализация при снижении напряжения срабатывает не нулевая а минимальная защита обеспечивающая автоматическое повторное включение электропривода после восстановления напряжения более подробно см. При подаче напряжения на выводы А и В начинает протекать ток через параллельную обмотку возбуждения L. Защиты по снижению напряжения Причины и последствия снижения напряжения...

Русский

2015-02-07

110.76 KB

15 чел.

Лекция № 9

«Защита судовых электроприводов. Требования , предъявляемые

к защитным устройствам. Виды защиты систем управления ЭП.»

3.1. Стандартные защиты судовых электроприводов

В соответствии с Правилами Регистра, любой судовой электропривод должен иметь три вида защитных устройств:

1. от токов короткого замыкания;

2. от токов перегрузки;

3. по снижению напряжения ( нулевая или минимальная ).34эм.27.10.14г.

Для отдельных видов электроприводов возможно применение дополнительных видов защиты или сигнализации вместо защиты. Например, в рулевых электроприводах применяется защита от токов короткого замыкания, при перегрузке включается сигнализация, при снижении напряжения срабатывает не нулевая, а минимальная защита, обеспечиваю-

щая автоматическое повторное включение электропривода после восстановления напряжения ( более подробно см. ниже, тема «Рулевые электроприводы» ).

Рассмотрим эти защитные устройства более подробно.

 Защиты от токов короткого замыкания

Под коротким замыканием понимают такой аварийный режим  работы электрической цепи, при котором ток превышает номинальный в несколько раз Такой ток способен повредить элементы цепи.

К основным причинам возникновения токов короткого замыкания относятся такие:

 1. перегрузка электрической цепи;

2. тепловое старение изоляции;

3. человеческие ошибки при проведении работ с электрооборудованием.


Перегрузка электрической цепи может возникнуть при включении в данную сеть приемника электроэнергии, мощность которого превышает расчетную.

           Такое включение чаще всего случается в старых береговых сетях, в которые, по мере эксплуатации, дополнительно включались новые приемники электроэнергии, на которые сеть не рассчитана.

            В электроприводах перегрузка электрической цепи может иметь механический характер, например, при включении насоса с зажатыми после ремонта сальниками, при подъеме лебедкой груза, большего номинального и т.п.

Тепловое старение изоляции неизбежно во всех электрических устройствах, имеющих изоляцию - трансформаторах, электрических машинах, системах автоматики. В результате тепловой пробой переходит в электрический, при котором касаются друг друга соседние ого-

ленные проводники.

Человеческие ошибки при проведении работ с электрооборудованием можно снизить, если не допускать к работам неквалифицированный или недостаточно подготовленный персонал. Если персонал квалифицированный, достаточно неукоснительно соблюдать Правила технической эксплуатации электрооборудования судов и Правила техники безопасности.

Последствия токов  короткого замыкания

Последствия токов  короткого замыкания такие:

  1.  выделение в проводниках большого количества тепла, вследствие чего повреждается их изоляция;
  2.  дополнительно, в электрических машинах и трансформаторах повреждаются обмотки из-за действия электродинамических сил, действующих на рядом расположенные проводники.

Требования Правила Регистра к защитным устройствам от токов короткого замыкания

По Правилам Регистра:

  1.  защита от токов короткого замыкания должна устанавливаться в каждой фазе системы переменного тока, а также в каждом изолированном полюсе системы постоянного тока;
  2.  уставки защитных устройств от токов короткого замыкания должны быть не менее 200% номинального тока;
  3.  срабатывание должно быть мгновенным или с выдержкой времени, необходимой для получения соответствующей избирательности.

Защитные устройства мгновенного действия применяют для приемников электроэнергии - электродвигателей, нагревательных, осветительных и бытовых приборов.

Защитные устройства с выдержкой времени приме няют для защиты генераторов. Выдержка времени ( не более 1с) необходима для того, чтобы генераторы не отключались большими пусковыми токами мощных электродвигателей, например, компрессоров, мощных насосов, якорно-швартовных устройств и т.п.

Схемы защиты от токов короткого замыкания

На судах в качестве защитных устройств от токов короткого замыкания применяют:

  1.  предохранители;
  2.  автоматические выключатели;
  3.  реле максимального тока.31эм.30.10.14г.

Все эти устройства действуют мгновенно.

Например, собственное время срабатывания автоматических выключателей в среднем 0,03 с, реле максимального тока - 0,015 с, предохранителей - сотые доли секунды, причем время сгорания плавкой вставки тем меньше, чем больше ток короткого замыкания.

                  

Рис. 111. Схемы защитных устройств от токов короткого замыкания: а - с предохра нителями; б - с автоматическим выключателем; в - с реле максимального тока

В схеме с предохранителями ( рис. 111, а ) предохранители должны устанавливаться в каждом линейном проводе ( требование Правил Регистра ).

Предохранители не следует применять для защиты от токов короткого замыкания в обмотках статора 3-фазных асинхронных двигателей. Это объясняется тем, что при коротком замыкании в обмотке статора может сгореть только один предохранитель. При этом двигатель останется работать на 2-х фазах, его скорость уменьшится, а ток увеличится, двигатель может сгореть.

Кроме того, в комплекте с предохранителями обязательно применение трехполюсного выключателя, при помощи которого нужно включать и отключать двигатель.

Поэтому для защиты от токов короткого замыкания 3-фазных электродвигателей предпочтительней применять автоматические выключатели ( рис. 111,б). Они выполняют функции одновременно коммутационных и защитных устройств.

При коротком замыкании в любой фазной обмотке асинхронного двигателя все три контакта выключателя размыкаются одновременно.

Автоматические выключатели применяются в сетях переменного и постоянного тока.

Реле максимального тока мгновенного действия (рис. 111, в) применяют также в сетях переменного и постоянного тока.

Схема работает так.

При подаче напряжения на выводы А и В начинает протекать ток через параллельную обмотку возбуждения L. Никакие другие цепи не образуются.

При нажатии кнопки SB1 «Пуск» через контакты этой кнопки образуется цепь тока катушки линейного контактора КМ.

Контактор включается и замыкает три контакта: главные КМ.1 и КМ.2 и вспомогательный КМ.З.

При замыкании главных контактов образуется цепь тока якоря через катушки реле КА1, КА2. Происходит прямой пуск двигателя.

Вспомогательный контакт КМ.З шунтирует кнопку SB1 «Пуск», после чего ее можно отпустить.

При коротком замыкании в цепи обмотки якоря реле КА1 ( КА2) притягивает якорь, вследствие чего контакт КА1 ( КА2) размыкается, отключая катушку контактора КМ.

Все три контакта - KM.l, KM.2 и КМ.З - размыкаются. При размыкании КМ.1 и КМ.2 обмотка якоря отключается, двигатель останавливается.

При этом контакты КМ1 и КМ2 замыкаются, но катушка контактора КМ не может Получить питание, т.к. в ее цепи два разрыва: разомкнуты контакты кнопки SB1 «Пуск» и разомкнут контакт КМ.З.

Поэтому для повторного пуска двигателя надо нажать кнопку SB1 «Пуск».

Защиты от токов перегрузки

Причины и последствия токов перегрузки

Под перегрузкой понимают увеличение тока двигателя не более чем в два раза больше по сравнению с номинальным ( ток, превышающий номинальный более чем в два раза, считается током короткого замыкания ).

Основной причиной появления токов перегрузки является длительное превышение нагрузки двигателя со стороны механизма - насоса, вентилятора, грузовой лебедки и т.п.

При систематических перегрузках двигателя происходит ускоренное старение     изоляции обмоток, что в конечном счете приводит к ее повреждению и возникновению межвиткового короткого замыкания.

 

Для защиты от токов перегрузки применяют электротепловые реле, описанные выше ( см. 1.1.10).32эм27.10.14г.

Схема защиты от токов перегрузки

Схема защиты от токов перегрузки показана на рис. 112

Рис. 112. Схема защиты от токов перегрузки

Схема работает следующим образом.

При перегрузке двигателя размыкается контакт теплового реле КК1 ( КК2 ). При этом обрывается цепь катушки линейного контактора КМ, вследствие чего размыкаются главные контакты в силовой части схемы и вспомогательный, включенный параллельно кнопке SB1 «Пуск».

Двигатель отключается от сети, поэтому ток через нагревательные элементы КК1, КК2 в цепи обмотки статора перестает протекать.

Через З...4 мин контакт КК1 (КК2 ) вследствие остывания нагревательного элемента замкнется, но в этой же цепи остается разомкнутым контакт кнопки SB1 «Пуск».

Поэтому для повторного пуска двигателя надо нажать кнопку SB1 «Пуск».

Надо обратить внимание на то, что в схеме использованы только два тепловых реле, нагревательные элементы которых включены в левый и правый провода Л1 и ЛЗ. Однако, если увеличится ток в среднем проводе Л2, это автоматически вызовет увеличение тока в проводах Л1 и ЛЗ.

Поэтому Правила Регистра допускают включение тепловых реле в две фазы из трех ( как на рис. 110 ). На многих судах иностранной постройки тепловые реле включают во все три фазы.

Защиты  по снижению напряжения

Причины и последствия снижения напряжения

Снижение напряжения питающей сети неблагоприятно сказывается на работе электроприводов.

 Причины снижения напряжения сети разные, к основным из них относятся такие:

  1.  пуск мощного асинхронного двигателя, мощность которого соизмерима с мощностью генератора, включенного на шины ГРЩ ( например, компрессора );
  2.  одновременное включение нескольких мощных грузовых лебедок ( кранов )или других мощных механизмов;
  3.  уменьшение скорости приводного двигателя генератора – дизеля или турбины.

Поддерживать напряжение сети стабильным должны автоматические регуляторы частоты ( АРЧ ) и напряжения ( АРН ). Однако современные АРЧ и АРН действуют с замедлением и допускают большие провалы напряжения.

 Особенно чувствительны к снижениям напряжения 3-фазные асинхронные двигатели, у которых вращающий электромагнитный момент прямо пропорционален квадрату напряжения сети:  МU. Это означает, что при провале напряжения до значения 0,8 U( 80% ) новое значение электромагнитного момента составит

М'≡ ( 0,8 U) М= 0,64 М.

Иначе говоря, при провале напряжения на 20% момент уменьшился до 64%, т.е.практически на одну треть.

 Такое уменьшение момента может привести к аварии. Например, если провал напряжения произошел при подъеме якоря из воды, якорь станет опускаться. 

При работе насосов, вентиляторов, компрессоров провал напряжения может привести к их остановке, а при восстановлении напряжения начнется их затяжной повторный пуск под нагрузкой. При таком пуске перегреваются обмотки статора и ротора, вплоть до их сгорания.

Поэтому в мировой практике при снижении напряжения сети до определенного значения ( в среднем до 60% номинального ) электропривод должен отключаться.

Различают два вида защиты по снижению напряжения:

  1.  минимальная;
  2.  нулевая.

Для лучшего понимания разделим процесс изменения напряжения на две части:

  1.  первоначальное снижение напряжения, вызванное, например, набросом нагрузки;
  2.  последующее повышение напряжения, вызванное работой автоматического регулятора  напряжения или ( и ) автоматического регулятора частоты.

Обе защиты на первом этапе, при снижении напряжения действуют одинаково –отключают электропривод.

Однако на втором этапе - при последующем восстановлении напряжения минимальная защита включает электропривод, а нулевая – нет. Иначе говоря, минимальная защита обеспечивает автоматическое повторное включение ( АПВ ) электропривода, а нулевая – нет.

 Минимальная защита применяется в электроприводах, перерыв в работе которых приводит к аварии – например, в рулевых устройствах.

Нулевая защита применяется во всех остальных ( кроме рулевых )  судовых электроприводах, перерыв в работе которых не приводит к аварии. К этой части электроприводов относятся лебедки, краны, компрессоры, якорно-швартовные устройства и др.

В то же время повторное самопроизвольное ( автоматическое )  включение таких электроприводов после восстановления напряжения может привести к аварии.

Таким образом, нулевая защита должна обладать двумя свойствами:

  1.  при снижении напряжения отключать электропривод;
  2.  при восстановлении напряжения исключать автоматическое включение  электропривода.

Схемы защит по снижению напряжения

 

Минимальная защита 

Вначале, как более простую, рассмотрим минимальную защиту, которая применяется только в рулевых электропривода ( рис. 109, в ).

   

Рис. 109. Защиты по снижению напряжения: а, б – нулевая; в – минимальная.

Катушка контактора КМ питается от линейных проводов В и С.  При номинальном напряжении сети контактор включен, через его главные контакты КМ1…КМ3 подается питание на  обмотку статора двигателя М.

При снижении напряжения до недопустимого ( обычно до 60% номинального ) якорь контактора отпадает, контакты КМ1…КМ3 размыкаются, двигатель отключается от сети.

При восстановлении напряжения до номинального ток в катушке КМ становится номинальным, контактор включается, происходит повторный пуск двигателя.

Таким образом, данная схема обеспечивает автоматическое повторное включение электродвигателя после восстановления напряжения.

 

Нулевая защита 

Вариант №1

Схема защиты на рис. 109, а, применяется в случае, если в ней только один или два ( реверсивных ) контактора.

Для включения двигателя в сеть нажимают кнопку SB1 «Пуск», вследствие чего включается линейный контактор КМ, который замыкает главные контакты КМ1...КМ3 и вспомогательный КМ4.

Если после этого кнопку SB1 отпустить, ток в катушке КМ контактора поддерживается через вспомогательный контакт КМ4.

При снижении напряжения до недопустимого якорь контактора отпадает, контакты КМ1…КМ3 размыкаются, двигатель отключается от сети и останавливается.

Кроме того, размыкается контакт КМ4, поэтому ток в катушке КМ контактора исчезает.

При восстановлении напряжения до номинального ток в катушке КМ появится только после нажатия кнопки SB1 «Пуск».

Таким образом, данная схема исключает автоматическое повторное включение электродвигателя после восстановления напряжения. Пуск возможен только при участии человека.

 

Вариант №2

Схема на рис. 109, б применяется как часть более сложной схемы управления в электроприводах, с числом контакторов более двух. К таким электроприводам относятся грузовые лебедки и краны, якорно-швартовные устройства и другие,  управляемые при помощи командоконтроллера.

Как следует из схемы, рукоятка командоконтроллера имеет 5 положений: нерабочее «0» и по два рабочих «I» и «II» в обе стороны ( «Вперед» - «Назад» ).

В исходном положении «0» контакт SA командоконтроллера замкнут. Поэтому при подаче напряжения  на зажимы А и В ( род тока не играет роли ) через этот контакт образуется цепь тока катушки реле напряжения KV.

Реле KV включается и замыкает три своих контакта: KV1, KV2 и KV3. Контакт KV1 шунтирует контакт SA ( но только в нулевом положении ), через контакты KV2 и KV3 поступает питание на остальную часть схемы управления.

 Схема готова к работе.

При  работе, например, в направлении «Вперед», рукоятку командоконтроллера

выводят из положения «0» и устанавливают в положение «I». При этом контакт SA размы-

кается, но остается замкнутым контакт KV1. Через него катушка KV продолжает получать

питание из сети.

При переводе рукоятки в положение «II» схема не изменяется.

При снижении напряжения ниже допустимого якорь реле KV отпадает, все три его

контакта размыкаются.

При размыкании контакта KV1 ток в катушке реле KV пропадает, а при размыка-

нии контактов KV2 и KV3 снимается питание с остальной части схемы управления. Двига

тель отключается от сети и останавливается.

При восстановлении напряжения до номинального ток в катушке КМ появится только после возврата рукоятки командоконтроллера в нулевое положение. Только тогда замкнется контакт SA, через который снова получит питание катушка реле KV и повторно замкнутся контакты KV1, KV2 и KV3.

. Таким образом, и эта схема исключает автоматическое повторное включение электродвигателя после восстановления напряжения. Пуск возможен только при участии человека ( надо нажать кнопку SB1 «Пуск» ).

 

Схема нулевой защиты с аварийным выключателем

У электроприводов, управляемых при помощи  командоконтроллера, заедание рукоятки в промежуточном положении может привести к аварии, т.к. электродвигатель не останавливается.

Чтобы избежать аварии, в цепь катушки реле напряжения KV включают пакетный выключатель S1 ( рис. 108 ). Этот выключатель называют аварийным или выключателем управления. Выключатели устанавливают на тумбе командоконтроллера сбоку или сверху.

Рис. 108. Схема нулевой защиты с аварийным выключателем S1

При работе этот выключатель постоянно включен, поэтому включено реле напряжения KV. Через контакт KV:2 этого реле питание подается на основную часть схемы управления.

В случае возникновения аварийной ситуации оператор ( лебедчик ) выключает S1.

Реле KV теряет питание и размыкает контакты KV:2 и KV:1.

При размыкании контакта KV:2 снимается питание с основной части схемы управления, двигатель отключается от сети и затормаживается.

Размыкание контакта KV:1 делает невозможным включение реле KV до тех пор, пока не замкнется контакт SM1 командоконтроллера, т.е. пока не рукоятка  командоконтроллера не будет возвращена в нулевое положение.

После этого реле KV получит питание и можно продолжить работу.

Выключатели управления могут быть одно- или двухполюсными.

33эм.31.10.14г.34эм.31.10.14г.32.эм.05.11.14г.31эм.06.11.14г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3414. Электростатическое поле 336.5 KB
  Электростатическое поле. Электрические заряды, их свойства и классификация. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора. Теорема Гаусса для потока вектора  и ее...
3415. Электричество и магнетизм. Колебания и волны 392 KB
  Учебное пособие включает программу по второй части курса физики «Электричество и магнетизм. Колебания и волны», перечень теоретических вопросов и типовых задач по каждой теме для подготовки к семинарским занятиям, собеседованиям, экзаменам и контрол...
3416. Динамические системы 203.5 KB
  Динамические системы Динамической системой наз. система вида. Начальные условия. Для существования и единственности решения задачи, достаточно потребовать непрерывность правых частей, а также существование и н...
3417. Элементы квантовой механики 211.5 KB
  Элементы квантовой механики 1. Гипотеза де Бройля. 2. Соотношение неопределенности Гайзенберга. 3.Волновая функция и ее интерпретации. 4. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. В 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу о т...
3418. Движение свободной частицы 405.94 KB
  Движение свободной частицы. Для свободной частицы U(x) = 0 (пусть она движется вдоль оси x ). Решением уравнения Шредингера: будет функция, где A = const, волновое число — может принимать любые положительные значения...
3419. Элементы релятивистской механики 241 KB
  Элементы релятивистской механики. Принцип относительности и преобразования Галилея. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Основной закон релятивистской динамики. Закон взаимо...
3420. Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников и конденсаторов 301.5 KB
  Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников и конденсаторов. Распределение зарядов на проводнике. Проводник во внешнем электрическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость шара. Конденсаторы и и...
3421. Постоянный электрический ток 228 KB
  Постоянный электрический ток.  Сила и плотность тока. Электродвижущая сила и напряжение.  Закон Ома. Сопротивление проводников. Последовательное и параллельное соединение проводников.  Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца...
3422. Основы термодинамики 227.5 KB
  Применение 1 закона термодинамики и изопроцессам. Адиабатный процесс. Тепловые двигатели, их КПД. Цикл Карно. Понятие об энтропии. Второе начало термодинамики. Диаграмма этого процесса в координатах p,V изображается прямой, параллельной оси ординат...