/
Text
К.МОШЕКОВ
ЗАЩИТА
НА
/СИНХРОНИИ
ЕЛЕКТРСДВИГАТЕЛИ
ТЕХНИКА
Ст.н.с. К.Т.Н. инж. КАЛЮ М. МОШЕКОВ
ЗАШИТА
НА
/СИНХРОНИИ
ЕАНОРСДВИГАТЕЛИ
Второ преработено издание
ДЪРЖАВНО ИЗДАТЕЛСТВО „ТЕХНИКА-
СОФИЯ, 1985
УДК 621.313.33 (024)
В книгата се дават систематизм рано материали по защи-
та на асинхронните двигатели от претоварване и други ава-
рий и и режими. Аиализира се работата иа електродвигатели-
те в ексвлоатацията, както и причините за претоварване.
Разглеждат се осиовните прииципи за построяване иа защи-
тата на електродвигателите от претоварване. Дават се конст-
руктивни описании на защитните устройства и се посочваг
техиите експлоатационни характеристики. В книгата са за-
стьпени и най-новите прииципи и схеми за защита на елек-
тродвигателите от претоварване.
Предназначена е за масово използуване от инженерно-
техническите работиици, но може да служи и като помагало
иа ученици от техникумите и студента.
© Калю Минков Мошеков, 1979
с/о Jusautor, Sofia
621.3
УВОД
Широката употреба на асинхронннте двигатели с накъсо съе-
дннен ротор и голямото натоварване на електрозадвижванията»
съчетано с изискванията за непрекъснатсст и пълно използуване
на мощностите, поставят проблема за защитата на електродвига-
телите на видно място сред проблемите на силовите иисталации.
Решаването на този проблем е индивидуално за всяко електро-
задвижване и е свързано с въпроса за познаването на причините
за повредите на електродвигателите, особеностите в работата им
н характерните режими, с характеристиките и възможностите на
различните защитни устройства, с най-подходящия начин за тях.-
ната настройка и поддържане.
Настоящата книга запозиава читателя с експлоатационните
особености на асинхронните двигатели и възможните причини за
техните повреди, възникващи при различии режими на работа.
Освен това тук ще бъдат представенн познатите в момента защитни
устройства с техните характеристики и възможности за защита
при различните режими и опасности от повреди.
На базата на сравнителния анализ, експлоатациоиния опит
и технико-икономическите характеристики на защитите устрой-
ства се пссочват начините за избора н настройваието на защитимте
устройства. С оглед на пълнотата и цялостните познания иа чита-
теля в книгата се дават конструктивии описания на защитните
устройства, данни за стандартните изисквания към тях, указания
п о поддържането и ремонта, начини за проверка и настройване
на защитните им характеристики.
Проучванията на автора върху експлоатацията на различии
електрозадвижвания и схемите на управлението им са показали*
че в повечето случаи въпросът за топлинната защита на двигате-
лите е подценен—защитата липсва, не е в изправно състоянге
или е настроена неправилно. Всичко това в комплект с фактите,
че за защита от токовете на къси съединения се използуват глав-
но предпазнтели, определя в момента един значителен процент
на повредите в двигателите ссобено при отпадане на фаза в за-
хранването. Едпо грубо пресмятане на годишните загуби за ре-
3
монт н замяна на повредените двигатели показва, че тяхната стой-
ност е около 25% от стойността на използуваните двигатели и че
ефективното отстрани ване или намаляване на повредите би ха до-
вели до значител ии икономии.
Кактэ показва експлоатациоиният опит, внедряването на ефек-
тивна защита при опасните топлинни режими псзволява да се иа-
малят повредите на асинхрониите двигатели около 5 пъти. Днес
ннтензивно се разработват нови, много пз-съвършени средства за
защита, широко се използуват полупроводников!! елементи и но-
ви типове термодатчици, появяват се нови направления и тенден-
ции. Като най-ефективна защита от топлинни претоварвания се
очертава вградената температурна защита и по-тзчно позистор-
иите защитим устройства. Апализът на повредите в електродви-
гателите е показал, че повече от 70% от повредените са излезли
ст строя по причини, зависещи главно от състоянието и работайте
характеристики на използуваните защитим устройства.
С обхвата на разглежданите въпросн и целенасоченот о им
практическо представяне тази книга би могла да даде своя принос
за осветляване и решаване на проблемите по топлинната защита
на електродвигателите в нашата страна.
В предлаганото сега второ издание на книгата разглежданите
въпроси и начинът напредставянето нм са запазени. Извършени са
никои подобрения в текста и малки допълнения по отношение на
вградената температурна защита и защитата на еднофазиите
асинхронни двигатели.
1. ПОВРЕДИ НА АСИНХРОНИИТЕ ДВИГАТЕЛИ
Трифазните асинхронни двигатели с накъсо съединен ротор са
най-разпространени. Те се използуват в електрозадвижванията
в най-различни отрасли от народното стопанство. Сигурната им
работа зависи от подходящий избор на номиналната мощнэст, ре-
жима на работа и формата на изпълнение. Не по-малко значение
има и спазването на нео5ходимите изнсквания и правила при
съставяне на електрическата схема, изборът на пусково-регули-
ращата апаратура, проводниците и кабелите, монтажът и експло-
атацията на електрозадвижванията.
4
Дери при нзпълнение на тези условия обаче вероятността за
появяване на ненормалнн режими остава да съществува както за
електродвигателя, така и за другого електрообзавеждане.
При нормална експлоатация дългстрайността на двигатели-
те, определена от законите за стареенето на изолацпята [5,24] на
базата на стандартните изисквания за допустимого загряване
[27,40], трябва да бъде около 10 годный (съвсем точно —20.10^).
В погечето случаи поради преждевременни повреди тази „въз-
раст“ не се дестигг. Засега причините за повредите не са цялостно
проучени. Не са мзеледвани и систем атизи рани научно основните
и второстепенните фактори, влвяещи на тези повреди до степей
да се формулграт основните данни и изисквания за осигуряване
на определена трайнсст на електродвигателите. Проведените до-
сега изеледвання и събраните статистически данни показват оба-
че дсстатъчно сбективно, че дългстрайността и сигурната работа
на електродвигателите в експлоатацията са недостатъчни [3, 4,
[0, 24, 11]. Причините за това са много, а осиовната според раз-
личните автори е различна. Някои от тях [29] смятат, че главнага
причина са повишените загрявания в съвременните конструкции
електродвигатели, докато други [3, 4, 10], без да отричат важ-
исстта иа загряването на намотката, намират, че често не то е ре-
шавагцата причина за излизането на намотката от строя. Според
тях има и други фактори, като к 'мутационни и атмосферни пре-
напреження, механичны натсварвания, лошэкачествени материа-
лгг, пропуски при производството, неправилно обслужване и др.,
конто иерядко предизвикват повреди по-рано, откол кото въздей-
ствнето на поЕншеното загряване.
Анализите на автора върху повредите на електродвигателите,
базирани на никои наблюдения, вероятиостта от появяването им
през експлоатационния период и факторите, конто ги обуславят,
са дадени в [11, 12]. Заключителните изводи показват, че веро-
ятният брой повреди Q се получава като сума от две експонении-
алии функции и има вида
Q = A (1)
където Q е вероятният брой на повредите;
А, В са коефициенти;
^2 — параметры на потока на повредите.
Зависимсстта дсбре съвпада със статистически установената
крива на изменение на брея на повредите в хода на експлсатаци-
ята, показана на фиг. 1. Първият \частък от кривата а изразява
5
главно повредите, свързани с произвздствените, монтажните и
комплектовъчните дефекти. По-главните повреди в този участък
<?а: механични повреди, електрически пробиви, неправилно избран
•електродвигател, неподходящи условия за работа на двигателя
'Фиг. 1. Вероятност на повредите на електродвигателите
<о — вероятност на повреди вследствие пронзводсгвени. монтажни и ком-
плектовъчнн причини: б — вероиткост на повреди през нормалната екс-
плоэтация; с — поаишена вероятност вследствие на стареенето
•(околна температура, влага, агресивни среди), грешки при монта-
жа (влошена вентнлаиия, блокиране на ротора) и др. Не са редки
н междунавивковите къси съединения. Данннте показват, че тях-
ната ннтензивност е най-голяма през първите 1000 h.
Най-интересен за дълготрайността на електродвигателите и екс-
ллоатацията им е вторият участък b от кривата на фиг. 1— веро-
ятността от повреди през продължителното време на работа на
•електродвигателите. Естествено участъкът трябва да бъде въз-
.можно по-продължителен и с ниска стойност за Q. Това зависи
на първо място от качеството и сигурната работа на двигателя,
»от неговото проектиране и изпълнеиие, на второ място — от не-
говото комплектовано при даденото електрозадвижване и не на
последно място — от схемата на неговото управление и защита.
Наблюденията на автора в експлоатацията [11] върху голяма
трупа електродвнгатели, работещи в разнообразии условия на ра-
бота иа различии цехове от 6 предприятия, показват, че повреди-
те се движат в много широки граници — от 7,9 до 39%. Общо взе-
то, средният процент е голям, но след проучване на причините се
£
установи, че на практика не са взети под внимание най-основните
положения за осигуряване на ефективна защита. Данните за про-
мишлени предприятия в СССР посочват 7,5—22% на повредите н
•средня дълготранност на електродвигателите 12—14 години.
Основният процент от повредите се пада на статорните намот-
ки— около 90%; повредите в лагерите са 2%; механичните
повреди —1 %.
В литературата са посочени много данни от наблюдения в
СССР върху причините за повреждане и излизаие от строя на
електродвигателите. В табл. 1 са посочени такива данни за сел-
скостопански маши ни с разпределението им спор ед причината за
повредата [28].
Тези дании се различават помежду си, но по миеиието на всич-
ки автори отпадането на фаза, блокирането на ротора и претовар-
ването обхващат около 70—80% от вснчки повреди иа двигателите.
Таблица I
Разпределеиие на повредите на еленгродвигатели в селското стоваиство
Причина за пояредата Раапределение ма повредите в % от общин брой повреди по дании от (28] (за двигате- ли я общопромишлеие изпълнемме)
днавааон на вероят- ивте стойкости средня стойиост в днапамня
Отпадане иа фаза 25—40 33
Блокиране иа ротора 10—20 15
Претоварване Несоответствие на защитната 20-30 25
стелен 15—20 18
Други 5—15 9
Ежегодно в колхознте и совхозите на СССР излизат от строя
средно 20% от общия парк на електродвигателите, при което за-
губите в страната възлизат на около 200 мли. рубли [28]. Анало-
гични изследвания на условията на работа на двигателите са из-
вършени в много страии. Лабораторията по защита на института
„Мессън енд Ненджер“ в САЩ [28] е установила следното разпре-
деление на причините за повредите на електродвигателите в сел-
ското столанство на САЩ: отпадане на фаза — 27%; блоки-
ране и претоварване —22%, замърсяване на корпусите и наруше-
ние на вентилацията —11%.
7
В повече от 90% от случайте отпадането на двигателите става
поради повреди в статорните намотки, а това значи, че голяма
част от повредите могат да се избягват по пътя на правилното им
използуване и съответното им защитаване.
Основните причини за излизане от строя на намотайте са пре-
грявания, предизвикани при различии обстоятелства. Те могат
да се систематизират, както следва:
1. Висока температура около двигателя.
2. Влошена вентилация.
3. Повишена механична мощност на задвижваната машина по-
ради нарушаване на технологичния процес, неизправност на ме-
ханизма, латерите и др.
4. Ниско качество на електрическата енергия, като несинусо-
идална форма и асиметрия на захранващото напрежение, откло-
нение на напрежението и честотата от номиналните стойкости.
5. Утежнени пускови пронеси.
6. Увеличена честота на включване или увеличена относителна-
продължителност на раб лата ПВ при повтор но- кратковременно
работни режими.
7. Блокиране на ротора.
8. Смущения в захранването, като еднополюсно прекъсване на
трифазната система във външната верига или в намотката на дви-
гателя.
9. Пускателят звезда—триъгьлник остава постоянно включен
на положение „звезда11.
10. Повреди в превключвателите на броя на полюсите.
11. Повреди в електродвигателите, като многофазни (три- и
дву-), еднофазни къси съединения в намотайте на двигателя, къ-
си съединения на фаза към корпус, междунавивкови съединения
в намотайте.
В следващите раздели се разглеждат характеристиките и ре-
жимите на работа на асинхронния двигател, при което се дават
подробни пояснения относно влиянието на гореспоменатите фак-
тори върху тока, загубите и загряването на двигателя.
2. ИЗНОСВАНЕ И ХАРАКТЕРИСТИЧНИ
ТЕМПЕР АТУРИ НА ИЗОЛАЦИОННИТЕ
МАТЕРИАЛЫ
Дълготрайността на електродвигателите в повечето случаи се
определи от трайността на изолацията.
В експлоатацията изолацнонният материал е подложен на ме-
ханични, електрически, химични и термични натоварвания. Те-
зи натоварвания предизвикват необратими пронеси, конто водят
до износване на изолацията. Решаващ фактор, конто предизвиква
понижаването на електрическите, механичните и други качества
на изолацията, е преди всичко високата температура.
Необходимо е да се отбележи, че засега все още не е създадена
методика за точно определяне на износването на изолацията. Из-
ползуваните сега изкуствени методи за определяне на износване-
то дават само приблизителни данни, а освен това още не са уточ-
нени критериите, конто биха определили износването и разруша-
ването на изолацията. В много случаи изолацията, изгубила
еластичността и механичната якост, продължава с успех да слу-
жи в двигателя, тъй като електрическата якост малко зависи от
тези параметри.
От изследванията досега са натрупани обширни данни по въ-
просите на износването, получени при един или други изходни
условия. Използувайки тези данни, възможно е с достатъчни за
практиката приближения да се определи средната дълготрайност
на двигателя при различии режими и натоварвания. Трайността,
и температурата са свързани помежду си с правилото на Монтсин-
гер и много други емпирични формули [6, 11].
Зависимостта има логаритмичен характер и се дефинира с-
различии за всеки клас изолация емпирични коефициенти..
Трайността В на изолацията се дава в най-общ вид с уравне-
нието
В—Се~ьв, год., (2),
където С и Ь са коефициенти;
0 е температура на изолацията, °C..
Износването £ на изолацията се определи е величината, об-
ратна на трайността, и за времето от до t2 може да бъде опреде-
лено с израза
9'
Формула (2) дава задоволителни резултати при изчисляване
на трайността в температурен интервал над 80-—90° С; при по-
ниски температури формулата дава завишени резултати.
Коефициентите С и b не са точно определени и отделяйте ав-
тори дават стойкости,
силно различаващи се
помежду си. Ксефициен-
тът b съгласно болшин-
ството автсри меже да
се приеме при изолация
клас А за Ь=0,088 1/°
С, коего съответствува
на намаляване на трай-
ността на изолацията
два пъти при всеки 8° С
температур но повише-
ние. Съгласно по-нови из-
следвания двойного сък-
ращаване на трайността
при другите кл асове изо-
лация става при пови-
шаване на температура-
та с 8—12° С (5—19°С
според някои автори). Във
всеки случай резулта-
тите по формулата са са-
’Фиг. 2. Трайност на изолацията на намотките моориентировъчни Сред-
1— изоляция клас А; 2— изолация клас В; 3— изола- НИ СТОИНОСТИ.
щия клас н За коефициента С
се среща средна стой-
ност С=6,225.104, год. Характеристики за трайността на намот=.
ки с различен клас изолация са показани на фиг. 2 [14].
Влиянието на топлинното натоварване върху изолацията се
обяснява като влошаване на механичните и електрическите ка-
чества, коего се определи от стойнсстта на температурата и про-
дължителността на нейното въздействие. Последнего дава въз-
можност да се приеме, че работата на изолационния материал
при всяка температура за определен интервал от време представ-
лява относителна величина за използуването на общия ресурс
от трайността му. Съгласно адиационната теорема за стареенето
това се изразява с формулата
10
п
?=4-=S6^- г°д-1’
Z = 1
където
п е брей на интервалите с различна температура;
/3,— трайнсст при температура О,, год.;
0Х- — температура през t-тия интервал;
£,• — относителна прсдължителност на t-тия интервал.
Температурата е ссновният фактор, предизвикващ износването
на изолацията. Нейната стойност се определи от натоварваието
на двигателя и температурата на скслния въздух. Продължител-
но допустимите й стойкости (ще ги означим с 0НД) за различните
изолаиионни материали по класове на изолацията са стандарти-
зирани (БДС 4161—74, ГОСТ 180, VDE0530, VDE 0550, МЕК-
Публ. 34-1 и др.) и са даени в табл. 2.
От ф'рмулите и характеристиките за трайността се вижда,
че тя намалява много силно при високите температури. По-често
в практиката при високите температури не износването стой на
първо място, тъй като все пак те се получават рядко и са много
кратксвременни. При високите температури опасността е ст на-
стъпването на моменгални повреди, изразяващи се в пробиви,
изгаряния, напуквания, размеквания и др. под. Тези опасности
дефинират една температура (ще я означим с 0кс), превишаването
на която дори за минималнз време води до моментални повреди.
Тази температура зависи главно от изолацизнгия материал и от
механичните натоварвания, на конто е пздложен. Тя е от голямо
значение за намаляване на повредите при блокиране на електро-
двигателите и осъществяване на продължителни пускови про-
неси, а също така за разработване и използуване на по-прости
и ефективни защитни устройства.
Стойкости за тези величини в нашите стандарти все еще лип-
сват, но чуждестр анните и между нар од ните норми предписват вече
и тези стойкости за всеки клас изолация, като използуват терми-
нэлогията „допустими температури при бързо изменение на тем-
пер атурата“.
На това място ще разгледаме въпроса за температурите на
намотката, при конто задействуват защитните устройства. Идеал-
ното от гледна точка на трайността на изолацията е, ако изключ-
ването настъпва всякога при стандартизираната продължително
допустима температура 0НД за всеки клас изолация, но от глед-
на точка иа непрекъснатостта на производствения процес това
много пъти е икономически неизгодно. Затова, когато се търси
оптималният компромис. се приема, че изключвапето на електро-
11
Таблица 2
Класнфнкация на електроизолациониите материал»
по топлоустойчнвост (БДС 4161—74)
Клас на топло- устойивост Температура, коя- то характернзира дадення клас на топлоустойчнвост Кратка характеристика на основните групн електроизолвцкоини ма- териала, за конто въз основа на опита от експлоатацията или съот- ветннте изпитвания е устаиовена приложимостта на тези материали за работа прн температурят а на дадеиия клас на топлоустойчнвост
1 2 3
У 90 Влакнести материали от целулоза н естествеиа коп- рина, неимпрегнирани и непотопени в течен електроизола- ционен материал. Други материали или прости съчетания от материали, за конто въз основа на опита от експлоата- цията или съответните изпитвания е устаиовена прнложи- мостта на тези материали за работа при темнературата на дадеиия клас
А 105 Влакнести материали от целулоза или естествена, из- куствена и синтетична коприна, импрегнирани или пото- топени в работно състояние в течен електроизолационеи материал. Други материали или прости съчетания от мате- риали, за които въз основа на опита от експлоатацията или съответните изпитвания е устаиовена приложимостта на тези материали за работа при темнературата иа даде- ния клас
Е 120 Синтетичии органични материали (фолио, влакна, смоли, компаунди и т. н.) и други материали или прости съчетания от материали, за които въз основа на опита от експлоатацията или съответните изпитвания е устаиовена приложимостта иа тези материали за работа при темпера- турата на дадення клас
В 130 Материали иа осиовата иа слюда (в това число с ор- ганични подложки), азбест и стъклени влакна, използува- ни с органични свързваши и импрегниращи състави
Други материали или прости съчетания от материали, за които въз основа на опита от експлоатацията или съот- ветиите изпитвания е устаиовена приложимостта на тези материали за работа при темнературата на дадення, клас
12
Яродължеяие иа таблица 2
1 2 3
F 155 Материали на основата иа слюда, азбест и стъклени влакна, използувани в съчетания със синтетичии свързващи и импрегниращи състави. Други материали или прости съчета- ния от материали, за които въз основа на опита от експлоата- цията или съответните изпитвания е устаиовена приложи- мост га на тези материали за работа при темнературата на дадения клас
Н 180 Материали на основата на слюда, азбест и стъклени влакна, използувани в съчетания със силикоиови свърз- ващи и импрегниращи състави, силиконов каучук. Други материали или прости съчетания от материали, за които въз основа на опита от експлоатацията или съответните изпитвания е устаиовена приложимостта иа тези материа- ли за работа при темнературата на дадения клас
С над ,180 Слюда, керамични материали, порцелан, стъкло, кварц или техните комбинации, използувани без свързващи съ- стави или с неорганичнн или елементоорганични състави. Други материали или прости съчетания от материали, за конто от практически опит или съответните изпитвания е установено, че те могат да работят при температуря, пре- вишаващи тези, установени за класа иа топлоустойчи- вост Н. Температурата за приложение иа тези материали се определи от фнзичните и електрическите свойства на материала
двигателя може да настъпи и над тази температур а, но във всеки
случай под 0кс и колкото е възмсжно по-близко до 0нд- Вярно
е, че при всяко изключване ще се получи едно допълнително ус-
корено износване на изолацията, но за сметка на това електрс-
.задвижванията ще работят по стабилно и непрекъснато. От друга
страна, при неизбежната работа с намалена мощност и при по-
ниска околна температура това ускорено износване ще се ком-
пенсира, макар и частично.
На такава база и при ефективна и целесъобразна топлинна
защита са установените в публикация на МЕК 34—11 [34] по-
становки, стойнссти и изисквания. Приема се, че след изключ-
ване на защитного устройство максимално допустимите темпе-
ратуря на намотката на електродвигателя могат да превишават
£ 15—2СГ С посочените в табл. 2 и характеризиращи дадеиия клас
13
изоляция. В увода на самата публикация е пояснено, че „изиск-
ванията й са резултат на компромис, тъй като степента на защи-
та не трябва да бъде нито твърде ниска, че да предизвика нена-
временно изключване (например, когато има временно понижение
на захранващото напрежение и номиналният ток е превишен),
нито прекалено висока, че да позволи работа при температура,
вредна за живота на намотката1'. По-нататък в нея се изяснява:
„Изискванията не гарантират „нормален1* живот (трайност — б. а)
на машината при всякакви условия на употреба, а по-скоро са
насочени към избягване на ускорено преждевременно топлинно
износване. Нормален живот (трайност — б. а) може да се оси-
гури само чрез правилен избор, монтаж и поддържане на маши-
ната. Честото превишаване на нормалните температурни граници
(публикация МЕК 34—1), което е позволено ог вградената тем-
пературка защита, без да причини изключване, ще доведе до зна-
чително скъсяване на живота на машината. Ефективният живог
(трайност — б. а) на изолацията на намотайте на машините се
намалява приблизително наполовина с всеки 8 до 10° С повиша-
ване на продължително допустимата температура**.
Съгласно изискванията на цитираната публикация системата
за топлинна защита й съответствува, ако при максимално нато-
варване на машината (което тя може да понася.без да задействува
защитата) и бавно повишаване на температурата температурите
на защитените части, измерени по метода на съпротивлението,.
не надвишават граничните стсйнссти, псказани в табл. 3. В съ-
щата таблица са псказани и граничните температури при бързо>
повишаване на температурата в електрическите машини.
Таблица 3
Максимално допустили температури на намотките на електрическите:
машиии след изключване иа системата за топлинна защита, °C, съгласно
МЕК 34—11 при измерване по метода на съпротивлението
Кла-с на тепло- устойчивое! съ- гласно публика- ция 34—1 Прн бавно изменение на темпера- туратж При бьрзо изменение на темпе- ратурата
категория 1 категория 2 ; категория 1 категория 2
А 125 140 180 200
Е 140 155 195 215
В 145 165 200- 225
F 170 190 225 25)
Н 195 215 250 275
14
Категориите 1 и 2 могат да дадат задоволителна защита Hat
двигателя. Те се избират обикновено от производителя, като се-
вземат предвид много фактори: топлинната характеристика, голе-
мината на двигателя, режимът на работа, броят и разположение-
то на защитните устройства или датчики, скоростта на нарастване
на температурата на намотката и др.
Бавно повишаване на температурата е такова, което става
достатъчно бавно, за да може температурата на датчика или на
защитного устройство (напр. биметална капсула) да следва без
значително забавяне повишаването на температурата на защите-
ната част. Топлинно претоварване с бавно изменение може да
бъде причинено например от:
— дефекта във веитилацията или вентилационната система,
например частично блокиране на вентилационните канали, голя-
мо натрупване. на прах или нагар, замърсяване на намотайте
или охлаждащите ребра на корпуса;
— голямо повишение на околиата температура или на темпера-
турата на охлаждащата течност;
— бавно увеличаващо се механично претоварване;
— продължително спадане или повишаване на захранващото
напрежение на двигателя;
- — продължителна работа на двигателя, оразмерен за повтор-
но-кратковременен режим и др.
Повишаването на температурата е бързо, когато това става
толксва бързо, че температурата на топлинния датчик или за-
щитного устройство следва температурата на защитената част със
значително забавяне. В резултат може да се получи значителна
разлика в температурите на топлинния датчик или защитного
устройство и защитената част.
Топлинно претоварване с бързо увеличение-може да бъде при-
чинено от блокиране на м шината, прекъсване на фаза или пус-
ка не при неподходящи условия (много голям инерционен момент,
много ниско напрежение, прекалено голям съпротивителен мо-
мент) и др.
Макар че температурите, дадени в стандарта на МЕК, са по-
високи от тези, спределени в публикацията на МЕК 34—1, те
не противоречат на изискванията й и производителят на електро-
двигателя трябва да се съобразява с температурните граници в
публикацията на МЕК 34—11.
Потребителят също трябва да бъде сигурен, че:
— номиналните условия на натоварване и скслната темпера-
тура, определени в поръчката му, не са превишени;
15
— електродвигателят и охлаждащата му система се поддържат
етравилно;
— не се появяват често толлинни претоварвания с бързо пэ-
вишазане на температурата (този вид претоварване трябва вина-
.ти да се счита като извънреден случай и броят им трябва да бъде
ограничен през времето на използуване на електродвигателя).
Температурата на изолацията не бива да превишава граиич-
нпте стойкости, но едновременно с това не трябва да се превиша-
ват и границите на прегряването (прегряване е преЕКшениез о
на температурата над околната). Последнего изискване на пръв
поглед изглежда странно, но то е евързано с несбхсдимсстта да
се предпази изолацията от възможните недопустима пик.ви тем-
ператури в отделил места на намотката. Работата е в това, че
както температурата на намотката, така и прегряването се дават
като средни величини, определени по метода на съгрэтивленнего
на намотката, но в нея безусловно има места, където тсм.ерату-
рата е малко по-висока от средната.
Трайността на изолацията се определи не от средната темпе-
ратура, а именно от максималната. Достатъчно е да се повреди
изолацията в коя да е точка на намотката и двигателят ще излезе
«от строя..
3. ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ,
ПАРАМЕТРИ И РАБОТНИ РЕЖИМИ
НА АСИНХРОННИЯ ДВИГАТЕЛ
При решаване на редица въпроск, евързани с избора, оразме-
ряването и настройката на защитните устройства, е необходимо
точно да ее познават основните характеристики, параметри и
режими на работа на асинхронните двигатели. Подробно тези
въпроси са разгледани от Сиромятников и др. [19, 25], а тук ще
«се дадат само най-важните положения и изводи.
3.1. МОЩНОСТ и ток
Номиналната мощност на двигателя се указва иа табелката
и зависи главно от условията за нагряване на изолацията на
намотката му. Както вече се посочи, трайността на изолацията
16
се определи от нейната температура, а за ла работа изолацията
при определена температур?, е необходимо токът, предизвикващ
загряването на двигателя, да не превишава определена псминал-
на стойност. Претоварванияга па двигателя водят до увелнчаване
Фиг. 3. Заместваща схема и векторна диаграма на асинхронен дви-
гааел
на Т( ка и прегряване на изолацията. Загова от гледна точка на
решагане згщнтата на двигателя <т претоварване представлява
интерес вреди всичко характерът на токового и температурного
изменение при нормален и авариен режим.
Зависимости на тока от товара има твърде сложно уравнение.
От згмесгвещата схема и векторната диаграма на ансинхронния
двигател (фиг. 3) за тока в статорната намотка,' когато хлъзгане-
то s=l (непедгижно състояние, п=0), а съгцо и при дф 1 (двига-
гелят се върти), може да се напише следният израз:
О,
(5)
къдет >
е тс кът в статор на г а памгтка;
7'2 — приведсният г.ъм статсрната намотка тск в ротора;
Z() — импедапгът в магнитната верига;
Z'2 — нмпе/’аксът на ротора, приведен към статора;
Zj — нмпедансът на сгатсрната намотка.
° Защита на асинхроннн . .
17
Със задоволитслна за нуждите точност може да се приеме,
че в израза за тока в статорната намотка единствено Z'2 завися
от хлъзгането х:
= RS Ъ Ъ +JX2 - (6)
КТДС'Ю
/?.' и А' са приведените към < таторната намотка активно н
индуктивно съиротпвленпе на роторната намотка;
—А'о е сумата от механичинте товара.
Нан -нрсстнят начин за снределяне на тока при даден товар
е посредством кръговата диатрама. Последната нозволява да се
намерят всичкн величини, характерпзиращи работата на двпга
теля. Крыовата днаграма се строп на база нзпитването на нразен
лед и късо соединение. Методпката за провеждане на изппгването
п пест рсяването на кръговата днаграма е описана в лнтературата
и никои стандарт (например ГОСТ 7217).
II] и експлоатацията на двигателите не всякога има вьзмож-
нкт за изпитвания. Загона место се използуват прнбли.зигелни
методи за снределяне на тока в зависпмост от момента па вала.
Известна е флрмулата на Геплер [8] за определи не на тока в ста-
тора за устойчпвата част на характеристиката при й<0,85:
къдего
/н е номиналнпят ток;
/„ — токът па празен ход;
кратността на максималння момент;
Им максималният момент;
.Иц — номиналнпят момент.
Подведената от мрежата мощност е
А -З/^с^, (8)
където Uj и /j са фазнитс напрежение и ток на статора.
АГ щността, предавана от статора на ротора, наричана още
електромагнитна мсчннсст, е
Л т5, АЛ, (9)
кт. *ето Л рг заг\бпге в м₽лта ч желчзсто статорн
18
Мсщнистта на вала е
А Р. ±Р*,
където &Р2 са загубите в ротора.
Полезната мсщност на вала е
Р=Р2-АРМ,
(10)
(11)
къдего АРЫ са механичниге загуби в латерите и вентилацията.
Н миналната млцност па двигателя може да се изрази чрез
предаваната от статора на ротора мсщпсст при комн пален товар
Фиг. 4. Кратпост на тока на ротора в зависимост от нато-
парванегэ при работа с номинално напрежение и честота
чрез изрлза
Ра„(1-5н)- АР,
(12)
Номиналиста м щнист дефнпира иоминалния гок на двигате-
ля. При трифазна система той е
19
<1 иг 5. Кратност на тока на стат.-рпата на
мотка взависпмосг от натою.рнапсто при раз
ПО'НП стойкости па тока на иразен ход
Фиг G. Изменение на икав ст,тторпата
намотка па асинхронен двигател с раз-
лична конструкция па ротора и «ависи-
мост от хлъзгаието
I ротор С КР'ЬГЛИ прьчки; 2 - ротор с юлямо
токово изместване; 3 — ротор с двоен кафев,
4- ротор с дълбоки канали; 5— ротор със зьв
творени капали
^1,! 3L\ cos ФР| *
къдего т) е к. и. д. на
двигателя.
С изменение на на-
товарвапето при и. мннал-
нн стойности на чеетс - (
тага и нанрежението се
изменят токът на ротора,
хлъзгаието и токът иа
статора. Токът на пре-
сен ход практически не
зависи от изменението
па товара, а токът на
статора, равен на геем ?т-
ричната сума от к.к-1 на
празен ход и приведения
тек на роте ра, не зависи
от краток стта иа макси-
малния момент.
Фиг. 4 дава измене-
пнето на тока на ротора,
а фиг. 5 — изменението
на тока на статора в за-
висимост от товара при
работа с номинална че-
стога и напрежение.
При пускането на
двигателя, т. е. при п О
ns 1, токът нревнша-
ва К/п ньти номинална-
та стой пост. Коефициен-
гьт Kia е кратност на
нус КОВИ Я к к сврямС
номиналния. П\сковияг
ток не записи от съпро-
тивителния момент вър-
х\ вала па двигателя
и се определи от импе-
данса на намотките.
Въг.реки това съпротш п
телпнят момент на елек
тродвмгателя при пус
кането не трябва да се пренебрегла, тъй като точно той определи
продължителнсстта на пусксвпя процес. Кривите за изменение
на тока на двигатели с различна констру кипя на роторите. в зави-
симсст от хлъзгаието са нредставени па фш 6.
3.2. МОМЕНТЙ
Един от иай-важнтс иараметри па аснихропиня двигател е
въртящият момент
РаР
М =
(14)
където
/д е честотага на наирежепи(*1т) на мрежа!а;
>, • броне на чифь
Фиг. 7. Въртящ момент на асинхронпия дни
гател в зависимост от хлъзгаието при рао-
лични стойности на критичного хлъзгане
кете полюсп.
За практически и. -
числения е удобно вър-
тящият момент да се
представи в отш сителнп
Мм
единици ‘ , където Л»ы
е максималния г момент
на двигателя. Ъ п се
нолучава при критично
хлъзгане sK и с-, опре-
дели с максималнага
стойнсст на предаваната
на ротора мощност.
На фиг. 7 са показа-
пи моментни характери-
стики в зависимсст or
хлъзганего при различ-
ии стопиэсти на sK, а на
фиг. 8 - изменението на
въргящпя м. г. еит на
асинхронен двигател е
различна конструкция па
ротора в зависимост от хлъзгаието.
Кратнсстта на макснмалння момеш и
порционални на квадрата на мрежовото
Номиналният момент на двигателя е
самият момент са иро-
на ирежение.
21
Л1„ =
60 Лш '
2 л/?]
(15)
където
щ са синхронните обороти, min'
Рая — номиналната мощност, kW
Фиг. 8. Въртящ момент на асинхронен двигател с
различна конструкция на ротора в зависимост от
хлъзгането
1— ротор с кръгли пръчки; 2— ротор с гол ямо токово измест-
ване; 3— ротор сдвоен кафез; 4 - ротор с дълбоки капали;
5— ротор със затворени канали; 5— ротор с повышено хлъз-
гане
3.3. ПУСКОВ РЕЖИМ
Благодарение на свосто просто устройство и лесен начин на
пускане аеинхронният двигател с накъсо съедниен ротор е винаги
за предпочитане. Един от основните му недостатъци в сравнение
с асинхронная двигател с навит ротор е малкият му пусков мо-
мент, конто е причина за по-голямата продължителност на пус-
ковия процес. Този недостатки трябва да се има предвнд при
изб.ра на защитного устройство, особено ксгато двигателят тряб-
ва да развърти големи инерционни маем.
През време на пусковия процес при нормални условия често-
тата на въртене на двигателя, а заедно с нея и тази на работнага
машина, трябва да расте постоянно. Следователно през това време
въртящият момент на двигателя трябва да бъце пс-голям от съ-
противигелния. Само в такъв случай ще бъде палице някакво уско-
22
06)
S1
момент, kg ii2,
скорост;
динамичен момент;
ряване на масата на ротора н свьрзаните с него въртящи се ча
сти на работната машина. Разликатн между момента на двигателя
и съпротивителния момент Afc се нарича динамичен момент /Ид
и тъкмо на него се дължи у с корява пето на пропзводствепата
трупа.
При синхронна скорост пх времего, за коего двнгагелят ще
достигпе номиналната скорост п„, ще бъде
,__ J«i2r 5-4 Av _ у. Av
H, T'l
където J e пнерпнонння!
n
v- - — отнссителната
«1
А'1д
тД= ~м“ ~ относителн.чят
/ин
J n 2к
7\— - - времеконстантага па развъртапе (механична време
константа).
Изменение™ на тд е твьрде сложна функция от хльзганего
и затова тази задача се решава in графj-аналитичен начин. Из
егрояват се кривите на въртящия момент на двигателя и спиро
тиЕителния момент на машината в отнхптелпп единици в зави-
симост от хлъзгането s (фш. '). Чрез кзвзждане на теш две кри
Фиг. 9. Определяпе на продължителността на пус-
ковия процес
/ - крива на момента на двигателя; 2— крива на сьпротн-
внтелния момент: .3— коива на динамичная момен’”
23
Фиг. 10. Пускова характеристика на вентилатор тип ВДГ 9,5
24
вы се намира дннамичнпят момент сыцо в отноеителни единицы.
Раздели се получената крива по абсцисата s на равны интервалы
и след това се състави уравнението
1=~тА 4S1 4- А®2- + “V (17)
\ ОТд1 тд2 ткп)
При ускоряване As е отрицателно, а /пл положи гелио, до-
като при спиране As е положително, а тд отрицагелно.
За загряването иа двигателя по време иа пусковия процес
са меродавни загубите в роторната и статорпата намотка, защото
тогава токът е по-голям, отколкото при номинална честота на
въртене. Загубите в намоткнте по време на пускането, определе-
ни като количество топлина, отделано в намотките, са величината,
по конто се определи еквпвалентната стопност па тока през вре-
мето на пусковия процес. Токът е сложна функция на хлъзгането
s и математичното му описание каго функция на времето не може
да стане точно с прости уравнения. На фш. 10 е показано из-
менението на пусковия ток в зависимост от времето при опреде-
лен съпротив!пелен момент, а па фиг. 11 са дадени няколко ха-
рактерни криви на съпротивителния момент и товаровите диагра-
ми на различны работай машины. Обикновено товаровите диагра-
ми на работайте машини притежават характер, подобен на пока-
зания по-долу, или пък цредставляват комбинация от тези случаи.
а) Съпротпвнтелният момент е а мощности Р=Суп
(фиг. 11 .). Такива товарови днаграми имат всички повдигател-
ни съоръжения, като кранове, лебедки, конвейеры и други ма-
шини, които издигат тежести.
б) Съпротивителният момент е Мс Сгп, а мощността Р =
С2н2 (фиг. 11 С). Такива характеристики имат всички работай
машини, в които се движи едио цилпндрнчно тяло, като каланд-
ри, валци и др.
в) Съпротивителният момент е Мс Сги2, Р- C£tis (фиг. 11 в).
Към тази трупа спадат вентилатори, ценгробежни помни, ком-
пресори, самолетни витла и др.
г) Съпрстигителният момент е Л4С=±-^-, аР С2 (фиг. 11г).
В тези- псследен случай меметът на работната машина намалява
или расте по хипербсла, докато м< щнсстта й сстава постоянна.
Тук спадат всички машини, които задвнжват валци и при които
диаметърът на валците се нзмепя пронорциопално с повишаване-
то или спадането на скоростта, т. е. такива машины, които слу-
жат за навиване или развиване на хартия, Платове и др.
Изборът па защитного устройство трябва да вземе предвнд
и ссигури пусковия процес на елсктрозадвижването. Затова е
25
необходимо да ее сравняват времетоковите характеристики на
пусковия процес с тези на защитного устройство или по-просто —
точката с координата (К,пс, tn) Да бъде всякога под времетоковата
характеристика на защитного устройство. В повечето случаи
Фиг. 11. Криви за съпротивителния момент и
товарови диаграмм на различии работыи машины
с — при повди гател ни съоръжения; б — при каландр и;
в — при вентнлатори; г—при валин с изменят се диа-
метьр по време на работа
сравняването е трудно
поради непознаването
на времетоковата ха-
рактеристика на пус-
ковия процес и труд-
ностпте по нейното
снемане. Точни данни
за пу сковите характе-
ристики лнпсват в ли-
тературата и нроспек-
тите, а дадените тес-
ретични и математич-
ни изводи [15, 25, 30]
са общи и трудно-
приложими в прак-
тиката.
С цел да се по-
лучаг такива данни,
конто да се използу-
ват при избора на за-
щитните устройства,
авторът е. провел из-
следвания [13] върху никои типичны и най-разпространени елек-
трозадвижвания с мощности Зн-15 kW. Направените изследва-
ния позволяват^да се групират пусковите характеристики (7П /(/))
в 3 групп: с линейно изменение, с изменение от полукубична
парабола и по парабола от 4-та степей.
Може да се приеме, че линейного изменение на тока става
само при продължителност на прэцеса до/п <0,15s или до /Г1
=0,2 s, но за трайност на пусковия ток до /г;п <6.
Изменение по полукубична парабола може да се приеме за
случайте на продължителност /п 4), 1 -г-0,3s и кратност на пуско-
вия ток
Във всички останалп случаи изменението на тока представля-
ва парабола от 4-та и по-висока степей.
Основание за такова групиране представлява графичната и
математпчната обработка на изследванията. За всеки отделен слу-
чай е определена еквивалентната кратност на пусковия ток
26
по графнчен път и резултатът е сравнен със зависимостта, по-
лучена след интегриране на една прнета функция за изменение
на пусковия ток.
Използувано е основпото равенство
/
п
= Ptu. (18)
пе
О
След графично интегриране, показано с примера от фиг. 10, и
числено интегриране по зависпмостите, дадени по-долу, се оказ-
ва, че за 96% от случайте отклонението на численото инте-
гриране от графичного е до 6%. Това дава основания посочените
зависимости да се приемат за приблизителни топлинни изчисле-
ния през пусковия процес. Еквпвалентпата кратност на пуско-
вия ток /?,пе за измереното време на развъртане до установяване
на номиналння ток при кагаложна кратност на пусковия ток
ktn може да се получи, както следва:
за 4 <0,15 s й/Пе = ^-з (Ч+*/п+1); (19)
за /п=0,1—0,3 s kim=^0,25 + 0,3 kin+0,45 Л;п; (20)
за останалите случаи kine—^0,\ 1 ф-0,18 A,n + 0,71 k]n. (21)
За избора на защитните устройства е необходимо времето па
развъртане за кратност kY~= 6, което ще означим като 4б- Това
време може да се получи от зависимостта
k2 t
(22)
оо
В табл. 4 са дадени никои данни за характеристиките на
пусковия процес на асинхронни двигатели и електрозадвижвания;
електродвигателите са куплпранп с ротора на двигател от сыция
тип, т. е. с допълнителен инерционен момент, съгласно таблицата,
колона 9.
От таблицата се вижда, че А’Гпе и се изменят в голяма об-
k‘
ласт. Твърде различно е и отношеннето ——, но определено може
kin
да се каже, че в повечето случаи то е под 0,9. Дадепата за него
стойнсст в лнтсратурата [25] от 0,93 е висока и е по-добре за
ориентировъчннте начисления да < е приеме стойността 0,8-т-0,85.
27
Пускови характеристики на асинхронни електродвигатели
и електрозадвижвания
‘у хнаиюи нэноиЛбани И81ГЭХНН1ГЧ.и0р UO СО U0 СО U0 СМ тГ О1 ”. О - О ° о ч °. | 1 1 I 1 I I 1 ОоСООО°О
и,ч аш •jy СО LQ СО —< CD (D W (М tc (.о С (П О (£> CD N CD Сф СО СО QOcoCOCOoOCOCOOOoo ООООООО ООО^ООООС? 1
о S <Л 4) СО t S СП W * 10 СО СО Ю СО СП г~ С С " с га- К; к о о О ц; - С га а оооооооооооиэсою^о
ОНв1ГЭИН£И •аи/, СТ) •^cDC4^t^COtsblO(N’f’flocO Г^ОООСОЮОКЗСЧСОСО^^СЧО! —< тг СОО?10СЧ«5сОсо’сО’^хГсо'сО<Ос6сОСО
онабэиЕи •S q 'J <4 « «о ь 2 2 q о я о й О О О CD O о О о о" о о UD СО L/5 О
JOI/B.LEM он -Ч гг Ю СОиОт^СОСОЮСЮ^ЮСО О, Ь 1Л СО CN 1ф ю CD СМ О) —< Ю
♦хзонттюэд ^cjioooioouotoio^m о ио ио ю ио to Oir^cdcOLDCOlOC^r^r^COuOUOt^'r^’ »—< •—1 »—4
Т_И]Ш ‘aiiaidiH ви вхохэан ОООООО^ООООООООО ЮЮОсоООООООСОООООс Г- Ь- Оо ио «О О О to «О о ио о о О ио —i^^^-tCOCO—*—< СО —< —ч
28
Тук ще обърнем специално внимание на въпроса за пускане
при понижено напрежение. Известно е, че въртящнят момент за-
висп от напрежението във втора степей. От това следва, че когато
двигателят потегли натоварен с номинален товар, продължител-
н; стта на кусковия процес ще се увеличи. Ще се увеличи и прс-
гряването на двигателя.
Количествени съотношения за влиянието на напрежението вър-
ху продължителността и загубите при пусковия процес се дават
в литературата [25] и показват, че при намаляване на нанрежс-
нието от 0,8(7н на 0,5С/н, т. е. 1,6 пъти, продължителността на
пускането се увеличава 6 пъти, а загряването— 1,75 пъти.
3.4. РАБОТА НА АСИНХРОННИЯ ДВИГАТЕЛ
ПРИ ОТКЛОНЕНИЕ НА НАПРЕЖЕНИЕТО, ЧЕСТОТАТА
И АСИМЕТРИЯТА МЕЖДУ ФАЗИТЕ НА ЗАХРАНЕАЩАТА
МРЕЖА ОТ НОМИНАЛНИТЕ СТОЙНОСТИ
Твърде често ацннхрснният двигател работи към мрежи с на-
прежение, честота и асиметрпя между фазите, различии от номн-
налните им стойностн. Тук ще бъде разгледано влиянието, ксето
оказват отклоненпята на тези параметри на захрапващата мрежа
върху номиналната работа на двигателя.
Тъй като това влияние ще ни ннтересува дотслкова, докол-
кото отклоненията довеждат до претоварване на двигателя, про-
тив което ще трябва да се вземат някакви мерки за защптата
му, ние ще разгледаме влиянието на тези отклонения върху тока
в статора, тока в ротора и загубите в активпитс ча-тп на двига-
теля.
3,4.1. Работа на асипхронния двигател
при отклонение на напрежението
на захранващата мрежа
от номиналната му стойност
Въртящият момент на двигателя, пргпсрцноналеп па квадрата
на напрежението, ще намалее при понижаване на наире ж шието,
а-това ще доведе до увеллчаване на хлъзгането и стнзснтелната
честота на въртене на ротора спрямо вьртящото се ноле. Послед-
него от своя страна увеличава тока в ротора.
29
При изменение на напрежението на захранващата мрежа се
мени и токът в статора. При понижено напреженпе нндукцията
в магиитопровода на двигателя намаляза, с ксето намалява н
намагкитващият ток. Отнссител ката гежест на намагнитващия
тек върху тока в статс-
Фиг. 12. Кратност на тока на статорната на-
мотка в зависимост от напреженнето при
работа с номинална честота и номинален то-
вар
ра е по-малка от тази
па приведения ток на
ротора, поради коего на-
маляването на намаг-
нитващия ток не може
да компенсира увелича-
ването на тока в ротора
и в крайни сметка ста-
тернпят ток нараства.
При новишено напре-
женпе сбаче в резултат
на паешцането намаг-
нптващш, т ток нараства
бързо и ъъпреки че то-
кът в ротора намалява,
статорната намотка и
най-тече мзтерналът на
магиитопровода ще се
окажат сплно натоваре-
ни. За илюстрацпя иа горного са даденн прямерни криви иа
фиг. 12. От тях се вижда, че работата на гсинхронния дви-
тател при напреженпе па захранващата мрежа, различно от но-
миналното, е ненормална н неблагоприятна за двигателя.
При работай машини, чийто съпротивителен момент расте с
намаляване на честотата иа въртене, работата с понижено напре-
женпе меже да дсведе до еще ко-тежки последствия за двигателя.
3.4.2. Работа на асинхронная двигател
при честота на захранващото
напреженпе, различна
от номиналната й стойност
Честотата се измени в твърде тесни грапицп и влиянието на
това изменение върху еппрната работа на двшателя е незначи-
глно.
При неизменно напреженпе на мрежата всяко понижаване на
честотата предизвиква увелпчаване на магнитння поток и съот-
30
ветно нарастваие на намагнитващия ток, тъи като настъпва на-
снщане на магиитопровода. При честота, по-висока от номинална
та, намагпитващнят ток намалява, но в но-малка степен, тъй като
навлизаме в прагата част от кривата на намагнитване. При по-
фиг. 13. Зависимост на тока на статорната на-
мотка от честотата при работа с номинал но
напрежение и номинален момент
високите честоти токът в ротора расте в по-гоЛяма степен от на-
магнитващия, а при по-нискнте честоти намалява.
Токът в статорната намотка като геог. егрична сума на тока
на празен ход и този на ротора меже да намалее или наравне,
което се вижда на фиг. 13.
3.4.3. Работа на асинхронная ДЕВгатсл
при асиметрия
на захранващото напрежение
Ефектът на аенметрнчното захрангащо на и реже г; не ri.pxy ра-
ботата на трифазннте асинхронни двигатели с еишвалентен на
наслагнането ла трифазно напрежение е отрпцятелпа последо-
31
вателност върху напрежение с положителна последевателнсст.
Характерно е, че малки стойности на импеданса с отрпцателна
носледователност водят до много пс-гсляма асиметрпя при токо-
вете. Токовете с отрпцателна носледователност предизвнкват от-
рицателен въртящ момент и увеличаване иа загубите, конто от
своя страна пък повишават загряванего.
Изследванията зърху влиянието на напрежението с отрнца-
телна последователност са показали [26], че 10%-но напрежение
с отрпцателна носледователност меже да причини загряване, рав-
нсстсйно на претоварване със 70% при захраивапе със еиметрич-
но напрежение. Като допустима асиметрпя се приема такава до
4% 4-5%.
3.5. ПУСКАНЕ НА АСИНХРОНЕН ДВИГАТЕЛ
С ПРЕВКЛЮЧВАНЕ „ЗВЕЗДА ТРИЪГЪЛНИК"
Много често при нестабилнн мрежи, за да се намали пуско.
вият ток, а понякста и за по-плавно развъртане па произвол
ствената трупа аспнхроннпчт двигател се пуска стъпално. В на-
чалото статорната му намотка се евързва в звезда, а след това —
в трпъгълнпк. Раб. ита на двигателя на стелен „звезда" не пред-
ставлява ш>що друго исвен пускане с понижено напрежение с
всичките му предимства и недостатъци. За да може работната
32
машина да се завърти, въртящчят момент на двигателя, включен
на стелен „звезда'*, трябва да бъде по-голям от съпротпвителния
момент Мс на машината за всички стойности на хлъзгаието s> sK.
Това означава, че изравняването на момента на двигателя със
•съпротивителния момент трябва да настъпи в стабилната част на
характеристиката на двигателя. Ако това условие не е изпълне-
но, ползата от възприетия начин на включване ще бъде много
малка На фиг. 146 е показан случай, когато са изпълнени и
двете условия за правилно превключване, т. е. изравняването на
моментите става в стабилната част на характеристиката. Вижда
се, че стойността и продължителността на пусковня ток в съеди-
нение „триъгълник" са малки, а това е от значение за мрежата.
Тук ще споменем, че пускането „звезда — триъгълник" не е
оссбено благоприятно за загряването на двигателя по време на
пусковия прсиес в тези случаи, когато двигателят потегля с ня-
какъв съпротиви гелен момент. В литературата [19] са посочени
данни, конто показват, че загубите при превключване „звезда —
триъгълник" м згат да бъдат ст 50 до 100% по-големи, отколкото
при директно включване. Това показва, че топлиннэто натовар-
ване и износване на изолацията при директно включване са зна-
чително по-малки, отколкото при стъпалното включване.
3.6. РАБОТА НА ДВИГАТЕЛЯ В РЕЖИМА ОТПАДАНЕ
НА ФАЗА
Прсблемът за поведеннето па трифазния асинхронен двигател
в режима отпадане на фаза и неговата защита в този случай е
много стар и все еще дискусионен. Според статистиката значите-
лен процент от електродвигателите се повреждат само поради
това, че по едва или друга причина са останали да работят пре*
дължително при тези режим. Какви са всъщност характеристик
ките на електродвигателите при този режим и какви са причините
за техните повреди в този случай?
3.6.1. Съотношение на напреженията
и токовете в трифазна система
при прекъеване на едната фаза
Причината за отпадането на фазата е еднофазно прекъеване
на захранващ проводник в трифазната система. На практика то-
ва става почти нзключително при стопяване на вложката на еди-
3 Защита на асинхронны . , .
33
ния от трите предпазителя. Други причини, като разхлабена
клема, лош контакт в командния апарат или прекъсване на про-
водник, са много редки.
Многэфазните токови вериги не трябва да се защитават с
еднополюсни защитни устройства за максимален ток, а само с
Фиг. 15. Типични точки на еднополюсно прекъсва-
не в трифазни мрежи, предизвикано от стопяване
на вложките на предпазителите в:
1— мрежа в.н.; 2 — разпределителна мрежа и.к.; 3— за-
хранващи устройства за електродвигателите
многополюсни защитни прекъсвачи. Те изключват всякога всички
полюси, така че еднополюсното прекъсване с последващото го
отпадане на фаза е почти изключено. Вннаги е по-изгодно да се
отстранят причините в техния корен, отколкото след това да се
търсят начини за премахване на последствията.
Въпреки това и Сега, айв близкого бъдеще ще съществуват
инсталации и схемп с еднополюсни предпазители като единствен
орган за защита от токовете на къро съединение.
Влиянието на прекъсването на проводник върху съотношения-
та на напреженията на мрежата завися от мястото на прекъсване-
то. Прекъсването може да настъпи в три различии места на мре-
жата:
— в мрежата за високо напрежение;
34
— в разпределителната мрежа за ниско напрежение;
— в захранваща инсталация към електродвигателя.
На фиг. 15 са псказани три типични прекъсвания в трифазна-
та система.
3.6.2. Еднополюсно прекъсване
в страната на в.н.
При една трансформаторна трупа с работна пула на страната
за ниското напрежение, на фиг. 15, показана като схема звезда/
зигзаг, се появяват напрежения на всичките три вторични клеми
и след еднополюсно прекъсване в първичната страна. Едната
Фиг. 16. Векторна диаграма на напреженията във вторичната
страна на трансформатор след еднополюсно прекъсване на про-
водник в първичната страна (страна в. н.)
1— при празев ход на трансформатора; 2— при включване иа двнгател,
работещ иа празен ход; 3 — при включване на натоварен двнгател
клема е на пълно фазно напрежение, а останалите две само на
половината от фазного. Векторного положение на понижените
напрежения при празен ход на трансформатора е практически
еднакво и на около 180е противоположно спрямо това на здравата
фаза. При натоварване и развъртян трифазен електродвигател
фазният ъгъл между двете фази с намалено напрежение се уве
личава. При това напрожението расте. Получава се несиметрична
картина на напреженията съгласно фиг. 16.
Превишаването на тока в захранващите проводници на елек-
.тродвигателя е пропорционално на напреженията. Фиг. 17 пс-
казва токовете в захранващите проводници в зависимост от вър-
тящия момент. Съотнсшенията важат независимо от евързването
35
на статорната намотка — звезда или триъгълник. За сравнена
на фигурата са показана токовете в трите захранващи проводника
при симетрична картина на напреженията. При еднакъв въртящ
момент токът в здравата фаза е най-малък. При ненормален ре-
Фиг. 17. Токове в захранващите проводници
(линейни токове) на двигателя при отпадане на
фаза
1— при симетрнчно захранване; 2— при отпадане иа
фаза в първичната страна (страна в. н.)
жим, вследствие прекъсване на проводник в страната на в. н.»
през вснчки захранващи проводници текат по-големи токове, при
което през двата са малко по-големи в сравнение с номиналния,
а през третия — практически два пъти по-голям.
3.6.3. Еднополюсно прекъсване
в разнределителната мрежа за н. н.
В този случай на еднополюсно прекъсване след повредената
точка са включени много консуматори, в това число и електро-
двигатели. Въртящите се електродвигателн генерират обратно
напрежение във фазата, конто е прекъсната. Неговата големпна
и векторно положение зависят от схемата на статорната намотка,
конструктивния вид, големината и натоварването на двигателя.
На фиг. 18 е показана кривата на движението на вектора на
обратного напрежение в прекъснатата фаза за един двигател, вклю-
36
чен в триъгьлник, и един, включен в звезда, в зависпмост от
натоварването, Принципно се получава една подобна асиметрмя
на напрежение. Както в предишния случай токовете в захранва-
щите проводници съответствуват на фиг. 17.
Фиг. 18. Стойност и векторно разположение на ин-
дуктираното напрежение в прекъснатата фаза на
асинхронните двигатели
а — при свързване триъгьлник; б — при свързване звезда
3.6.4. Еднополюсно прекъсване
на проводник в захранващата линия
към електродвигателя
В този случай прекъсването е резултат на изключването на
един от трите предпазителя непосредствено пред електродвигате-
ля. Макар че в прекъснатата фаза се възвръща напрежение от
електродвигателя, то не взема участие в захранването на послед-
няя. Противно на първите два случая сега променливото напре-
жение е налице само между двата проводника. Само двата здрави
захранващи проводника провеждат ток и — както е ясно — с ед-
паква големина. Прекъснатият проводник е без ток. Токът в.
захранваиздя грсы цн1.к при трифазпо и при еднофазно захран-
ване на трифазон деинэтрд е независим от вида на статорната
намотка. Фиг. 19 покаэса стог.«сстите взависпмост от честотата
иа въртене на рстсра ст неподвижна г-ьстояние до празен ход
при рстср без тексьо изместгане. Стагсрниях При неподвиж-
но състсягие и еднофазно захранване е
Лф / (23)
<2 -*3ф»
37
т. е. равен на 86,6% от същия ток при трифазно захранване.
Това състношение се изяснява при свързване в звезда съвсем
просто: линейното напрежение ^3 е приложено върху две по-
следователно включени намотки.
I
Фиг. 19. Ток при трифазен и еднофазен режим на
работа на трифазен двигател в зависимост от често-
тата на въртене
J— еднофазен режим; 2— трифазен режим
Фиг. 20. Ток в захранващия проводник в за-
висимост от въртящия момент при трифазен и
еднофазен режим на работа на трифазния двига-
тел
С повишаване на честотата на въртене тази стойност остава
дълго време константна. Двете криви за еднофазно и трифазно
захранване се пресичат при около 75% от номиналната честота
на въртене. При по-голяма честота на въртене токът във всеки
проводник при еднофаз-
но захранване е по-го-
лям, отколкото при три-
фазно захранване. За
практическата работна
облает от празен ход до
номинал ни я въртящ мо-
мент на фиг. 20 е пока-
зана зависимостта на
линейния ток от въртя-
щия момент при едно-
фазно и трифазно за-
хранване. Тази зависи-
мост е част от зависи-
мостта на фиг. 19 с раз-
ликата, че при работа
на две фази двигателят
развива същия момент,
но не при същата че-
стота на въртене както
при работа на три фази.
3.6.5. Разпределение
на тока и загубите
в статора
При евързване звезда
токът тече през двете
включени в серия фази
на статор пата намотка
съгласно схемите на фиг.
21. Третата фазана на-
мотката е без ток. То-
кът в прсводниците е
равен на тока през на-
моткам и при номинал-
ами момент е 1,73 пъ-
звезда и триъгълник при въртене и покои
d
39
ти по-голям от номиналния. Общата консумация на енергия от
двигателя при еднакъв момент и работа на две фази е само около
10% по-голяма, отколкото при трифазна, тъй като коефициен-
тът на полезно действие и факторът на мощността се влошават..
При включване в триъгълник на статорната намотка съгласно
фиг. 21 всичките трифазни намотки се обтичат от тока. При това.
едната фазна намотка е включена на пълното напрежение на мре-
жата, докато останалите две са включени последователно към
него. Според закона за разпределение на токовете се получава, че
при еднакво съпротивление за фаза токът в едната фазна намотка
е s/3 от линейния ток на захранващия проводник, а по 1/3 от
линейния ток е в двете други фазни намотки.
От пръв поглед се придобива впечатлението, че разпределение-
то на тока при свързване триъгълник е още по-благоприятно^
отколкото при свързване звезда, тъй като видимо няма претоваре-
на фазна намотка. Като се вземе предвид обаче, че при свързване
триъгълник през фазните намотки тече само 58% от линейния
ток, а при прекъсване на проводника през максимално натоваре-
ната фаза тече 66,7% от линейния ток, получава се едно прето-
варване от около 15%. Оттук се създава погрешното мнение, че
електродвигателите в свързване триъгълник при линейни токове
между 1,1-г-1,32./н, което съответствува при еднофазен режим
на едно натоварване между 0,5-е0,65 7Ии, са в опасност от пре-
товарване и прегряване. Останалите две фазни намотки поемат
само 0,33:0,58=57% от наличния ток. Изравняването на то-
плината е също толкова ефективно, както и при свързване в
звезда. Различного разпределение на загубите в различните фаз-
ни намотки не е опасно за електродвигателя, тъй като правилно
регулираното реле в съответствие със стандартните изисквания
(БДС, ГОСТ, МЕК, УДЕ и др.) изключва сигурно при общи за-
губи, по-малки от тези при нормалната трифазна работа.
3.6.6. Допълнително загряване
на статорната намотка
от загубите в ротора
В загряването на двигателя участвува и роторът. Сумата от
статорните токове е пропорционална на токовете в ротора. На
тази основа от показаното по-горе произлиза, че при номинален
ток в захранващите проводници роторният ток при отпадане на
фаза е винаги по-малък, отколкото при симетрично трифазно зах-
40
ранване. При постоянно съпротивление на ротора загубите в ро*
тора също биха били по-малки както в статора. Известна е обаче
зависимостта на роторного съпротивление от честотата. В съот-
ветствие с уравн. (6) импедансът на ротора се състои от активна;
и индуктивна част, последната от които е зависима от честотата..
3.6.6.1. Честота на роторните токове
При трифазно захранване аспнхронният двигател създава в'
статора въртящо поле. Неговата кръгова честота се определи от
честотата на мрежата и броя на полюсите на намотката. Роторът'
е подложен на действие™ на това въртящо поле. Честотата на
неговите токове е равна на разликата от кръговата честота на
магнитного поле и механичната кръгова честота на ротора.. Тази
разлика именно се нарича хлъзгане и се дава в процента, от но.
миналната честота на въртене.
При отпадане на фаза през статорната намотка тече само-
еднофазен променлив ток. Еднофазният променлиз ток не създава
магнитно въртящо поле, а само едно пулсиращо поле. Това про-
менливо поле може да се замести векторно с две противозначни (с
честота, равна на мрежовата честота, разделена на броя на полю-
сите) кръгови магнитни полета с половината амплитуда. Следо-
ватели© наличии са две магнитни полета,, всяко от конто ин-
дуктира свои токове в ротора.
В неподвижно състояние при едногголюсна статорна намотка
всички роторни токове имат мрежозата честота. Това важи както
за еднофазно захранване, така и за трифазно. При завъртане-
иа ротора съотношенията се изменят. Трифазно захраненият дви-
тател има в ротора честота, пропорционална на хлъзгането. При
номинален товар с едно средно хлъзгане от 4% тя е около 2 Hz.
При еднофазно захранване и неподвижно състояние съставните
гокове с еднаква честота от инверсно въртящите се компонент и
на магнитного поле се унищожават помежду си. В идеалния
празен ход, т. е. при синхронна честота на въртене, може да.
се приеме, че честотата на тока, индуктиран от полето по посо-
ката на въртене, е нула, а токът на обратного поле е с двойна
честота. При номиналния ток, който за еднофазно захранване се
получава при около 40% от номиналния момент (виж фиг. 20)„
се получава приблизително номинално хлъзгане. Тогава токовете.
от полете по посока на въртенето имат честота 2 Hz, а токовете
<и насрещното поле — 98 Hz.
41.
3.6.6.2. Ротори без токово изместване
При роторите без токово изместване с кръгли пръчки или с
ютворени канали индуктивността е пренебрежимо малка. Импе-
дансът на ротора е почти независим от честотата. При константно
активно съпротивление загубите от мощност в ротора са пропор-
Фиг. 22. Натоварване и температури на статорната намотка
на двигател, свързан в триъгьлник при трифазен и еднофазен
режим на работа
а — трифазен режим при / =Г и I =0,58 / •
_ , л н паи ’ hi
•б — трифазен режим при I = 1,16 1 и / =0,66 г
л * н нам н’
в — еднофазен режим при I = 1,15/ и / =0,38/ , съответно 0,76 л
л и нам м и
ционални на квадрата от тока в ротора. Последният при номина-
лен ток през захранващите проводници в еднофазен режим е
винаги по-малък, отколкото при симетричния трифазен режим.
Загубите в ротора при отпадането на фаза са също по-малки от
тези за симетричния трифазен режим. Едно последващо въздей-
ствие върху загряването на статорната намотка не меже да се
получи.
Този резултат е потвърден неколкократно с изпитвания [14,
31]. Фиг. 22 показва картината на загряване на един и същи
двигател при номинален ток и при 115% от номиналния ток, един
път в трите захранващи проводници, а другия път само в двата.
Измерванията потвърждават видимо ефективния теплообмен меж-
ду различно натоварените намотки. Максималната температура
при еднофазен режим е значително под тази при трифазен режим
на работа, защото както загубите в статора, така и загубите в
ротора при еднакви токове в захранващите проводници съста-
вляват само 2/3 от стойността при трифазен режим.
Още по-благоприятни са съотношенията при блокиран елек-
тродвигател. При отпадане на фаза двата захранващи проводника
42
провеждат само 87% от тока на късо съединение на електродви-
гателя. Двигателят приема само 50% от мощнэстта при трифазен
режим и блокирано състсяние. Поради много по-малката вре-
меконстанта топлообменът в този случай не е така ефикасен.
3.6.6.3. Ротори с токово изместване
С цел намаляване на тока при блскиран ротор (тока на късо
съединение на двигателя) при едновременно повишаване на на-
чалния момент провсдниците в ротора се оформят специално.
Най-известните представители са дълбоките канали и двойните
данали. Разположените в ротора части на проводника имат зна-
чително пс-висока индуктивност, отколкото външната зона. Осо-
бено голяма е разликата при ротор с двойни канали. Вътреш-
вият прьт е обкръжен цялостно от желязо.
Тези ротори са получили изразителното наименование „ротори
с тсково изместване", тъй като индуктивността при по-високите
честоти създава индуктивно съпротивление със значителна стой-
ност, така че тскът се измества отвътре навън в зените с по-малко
съпротивление. Активного съпротивление се увеличава, а индук-
тивного намалява. По този начин загубите при един и същи ток
се увеличават.
При трифазен режим и развъртян двигател честотата е толкова
ниска, че не се получава токово изместване до 150% от номинал-
ния момент. Поради това такива двигатели отговарят също на
изискванията за 150%-но претоварване в продължение на 2 min.
Друго е полежението при неподвижен ротор. Пълната честота
на мрежата води до силно токово изместване и увеличени ротор-
ни загуби. При двигатели в защитна стелен „Ех“ от този вид,
конто имат малко допустимо време на развъртане при ниска
кратнсст на тока на късо съединение, съществуват опасности.
Тяхнсто допустимо време в режим на късо съединение (при бло-
кирап ротор) и при кратност на тока на късо съединение 4,5
меже да бъде по-малко от 10 s. Нормалните двигатели нямат осо-
бенссти стносно допустнмата продължителност в блокирано съ-
стояние.
По-благопрпятен изглежда пусковият процес тук. Вярно е,
че тскът на късо съединение тече по-дълго време, обаче честотата
на ретерния ток през това време пада. Освен това при вътрешна-
та вентиляция охлаждането е ефективно. В резултат един и съ-
щи тек на късо съединение поради намалените загуби в ротора
меже да бъде издържан по-дълго време.
43
При отпадане на фаза условията при неподвижен ротор са*
по-благоприятни, тъй като статорните и роторните токове са по-
малки. При въртене, напротив, загубите в ротора не се получават
както при трифазен режим. Докато част от тока е с намалена
честота, при другите компонента на тока честотата се повишава.
Резултатът е силно токово изместване с повишени роторни за-
губи, даже и при малко хлъзгане.
3.7. НОМИНАЛНИ РАБОТНИ РЕЖИМИ
НА АСИНХРОННИЯ ДВИГАТЕЛ И РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ
НА ПРЕТОВАРВАНИЯТА
За да меже защитного устройство да изпълнява безупречно
фхнкциите си против с пасните за двигателя режими на работа,
за конто се говори по-гере, то трябва да бъде съобразено непре-
менно с номиналния рабстен режим на двигателя.
По редина съсбрежения асинхронните двигатели се произвеж-
дат в най-разносбразни кснструктивни видове и за различии ра-
ботай режими.
Стандартцте спределят осей работай режима, но практически
най-голямо разпространение имат слединге три номинални режи-
ма на работа на асинхронните двигатели:
а) продължителен рабстен режим;
б) кратковременен работен дрожим;
в) повторнс-кратксвременеХ работен режим.
Продължителният работен режим се характеризира главно с
това, че двигателят, па/сварен със своята номинална мощност,,
меже да работи ^ограничено дълго време, без това да доведе
до недопустимо 4;регряване на конструктивните му части. Ра-
ботният период в този случай е телкова дълъг, че при неизменна
температура на околния въздух всички часта на двигателя до-
стигат някаква практически постоянна температура, допустима
з а изелационните материали. Повечето двигатели имат такъв ре-
жим на натоварване.
Работният интервал при кратковременен работен режим е мно-
го пс-къс ст този при продължителен режим и конструктивните
части на двигателя не могат да залазят една постоянна темпера-
тура. Стандартите установяват следните продължителности на
кратковременните работай режими: 15,30 и 60 min. Друга ха-
рактерна особеност на кратковременните режими е, че периоды*
на изключено състояние е толкова дълъг, че двигателят може
44
да се охлади до температурата на околния въздух. С такъв режим
на работа се характеризира малка част от двигателите, например
тези към порталните кранове.
Един двигател работа с повторно-кратковременен режим на
работа, когато кратковременните работай интервали се редуват
с интервали на изключено състояние, наречени паузи. Върху та-
белката на всеки двигател, предназначен за такъв режим на ра-
бота, е дадена относителната продължителност на работата. Тя
представлява отношение™ на работния период към продължи-
телнсстта на целия цикъл и се означава съкратено с ПВ (ПВ% =
= -г-т4—-100=4^- ЮО).
Когато един двигател, предназначен за повторно-кратковре-
менен режим на работа, работа неограничено дълго време с от-
носителна продължителност на работния интервал, означена вър-
ху табелката му, температурата на нито една негова част не тряб-
ва да надвишава максимално допустимата температура за съот-
ветния клас изоляция. Стандартите установяват следните отно-
сителни продължителности на работния период: ПВ=15%, ПВ=
=25% и ПВ=40%. При това се добавя, че продължителността
на един цикъл не трябва да надминава 10 min.
Изследванията [11], проведени в машиностроителни, мет^лооб-
работващи, текстилни, консервни и други предприятия, позво-
ляват да обобщим за режимите на работа някои интересни положе-
ния, дадени по-долу.
Най-разпространен на практика е продължителният режим
на работа, Може да се приеме, че разпространението му за всич-
ките предприятия надвишава 60—70% от случайте. Съвсем мал-
ко са маши ните с чист ПВ режим, вероятно около 10—15%. Оста-
налите задвижвания работят в повечето случаи продължително,
но за част от време работят и в ПВ режим. За задвижванията
с ПВ режим е характерно, че те рядко са комплектовани с елек-
тродвигатели, конструирани за този режим; обикновено са с
нормална серия електродвигатели, оразмерена за продължителен
режим на работа при допустима честота на включвания до 6
вкл/h. Последното е важно за проблема на топлинната защита,
тъй като в този случай електродвигателите при работа с голяма
честота и голяма ПВ (например ПВ над 60% и честота над 60
вкл/h) се загряват над допустимите норми. Честотата на включ-
ване при ПВ режимите не надвишава 120—150 вкл/час, като
лреобладаваща е около 15—16 вкл/h. Най-общата оценка е, че
45
при тези честоти иусковият процес е много лек и продължител-
ността му не надвишава 0,4 s.
Натоварването на електродвигателите в експлоатация твър-
де често е над номиналното, но независимо от това претоварванюв
Фиг. 23. Средни стойност иа вероятного разпределение на претоварва-
иията в зависимост от кратността на тока k/
по ток и загряване съществуват. Най-разпространени са малките-
претоварвания, предизвикани по технологични причини: измене-
ние на суровината, предписания режим и др. под. След тях се-
нареждат претоварванията, предизвикани от отпадане на фаза
и блокиране на ротора пэради механични задръжки и изключил
предпазител. Претоварвания поради отклонения в параметрите
на за.хранващото напрежение се срещат сравнително рядко. За
най-сбща представа по разпределението на претоварванията може
да се приеме кривата на вероятността за появяване на претоварва-
не с кратност на тока kt съгласно фиг. 23. Щ спс-менем еще,
че претоварванията, гредизЕикани от висока околна температура
и влешена вентилация, се срещат също не така често..
3.8. КЪСИ СЪЕДИНЕНИЯ ВЪВ БЕРИГАТА
НА АСИНХРОННИЯ ДВНГАТЕЛ
Правилният избор на защитите устройства изисква опреде-
ли нето на най-големия ток при късо съединение, на чието дейст-
вие те ще бъдат подлежени. Топлинната устойчивост на тези
46
елементи обикновено е ограничена и е необходимо да се направи
правилна взаимна настройка, селективно степенуване и оразме-
ряване по комутационна възможност.
Не са редки в експлоатацията случайте на къси съединения
в самия електродвигател,
като междуфазни къси съединения, ед-
нофазни къси съединения в случай-
те на изолирана звездна точка.
Изчислителните фсрмули и числе-
ни стсйнссти за тях са дадени в
[25]. От тях се вижда, че са въз-
можни токове на късо съединение
значително над пусковия ток на
двигателя, но във всеки случай,
не те са максимално възможните
токове на късо съединение във
веригата на двигателя. Най-го-
лемият ток на късо съединение в
тази верига от електрическа мрежа
за н. н. може да се появи на
шините н. н. Интересен за ораз-
меряване на защитните и кому-
танионните апарати е и токът
късо съединение на клемите
двигателя.
Обикновено между линията в. н. и асинхронния двнгател се
намира понижаващ трансформатор, така че за намиране на мощ-
нсстта и тока на късото съединение на линията е достатъчно да
се знаят мощността на трансформатора и напрежението при късо
съединение на същия.
Мощността при късо съединение на шини н. н. (фиг. 24) се
намира с помсщта на израза
Р = — — р [<VA
К т’ KVA’
Мрежа 6. н.
Трансформатор
i и,/иг,р,енс7о
Фиг. 24.
трическа
двнгател
Мрежа н.н
Паралелни
товара
Схема на част от елек-
мрежа с асинхронен
към нея
на
на
(24)
където Р-г е номиналната мсщност на трансформатора, kVA;
Uk — напрежението на късо съединение на трансформа-
тора, %.
Ефективната стойнсст на тока при късо съединение на шини-
те н. н. е
КС
рк
v'3 62
100 Рг
J ЗикСТ2
А,
(25)
47
-където 172 е номиналнсто напрежение на вторичната страна на
трансформатора, V.
Горните изрази се използуват при условието, че мощността
на източника на електрическата енергия е безкрайно голяма.
Когато мощността на последний трансформатор е Рс, токът
на късо съединение е
Г =11 _______10?>f*T.Pc д ,пс\
“ 4 ^3t72(«KPc+109PT) А- (26)
Ефективната стойност на симетричната компонента на тока
при късо съединение меже да се намери и с помощта на изразите:
а) за тока при двуфазно късо съединение
Де(2) = -^-* А; (27)
б) за тока ла еднофазно късо съединение към земята
А, (28)
жъдето 2$ и /ф-® са импедансите на целите верши на тока на
късо съединение, съответно между двете фази и фаза—пула, Q.
Стойността на Z се определи по формул ите
= ^(2^ +ад+(2Хф +Х)а. Й (29)
+2/?0)2+(БАф +М)2+Д1). (30)
ы
където /?.ф= и са активно и индуктивно съпротивление
на линията на фазата от трансформато-
ра до мястото на късото съединение, Q.
Ы
iRb = ~S^n Хи=а1— същото, но за линията на нулата, Q;
I — дължината на участъка, km;
5.ф, 50 — сечението на фазния, съответно нуле-
вия проводник, mm2;
а — коефициент, равен на 0,07 — за кабели;
0,09 — за проводници, монтирани в
тръба; 0,25 — за изолирани провод-
ници, монтирани открито;
Ь-—коефициент, равен на 19 за медни
проводници и кабели, 32 — за алуми-
ниеви проводници и кабели;
48
=—g- и X? =dRT — активно и индуктивно съпротив-
ление на фазата на захранващия
трансформатор, Q;
с — коефициент, равен на 4 — за
трансфэрматори до 60 kVA;3,5 —
до 180 kVA; 2,5 — до 1000 kVA;
2,2—до 1800 kVA;
d — коефициент, равен на 2—за транс-
форматори до 180 kVA; 3 —до
1000 kVA; 4 — до 1800 kVA;
7Т<1)=— Л2—изчислителен импеданс на транс-
ит
форматора за тока на късо съ-
единение към земята, Q;
k = U^-
к 380
Числен пример. Да
некие на шини н. к. и тскът
„Л р7 = 2J0 А-Ул
О
/ [ Шииа И Н -38uv
--------
Фиг. 25. Схема за захранване
«а трупа асинхронны двигатели
се изчисли токът при късо съеди -
при късо съединение към земя на
клемите на двигателя съгласно
схемата на фиг. 25. Мощността
на захранващия трансформатор е
250 kVA. Линиите от трансфор-
матора до двигателя са с алуми-
нйеви проводници, монтирани на
крито. В участъка от трансфор-
. стера до двигателя се използува
междинно разпределително табло,
което се захранва с проводници
със сечения: Хф, =120 mm2, Х01=
=70 mm2, дължина /1=300 m и ав-
томатичен прекъевач. Проводници-
те до прекъевача имат сечения
Хф2 =25 mm2, S02= 10 mm2 и дъл-
жина 12=50 иг, отклонение™ до
двигателя е с проводници /3=20т,
5ф3 =Sf,3=4 тт2. Напрежение-
то на късосъединение на транс-
форматора е //=4,7%, а първичното напрежение е твърдо.
В съотгетствие със зададените условия избираме стойкости
на коефициентите, както следва: к=0,25; Ь=32; с=21,5; d=3.
4 Защита на асинхронни , .
49
Определяме сумарните активни и индуктивни сопротивления
На проводниците във веригата на късото соединение:
Ж _ _()Л4
iZv *л
у о _ 32 • 0.3 , 32.0,05 32.0,02 п . о.
i/?o= —То---+—jo-----Ч----J---=0,457 S:
2Аф =2^=0,25(0,3 +0,05 + 0,02)=0,092 £1
Имнедансът 7ф_0 се намира по формула (30):
£Ф-о =7(0,304+0,457)2 + (0,092+0,692)4(4ртГ=°>8802
zOv I OOJ I
Токовете на косо соединение се намират съответно:
а) при шини н. н.
. 100.250 „сп . .
7кс(1)“ 4,7.^3.400 7,69
б) при изводите на двигателя
7к1:(1) = 1,73.0,880
При оразмеряване и избор на защитните устройства и апарати
(топлинни изключватели, електромагнитни изключватели, пред-
пазители, автоматични прекосвачи) трябва да се вземе под вни-
мание динамичного действие на тока на косо соединение, ксето
се определи с израза
/д = 1,872./кс^2,5/кс (31)
4. ЗАГРЯВАНЕ И ОХЛАЖДАНЕ
НА ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИТЕ
Двигателят се нагрява вследствие загубите на енергия, отде*
ляща се в него. Загубите могат да се представят вов вид на по*
стоянии загуби (загуби в желязото и на празен ход) и променливи
загуби (загуби в медта на статора и в ротора). Изменението
на товара не води до пропорционално изменение на загубите.
50
Това се обяснява с нелинейната зависимост на тока в статора
от товара. Той се представя като геометрична сума от тока на
празен ход, независещ от товара, и приведения ток на ротора,
функция на товара.
Токът на празен ход в повечето случаи е по-голям от 50% ст
номиналния, затова загубите в статора зависят по-малко от то-
вара, отколкото тези в ротора. При неголям товар по-голямата
част ст загубите се отдели в статора, а при увеличаване на товара
роторът се натоварва топлинно повече. С това се обяснява не-
постоянството в пссоката на топлинните потоци на двигателя при
изменение на товара. Слсжнсстта на топлинните процеси се уве-
личава и ст пслсжението, че двигателят представлява сложно
тяло, съставено от отделни части с нееднакви топлинни пара-
метр и.
Отчитането на гсрепссочените фактсри, оссбено при преход-
ните процеси, значително услсжнява анализа, затова при прак-
тически! е изследвания електродвигателят се разглежда като од-
нородно тяло с безкрайпо голяма топлспроводнсст. Ксефициен-
тът на топлопроводност, топлинният капаиитет и загубите в дви-
гателя се приемат за независещи от температурата.
При тези условия уравнението за загряването на двигателя
има вида
т=гД1-г '3)+V 7а, (32)
където т е прегряване на двигателя, СС;
тп — начално прегряване, СС;
Ту — установено прегряване, СС;
Т з — топлинна времеконстанта при нагряване, s.
Охлаждането на двигателя при намаляване на товара, т. е.
при намаляване на загубите, става по същия закон:
(м _____________t
1-е ^J+^e Га , (33)
където ту2 е пре1ряване, съответствуващо на новия товар на
двигателя;
Ту — прегряване в началото на охлаждането.
Охлаждането при изключване на напрежението и спиране на
въртенето меже да се спите с уравнението
z
т = туе J°, (34)
51
кьдето Тп е топлинна времёконстанта при охлаждане.
На фиг. 26 са приведени примерни криви на нагряване и
охлаждане.
Тсплинната времеконстанта има дименсия на време и стой-
ностно е равна на времето, необходимо за достигане на устано-
Фиг. 26. Характеристики на прегряването от времето
веното прегряване при условие, че отсъствува топлоотдаване на
вън. Тя зависи от топлинния капацитет и споссбността за отде-
ляне на топлина в сколното пространство иа тялото.
Както вече се спомена, използуването на закономерностите
за загряване и охлаждане на еднородно тяло не е прецизно, за-
това всякога трябва да се държи сметка за две обстоятелства.
Първото е, че двигателите представляват система от две тела —
медиа намотка и статорно желязо, и втсрото — че в повечето
случаи те имат изкуствена вентилация, конто в пропеса на ох-
лаждане не работа. Последствията от тези две отклонения са
следните.
При неголемите, но продължителни натоварвания в охлаж-
дането на двигателя участвува целият сбем, т. е. времеконстан-
тата му се определи от масата на цялото количество мед и желя-
зо. При големите и непродължителни претоварвания топлината
от намотката не успява да се предаде на стоманата и медта се
загрява почти без топлоотдаване, т. е. времеконстантата се оп-
редели само от масата на медта. Между указаните два крайни
случая има естествено един непрекъснат преход и междинни стой-
нссти. От това произлиза, че времеконстантите не са неизменни
52
величини, а зависят от натоварването, затова много автори ги
наричат „време-фактори“. Измененнето на времеконстантите от
товара не е еднакво за всички електрсдвигатели и зависи от ре-
дица параметри, като вентиляция, честота на въртене, топлоотда-
ване, отношение на загубите в медта и желязото и др.
Фиг. 27. Надлъжно разпределение на прегряването на на-
мотката на двигателите (примерно)
а — при външн о охлйждзне в защитна степей IP-44; б — при вът-
решно охлажда не в защитна стелен IP33
Прецизно казано, загряването на двигателя не става по екс-
поненциален закон, както е при еднорсдното тяло. Кривата на
загряването придобива експоненциален характер само след из-
вестно време. В началнаТа част, когато намотката се нагрява
почти адиабатично, температурата нараства бързо при една мал-
53
ка времеконстанта, а после започва да се увеличава по експонен-
циален закон при друга, по-голяма.
За практически изследвания и начисления могат да се приемат
две характеристики: една — за малките и продължителни пре-
товарвания до кратности £,=1,5-5-1,7— чисто експоненциална,
и друга — за големите претоварвания, когато &f=3-5-8 —линей-
на, с времеконстанта, отчитаща само загряването на медта в на-
.м отката.
Охлаждането на електродвигателите става по експоненциале н
.закон с участието на времеконстантата на охлаждането Тп. Ако
охлаждането става при въртящ се двигател, тя е равна на време-
константата на загряване. Ако охлаждането сгава при неподв и-
жен електродвигател, времеконстантата е значително по-голяма
•от времеконстантата на загряване, т. е.
7'o=V’ <35>
където съгласно литерагурата (27) p=0,33-i-0,7.
Времеконстантите на загряване на съвременните масово из-
тюлзувани електродвигатели варират в граничите 15—59 min, а
тези на охлаждане са от 2 до 4 пъти по-големи.
Изследванията върху загряването на електродвигателите по-
казват, че резервите в топлинното им натоварване намаляват не-
прекъснато, а при отделни двигатели температурата в най-загря -
тэта точка може да надвиши предписаната в стандартите още
при номинално натоварване. Върху този резултат влияят някои
производствени отклонения, качеството на импрегнацията, ха-
рактеристиките на използуваната електротехническа ламарина и
др. Голямо значение за максималното загряване имат подроби ите
топлиини изисквания при усвояване на двигателите, с конто се
изяснява цялостната топлинна картина на двигателя, разпреде-
лението на топлинното поле по оста, каналите и фазите. За съжа-
.ление тези изследвания не се предписват от стандартите и не
всякога се извършват. За трайността на изолацията и ефективна
топлинна защита е необходимо всякога познаването на най-заг-
рятата точка и нейната температура. Температурного поле на
двигателите зависи от начина на охлаждане, размерите, диаметъра
и дължината на намотката, броя на полюсите и др. Познати са
конструкции с максимална температура както по дължината на
канала, така и в челната част. На фиг. 27 са показани двете най-
характерни картини за разпределение на температурата в елек-
тродвигателите. Тук ще споменем, че с достатъчна степей на при-
ближение може да се смята, че температурната разлика по дъл.
54
жината на намотката нараства с квадрата на кратността на пре-
товарването kt [И].
Характерът на топлинните характеристики се запазва и в ре-
жим на претоварване. Измени се само установеното прегряване
Фиг. 28. Характеристика на загряване на двигателя прн
0,5;1,0; 1,2 и 1,5 /н
и в известии граници тсплинната времеконстанта. На фиг. 28
са показани топлинните характеристики за различии случаи на
натоварване на двигателя при продължителен режим.
4.1. ЗАГРЯВАНЕ ПРИ КРАТКОВРЕМЕНЕН РЕЖИМ
И ПРОДЪЛЖИТЕЛЕН РЕЖИМ
С КРАТКОВРЕМЕННО ПРЕТОВАРВАНЕ
Много често от двигателя се изисква голям пусков момент,
работайте периоди са много къси, а паузите — много дълги. В
такива случаи времето, през което двигателят е натоварен, е тол-
кова късо, че температурата на активните му части не превишава
една сравнително ниска стойност. Паузите пък са толкова дълги,
че преди следващото включване температурата на целия двигател
е станала равна на околната температура или температурата му
при празен ход (фиг. 29), или пък тази при едно малко натовар-
ване. Разнообразието на случайте на натоварване е много голямо
55
Фиг. 29. Характеристика на загряване на
двигателя при кратковременен режим на
работа
а — при различии натоварвання; б — при спиране
по време на паузите; в — при върэ ене на правей
код по време на паузите
и както изборът на двигателя, така също изборът и настройката
на защитного устройство стават трудно.
4.2. ЗАГРЯВАНЕ ПРИ ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕНЕН
РЕЖИМ
Начинът, по конто се измени температурата на един двигател
с повтор но-кратковременен режим на работа без отчитане на
влиянието на пусковия ток, е представен на фиг. 30. Температур-
ната крива се състои от участъци с увеличение на температурата
по време на работния период и от участъци на охлаждане по
време на паузите. На същата фигура са представени част от кри-
вите на загряване и охлаждане, които биха се получили при на-
товарване в продължителен режим с номинален ток, равен на
номиналния ток за ПВ режим. Условията за охлаждане на дви-
56
гателя при повторно-кратковременен режим, конто започва от
студено състояние, са такива, че загряването протича в началото
по-бързо, отколкото охлаждането. В резултат на това температу-
рата на двигателя постоянно расте, докато се достигне някакво»
Фиг. 30. Характеристика иа загряване при режим иа
повторно-кратковременна работа без отчитане на вли-
янието на пусковия ток на двигателя
установено топлинно състояние — подобно на загряването при
продължителен режим. При достигните установено топлинно съ-
стояние туст през работайте периоди двигателят се загрява тол-
кова, колкото се охлажда през време на паузите.
Обикновено двигателите, предназначени за повторно-кратко-
временен режим на работа, имат различно конструктивно оформ-
ление, различии условия на охлаждане, различно разпределение
на загубите и различна скоростна характеристика в сравнение с
тези, предназначени за продължителен режим на работа. По-
следните са обявени за допустима честота 6 вкл/h. На практика
в повечето случаи и за двата режима на работа се използуват-
едни и същи двигатели. Изключение правят случайте, в конто’
двигателят е разработен за конкретного електрозадвижване, на-
пример кран, телфер и др. Като особеност на режима в практи-
ката трябва да се спомене, че обикновено относителната продъл-
жителност и натоварване не са постоянни. Всичко това затруд-
нява много избора и настройването на защитните устройства..
57
4.3. ВЛИЯНИЕ НА ОКОЛНАТА ТЕМПЕРАТУРА ВЪРХУ
ТОПЛИННОТО НАТОВАРВАНЕ НА ДВИГАТЕЛЯ
Номиналните характеристики и данни за двигателите се га-,
рантират обикновено за температура на околната среда 40° С.
При отклонения ст нея се правят корекции на допустимите пре-
вишения на температурата на намотката, а това означава корек-
Фиг. 31. Претоваряемост като отношение на про-
дьяжително допусти миг траеи ток към номинал-
ни я на двигател с намотки от изолационии кла-
сове В и Е в зависимост от околната температу-
ра при работа с номинално напрежение
ции и на възможното натоварване на двигателя. Много често
двигателите работят при температура на околната среда, раз-
лична от 40° С; при по-ниските от нея температури е възможно
претоварване, а при по-високите е необходимо разтоварване на
електродвигателя. При използуваните днес двигатели с изолации
от клас Е и В и най-разпрсстранената околна температура от
2С° С е възмсжно едно претоварване на двигателя от 15%-т-17%,
без да се превиши максимално допустимата температура. Фиг. 31
дава примерна зависимсст на претоваряемостта, изразена като
отношение на допустимия продължителен ток на претоварване
към номиналния ток на двигателя ст околната температура при
изолации от клас Е и В. При по-ниските температури претоваряе-
мостта се увеличава, а при по-високите намалява. При околна
температура около 50е С претоваряемостта става нула. Вижда
се, че преминаването от изолация от клас Е към клас В освен
.по-доброто използуване при номиналната мощност носи и по-
5S
добра претоваряемост на двигателя. Повишаването на околната
температура над 50° С води до намаляване на мощността на дви-
гателя под номиналната, тъй като охлаждането се влошава и
допустимого прегряване на намотката става пп-малко. Изборът
на двигателя за работа при повишена околна температура трябва
да се прави внимателно, като се съобрази с указанията на завода-
прсизводител. Като необвързващо указание може да се спомене,
че за клас В намаляването на мощността може да бъде около и
над 1% за 1°С.
По същите причини и постановки допустимого температурно
прегряване, съответно натоварването, намаляват и в случайте
на влошена или отпаднала в експлоатанията принудителна венти-
лация на двигателя.
4.4. ЗАГРЯВАНЕ НА ТРИФАЗНИТЕ ДВИГАТЕЛИ
ЯРИ ОТПАДАНЕ НА ФАЗА
В литературата бяха публикувани резултатите от топлинните
измервания върху различии двигатели при номинален ток и при
еднофазен режим. Шперлинг [37] описва своите измервания, както
следва:
На фигурата (фиг. 32) са нанесени измерените стойности за от-
нсшението на температурата в най-загрятото място на статорната
намотка при отпадане на едната фаза към Температурата при трифа-
зен гоминален режим. Измерванията са прбведени върху поредица
ст трифазни двигатели с различна номинална Мощност, конструк-
тивно изпълненне и вид на ротора. Различните схеми на свърз-
ване на статорната намотка са взети също предвид. Външният
линеен тск е равен на номиналния ток. Измерените температури
псказват за дадена мсщност една широка облает на разсейване.
При мсщностите под 15 kW всички относителни температурни
стойности са под 1, т. е. температурата на най-горещата точка
ют статорна намотка е всякога под номиналната. С увеличаване
на мощността все повече расте относителният брой на двигате-
лите, при конто температурата на статорната намотка превишава
номиналната. Двигателите с мощност над 400 kW са във всеки
случай в „опаснсст".
Като резултат на тези опити перлинг заключава: „За слу-
чая с прекъ нат външен проводник може да се установи следното:
ако токът в захранващия проводник съэтветствува на номинал-
59
ния ток, то при индукционните машини с навит ротор и намотка
от кръгъл проводник в ротора (или еще с накъсо съединени рото-
ри без токово изместване), т. е. предимно машини с малка мощ-
ност, както загубите в статора, така също загубите в ротора
биг. 32. Отношение на температурата на иай-горе-
щата точка иа статорната намотка към иомииалната
температура при отпадане иа фаза иа двигателя
са по-малки, отколкото в трифазен режим. Последните съставля-
ват само около 0,65 от нормалните загуби в ротора, а загубите
в статора са около г/з по-малки от съответната номинална стой-
ност при трифазен режим. Това сравнение важи независимо от
схемата на свързване на статора. При това при малките машини
не се появява повишена температура в намотката на статора.
Едно друго положение показват двигателите с токово измест-
ване на ротора. Загубите в статора са пак около */з по-малки от
номиналните. Загубите в ротора, които се определят силно от
ефекта на токовото изместване на инверсното поле, са, напротив,
по-големи, отколкото в трифазен режим, даже в никои случаи
значително по-големн. При това е все едно дали статорната на-
мотка е евързана в звезда или тригълник. В резултат на уве-
личените загуби в ротора статорната намотка е в опасност от
топлинно претоварване. Особено при обдухваемите двигатели,
при които по-голямата част от отделяната в ротора топлина се
отвежда през статора, това е действително опасно."
Шперлинг стига до заключението: ,.3а да се защитят големите
асинхронни двигатели от топлинните претоварвания при еднофа-
60
зен режим, би трябвало да се предвидя директна топлинна за-
щита с помощта на температур ни датчици, които са приложими
също за други режими, или би трябвало да се използува специал-
ло пригоден защитен прекъсвач за електродвигатели.'1
‘Фиг. 33. Разпределение на прегряванията на намотката на двнгател АО2
-41/8 при свързване триъгълник в трифазен режим (1) и еднофазен
.режим (2)
Относно сненката на получения от г керлинг резултат е ин
дересно да се спомене, че двигателите дэ 15 kW са около 3/4 от
общия брей на двигателите. В средната облает от мощности от
15 kW до 150 kW в соответствие с данните за разсейване на кер-
линг около половината от двигателите не са в опасност. По този
начин частта на двигателите, които не са в опасност при от-
падане на фаза, се повишава до 90% от общия брой на всички
двигатели. За останалото количество от около 10% би трябвало
безусловно да се използуват защитни устройства, които не до-
пускат сставане в еднофазен режим.
Изследванията, проведенп върху наши двигатели от серията
АО2, габарита 4 и 5, показват също по-ниски загрявания при
отпадане на фаза. На фиг. 33 е показан резултатът от сравнител-
ните изпитвания на един и същ двнгател, евързан в триъгълник,
при работа на три фазц и при отпадане на фаза, когато линей-
ният тск е равен на немнналния. От изследванията може да се
заключи, че установените температури на намотката са средне с
61
25—50% по-ниски при еднофазен режим. Този резултат дава осно*
вание да се допусне изключването при двуполюсно натоварване
да става при по-голям ток.
4.5. ЗАГРЯВАНЕ НА НАМОТКАТА НА ДВИГАТЕЛЯ
ПРИ кратковременни ПРЕТОВАРВАНИЯ
И СКОРОСТ НА НАРАСТВАНЕ НА ТЕМПЕРАТУРАТА
Разделянето на претоварванията на продължителни и крат-
ковременни е чисто условно. Прието е кратковременни да се на-
ричат големите претоварвания, при конто токът е 150-к700% от
номиналната стоиност. Такива големи претоварвания двигателят
може да издържи съвсем незначително време. Иродължителнистта
им е значително по-малка, оттолкито времеконстанта на на-
мотката на двигателя. При кратковременните претоварвания тем-
пературата на намотката расте бързо, обаче не достига установе-
ната си стойност.
Продължителни претоварвания са тези, конто предизвикват
увеличаване на тока до 150% от номиналната стойност. При те-
зи претоварвания установената температура е под границата, при
конто веднага настъпва повреда на намотката. Тези претоварва-
ния са също опасни, но поради причината, че предизвикват ин-
тензивно износване на изолацията.
При кратковременните претоварвания предвид незначител-
ната продължителност топлинният процес може да бъде приет
за адиабатичен, т. е. без топлоотдаване. В такъв случай темпе-
ратурата на намотката нараства линейно от загубите и времето.
и прегряването може да се изрази с уравнение™
T = TH-jJ-Znp- (36>
Ако двигателят работа при номинално натоварване преди на-
стъпване на кратковременного претоварване, за прегряването на
намотката се получава
I / (37)
където Т е топлинната времеконстанта на намотката, s;
tnp — продължителността на претоварването, s.
Графически изменението на температурата се изразява с пра?
62
вата част от характеристиката на загряване или още с допирател-
ната, прекарана към нея в началото (фиг. 34).
Топлинната времеконстанта на намотката се определя само
от нейния топлинен капацитет и топлоотдаване и се определя
(25] с уравнението
Фиг. 34. Характеристика на загряване на
намотката при късо съединение
J— загряване при номиналння ток; 2— загря-
ване прн късо съеднн ение
7'=150-^-> (38>
Л
където /и е номиналната
плътност на тока в намот-
ката, A/mm2.
Използуването на фор-
мулите (36) и (37) позво-
лява да се определи тем-
пературата на намотките
при кратковременни прето-
варвания, но получените
резултати са малко зави-
шени, тъй като топлоотда-
ването всякога е налице,
ссобено ако претоварване-
то продължи десетки се-
кунди. От[кратковременни-
те претоварвания най-го-
лям интерес предизвикват тези при блокиран ротор (режим
на късо съединение на двигателя) и при включване на дви-
гателя при отпаднала фаза. Характеристиките на загряване в.
тези режими са определящи за избора на загцитните устройства,
конто следят директно температурата на намотката и се наричат
директна защита или температурна защита. При тези режими,.
характерни с бързото повишаване на температурата на намотката.
и неизбежната инертност на чувствителния температурен еле-
мент, се получава едно изоставане на този елемент, което зависи
от скоростта на нарастване на температурата и топлинната време-
константа на вградения елемент. В мною случаи именно скорост-
та на нарастване на температурата на намотката е спорна харак-
теристика за избора на защитата. Скоростта па нарастване темпе-
ратурата на намотката на двигателя в режим на късо съединение
се определя [5, 23] съгласно формулата
°c/s,
(39)
63.
където /к<! е плътността на тока на късо сединение в намотайте
на двигателя, A/mmz;
с—топлинен капацитет на намотката, 7/° С;
х — специфичната електрическа проводимост, m/й тт2;
Ко— коефициент със стойности 0,06^-0,085, °C
Аг — коефициент, който може да бъде със стойности 173 и
200, СС йтт2/.!.
Коефициентите К-> и А\ зависят от температурната облает, за
конто се използуват. Данни от изеледванията показват, че при
съвременпите двигатели се срещат при к. с. плътности до /кс =
45-4-50 A/mm2, което значи скорости на нарастване на темпе-
ратурата до 12-е 14е C/s.
5. ЗАДАЧА НА ТОПЛИН НАТА ЗАЩИТА,
ХАРАКТЕРИСТИКА НА ПРЕТОВАРВАНЕ
НА АСИНХРОННИЯ ДВИГАТЕЛ
И ИЗИСКВАНИЯ КЪМ ЗАЩИТНИТЕ
УСТРОЙСТВА
5.1. ЗАДАЧА НА ТОПЛИННАТА ЗАЩИТА
Факт е, че голямата част от повредите в електродвигателите
иредставлява пробиви и изгаряния на намотката. По-често това
става при двигателите, несъоръжени със защитни топлинни уст-
ройства. Повреди обаче стават, макар и в много по-малка степей,
и при двигателите със защитни устройства. Във всеки случай
.големият процент повреди се дължи на ускорено топлинно износ-
ване и изгаряне, затова подобряването на топлинната защита
представлява важен проблем.
При сегашното и бъдещото развитие на поточното производ-
ство важно изискване към защитата е изискването за минимални
и оправдани престои и прекъевания на производствения процес.
От това произлиза, че не трябва да се защитява с пената на
есичко. Задействуването на защитного устройство — грешно или
ненужно, е свьрзано днес с нарастващи и значителни загуби.
Явно е, че оптималното решение се достига само ако защитного
устройство е така избрано и с такава характеристика, че двига-
<64
•телят в дадено електрозадвижв'ане се изключва само тогава, ко
гато това е действително необходимо от топлинно и пкономичес-
ко гледище.
Би могло да се формуляра, че идеалната топлинна защита на
двигателите трябва във всеки момент и при всякакви условия на
загряване на намотката да измерва точно нейната температура
независимо от скоростта на изменение на последната и да реагира
с времезакъснение, каквото свойствата на изолационния мате-
риал допускат, а производственият процес в експлоатацията
.изисква и оправдава по целесъобразност.
Често е икономически по-изгодно дълготрайността на двига-
теля да се намали вследствие на случайните кратковременни пре-
товарвания или едно по-голямо претоварване вместо от изключ-
ването на двигателя да се прекъсва производственият процес че-
сто и продължително. В този смисъл, ако претоварванията не
са системна, окончателната икономическа преценка за внедря-
ването на топлинната защита трябва да вземе предвид както
стойнослта на повредата, така и загубите от престои на машина-
та. Идеалната топлинна защита трябва да може да реагира според
всеки конкретен случай: един път бързо, друг път със закъсне-
ние, един път при по-ниска температура, друг път при по-висока.
Технического изпълнене на такова устройство, макар и въз-
мсжно, засега е много сложно и изглежда неизгодно за масово
изкупуване. Същевременно едно задоволително защитно действие
за редица случаи и режими на работа се постига и с по-прости
средства, когато формулираните по-горе условия не са напълно
изпълнени. Засега все още най-масово се използуват по-евтини
защитни устройства, конто не реагират директно на температура-
та на намотката, а на загряването на един елемент извън намот-
ката, през който протича същият ток, какъвто и през нея. Той
контролира нейното загряване по продължителност и стойност.
Това са широко разпространените и използувани биметални за-
щитни релета.
Във всеки случай независимо от принципа на защитного уст-
ройство, за да се осигури ефектнвна защита на двигателите, е
необходимо защитната характеристика на устройството да съв-
•пада с характеристиката на претоварването на двигателя и да
бъде съобразена с номиналните експлоатационни режими на
асинхронния двигател и пусковите характеристики на електро-
задвижването. В тази връзка доту к са разгледани достатъчно
подобно за целта режимите на работа на асинхронните двигатели,
б Защита на асинхронны . .
65
a cera ще бъдат разисквани характеристиките на претоварване’
и ще се формулират изискванията към топлинните защитни уст-
ройства.
5.2. ХАРАКТЕРИСТИКА НА ПРЕТОВАРВАНЕ
НА АСИНХРОННИЯ ДВНГАТЕЛ
Характеристика на претоварване на двигателя според досе-
гашните определения е зависимостта на допустимого прето-
варване, изразено в мощност или ток, от времето на’ претовар-
ването. Едно по-ново определение на тази характеристика би
могло да се изрази и като зависимост .на допустимого прегряване-
от времето на неговото действие върху изолационните материали.
Правилно е характеристиките на претоварване на двигатели-
те да бъдат обхванати в стандартизационните имдокументи или
най-малкото да бъдат давани в информационните материали. В
нашите стандартизационни документа и информационни мате-
риали обаче това не е направено. Характеристиките на претовар-
ване не се дават на проектантите и в повечето случаи са неизвест-
ни и на самите производители. В чуждестранни стандарти за
електрически машини (ГОСТ 180, VDE 0530 и други) са поставе-
ни изисквания за 50%-но претоварване в продължение на 2 min,,
но без никакви допълнителни критерии и пояснения.
Въпросът за критериите и методите за определяне на допусти-
мого претоварване не се определят в стандартите за електрически
машини и изолационни материали. Единствената норма, конто в
последно време засяга този въпрос, е предвиденият за обсъждане
проект на рекомендацията на МЕК за вградена топлинна защи-
та— МЕК 34—11) [34]. Въпросът е все още дискусионен [9, 11,
19, 25, 26, 27] и според литературни данни се практикуват след-
ните методи за определяне на продължителността на претоварва-
не: 7
а) по достигане на нормираната за класа изоляция максимално
допустима температура или прегряване;
б) по норма за износване за един цикъл на претоварване, ед-
наква за всички кратности на претоварването;
в) по еквивалентното за една норма на износване прегряване,
също еднакво за всички кратности на претсварване.
Един подробен анализ на тези методи води до констатацията, че
всеки от тях не решава въпроса за оптимално определяне на ха-
рактеристиките в цялата облает на претоварване.
66
Първият метод определи продължителността на претоварване
само на база на резервите’, оставени в двигателя по загряване.
Те са все по-малки и клонят към нула, а това ще доведе до чести
изключвания на защитното устройство и ненужни престои на ма-
ши ната.
Фиг. 35. Характеристика на пре-
товарване на асинхронен двнгател
Определянето на продължител-
ността на претоварване (съответно
допустимото прегряване) по допу-
стимо™ износване за един цикъл
на претоварване, еднакво при мал-
ките и при големите кратности на
претоварване, може да доведе до
опасни продължителности и пре-
грявания. Така например при мал-
ките кратности се получава, че
граничната температура, при коя-
то трябва да настъпи изключва-
не за обичайно използуваните за-
къснения на защитните устройст-
ва, е с 15—20° С по-висока от мак-
симално допустимата продължи-
гелна температура. При възмож-
ността едно такова претоварване
и прегряване да продължи години,
този метод е неприемлив, тъй като
ще доведе до недопустимо намаляване на трайността на изола-
цията (фиг. 2). При къси съединения по този метод се получа-
ва, че получената по нормата на стареене температура надвиша-
ва максимално допустимата при къси съединения температура.
Поради тези съображения и във връзка с резултатите от из-
следванията в експлоатацията се предлага [11] характеристиката
на претоварване да се определи по спенифични критерии за всяка
облает на претоварване.
В областта на малките претоварвания определяща да бъде
максимално допустимата температура 6НД, която не бива да се
надвишава за неограничена продължителност (като възможен до-
пуск може да се приеме 4—5СС). В областта на претоварванията
около късо съединение, определящо да бъде времето до момента
на достигане на максимално допустимата температура при късо
съединение 0КО. В областта на средните претоварвания допусти-
мата продължителност се определи по конкретно приета норма за
дэпълнителното износване на изолацията за един цикъл на пре-
товарване.
67
Изразяването на характеристиката на претоварване на двига
теля с формула при изхождане от условието за спазване на някак-
вэ износване е достатъчно сложно, за да може да се използува
при обикновени задачи [9, 11, 25, 26, 27]. Използуването е целе-
съобразно и възможно с помощта на ЕИМ. По-просто може да се
изразят математически характеристиките на претоварване от ус-
ловието за достигане на максимално допустимата температура
GH, съответно прегряване тн, или пък за достигане на една приета
по-висока от 0Н температура или допълнително прегряване Д%
[9, 25, 26, 27]. Ако се приеме, че при всички претоварвания до-
пустимого прегряване е еднакво и равно на т=атн, за времето на
претоварване на двигател с топлинна времеконстанта Т, работещ
при натоварване с кратност Л1Нач и претоварен с кратност kt, се
получава
/=Г.Ш------L------ (41)
Формулите (40) и (41) изразяват характеристиката на прето-
варване на двигателя. Графически тя е представена примерно на
фиг. 35.
Характеристиката на претоварване на двигателя трябва да
бъде едновременно и характеристика на защитного устройство. В
този случай двигателят ще бъде сигурно защитен и максимално
използуван. Това означава, че всеки двигател трябва да има свое
индивидуално защитно реле, тъй като изследванията показват,
че характеристиките на претоварване на една трупа от само 16
типоразмера двигатели от серията АО2 се разсейват в една твърде
широка облает (фиг. 36). От друга страна, погледнато от гледна
точка на промишленото производство на защитни устройства, то-
ва е ненелесъсбразно и неизгодно, тъй като не може да се органи-
зира масово еднотипно производство на защитите устройства.
Компромисът е намерен в производство™ на защитни релета за
определена облает от мощности на двигателя със стандартна за-
щитна характеристика.
68
Време
Фиг. 36. Облает на времетоковите характеристики на двигатели тип АО2
габарити 4 и 5, съпоставени с контролннте точки по БДС 7375—75
5.3. ИЗИСКВАНИЯ КЪМ ЗАЩИТНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И ОСНОВНИ ВИДОВЕ ЗАЩИТНИ УСТРОЙСТВА
Отдавна са формулирани и оформени като национални и меж-
дународни норми и предписания изискванията към топлинните за»
щитни устройства, при конто изключването се предизвиква от
топлинното действие на тока. Защитната характеристика на тези
устройства се определи обикновено по две-три точки, дефинирани
със специални условия. Защитната характеристика се нарича още
времетокова изключвателна характеристика и представлява за-
висимостта на времето на изключване от тока на задействуване на
топлинното реле или изключвател.
Релето е устройство, което задействува от изменението на фи-
зичнп, предимно електрически величини (например ток, напре-
жение). Действие™ му върху изключвателните органи на пре-
късвача се извършва чрез някаква електрическа верига, например
отваряне или затваряне на някаква помощна контактна система.
Изключвателят е устройство, което задействува от изменение-
то на същите величини, но действие™ му върху изключвателните
органи на прекъсвача става механически, например освобожда-
ване на механический затвор.
По своето положение в електрическата верига изключвателите
и релетата са „първични" и „вторични", а по своето принципно
устройство са топлинни и електромагнитни механизми.
При топлинните и токовите защитни устройства възможната
продължителност на претоварване се дава, като се изхожда от
стойността на тока. В табл. 5 са приведени данни-за такива харак-
теристики от никои страни и норми.
В практиката, както бете показано, се наблюдават и случаи,
когато токът в намотката на двигателя не превишава номиналната
си стойност, а температурата на намотката достига опасни стой-
нссти, при конто се изисква изключване от мрежата. От тази глед-
на точка температур ните защитни устройства, наречени още ди-
ректив топлинна защита, конто реагират непосредствено, директ-
но на температурата на двигателя, имат безспорно предимство.
Те имат и друго важно предимство по отношение пълното изпол»
зуване на двигателя, тъй като реагират в условията на конкрет-
ния случай, а не по стандартизирани условия, конто е естестве но •
и необходимо да се съобразяват с най-натоварените и застрашени
двигатели и най-тежките околни условия на работа.
Директната, температурната защита се осъществява с помощ-
та на температурно реле или датчик, вградени в двигателя. При
достигане на определена температура релето задействува и из-
70
Таблица 5
Изключвателни характеристики иа топлинни защитни
;релета за околна температура 20 °C
Страна Норма (лит. източ- ник) Натоварввне | Време за изключване абележка
трипо- люсно двупо- люсно от студено от топло
НРБ БДС 7375 1,05 1,2 1,5 6,0 1.32 1,65 >2 h >1 S >5 s < 30 min <2 h <2 min за инертност Т1 за инертност Т2 за ииертност Т1 за инертност Т1 за инертност Т2
СССР ГОСТ 16308 1.0 1,2 6.0 1,32 0,5-=-4 s 4 ч-25 s <20 min малка инертност голяма ииертност
ЧССР ЧСН 353416 1,05 1,2 1,5 6,0 1,32 1,65 >2 h <2 min <4 min 14-4 s >10 s <2 h изпълнения с различна инертност
ПНР ПН-67 Е-88506 1,05 1,2 1,5 6,0 1,3 >2 h 24-10 s 84-20 s <;20 min <2 min инертиост Т1 ииертност Т2
ГДР ТГЛ21646 1,0 1,2 1.5 6,0 1,32 1,65 >2 h <2 h <2 min 24-5 s 5-J-15 s 2:15 s инертност Т1 инертиост Т2 ииертност ТЗ
ФРГ VDE0660 1,05 1,2 1.5 6,0 1,32 1,65 >2 h <2 b <2 min >2 s >5 s ииертност Т1 инертност Т2
САЩ Канада (26) 1,0 .2,0 6,0 <8 min <30 s
— МЕК 292-1 1,05 1,2 1,05 1,32 >2 h <2 h
71
кл’ючва командната верига на двигателя. При маломощните ед-
нофазни двигатели релето изключва непосредствено силовата ве-
рига.
Стандартните изисквания към защитните характеристики на'
температурната защита са в процес на подготовка и дискусия в
много страни. Като основен документ в тази облает засега се при-
ема цитираният вече проект на рекомендацията на МЕК 34—11
[34]. Посочените в него температури на изключване при бавно
изменение на температурата (табл. 3) предизвикват обаче остра
дискусия, тъй като стойностите не са обясними за случайте на
малките и продължителни претоварвания. Сравняването на тези
стойности с характеристиките на износване на изолационните ма-
териали показва, че въпреки наличието на защитното устройст-
во трайността на изолацията може да се намали два-три пъти,
стига да е налице едно малко и продължително претоварване. Та-
нина претоварвания са възможни и чести при отклонение в на-
прежението, честотата, по-висока околна температура, техноло-
гично претоварване и др. На практика защитната характеристика
на тези устройства се характеризира с температурите на изключ-
ване и включване и топлинната времеконстанта. Последната е
определяща за малката топлинна инертност и точното следене на
температурата на намотката при бързи топлинни процеси. Ес-
тествено всякога е полезно ннертността и времеконстантата да
бъдат колкого може по-малки, а температурата на изключване,
а също и на включване — около максимално допустимата темпе-
ратура при продължително натоварване.. Наличните в момента
каталожни и проспектни данни показват стремеж към такава
характеристика, но отклоненията в стойностите на задействуване
и особено във времеконстантата. са много разнообразии. Това ще
видим по-нататък, а тук ще споменем за още един основен вид за-
щитно устройство — хибрид между температурната и топлинната
защита, т. нар. температурно-токово реле.
При температурно-токового реле се използува едновременно
положителното действие на директната защита посредством кон-
тролиране на температурата на двигателя и положителното дей-
ствие на токовата защита, която няма голяма топлинна инертност.
Защитната характеристика на тези релета се характеризира с из-
искванията както към температурната, така и към времетоковите
характеристики. Тези характеристики се напасват към конкрет-
ни задвижвания и двигатели и не са обект на известните норми и.
предписания, а само информационен материал на фирмите-про-
изводителки.
72
В пълната характеристика на отделимте защитни устройства^
конто определи тяхната пригодност и облает на приложение, ус-
ловия за избор и настройване, влизат още редина параметри и
свойства, които ще се разгледат при подробното представяне на
тези устройства. Има обаче никои общи положения, които са евър-
зани с работата на всички устройства, затова ще дадем опреде-
ленията им тук.
Стойност на величината на задействуване е оная стойност на
електрическа или физична величина, при преминаването на коя-
то се предизвиква определено действие на устройството. Такива
величини могат да бъдат токът, напрежението, температурата,
мощността. В никои случаи действието може да се получи и от
едновременното действие на две и повече величини, например ток
и температура.
Стойност на настройката е стойността на величината на за-
действуване, на която апаратът се нагласява. В повечето случаи
стойностите на настройката са маркирани върху скалата в номи-
нални (например ампери) или в относителни единици.
Облает на настройката е областта, в която може да се измени
стойността на настройката.
Закъснение на задействуването на защитното устройство е
времето от достигане на стойността на задействуването до факти-
ческото включване или изключване. Закъснението може да бъде
зависимо или независимо от тока.
Граничен ток на релето е най-малкият ток, при конто релето
в дадени условия при достаточно продължително претоварване
задействува след достигане на установеното топлинно състояние.
Граничният ток обикновено се определи като средноаритметична
стойност на най-малкпя ток. при който релето задействува, и най-
ролемия, при който не задействува, за времето, необходимо за
достигане на топлинно равновесие.
Степей на инертност е условно означение за характеризиране
на времето на изключване при ток на задействуване, равен на
6-кратния ток на настройката.
Време за повторно включване на релето е времето, след което
то може да се включи отново, след като е изключило под действи-
ето на протичащпя през него ток.
От казаното дотук е ясно, че електрическият двигател и зах-
ранващата го инсталация са подложени на действието на големи-
те токове на къси съединения и токовете, предизвикани от малки,
но продължителни претоварвания на двигателя. Това налага да
се използува почти винаги комбинация от защитни устройства за
73.
защита при къси соединения и за защита при топлинни претовар-
вания.
Най-широко приложение за защита от токовете на късо съе-
динение са придобили електрическите предпазители със стопя-
ема вложка и автоматични прекъсвачи с електромагнитни изключ-
ватели. За защита от топлинните претоварвания са познати мно-
го разнообразии апарати, но най-масово се използуват топлинни-
те биметални релета, устройствата за директна температурна за-
щита с полупроводници, биметалните мембранни релета и капсу-
ли, температурно-токовите биметални и полупроводникови ре-
лета, електромагнитните токови релета със зависима и независима
характеристика, минималнонапрежителните релета и др. В от-
деляй случаи намират приложение и специално разработени за-
щитни устройства за режима отпадане на фаза, като филтрова
защита, напрежителни релета, токови релета и др.
6. ТОПЛИННА ЗАЩИТА
ОТ ПРЕТОВАРВАНЕ
6.1. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ И ВРЕМЕТОКОВА
ХАРАКТЕРИСТИКА
Принципът на действие е основан на използуване на мехнич-
ните или физичните изменения в телата при нагряването им с елек»
трически ток. Топлината, отделяна при протичането на тока, е
величината, конто предизвиква задействуването на защитного ус-
тройство. В случая не се измерва директно температурата на на-
мотката на двигателя, а загубите, конто се отделят в нея. Както
беше показано, именно загубите са определящи за загряването на
намотката.
В качеството на термочувствителен (още топлинен) елемент се
използуват най-често термобиметал и стопяем елемент. Известии
са още удължаващи се ленти и леснотопими сплави, но тяхното
използуване днес не е актуално. Като апарати и устройства, ос-
новани на този принцип, днес са разпространени топлинните би-
метални релета, предпазителите и автоматичните прекъсвачи с
тгоплинен биметален изключвател.
Термобиметалът, накратко казано биметалът, се състои от ми-
нимум два слоя разнородни метали (наричани активен и пасивен),
74
заварени здраво по цялата повърхност на допирането си. Топлин-
ните коефициенти на удължение на двата метала се отличават
един от друг колкого е възможно повече, благодарение на което
при нагряване удължаването на всеки слой е различно. В резул-
тат се получава огъване на биметалната пластинка в посоката на
пасивния слой. При здраво закрепване на биметалната пластинка
в единия край другият ще се измества в посоката на пасивния
слой, което именно се използува за задействуване на изключва-
Тэлния механизъм.
Огъването на биметалната пластина се изразява с уравнението
а.1г.тк ,,П\
s—------—2-, mm, (42)
където а е специфичного огъване, °C-1;
I — дължината на свободната за огъване част на биме-
тала, mm;
d — дебелината на биметала, mm;
Tg—прегряването на биметала,
Силата, конто развива биметалът, е
F==----4/------Тб' kS> (43)
където Е е модулът на еластичност, kNzmm2;
b — широчината на биметала, mm.
Стопяемият елемент на предпазителя представлява изкустве-
но създадено слабо място в електрическата верига, което прекъс-
ва веригата, в случай че настъпи претоварване. Стопяемите еле-
|ченти днес се изработват от мед, сребро, олово, цинк, цинков и
сплави и др. Използуват се и стопяеми елементи, изработени по
дължина от два метала, например мед — сребро. За да се стопи
елементът на определени места при по-ниска температура, се из-
ползуват химични и механични начини или металургичният ефект
с нанасяне на разтворители. Стопяемият елемент на предпазите-
ля при стопяването вследствие на загряването от протичащия през
него ток прекъсва електрическата верига самостоятелно.
Същността на работала на защитного устройство най-точно мо-
же да се определи с неговата времетокова характеристика. Тя
трябва да съответствува максимално на характеристиката на пре-
товарване на двигателя — зависимости (40) и (41). От казаното
по-горе е ясно, че действието на топлинното защитно устройство
зависи от топлината, отделена в него, т. е. от тока през него и
времето, през което тече този ток.
75
Като се използуват анализът и изводите за загряване на дви-
гателя и определяне на характеристиката му на претоварване, мо-
же да се напише аналогично на защитного устройство
^ТруЬ-е Гр/+трое Ч (44)
където Тр е топлинната времеконстанта на защитного устройство;
Тр3 — прегряването на защитного устройство, при което нас<
тъпва задействуването му.
k7-k2
Ki л/гр
(45)
където kirp е кратността на граничния ток; на този ток съответ-
ствува прегряване трз.
От тези зависимости и зависимостите (40) и (41) могат да бъдат
определени кратността на граничния ток и топлинната времекон-
станта на защитно устройство за конкретен двигател:
*'*> = exp^ln А-ф
₽ ln(^0)-ln(^-^) ’
(46)
(47)
където klo е кратността на тока, от който започва процесът. В
случай на започване от студено състояние kio=0, а от тепло със-
тояние kio=l.
Получаването на времетоковата характеристика на защитните
устройства по изчислителен път, така както и характеристиката на
претоварване на двигателя, е възможно само приблизително. То-
плинните процеси са твърде сложни, за да могат да бъдат изчис-
лени точно. Затова тези зависимости обикновено се установяват
експериментално, като се определят както от топло, така и от сту-
дено състояние. В действителност времетоковата характеристика
не е крива, а цяла ивица, в която се намират характеристиките на
серийно произвежданите устройства с неизбежните производстве-
ни отклонения и разсейвания. При биметалните релета широчи-
ната на ивицата не е много голяма, но при предпазителите откло-
ненията на тока при време на изключване 1 s могат да достигнет
съгласно стандартните изисквания до ±50%.
76
8.2. ТОПЛИННИ ЗАЩИТНИ БИМЕТАЛНИ РЕЛЕТА
6.2.1. Устройство и елементи
на биметалното реле
Биметалното реле контролира тока на двигателя и времето на
неговото протичане и като използува една съвсем малка част от
подвежданата към него енергия, я преобразува в топлинна и ме-
ханична, за да предизвика при необходимост нейното прекъеване.
Физичната връзка между пронесите, произтичащи в него, е по-
казана нагледно на фиг. 37. Биметалният елемент е включен пос-
ледователно във веригата и в него се отдели топлинната енергия
Q, конто той преобразува чрез огъването си в механична А- Ме-
ханичната енергия от своя страна предизвиква изключването на
контактна система, конто посредством контактора К прекъева
захранването на двигателя. При биметалните изключватели про-
цесът завършва по-бързо, като механичната енергия се използу-
ва за изключването на зацепващия механизъм на автоматичния
прекъевач.
Конструктивното устройство на биметално защитно реле е по-
казано на фиг. 38. Трите основни' елемента на едно биметално
реле са: биметален възел, механична система и контактна система.
ЕИаимодействието на тези три елемента осигурява функционира-
нето и защитното действие на релето. Огъването на биметалните
елементи 1 на разстояние sx създава силата F и измества изключ-
вателната рейка 7. С помощта на компенсационния термобиметал
2 и изключвателния лост 3 постъпателното движение се превръ-
ща във въртеливо. Изключвателният лост задействува контакт-
ната система с моментно действие 4, конто при претоварване на
двигателя отвар я контакта 95/96. Последният изключва команд-
ната верига на контактора, който от своя страна изключва за-
хранването на двигателя. С изключването на захранването се пре-
къева и токът през биметалните елементи, те се охлаждат и връ-
щат в изходното си положение. С натискането на бутона за дебло-
киране 5 контактната система се връща също в изходното си по-
ложение. Посредством скалата за настройване 6 се измени раз-
стоянието между компенсационния биметал 2 и изключвателната
рейка 7, което позволява да се измени токът на настройката на
релето. В случай че през биметалните елементи тече номиналният
ток на двигателя, през релето протича същият процес, но с раз-
ликата, че биметалите не се огъват толкова много и не предизвик-
ват превключването на контактната система.
77
Биметалният елемент в повечето случаи е комбинация на един
биметал с едно омично съпротивление, което осигурява възмож-
ността за по-добър начин на загряване. По начина на загряване
се различават елементн с директно, косвено и комбинирано за-
Фиг. 37. Физически принцип на действието на биметалното реле
К — контактор; b — бнметален елемент; Qb — отделена енергия в биметалния елемент^
— активно съпротивление на биметалния елемент; F — развиваиа от биметала сила;
s — огъване на биметала
гряване. При директното загряване токът преминава през биме-
тала и го загрява. Вследствие на малкото специфично съпротив-
ление на биметала този метод е възможен при големите токове..
От друга страна, този метод може да бъде характеризиран с въз-
можността за получаване на по-малка топлинна времеконстанта
и по-малка инертност при загряването с токове с голяма кратност
спрямо номиналния. При малките токове се използува комбини-
раното загряване от биметала и допълнителен нагревателен еле*
мент, конто се свързва последователно с него и се намотава или
притиска върху изолираната биметална пластина по такъв начин»
че топлинното съпротивление между тях да осигури желаната ха-
78
рактеристика. В тази връзка понякога се използува индиректно
.загряване или вторични релета с наситен трансформатор, което
дава възможност да се увеличи инертността на задействуване на
релето в областта на пусковите токове. При вторичните релета
Фиг. 38. Устройство па биметалното реле
биметалеи елемент; 2— компенсационен биметал; 3— изключвателеи лост; 4— кон-
тактна система; 5— деблокиращ бутон; 6— скала за настройка; 7— изключвателна рей-
ка; в— касетка
токът в биметалните елементи се подава не непосредствено от мре-
жата, а през междинен трансформатор с насищане над двукрат-
ната стойност на номиналния ток (фиг. 39).
За предаване на огъването на биметалния елемент върху кон-
тактната система се използува механичната система от рейка и
изключвателеи лост. Влиянието на тази система върху точността
на релето не бива да се надценява. От друга страна, оразмерява-
нето й дава възможност за най-благоприятното използуване на
произведението F.S=A на биметалните елементи. Това произве-
79
.цение (нарекохме го механична работа, нарича се още работоспо-
собност на биметала) има своя максимум, когато половината от
загряването му се използува за получаване на огъването, а дру-
.гата половина — за силата (фиг. 40). В механичната система се
Фиг. 39. Характеристика иа наситения тран-
сформатор на вторично реле
използуват конструктив-
ни детайли с малки до-
пуски и качествен и ма-
териали, което позво-
лява да се достигне точ-
на предавка и оттам
и висока точност на за-
действуване.
Контактната система
се изпълнява обикнове-
но с моментно действие,
което означава момент-
но изключване и включ
ване на контакта неза-
висимо от скоростта на
биметала. Комутацион-
ните възможности и режимът на работа са съгласно БДС 7898—
75, категория АС 11 и DC 11. Работният ток не превишава 2А
при 380 V, но най-често е 1А. Контактната сигурност на систе-
мата е важен параметър, който се осигурява най-често с изпол-
зуването на сребърни контактам материали, контактен натиск над
30g и относително движение на подвижная контакт спрямо не-
подвижния.
Биметалните релета се настройват по номиналния ток на дви-
гателя или действителната стойност на консумирания ток. За та-
зи цел те притежават скала за настройка с означени абсолютна
или относителни стойкости на тока. Скалата се поставя на до-
стъпно и удобно място и осигурява постоянство на настройката.
Разликата между максималната и минималната стойност на тока
върху скалата се нарича облает на настройка на релето.
Областта на настройката на релето е важен параметър за едно
защитно реле. Технически е необходимо да има възможност за
настройка в експлоатацията, тъй като и при двигатели с еднаква
мощност вследствие разликата в к. п. д. и фактора на мощността
токовете могат да бъдат различии. Важно отображение е и под-
държането на склад или доставката въввееки момент на реле с
конкретен ток на настройка. От тази гледна точка е необходимо
областта на настройка да е голяма, за да може с малко типове ре-
лета да се покрие една голяма гама от токове. За производителя
80
« също полезно да изработва по-малко производствен!! модифика-
ции релета. Областта на настройката обаче не може да расте не-
ограничено. Физичните граници се поставят от максималната ра-
*ботна температура, необходимого огъване на биметала при мини-
малка стойност на наст-
Фиг. 40. Характеристика сила-ход на биме-
тала
ройка и изменение™ на
тока на настройка под
нлиянието на околната
температура.
Максималната работ-
ка температура се оп-
редели от продължител-
но допустимата темпе-
ратура на използува-
ните изолационни мате-
риали. При днешните
материали тя е 130—
150°С. Ако се приеме и
температурен пад между
биметала и изолацион-
ния материал 50—70сС,
то се получава, че |'при
натоварване с гранич-
ния ток максималната
работна температура е
около 200сС. При уточ-
няването на тази стой-
ност трябва да се вземе
предвид също загряването на клемите при вграждане в нуска-
тел и устойчивостта на. тока на късо съединение.
Откосно минималната работна температура опитът досега е по-
казал, че огъването на биметала при прегряване под 60сС е твър-
де малко и влиянието на околната температура върху тока на за-
действуване е голямо.
Така определените граничив темвератури дефинират облает на
настройка с отношение на максималната към минималната стой-
ност на настройка, равно на 1,6. Прието е отношение™ 1,54-1,6
да се смята за оптимално. Не се смята за целесъобразно и много
необходимо препокриването на областите на настройка (т. е. на-
личие на едни и същи стойкости на настройка в две съседни облас-
ти) с повече от 5%, тъй като това отново увеличава типовете ре-
лета, а от друга страна, не се налага, в случай че релето се из-
бира по тока на двигателя.
0 Защита на асинхронна . .
81
Тъй като релето задействува вследствие загряването от тока;,
ще mv окаже влияние и околната температура. Най-общо изме-
нението на времетоковата характеристика (тока, съответно време-
то на изключване) вследствие измененнето на околната темпера-
гура е нежелателно, за-
това в релетата се изпол-
зува температурка ком-
пенсация. Действие™ й
може да се види и из-
ясни на фиг. 41, конто
е част от фиг. 38 (оз-
наченията па елементите
са същите). Компенса-
ционният биметал 2 реа-
ги ра на измененията на
околната температура,
както работният, така
че разстоянията за из-
ключване Sj и S2 да оста-
вят еднакви в широка
температурна облает. В
действителност вследст-
вие областта на настрой-
ка на релето съотноше-
нията са комплицирани
и това е невъзможно за
цялата скала. Компен-
сацията при мннимална-
та стойност на скалата
на настройка е непълна.
Абсолютната температур-
ка компенсация за всич-
ки стойности от скалата
на релето е скъпа, без
да е практически много
необходима. Фактът, че
Фиг. 41. Принцип на действие на температур-J
ната компенсация
1— без ток при 20°С; S— с ток при 20°С; 3— с ток
при 40°С
биметалните релета търпят някакво влияние от околната тем-
пература, което се изразява с температурния коефициент „%шо
изменение на граничния ток за ГС“, не е съществен. Стойността
на температурния коефициент е основанието да се разделят биме-
талните релета на компенсирани и некомпенсирани. Границата
между двете групи релета е стойността 0,3% за ГС. При ораз-
82
меряването на компенсационния биметал сеизхождаот изискването
/ 2 /2
a?~dp~ <48>
където, Ср, ак е специфичного огъване на работник и компенса-
ционния биметал, °C"1; /р; /к, dp , dK— дължината
и дебелината на работния и компенсационния би-
метал, mm.
Дебелината на компенсационния биметал се прави достатъчно
голяма, за да не се деформира от силата на изключване F.
Биметалните релета могат да имат по отношение възвръщане-
то на контактната система в изходно състояние два варианта на
изпълнение: „без самовъзвръщане с деблокиращ бутон" и „със
самовъзвръщане без деблокиращ бутон". Използуването на еди-
ния или другия вариант се определя от командната схема на пус-
кателя или прекъсвача. При командни апарати с импулсно оръ-
ществяване на контакт (наир, бутона) двигателят се включва чрез
нова команда, затова могат да се използуват и двата варианта.
Не така стой въпросът при командните апарати с продължителен
контакт (напр. пакетен прекъсвач, прекъсвач за налягане, ниво
и др.), тъй като командата за включване си остава и след изключ-
ването на биметалното реле. След охлаждане на релето и възвръ-
щането на контактната система двигателят се включва сам и раз-
въртането на работната машина може да стане ненаблюдавано от
обслужващия персонал. Такова развъртане в повечето случаи е
недопустимо (напр. при дърво- и металообработващите машинп).
От друга страна, ако повредата в двигателя е останала, той ще
продължи да се включва и изключва, което в крайни сметка ще
доведе до изгаряне на намотката му. По тези причини при команд-
ните прекъсвачи с продължителен контакт трябва да се използу-
ват всякога релета без самовъзвръщане, но и при използуването
на командни прекъсвачи с импулсен контакт вариантът без само-
възвръщане носи предимства. В последно време някои релета се
правят с възможност за реализиране на двата варианта в експло-
атацията по избор на обслужващия персонал. Деблокиращият бу-
тон на релето не, препятствува задействието на релето, което е
стандартно изискване. При отделни конструкции релета (напр.
серия РТБ) деблокиращият бутон може да изпълнява функциите
и на изключващ команден прекъсвач (,,стоп“-бутон).
Наред с първпчните, но значително по-малко, се използуват и
вторични релета, при конто биметалният елемент се захранва пак
от главната верига, но посредством токов трансформатор. Кон.
83
струкцпята най-често представлява общ блок, като релето се за-
крепва върху или до трансформатора. Трансформаторът обикно-
вено е наситен (фиг. 39) и изолиран в пластмасова обвивка. В нея
се оформят три кръгли отвора, през конто се намотават проводни-
ците на главната верига за увеличаване на ампернавивките на
първичната страна. Релетата с трансформатор покриват областта
от токове 40 до 600 А.
6.2.2. Времетокови характеристики
6.2.2.1. Общи положения
За приблизителни пресмятания и принципни анализи време-
токовата характеристика може да се представи математически с
уравн. (45). Често е интересно да се знае времето, за което релето
може да се включи отново, след като е задействувало. То се опре-
дели с израза
/.= ПЬ-РД • (49)
хв
където тв е установеното прегряване, при което релето може да се
включи отново, след като температурата му се понижава от стой-
ността трз. Числената стойност на това време практически е t^~
= 1-7-5 min. Уравненията за загряване и изведената от тях вре-
метокова характеристика не отчитат реалните конструктивни ссо-
бености на релето. Действителната времетокова характеристика
на биметалното реле може да бъде определена само експеримен-
тал но.
В показаните по-напред формули топлинната времеконстанта
на релето се определи чрез времеконстантата на двигателя. Това
значи, че на всеки двигател трябва да съответствува собствено
биметално реле. При това анализът на повторно-кратковременния
режим на работа [26] показва, че най-съвършено би било релето
с топлинна времеконстанта, равна на тази на двигателя. При това
условие граничният ток на релето трябва да бъде равен на кое-
фициента на допълнителнэто прегряване, т. е. К/Пр=а- Такава
защита не би изисквала пренастройване на тока на релето при
смяна на режима на работа’. Двигателят в топлинно отношение
обаче е сложно тяло и топлинната му времеконстанта не е посто-
янна, кзто с увеличаване на претоварването намалява. Време-
констангста на релето също не е постоянна п зависи също от пре-
84
товарването. За получаване на идентичност на топлинните про
неси на релето и двигателя е необходимо да има еднакво измене-
ние на техните топлинни времеконстанти, което практически е
неосъществимо. На фиг. 42 е показано изменението на експе-
рименталните стойности за вре-
меконстанти на двигатели и би-
метални релета в зависимост от
кратността kt (26). Вижда се, че
характерът на изменение при ре-
летата с директно загряване има
сходство с характера на измене-
ние при двигателите. За-релетата
Фиг. 42.Експериментални стойно-
сти на топлинни времеконстанти
за двигатели (облает Л) и биме-
тални релета (облает В)
с индиректно загряване това из-
менение се отклонява значително,
затова тези релета се приспосо-
бяват по-трудно за защита.
Топлинната времеконстанта на
релето обикновено се избира много
по-малка от тази на двигателя.
Това позволява да се опрости мно-
го конструкцията и производство-
то на релето, а същевременно оси-
гурява защитното му действие, гъй
като то всякога ще достигне тем-
пературата си на задействуване
по-бързо.
След като не може да се по-
лучи покрытие на времетоковата
характеристика с характеристиката на претоварване на всеки дви-
гател, промищлеността произвежда релета, конто имат единна
защитна характеристика за всички двигатели. Характеристиката на
релетата трябва да удовлетворява стандартизирани изисквания по
държавни и международны норми (табл. 4). В тези норми се опреде-
лят само три-четири опорни точки от характеристиката, например
времето на задействуване при претоварване 1,05 /н, 1,2 /и, 1,5 1Ни 6 /н.
Ходът на характеристиките в останалите части не е стандартизиран,
но топлинните закономерности определят логаритмичния й харак-
тер. На фиг. 43 а са представени стандартните времетокови характе-
ристики със стелен на инертност Т1 и Т2 от студено състояние и
на фиг. 43 б — времетоковата характеристика на едно реле от
топло и студено състояние.
Изборът на релето за защита на двигателя се свежда главно
до избора на двата му параметъра: топлинната времеконстанта
85
и гра™Чния ток. Граничният ток съгласно кормите е между
’ тт н , ’ ./н’ кгпо сРеДната^му стойност се приема за 1 195 /
На Фиг- 43 а е представена и времетокова характеристика на
трансформаторно реле, подходяща за свръхтежки пускови про
талното реле "СТ0ЕС1ВИ ^ИЗКЛЮчВателни, защитни) ’ характеристики на биме-
Дено състояние еРистики съгласно БДС 7375-75; б — характеристики от топло и сту-
цеси. ,1 вигателите в тези случаи трябва да могат да издържат
това дълго развъртане без опасност от повреда.
6.2.2,2. Характеристики при режима „отпада ие на фаза"
Тук ще обърнем внимание, че БДС 7375, а и почти всички
чуждестранни норми допускат повишение на тока за задейству-
ване при двуполюсно и еднополюсно натоварване сьответно с
10 и 20/о. В много случаи това повишение е по-малко особено
при големите релета, където е около 50% от допустимого. По-
вишението на тока на задействуване при отпадането на фаза се
предизвиква от работата на биметалното реле.
86
При триполюсно натоварване, за каквото се настройват реле-
тата производствено, силата на изключване се разпределя равно-
мерно по една трета на всеки биметал. Ако отпадне една от фа-
зите, силата се разпределя върху два биметала и те се натовар-
Фиг. 44. Функпионални елемеити на биметално реле с две из-,
ключвателни рейки
а — при симетричен трифазен режим; б — при отпадане иа средната фаза
♦(биметал Ь2)
ват вече с половината от силата на изключване. Повишението
на натоварването изисква повишение на тока на задействуване,
за да може да се покрият необходимите ход и сила на изключва-
телната система. Има две възможности, за да не се повишава
много токът на задействуване. Едната възможност е да се из
ползува допълнителна изключвателна рейка, която използува об-
ратния ход на охладения биметален елемент без ток (диферен-
циална лостова система), а другата — да се използува по-силен
и по-дебел биметал.
Начинът на действие при допълнителна рейка и получаване
на ускорителния ефект при отпадане на фаза се пояснява на
фиг. 44. Топлинното реле притежава освен нормалпата изключ-
вателна рейка А една допълнителна рейка В и три свързващи
щанги С. При симетрично трифазно натоварване (фиг. 44а) ре-
лето работи по познатия начин. Лостовете С не участвуват, тъй
като рейките Л и В се движат в еднаква посока. При отпадане
на една фаза биметалът без ток Ь2 се о.хлажда и подпира с обрат-
ната си страна рейката В. Лостовете С се опират сега само в би-
металите В, и Ь3. Поради шарнирного свързване на рейките А
и Б чрез щангите С се получава лостово действие, което измества
рейката А механически напред и съкращава хода и времето на
изключване. Ускорителният ефект се получава от сумиране на
действието на загряваните биметали и изстиващия. Това суми-
ране на двете движения е ефективно само тогава, когато произ-
водствените отклонения в системата са по-малки от разсейването
•в стойността на огъването на биметалите. Тук сигурността е по.
87
голяма при по-силни биметалл (широчина и дебелина колкота
е възможно по-големи) и при максимално висока работна темпе-
ратура. Конструктивного изпълнение на температур но-компен-
сирани релета с ускорено действие при отпадане на фаза с малки
Фиг. 45. Изключвателни характеристики
от топло състояние на реле с ускорено
действие при отпадане на фаза
размери за малки номинал-
ни токове е труден проб-
лем, а производството им
капризно и комплипирано.
За защитата на двигате-
лите интересен е въпро-
сът, какво е намаляването
на граничния ток при те-
зи релета. Фиг. 45 показ-
ва типични времетокови
характеристики от топло
състояние на реле с ус-
- корено действие при от-
падане на фаза в режим на
трифазно и двуфазно за-
хранване. Изместването на
характеристиката при гра-
ничния ток е средне около
25%, т. е. граничният ток
намалява от 105ч-120% на
80 4-95%. Стандартното
изискване на ГОСТ 16308
е граничният ток в този
случай да бъде под 90%.
Съществуват обаче релета
с двойка рейка, конто не
задействуват при номина-
лен ток, а това съгласно
заключенията на ЕОперлинг
(фиг. 32) поставя двигателя в неблагоприятно топлинно състо-
яние при отпадане на фаза. Анализът на времето на задейст-
вуване на такова реле от студено състояние и допустимата про-
дължителност в блокирано състояние при двигатели с ротор с
токово изместване показва, че защитата им не е осигурена нито
в еднофазен, нито в трифазен режим на работа.
Поради наличието на гор ните особености и забележки към
релетата с двойка рейка, а също така, като се отчете, че сигур-
ността и точността им вследствие увеличаването на детайлите в
механичната система намалява значително,. в много случаи все;
88
още се използува втората възможност за осигуряване на Гранин
ния ток при двуполюсно натоварване, а именно пътят на вграж-
дане на силни биметални елементи. Това се практикува особено
широко при релетата с номинален ток до 25А. Тук и проблемът
за защита на двигателите при отпадане на фаза не стой за реша-
ване, тъй като изключването им при ток през захранващите про-
водници до граничния на релето не е необходимо.
6.2.2.3. Влияние на околната температура
Вече беше казано, че токовете на задействуване на биметал-
ното реле зависят от околната температура. Зависимостта на гра-
ничния ток /Гр от температурата се изразява така:
/гр = /гри J-^^Он~е-о) , (50)
където /гр е граничен ток при някаква околна температура 60;
/Гри — граничният ток при една основна за характеристика-
та околна температура 6ОН.
В повечето норми за основна околна температура е приета'
20° С, но в много случаи тя е и 40° С или е оставено правого на
производителя да я определи и обяви в информационните си ма-
териал и.
От уравнението се вижда, че колкото по-висока е температу-
рата на задействуване, толкова по-малко ще се нзменя гранич-
ният ток при изменение на околната температура. Влиянието на
околната температура, както вече се изясни, се отстранява или
намалява. с използуването на компенсационен биметал. Често оба-
че съществува заблуждението, че при биметалните релета с тем-
пературна компенсация времетоковите характеристики са на-
пълно независим!! от околната температура. Това не е така и
особено при малките релета, където производството е масово и
трябва да бъде при възможно най-малки размери и материалоем-
кост на релето.
В тази връзка някои норми (БДС 7375, ГОСТ 16308, МЕК
292), без да се съобразяват с наличието или липсата на темпера-
турка компенсация в релето, класифицират релетата на две гру-
пп: компенсирани и некомпенсирани. Към некомпенсираните ре-
лета не са поставени изисквания за влиянието на околната темпе-
ратура и то е оставено нерегламентирано; поставено е изискване-
то обаче да се осигури функционирането на релето в границите
на стандартизираната температурка облает на приложение и
89;
производителят да обяви данните за влиянието на околната тем-
пература върху характеристиката на изключване в информа-
ционните материали. От компенсираните релета се изисква из-
менението на граничния ток да не бъде
Фиг. 46. Корекпионен фактор за влиянието на
околната температура
по-голямо от 0,3% за
1°С. Френската нор-
ма (UTEC63-110) из-
исква и при неком-
пенсираните релета
изменението на гра-
ничния ток да не над-
вишава 1% за 1°С.
Класификацията
на релетата по този
метод е полезна за
проектанта и монтьо-
ра, тъй като дава въз-
можност за правилен
избор и настройка.
Изобщо най-бла-
гоприятна е една сред-
ни компенсация на
околната температура
с отклонения в тока
на изключване от око-
ло 0,5% за 1°С. Та-
кава компенсация из-
мества изключвател-
ната характеристика
на добре регулирано
реле от неговата сред-
112,5% от номинал-
на стой ноет на граничния ток, равна на
ния ток, при вграждане в обвивката на един прекъевач (пуска-
тел), където има превишение на температурата от 15е С, на около
105% от номиналния ток. Такъв граничен ток защитява електро-
двигателя по-сигурно и позволява също продължителна работа
при номинален товар при отклонения на напрежението до ±5%.
Трябва да се спомене, че вследствие различните работни тем-
ператури на биметала изменението на граничния ток за цялата
облает на настройка не е константно. Поради по-ниските темпе-
ратури при минималната стойност за настройка влиянието на
околната температура е естествено по-голямо, отколкото при мак-
сималната стойност на настройката.
S0
Настройването на релето в експлоатацията за различии окол-
ии температури става при използуването на корекционен фак-
тор р, с конто се умножава номиналният ток на двигателя и се
определи токът на настройка за конкретния случай. Стойността
на корекционния фактор се дава от производителите на релета
в таблична или графична форма (фиг. 46). Особено внимание
трябва да се обръща на характеристиките на релетата при усло-
вията на вграждането им в пускатели и комплектни устройства,
където съществува микроклимат с определена температура, често
различна от околната.
6.2.2.4. Влияние на присъединителните проводници
В резултат на различията в топлинното съпротивление на
присъединителните проводници и в зависимост от топлинните съ-
противления в релетата влиянието на присъединителните про-
водници е твърде различно и може да доведе до изменение на
загряването и граничния ток на релето. Резултатите от анали-
тични и експериментални изследвания [11] за влиянието на при-
сь единител ните проводници показват, че прегряването на биме-
1 алния елемент, което определи стойността на граничния ток,
03 а виси от сечението, проводимостта, натоварването и вида на
пр исъединителния проводник. Срещат се изменения на прегрява-
нето при използуване на максимално и минимално допустимте
за дадено реле проводници в границите 10—30%. Това значи,
че ако релето е настроено от производителя при едното сечение,
а се използува от потребителя при другото, може да се появи
разлика в граничния ток от около 10%. Въпросът не бива да
се подминава без внимание от производители, проектанта и мон-
тьори, а също от стандартните изисквания. Необходимо е произ-
водителят да дава информация за сеченията, при конто е осигу-
рена характеристиката на релето, а проектантът и монтьорът
трябва да се сьобразяват с нея.
6.2.2.5. Стабилност на времетоковата характеристика
в експлоатацията
Естествен© е в експлоатацията при продьлжително натовар-
ване, пускови процеси, многократно претоварване и изключване
на релето, детайлите на релето и релето като цяло да се изменят
(на първо място размерите, а също така параметрите и качества-
та на детайлите). Изменения в зависимост от тяхната посока и
големина могат да доведат до нарушаване на нулевия репер при
91
настройката на релето и след известно време характеристиката
му да се отклони от стандартната. За избягване на такива случаи
и осигуряване на стабилна характеристика в експлоатацията стан-
дартите (БДС, ГОСТ, ЧСН, ПН и др.) поставят изискването
да се осигури износоустойчивост на биметалното реле от опреде-
лен брой задействувания с ток на претоварване в граничите
1,5/н-i-6/и. Производителите от своя страна избират качествен!!
материали с постоянни характеристики и провеждат специални
технологични операции, посредством което ссигуряват стабилна
работа на релетата. Нашият стандарт БДС 7375 изисква износо-
устойчивост от 3 хил. к. ц. Произвежданите у нас биметални
релета удовлетворяват това изискване, което е потвърдено при
многократни изпитвания. Целесъобразно е обаче да се проведат
изследвания и поставят изисквания и върху поведението на би-
металните релета при продължителен режим на работа.
6.2.3. Влияние на тока на късо съединение
върху биметалните релета
и термична устойчивост
Съгласно стандартните изисквания биметалните релета трябва
да осигуряват защитата на двигателите от претоварване, да не
изключват при пусковия процес и да не се повреждат при токо-
вете до номиналната комутационна възможност на защитная пре-'
късвач или комплектно комутационно устройство. На практика
това значи, че биметалните релета се оразмеряват да изключват,
без да се повреждат до 10/н и да бъдат устойчиви на токовете
на късо съединение, докато друг апарат, като предпазители или
автоматични прекъсвачи с електромагнитен изключвател, поема
изключването и собствената им защита.
Най-слабо място при токове на късо съединение в релето пред-
ставлява биметалният елемент. Той е изложен на тяхното дей-
ствие напълно и над определена граница на тока търпи повреди,
като моментално изгаря или пък недопустимо измени времетоко-
вата си характеристика. За да се избягнат повредите, биметал-
ният елемент трябва да има достатъчна термична устойчивост.
Оразмеряването му за токовете на късо съединение става, като
се изходи от топло състояние на изключвателя и физичните па-
раметри и размери на биметалната пластина и съпротивителния
материал на нагревателя и като се приема, че топлинният про-
цес е адиабитичен, без охлаждане [18]. Точннте стойкости на
92
термичната устойчивост се установяват във всеки случай екс
периментално.
Данните за термичната сстойчивост на биметалните елементи
се дават от производителите на релетата посредством стойността
Фиг. 47. Типична характеристика иа биметално
реле с индиректно загряване
1— изключвателиа характеристика; 2— характеристи-
ка на разрушаване; 3 — характеристика иа предпази-
теля; ТР — точка на разрушаване
на енергията, която те издържат, и най-често с характеристи
ката на защитная елемент, който трябва да бъде включен във
веригата пред релето. Устойчивостта на релетата с директно и
индиректно загряване е различна. Обикновено може да се приеме,
че директно загряваните релета са термически устойчива на то-
кове (25—30)/н, а индиректно загряваните — до (12—15)/н. Нор-
мално собствената термична устойчивост и на двата типа е не-
93
достатъчна и за да се защитят от повреди и разрушения в слу-
чайте на късо съединение е необходимо да се разтоварват от
друг елемент малко преди точката им на разрушаване ТР (фиг.
47). На фигурата освен времетоксвата характеристика 1 на ре-
лето е представена характеристиката на разрхшаване 2, конто
пресича първата в точката на разрушаването, и една средна вре-
метокова характеристика на предпазителя 3, конто пресича вре-
метоковата характеристика на релето малко пред точката на
разрушаване. Разтоварването на биметалното реле от токовете
на късо съеинение е по-добре и по-и?годно от техническа гледна
точка да става от триполюсни автоматични мощностни прекъсва-
чи с електромагнитен изключвател. Най-важното предимство на
триполюсните прекъсвачи е, че при тях е почти изключена въз-
можността за отпадане на фаза в захранването и оставане иа
двигателя в еднофазен режим на работа.
6.2.4. Технически характеристики на защитни биметални
релета
В производствената програма и рекламните материали на
К .,ЕАЗ“ — Пловдив, е обявено производството на серия топлинни
биметални релета за номинален ток до 160 А с типово означение
РТБ. Серията се състои от 4 типоразмера релета, а именно РТБ
0, РТБ 01, РТБ 11 и РТБС2 (фиг.48 а, б, в, ?). Релетата са пред-
назначена за защита от претоварване на електрически консума-
тори и преди всичко •— на електродвигатели. Релетата отговарят
на БДС 7375—75 и покриват основните изисквания на VDE,
ТГЛ, ЧСН, ПН, ГОСТ и др. За приложение в тропически и мор-
ски условия релетата имат специално изпълнение.
Основните технически данни на релетата са показани в табл. 6.
Времетоковите характеристики на релетата са в съответствие
с изискванията на табл. 1 от БДС 7375—75.
Областите на настройка и предпазители за защита иа релето
от токовете на късо съединение са посочени в табл. 7. Всяко
реле, може да се регулира в експлоатацията на съответната об-
лает на настройка.
Конструкцията на релетата от цялата серия е принцнпно ед-
наква. Всички типове релета притежават компенсационна биме-
тална пластина, но според стандартната класификация са неком-
пенсирани. Изменението на граничния ток от околната темпера-
тура е дадено за всеки тип реле в придружаващата документация...
По желание на клиента релетата от серията могат да бъдат
със самовъзвръщане или без самовъзвръщане. Релетата имат
превключваща контактна система, която дава възможност за сиг-
нализация, съгласно схемата на фиг. 49 /, II. При натискане
Фиг. 48. Топлинни биметални релета серия РТБ: РТБ-0, РТБ-01 РТБ-11,
РТБ-2
95
Таблица 6
Технически Дании на защитните биметални релета серия РТБ
Показатели Мирка РТБ-0 РТБ-01 РТБ-11 РТБ-2
Номинален ток А 16 25 40 80
Номинално напрежение Възможност за щепселен монтаж V— 500 500 500 500
или контактор и Контактна система — да да не не
а) траен ток А 4 4 10 10
б) ток на изключване А 8 8 10 10
s) ток на включване А 8 8 10 10
Степей на инертност — Т2 Т1 Т2 Т1
Време на изключване при 6 /н Наличие на помощна контактна систе- S 5 2 8 2
ма за управление на електромагнит- ния апарат а) при изключване —_ да да да да
б) при включване — не ие да да
Фиг. 49. Електрическа схема на биметалните релета
I — за релета РТБ-0 н РТБ-01; II — за релета РТБ-11 и РТБ-2
с — бутон за деблокиране и изключване; б — бутон за включване
Т аблйца 7
Области на настройки й ПрёДпазитеЛи Иа релетата РТБ
7 Защита на асиннни
97
на деблокнращия бутон на всички релета от серията, командната
верига на контактора се прекъсва, т. е. бутонът може да изпълня-
ва функциите на „стоп“-бутон. Релетата РТБ-11 и РТБ-2 имат
изпълнения с втора контактна система от вида включваща, която
може да изпълнява функциите на команден прекъсвач за включ-
ване.
6.2.4.1. Топлинна защита иа еднофазните двигатели с
топлинни биметални релета
Познатите триполюсни релета не са най-подходящо средство
за защита на еднофазните двигатели: имат големи размери (есте-
ствено и висока себестойност), контактната нм система не е под-
ходяща за малките номинални токове — не е оразмерена за ко-
мутиране токовете на късо съединение на еднофазния двнгател,
не са виброустойчиви, за да могат да се монтират на самата ра-
ботна машина. Най-често за защита на еднофазните двигатели се
използуват специални еднополюсни релета.
Еднополюсните релета се различават от триполюсните по го-
лемина, комутационни възмсжности и времетскова характери-
стика, а помежду си — по конструкция, начин на загряване на
термобиметала и място на монтиране. Начинът на загряване на
термобиметала (от топлината на самия двнгател или от тока му),
както и мястото на монтиране на релето (на самия двигател или
самостоятелно извън него) зависят ст кратнсстта на пусковия
ток. При кратности Л,->3 е дсстатъчно загряването само от тока
и релето може да бъде монтирано извън двигателя, но при крат-
ности Л,<3, за да може релето добре да защитава, действието
му трябва да завися не само от тока на двигателя, но и от темпе-
ратурата му. Това изискване се ссновава на факта, че при крат-
ности на пусковия ток /г(>3 загряването на двигателя се опре-
дели главно от тока, докато при кратности £z<3 рказват зна-
чптелно влияние охлаждането и загубите в желязото от триене-
то, които не зависят от тока. В този случай промяната на тока,
протичащ през биметалния елемент, не отразява правилно изме-
нението на загряването на двигателя и той не може да бъде за-
щитен ефикасно, ако не се вземе предвид и температурата му
или тази на охлаждащия въздух.
При нашите еднофазни двигатели кратността на пусковия ток
е 4 4-6,5 което дава възможност за защитата им да се употреби
самостоятелно, отделно монтирано топлинно реле, включено в об-
щите захранващи проводници. Стандартна предписания и норми
-за времетоковата му характеристика не съществуват. С оглед
98
унификацията е добре тя да бъде съгласувана с изискванията
на БДС 7375—75 за триполюсни топлинни релета. Като се вземе
пред вид обаче, че изискванията към електродвигателите не са
съобразени с горните стандарти и на практика често имат зна-
чнтелни резерви, напасването им за отделяйте случаи е възмож-
но и често пъти много изгодно. При едрзсерийно производство и
масова употреба на едно конкретно електрозадвижване то дава
възможност за най-пълно използуване на двигателя и най-иконо-
мично оразмеряване и производство на защитного реле. Съобра-
зяването на характеристиките, съчетано с икономичнсст на кон-
струкцията, облекчава и настройването на релето — един трудо-
поглъщаем и капризен процес. Това е ссобено важно при едно-
полюсните биметални релета, тъй като повишеннте изисквания
към комутациснните способности и виброустойчивсстта на кон-
тактната система в псвечето случаи водят до затрудняване на
настройката при прсизвсдствсто на релето. Освен това е необхо-
димо да се прсвери дали изискванията, псставени от БДС при
ток 6/н, са дсстатъчни за ссигуряване на пусковата намотка или
пусковия кондензатср.
Усвсеното в нашата страна топлинно реле за защита на едно-
фазни двигатели има типово означение РТП-6 и номинален ток
6А. Действието му се основава на моментного изключване на
тока, което му осигурява високи комутаниснни способности —
над 40А, покриващи цялата гама от еднсфазни двигатели у нас.
Релето 'задействува при температура около 110е С, което осигу-
ряв’а благоприятна съвместна работа с електродвигателя при из-
менение на околната температура. Тазн температура съответству-
ва на токово претоварване 1,4/н за време до 12 min.
' Включването му след изключване става с деблскиращ бутон,,
за да може обслужващият персонал да контролира изключване-
то и неговите причини.
Времетоковата характеристика на релето е резултат на много
топлинни и експлоатационни изпитвания и на подробен анализ,
на условията и режимите на работа на електродвигател и работна
машина.
6.3. ЕЛЕКТРОМАГНИТНИ ПУСКАТЕЛИ
И ПРЕВКЛЮЧВАТЕЛИ
Топлинните биметални релета се вграждат в електромагнит-
ни пускатели, превключватели и комплектни комутанионни уст-
ройства. П)скателите са апарати с диСТанпионно действие, пред-
99
назначени за управление it защита на електродвигатели. Пред-
ставляват комбинация на контактор с топлинно реле. Реверсив-
ните превключватели звезда — триъгьлник са предназначени за
управление и защита при реверсиране и пускане по начина звез-
да — триъгьлник. Магнитният пускател освен топлинна защита
от претоварване осъществява и нулева защита, т. е. изключване
на двигателя в случай на понпжаване на напрежението до опре-
делена стойност. Пускателите и превключвателите не са пред-
назначени за изключване на веригата при къси съединения. За-
това двигателят, а заедно с него и магнитният пускател трябва
да имат защита от късите съединения, конто нак-често се изпъл-
нява с предпазители. Съществуват и пускатели в изпълнение с
предпазители, но тяхната употреба е целесъобразна само при
монтаж в началото на захранващото отклонение на двигателя.
Без да се разглеждат техническите данни на произвежданите
пускатели и превключватели, целесъобразно е да се посочат ни-
кои интересни случаи за избор и свързване на защитното биме-
тално реле в схемата.
6.3.1. Пускател за тежък и свръхтежък
пусков процес
Свръхтежък е пусковият процес на топковн и чукови мелници,
трошачки, вентилатори, центрофуги и др. Големнят начален пус-
ков момент прави неприложимо стъпалното включване (напри-
мер по схемата „звезда — триъгълник“).
Осигуряването на пусковия процес се свежда до избора на
топлинно реле с по-голяма топлинна времеконстанта, съответно
степей на интертност. Не бива обаче да се увеличава токът на
настройка на релето, тъй като това ще влоши защитата при мал-
«ите продължителни претоварвания. Подходящи за такива слу-
чаи са топлинните релета с наситен трансформатор. Тяхното вре-
ме на изключване при кратност kj—б е обикновено над 15s, което
.е достатъчно за осигуряване на пусковия процес при /нр=Лш-
Когато за точното съгласуване няма налично реле с голяма
•инертност, не остава нищо друго освен по време на пусковия
процес релето да се шунтира по схемата на фиг. 50«. Тъй като
двигателят остава незащитен по време на пусковия процес, едно
подобрение на схемата е възмсжно съгласно фиг. 506. Тук в па-
ралелна верига е включено друго топлинно реле, което е настрое-
но за пусковия процес, т. е. /нр2>^нд> а Лф1=Лад-
1.00
Фиг. 50. Защита на електродвигателя при продължителен пусков процес
а — посредством шуптиране с контактор на релето през пусковия процес; б —посред-
ством шунтиране с второ топлинно реле
6.3.2. Превключвател „звезда—триъгьлник"
При превключвателите „звезда — триъгьлник" се среща много
место тежък пусков процес. От една страна, той се причинява
ст електрезадвижването, а от друга страна, се появява от огра-
ниченията за големината на тока в мрежата. Какви са възмож-
ностите за евързване на защитного реле и токовете през него?
На фиг. 51 е посочена схемата на превключвател „звезда — три-
ъгълник" с три положения на защитного реле: А, В и С.
Нормалното гключване на релето във фазния проводник при
положение А ссигхрява по-гсляма инертност, отколкото при ди-
ректно включване. Пхсксвият ток при включване „звезда" е око-
ло 2/Ид, релето е настроено на 0,58 /вд, така че през релето ще
тёче тек оксло (3-^4)/вд.
Ако пусковият процес не се ссигурява в този случай, релето
може да се евърже в положение В. През него в положение „звез-
да" ще тече тек 27вд и времето му на изключване ще нарасне
101
неколкократно. Релето обаче се настройва на линейния ток,
конто е v/3 /НДф, и намотката остава незащитена в положение
„звездаВ * * 11.
Фиг. 51. Свързване на защитного релев схемата на прев-
ключвател „звезда—триъгълник"
В съвсем екстремни случаи, когато не задоволяват времената
на изключване при свързване В, релето може да се включи в по-
ложение С. Включването е отново във фазния проводник, но
при положение „звезда11 през релето не тече никакъв ток и намот-
ката е незащитена. Защитата й би могла да се осигури, ако в
схемата се включи и релето в положение А, но настроено на по-
голям ток.
Свързванията на релетата в положение В и С могат да се
препоръчат само при контролиран пусков процес.
102
«.4. АВТОМАТИЧНИ ВЪЗДУШНИ ПРЕКЪСВАЧИ
6.4.1. Принцип на действие и устройство
Автоматичните въздушни прекъсвачи са задържащи прекьс-
вачи, предназначени за включване и изключване на електрически
вериги и защита от претоварване, къси съединения, понижаване
на напрежението и др. Изключването на веригата, в конто са
включени прекъсвачите, при претоварване, късо съедннение или
понижаване на напрежението става автоматично посредством
вградените в прекъсвача изключватели — топлинен, електромаг-
нитен, минималнонапрежителен. Контактната система на прекъс-
вача се задвижва чрез механичен затвор (още включвателно-из-
ключвателен механнзъм), представляващ механизъм със сво-
бодно изключване. По комутационната си възможност прекъсва-
чите се разделят на прекъсвачи за електродвигатели и мощностни
прекъсвачи. Последните притежават значителна комутационна
възможност и са предназначени главно да защитяват електрически-
те вериги от токовете на късо съедннение. Комутационната въз-
можност на прекъсвачите за двигатели е като тази на контакто-
рите (режим АСЗ по БДС 6012—75, което значи до 10—12/и),
но за сметка на това те притежават много по-голяма износоустой-
чнвост — от 100 до 400 хил. ком. цикли срещу 10 до 30 хил. ком.
цикли при мощностните прекъсвачи. В последно време за по-
малките номинални токове — до около 40А, се използуват мощ-
ностни прекъсвачи на двигатели, конто притежават голяма из-
носоустойчивост и комутационна възможност, наравно с мощ-
ностните прекъсвачи.
Прекъсвачите за електродвигатели могат да се нарекат маг-
нитни пускатели с ръчно задействуване, тъй като предназначе-
нието и функциите им са същите. Тук биметалният изключвател
е вграден в конструкцията на прекъсвача и действието му е ди-
ректно, механично върху изключвателния вал на механичния
затвор.
Мощностните автоматични прекъсвачи са предназначени глав-
но за защита на мрежите от токовете на късо съедннение, но те
също имат всякога топлинен изключвател и широко се използу-
ват за защита на двигатели за ниско напрежение. По същество
те заменят неавтоматичните прекъсвачи и предпазителите. За-
денствуването им освен ръчно става и дистанционно.
Автоматичните прекъсвачи имат механизъм. със свободно из-
ключване, конто изключва главните контакта при задейству-
ване на изключвателя и ги държи в изключено състояние неза-
103
еисимо от положениетс на ръкохватката или бутона за управле-
ние. Изключването на автоматичния прекъсвач може да става!
автоматически или ръчно.
Изключвателите могат да бъдат или биметални, или електро-
магнитни, или и двата едновременно (комбиниран изключвател).
Закъснението при биметалния изключвател е вследствие топлин-
ното действие на тока и в съответетвие със закономерностите и
характеристиките, разгледани за биметалното реле (гл. 6.2).
Електромагнитният изключвател изключва двигателя при къси
съединения, а биметалният — при претоварване. Наред с това
електромагнитният изключвател е необходим за защита на самия.
прекъсвач от токовете на късо съединение. В случай на комбини-
рано загряване на биметалната пластина електромагнитният из-
ключвател с моментно действие предпазва нагревателя от изга-
ряне, а при директно загряване предпазва биметала от недопу-
стими температуря. Познати са автоматични прекъсвачи както с
възможност за регулиране на изключвателите в експлоатацията,
така и без тази възможност. Тенденцията на развитие е да бъдат
регулируеми. Често се използува термокомпенсиращ биметал, но
пълна компенсация практически едва ли има. Времетоковите ха-
рактеристики на биметалния изключвател на автоматичните пре-
късвачи са близки до тези на биметалните релета, но показват
и известии особености. В БДС 6059—75 например се прави раз-
лика в характеристиката на прекъсвача за защита на двигатели
и прекъсвача за защита на мрежи. Граничният ток при защита
на мрежи за ниско напрежение може да достигне до 1,35/н за
токове<63А и до 1,25/н за токове>63А. Токът на задействуване
на електромагнитния изключвател варира в широки граници,
но могат да се различат две осповнн групи: едната — при защита
на електродвигатели, когато стойността е над 8/н и достига до
16/н, и другата при защита на мрежи за н. н., когато тази стой-
ност е около 5/н. Точността на задействуване на електромагнит-
ните изключватели е dtl5-4-20%. Защитната характеристика на
прекъсвачите с комбиниран изключвател се състои от два уча-
стъка (фиг. 52), определени от работата на двата изключвателя.
Криволинейната, зависима от тока част на характеристиката
съответствува на задействуването на топлинния биметален из-
ключвател, а с праволенейната част — отсечка, се определи ра-
ботата на електромагнитния изключвател с моментно действие.
Защитната характеристика показва, че двигателят ще бъде за-
щитен удовлетворително както в областта на малките, така и в
областта на големите претоварвания.
104
Отделни типове прекъсвачи имат също изключватели за мини-
мално напрежение, които задействуват и изключват прекъсвача
при напрежение 354-70% от номиналната стойност.
Принципната схема за елементите на автоматичния прекъс-
вач е показана на фиг. 53, но трябва да се отбележи,. че не всич-
Фиг. 52. Изключвателна характеристи-
ка на прекъсвач тип А2 и комбиниран
изключвател
а — от студено състояние; в — от топло
състояние; с — електромагнвтен нэключва-
тел; d — време на изключване
автоматичните прекъсвачи
тактик системи, независим
кн елементи са монтирани
и се използуват всякога в
експлоатацията.
Във веригите на асинхрон-
ните двигатели се използу-
ват триполюсни прекъсвачи
за променлив ток с напре-
жение до 380V, 500V и 660V
(1000V) и токове до 1000А,
а във веригите за управле-
ние и при еднофазните асин-
хрснни дви1 атели — еднопо-
люсни и двуполюсни пре-
късвачи за променлив ток и
постоянен ток. Автоматични-
тё прекъсвачи могат в зави-
симсст от конструкцията им
да изпълняват едновременно
функциите на няколко апа-
рата едновременно: на пре-
късвач, на пускател, на
предпазител, на максимал-
нотоково реле и др. Из-
ползуването на автоматични
прекъсвачи.ще позволи ряз-
ко да се повиши сигурност-
та на електродвигателите.
Ще отбележим още, че
да имат също: помощни кон-
който се използува за
могат
изключвател,
дистанционно изключване, помощни контактни системи за сиг-
нализация, времезакъснително устройство за селективно степе-
нуване, изключвател за погрешни токове и др. В последно
време се появяват конструкции и тенденции топлинният и елек-
тромагнитният нзключватели да се изработват с електронни
елементи, т. нар. аналогови релета, които имитират експонен-
циалната крива на загряване или осъществяват отсечка при
определена стойност на тока на задействуване.
105
Автоматичните прекъсвачи се характеризират с номинално на-
прежение, номинален ток, комутационна възможност, номинален
ток на изключвателите, стойности или облает на настройка на
изключвател ите.
Фиг. 53. Принципна схема га аьюматнч
ния прекъевач
/— нагревател на биметалння елемент; 2 —
бнметална пластина; 3—ядро иа електромаг-
нитння изключвател; 4— бобина на изключ-
вателя; 5 — магнитна система на МНИ; 6 —
бобина на МНИ
«Фиг. 54. Автоматичен еднополюсен прекъевач тип АЕ 1000
i— основа; 2— включвателно-изключвателеи механизъм; <?— капак; 4— топлинен из-
жлючвател; 5— електромагнитен изключвател; 6—контактна система; 7— дъгогаентелно
устройство
J06
6.4.2. Конструкция и технически
характеристики
В страната ни се използуват главно автоматични прекъсвачи
българско производство: еднополюсният прекъевач тип АЕ 1000
(фиг. 54), мощностният прекъевач за двигатели тип AT00 (фиг.
55), мощностните прекъсвачи серия А (фиг. 56) и др.
6.4.2.1. Автоматичен въздушен еднополюсен прекъевач
тип АЕ 1000
Предназначен е за монтаж в еднофазни електрнчески вериги
с номинално напрежение до 240V, конто защитява от претоварва-
не и къси съединения. Може да се използува и за нечести опера-
12 ।
20 IS 18 17 16
•Фиг. 55. Автоматичен мощностей токоограничаващ прекъевач тип AT00
/— входяща клема; 2— горен неподвижен контакт; 3—капак за дъгогасителиа камера;
4— дъгогасителиа камера; 5— подвижен контактен мост; 5— контактоносач; 7— долей
неподвижен контакт; 8— включвателен лост; 9— фиксатор; 10— бутон за включване;
1.1- бутон за изключване; 12 — основа; 13 — шарнир; 14 — ключалка; 15— ключалкова
полуос; 15— компенсацнонеи бнметал; 17— бобина за електромагнитния (бързодейству-
ващ) изключвател; 18— изключвателен лост; 19 — топлинен изключвател; 20— котва иа
Сързодействуващ изключвател
107
тивни включвания и изключвания. Подходящ е за защита на
еднофазни двигатели и командни вериги. Използуването му вмес-
то предпазител в силовите вериги на трифазните двигатели не-
се препоръчва поради опасността от изпадане в режим на едпо-
фазна работа (непьлнофазно изключване).
Фиг. 56. Автоматични мощиостни прекъсвачи серия А; А1;
А2; АЗ; А4
Основни технически данни: номинален ток—25А; ток на
настройка на изключвателите — 6, 10, 16 и 25А; комутационна
възможност—1,21<А; механична износоустойчивост— 50 хил.
ком. ц.; електрическа износоустойчивост — 25 хил. к. ц.; вре-
метокова характеристика — съгласно фиг. 57; околна темпера-
тура— от 5 до 40° С.
Конструкнията е показана на фиг. 54.
6.4.2.2. Автоматичен еднополюсен прекъсвач тип ВА 11-27
Предназначен е за защита от претоварване и къси съединения
в еднофазни електрически вериги и за нечести оперативки включ-
вания и изключвания на еднофазни консуматори, например елек-
тродвигатели, осветителни тела и др. Не се препоръчва нзпол-
зуването му вместо предпазител в силовите вериги на трифазните
двигатели.
108
«Фиг. 57. Изклточвателиа характеристика иа АЕ 1000
номинално напрежение —
Основни технически данни: ____________
220/380V; честота 50Hz и 60Hz; номинален ток — 40А: комута-
щионна възможност — съответно 2,5/1,5 кА; механична износо-
устойчивост — 20 хил. к. ц.; електрическа износоустойчивост —
4 хил. к. ц.; времетокова характеристика на изключвателите —
тип ,,L“ съгласно ОН 0475367—83; номинален ток на изключва-
телите — 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40 А; степей на защита — IP 20,
109
с открити клеми IP 00; околна температура — от минус 10° С
до 40° С; габаритам размери 17,5 x 83 x 84,5 mm; възможност за
бърз шинен монтаж.
6.4.2.3. Автоматичен мощностей токоограничаващ прекъсвач
тип АТОО
Предназначен е предимно за управление и защита на трифазни
двигатели, но е подходящ за използуване и като главен защитен
прекъсвач в електрическите разпределителни уредби. По комута-
пионни възможности е в групата на мощностните прекъсвачи, а
1— ограничен ток на късо съединение;
2— неограничен ток на късо съединение;
/?— ефективен ток на късо съеднненне;
к
IIs — амплитуден н ударен ток на късо
съединение
по
времето му за изключване не превишава 10 ms. Отговаря на
изискванията на БДС 6059—75, VDE 0660, МЕК 157—L
Основните възли, от които е съставен прекъсвачът, са пока-
зани на фиг. 55.
Ссновни технически данни: номинален ток — 32 А, номинално
напрежение — 500V~; комутационна възможност при 380V—
5кА, при 500V—2,5кА; механична и електрическа износоустой-
чивост при номинален ток — 250 хил. ком. никли; токът на на-
стройка покрива областта — от ОДА до 32А; температурата на
околната среда — от — 20° С до -|-55о С.
Прекъсвачът е снабден с регулируем топлинен и нерегули-
руем електромагнитен изключвател. Електромагнитният е с мо-
мента > действие и посредством ударната си котва осъществява
ограничаване на тока на късо съединение съгласно фиг. 58. То-
кът на задействуване на електромагнитния изключвател е 8—14
пъти по-голям от максималния тек на настройка на топлинния
изключвател за дадената облает на настройка. Времетоковата
характеристика на прекъсвача е показана на фиг. 59 и удовле-
творява изискванията за ксмпенсиран прекъсвач.
6.4.2.4. Автоматичен мощностей триполксеи прекъсвач за 100 А тип
ВА 11-51
Предназначен е за защита и управление на електродвигатели
електрически инсталании и други консуматорн; осъществява за-
щита от претоварване, къси съединения и понижаване на на-
прежението (минимално напрежителна). Прекъсвачът отговаря на
БДС 6059 -75.
Основни технически данни: номинален ток — 100А; номинал-
но напрежение — 590V, 50Hz, 60Hz, 220V —; к,омутап.иояна вьз-
мсжност — 5кА при 500V и ЮкА при 380V; режим на работа —
продължителен; мехакичла износоустойчивое!—30 хил. к. ц.; елек-
трическа износоустойчивост — 6 хил. к. щ; степей на защита —
IP 20 (за клемите IPOO) изключватели — комбиниран (терми-
чен и електромеханичен), минимално напрежителен (МНИ) и
независим (НИ); помещна контактна система — един превключ-
ващ контакт с моментно действие за 4А при 380V; начини на
свързване на проводниците към прекъсвача — предно (с кабелни
накрайници), предно кабелно, задно (с кабелни накрайнипи и
шини), щепселно; габаритни размери — 75x120x82 mm.
Ill
6.4.2.3. Автоматични мощностям прекъсвачи серия А
Подходящи са за защита на електродвигатели, електрически
шнсталации и други консуматори срещу претоварване и къси
съединения, .г също и за нечести включвания и изключвания.
Ютговарят на изискваыията на БДС 6059—75, МЕК 157- 1 и
•Фиг. '60. Конструкция иа автоматичния мощностей прекъсвач тип А2
1— трепилнруем тгоплинен -ив ключ вате л; 2— изключвателеи вал; 3— ръкохватка; 4—
гвключвателно-ивключвателен механизъм с моментно действие; 5— подвижна» контакти;
t6—дапогасителка камера^ 7— неподвижни контакти; 8— нзолационен корпус; 9 — спо-
•ыаттелна .контактна.-система; 10 — мииималноиапрежителен нзключвател
^удовлетворяват основните изисквания на много чуждестранни
лорми—ГОСТ, VDE, ЧСН, ПН и др., като покриват околна
-температура от —40° С до +60° С.
«Констр укцията е от типа „компакт". Подробно устройство на
•един прекъсвач от серията може да се види на фиг. 60.
«Основните технически данни на серията прекъсвачи, която
«се състои от 4 конструктивни типоразмера, са показана в табл. 8.
Токът на задействуване на електромагнитния изключвател е
различен за отделяйте типоразмери, но е съобразен с изискванията
за осигуряване на пусковия процес. Данни за влиянието на
околната температура върху тока на настройка на топлинния
изключвател са дадени в информационните материали на завода-
'производител, а времетокова характеристика на един от прекъс-
вачите може да се вади на фиг.. 59-
112
6.5. ЗАЩИТА НА ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИТЕ
С ПРЕДПАЗИТЕЛИ СЪС СТОПЯЕМИ ВЛОЖКИ
Предпазителят е едно от най-старите защитни устройства и
е предназначен главно за защита на инсталациите при къси съ-
единения. Защитата при къси съединения на двигателите и ин-
сталациите към тях е обект на отделно разглеждане, затова тук
Този въпрос няма да се третира подробно.
Таблица 8
Основни технически .данни на прекъсвачите серия А
Параметри Мярка Типоразмери
Al | A2 A3 A4
Номинален ток А 100 250 500 803
Номинално напрежение v~ 500 500 500 500
V= 220 220 220 220
Време на изключване ms 10 104-15 104-15 104-25
Симетричен ток на
изключване kA
— при 500 V — 8 12 25 25
— при 380 V — 9 12 —. 25
— при 220 V ~ 10 15 — 25
Облает на настройка при
ок. температура 40° С A 2,14-103 344-260 654-520 165-T-845
Предпазителят се състои от стопяем елемент, конто се включва
последователно в защитяваната верига, и патрон, в конто се
закрепва елементът. Основната част на предпазители е стопяе-
мият елемент. Той е и термоактивната част, която имитира топ-
линния процес на защитявания консуматор. Действието на пред-
пазителя е основано също на топлинното действие на електричес-
кия ток през него. Поради това времетоковата му характеристика
е също с обратна зависимост и има вид, подобен на разгледаните
вече по-напред. Работата на предпазители сбаче се различава от
тази на разгледаните вече защитни топлинни устройства по две
основни неща: 1. Задействуването на стопяемия елемент става
чрез неговото разтапяне, след като загряването при номиналния
ток не трябва да надвишава общоприетите граници, и 2. Време-
токовата характеристика на произвежданите предпазители не мо-
же да се регулира и контролира за всяка отделна бройка. Друго
.различие при предпазителите е, че самият стопяем елемент е и
8 Защита на асннхроннн . . ,
113
елементът, който прекъсва електрическата верига. Особеностите
определят изискването, че стопяемият елемент трябва да има
ниска температура на топене и с малки разсейвания на стойност-
та й. Практическите резултати по реализирането на това изиск-
ване досега не са оптималните, затова граничният ток на пред-
пазителите е над 1,3/Ном> като достига до 2,1/в. От друга страна,,
материалите и технологията, с конто се произвеждат днес пред-
пазителите, не могат да осигурят малко разсейване във времето-
ковите характеристики. Стандартите за предпазители (VDE 0635,
СЕЕ 16, БДС и др.) дават характеристиките твърде общо и не-
посочват нищо за допустимите допуски на разсейване. От макси-
малните и минималните граници за времето на изключване при
5/н и 7/н може да се пресметне, че при време на изключване 1s
допустимото токово разсейване е около ±50%. Освен горното,
като изключим някои специални типове предпазители, времето
на изключване при 6/н (в областта на пусковите токове на дви-
гателите с накъсо съединенен ротор) е много малко.Поради го-
лямото разсейване и малката инертност при големите претоварва-
ния не са редки случайте, когато предпазителите прекъсват в
отделни фази електрическата верига при номинален ток, по време
на пусковия процес или след като той нормално е завършил.
Това е вредно поради изпадането на двигателя в еднофазен режим.
Предпазителите не могат да поемат топлинната защита на
двигателите, тъй като не са в състояние да ги защитят в областта
на малките, но най-чести и продължителни претоварвания — в
областта на токове на претоварването 1,3/нд. Ефективната защита
на двигателите трябва да се напасва така добре към защитява-
ния двигател, че при възможно пълното му използуване да не
могат да се появят големи опасности от повреди или забележимо
влияние върху трайността. Това не е възможно да се изпълИи
от предпазителите дори и в случай че номиналният им ток е ра»
вен на номиналния ток на двигателя. Нормално номиналният
ток на предпазители е по-голям от номиналния ток на двигателя,
тъй като това е необходимо за осъществяване на пусковия процес.
Както вече бе казано, предпазителите се използуват главно
за защита в областта на токовете на късо съедннение. В това
отношение те имат някои предимства и в момента са най-простите
и евтини апарати за защита от къси съединения във веригите иа
асинхронните двигатели с накъсо съединен ротор и мощност до
100 kW.
Предпазителите със стопяеми елементи се характеризират със
следните най-важни номинални величини: номинално напреже-
ние и номинален ток на патрона и основата, изключвателна въз-
114
можност, максимален нестопяващ и минимален стопяващ ток,
времетокова и защитна характеристики и др.
Подробностите, свързани с предпазителите, са обект на други
издания [1] и тук няма да бъдат сбсъждани. Важно е да се знае
обаче, че вследствие токоограничаващия ефект при изключване
на тока на късо съединение предпазителите притежават бързо
действие и изключвателна възможност, конто превъзхождат авто-
матичните прекъсвачи.
Времетоковите характеристики на предпазителите предвид
на голямото разсейване и неповторяемост в производството се
представят от времетокови зони. Ако времетоковата характери-
стика е показана само с една крива, то тя е получена като средна
статистическа стойност от няколко измервания.
Във връзка с разглеждания проблем за защитата на двигате-
лите, биметалните релета и изключвателите при къси съединения
представляват интерес номенклатурата и характеристиките на
произвежданите у нас предпазители, конто могат да се използу-
ват за тази цел.
В завод „Магнит11 — Годеч, се произвеждат предпазители с
висока изключвателна възможност тип ОВП. Номиналните то-
кове на основата са 100, 250, 400, 630 и 1000А, а на патрона са 32,
40, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000А.
Максималният ток, номиналното напрежение и изключвателната
възможност на типоразмерите са дадени в табл. 9. Времетоковата
характеристика е бавнодействуваща — „за обща употреба11 (фиг.
61). Максималният нестопяващ ток на тези предпазители е 1,3/н>
а минималният стопяващ е 1,6/м (БДС 5209—44).
Таблица 9
Технически данни ва внсокомощни предпазители
Типоразмер Максимален номинален ток, А Номинално напрежение, V Изключвателна възможност, кА
00 100 500 100
0 100 500 100
1 250 500 80
2 400 380 80
3 630 380 60
4 1000 380 35
В завод „Елпром11 — гр. Кубрат, се произвеждат винтови пред-
пазители. Те са най-разпространените предпазители и се наричат
още витлови, инсталационни и др. Предвидени са за обща упо-
115
Фиг. 61. Времетокови характеристики на патрони клас gT (бавноденствуващи)
за номинален ток 6А
116
треба в битовите и промишлените електрически инсталации за
променлив ток с номинално напрежение до 750V.
Основните им технически данни са номинално напрежение
750 V, номинален ток на основите 25, 63, 100 и 200 А, номинален
ток на патроните 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50, 63, 80, 100, 125,
160, 200 А.
Времетоковите характеристики са стандартизирани (БДС
4632—73) за три вида патрони: бавноденствуващи, бързодейст-
вуващи и комбинирани. Понастоящем у нас се произвеждат само
бързодействуващи, наричани още и нормални патрони, и то само
до 63 А и много рядко за 100 А.
Времетоковата характеристика на бързодействуващи (нор-
мални) патрони е съгласно табл. 10.
Таблица 10
Времетокова характеристика на бързодействуващи патрони
Номинален ток на патрона, А Време за стопояване, s
220, 380, 500 и 660 V 750 V
1.75/н 5'н "н "и
1, 2, 4 6, 10 16, 20 25, 35, 40, 50 63, 80, 100 125, 160, 200 10 0,05 0,10 0,15 , 0,20 0,35 0,50 0,20 0,25 0,35 0,45 0,60
Изключвателната възможност на винтовите предпазители съг-
ласно БДС 4632—73 е посочена в табл. 11.
Таблица 11
Изключвателна възможност на винтови предпазители
Номинално напрежение, V Номинален ток на патрона, А Изключвателня възможност, кА
променлив ток, cos <р=0,2—"0,3 постоянен ток прн Tt ms
220 до 25 4 1,6 3,5—8,5
380 от 32 до 63 8 4 7 —12
500 от 80 до 200 16 8 15—20
660 от 2 до 200 10 —
750 от 2 до 200 10, 10—15
117
6.6. ИЗБОР И НАСТРОЙКА НА ТОПЛИННИТЕ
ЗАЩИТНИ УСТРОЙСТВА
Топлинното биметално реле (съответно биметалният изключ-
вател) е най-евтиното реле, с което може да се създаде удоволет-
ворителна защита на двигателите от претоварване, затова то се
използува най-много за тази цел.
Стандартните изисквания към времетоковите характеристики,
конструктивните параметри и данните за топлинната времекон-
станта са определени условия, по конто почти няма място за из-
бор; те са определени дадености, от конто трябва да се изходи
и да се определят останалите параметри. Към дадените параметри
се отнася също влиянието на околната температура.
При продължителен режим на работа и редки включвания
изборът и настрой ката на релето се свеждат до следното:
а. Определяне на тип реле по степей на инертност, което е
в състояние да осигури пусковия процес без изключване на дви-
гателя по време на процеса. Сьгласуването обикновено се прави
в точката 6/н, като се съпоставят данните за продължителността
на развъртане с времетоковата характеристика на релето.
б. Определяне на тока на настройка на релето, конто трябва
да бъде /Нр>/нд1 за /нд може да се вземе стойността от табел ка-
та или да се измери (в условията на най-голямото нормално нато-
варване) действително консумираният ток на двигателя. Послед-
него въпреки допълнителните затруднения по измерването носи
известии предпметва, тъй като осигурява по-чувствителна защита
в режима отпадане на фаза.
в. Коригиране на тока на настройка в зависимост от темпера-
турата около релето съгласно зависимостта I нр Ъ=р1 нрен и дан-
ните на производителя на корекционния коефициент р. Във все-
ки случай трябва да има стремеж двигателят и релето да работят
при еднаква околна температура и да се съобразява фактът, че
при температура на околната среда над 40° С допустимого на-
товарване на двигателя се намалява под номиналното и обратно,
при температура под 40° С.
При по-тежки пускови режими е допустимо токът на на-
стройка на релето да бъде по-голям от номиналния на двигателя
до 20%, т. е. /нр=(1,05—1.2)/„я, но при това електродвигате-
лят през основного време трябва да работи при ток /</нд.
При използуване на автоматични превключватели „звезда —
триъгълник" токът на настройка на релето се избира в зависимост
от мястото на свързване на релето. Най-често то е евързано във
веригата на намотката и токът на настройка трябва да бъде
118
При кратковременен и повторно-кратковременен режим на
работа изборът и настройката се ръководят от следните основни
положения.
При кратковременен режим на работа обикновено се смята,
че двигателят има мощност, малко по-голяма от необходимата —
до 20%. Токът на настройката се приема за /Нр=/нд, където
/,,д е токът при продължителен режим на по-мощния двигател.
При повтор но-кратковременен режим на работа получаването
на съвпадане или благоприятно положение на характеристиките
на загряване на релето спрямо тези на двигателя е хипотетично
и съвсем малко вероятно. Както се видя, парамерите и пронесите
се различават значително, за да може да се очаква сигурна за-
щита на двигателя. При работа на двигателя с често пускане
или с рязко изменящо се натоварване използуването на топлинни
биметални релета е несигурно и в някои случаи нецелесъобразно.
При по-малки честоти на включване, леки пускови процеси и
голяма времеконстанта на релето защитяването на двигателя мо-
же да се реализира и с топлинно реле. Необходимо е да се спазва
следното.
Токът на настройка /нр на релето (изключватели) трябва да
бъде равен на трайния ток на двигателя при ПВ=100% и се
определи по формулата
J вр —/трд= \^дПВ.
Релето се избира и настройва като за тежък пусков процес.
Проверката и настройката се прави за 6/„ и за продължителността
на развъртането.
Отделно се проверява възможността на релето да понесе пре-
товарване за определено време и кратност, определени от тех-
нологичния режим на работната машина.
Окончателно токът на настройка на релето при ПВ режим на
работа се определи по най-високата стойност, намерена от про-
верката. Ако тя е много различна от /трд, препоръчва се упо-
требата на по-.голям двигател, за конто токът на настройката на
релето да бъде приблизително равен на трайния ток на двигателя.
За ПВ режим е лелесъобразно по принцип употребата на
топлинно устройство с голяма топлинна времеконстанта, тъй ка-
то то се съгласува по-лесно с ПВ режима на двигателя. Такива
устройства не ,са особено чувствителни към кратковременните
119
безопасни за двигателя претоварвания, не са капризни при ра-
бота.
Изборът на предпазители, електромагнитни изключватели гг
автоматични прекъсвачи се разглежда в раздела за защита при
токовете на късо съединение.
6.7. НЕДОСТАТЪЦИ НА ТОПЛИННАТА ЗАЩИТА
Основният недостатък на топлинната защита е, че времето-
ковата характеристика на топлинното защитно устройство не съв-
пада с характеристиката на претоварване на двигателя вслед-
ствие на различили характер на развитие на топлинните пронеси
в двигателя и биметалната пластина. Биметалната пластина се
нагрява от тока, като установената температура е пропорционал-
на на квадрата на тока. При двигателя загряването от тока на
статорната намотка е само част от общото загряване, тъй като
има и друга част, независеща от тока. В тази връзка и топлинните
времеконстанти са твърде различии.
Охлаждането на двигателя при въртене протпча значително
по-интензивно, отколкото при спиране на въртенето. За релето,
обратно, токът на празен ход на въртящия се двигател загрява
релето, а при спирането токът на релето става нула и то бързо
се охлажда до околната температура. Това значи, че релето не
може да имитира загряването при ПВ режим, а оттам и не може
да осигури защитата в този режим.
Обикновено релето и двигателят се намират при различии
околни температури, а работата на топлинното реле зависи от
измененпята на околната температура.
Топлинното- реле е свързано с двигателя посредством тока на
статора. Показано беше, че загряването на двигателя освен от
тока на статора зависи още от тока на ротора, напрежението,
честотата, асиметрията, механичните загуби и др. Това значи,
че топлинната защита не реагира при нарушаване на вентила-
цията, при прегряване на ротора, при механични загуби и др..
Топлинното защитно устройство не решава задачата за за-
щитата на двигателя от претоварване напълно, но в настоящий:
момент то е най-разпространеното и в много случаи единственото
решение. Това се дължи на неговата проста конструкция и ниска
цена.
120
7. ТОКОВИ ЗАЩИТНИ УСТРОЙСТВА
7.1. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ
Под токови защитни устройства се разбират устройствата,.
конто реагират на тока на двигателя. Както беше показано, то-
кът на двигателя нараства над номиналната си стойност при
пускане, ударно натоварване и аварийните режими: претоварване,
отклонение и асиметрия на напрежението, междунавивкови, меж-
дуфазни пли корпусни къси съединения и др.
Токовата защита се осъществява обикновено с помощта на
токови релета, действието на конто е основано на електромагни-
тен или индукционен принцип. Най-новите решения в тази облает
се основават на използуване на аналогови релета, изпълнени с
^С-група, имитираща топлинните процеси в намотката на дви-
гателя.
По същество и топлинните защитни устройства са токова за-
щита. Различието се състои в начина за получаване на време-
закъснение и съответствието на защптната характеристика с ха-
рактеристиката на претоварване на двигателя.
Токовите релейни защитни устройства са по-сложни и по-
скъпи, а освен това защптната им характеристика се отличава
значително от характеристиката на претоварване.
Независимо от горното токовата защита е намерила известно
приложение, а при защитата на асинхронните двигатели за в. н.
е единствената защита. Използува се при мощните асинхронни
двигатели с голяма мощност, за конто е невъзможно да се доста-
вят стандартни топлинни защитни устройства.
Релейните схеми за защита на асинхронните двигатели от
претоварване включват и защитата от къси съединения. Защитата
от многофазни къси съединения се осъществява също с токови
защитни устройства в зависимост от мощността и отговорността
на двигателя.
Токовите защитни устройства са най-често вторични релета,
конто се включват в схемата чрез токови трансформатори. Токо-
вите трансформатори позволяват да се намали токът и се изоли-,
рат веригите на релето от високото напрежение. Токовите транс-
форматори могат да бъдат евързани помежду си по схемите звез-
да, непълна звезда и отворен триъгьлник.
При някои токови защитни устройства важен функционален
елемент е токовият филтър. Филтърът е устройство, което позво-
лява да се отдели никоя от симетричните системи от токове: по-
121
последователност
Фиг. 62. Схема за
електрически ана-
лог на топлинните
процеси
ма отпадане на
..ложителна, отрицателна или нулева. При симетрично напреже-
ние в асинхронния двнгател, при нормална работа, а също така
при трифазни къси съединения има само токове с положителна
. Токове с отрицателна последователност се поя-
вяват при прекъсване на фаза и при"несиме-
трични къси съединения. Приложение на-
мират комбинираните и с отрицателна по-
следователност филтри, с помощта на които
в релето може да се получи ток само с
отрицателна последователност или пък съ-
стоящ се и от трите съставки. Те могат да
бъдат с еднакви или различии коефициенти
на пропорционалност и това определи чув-
ствителността на релето към една или дру-
га съставка на тока. Такъв филтър позво-
лява да се създаде реле за защита на асин-
хронния двнгател от претоварване, от режи-
фаза и къси съединения.
При най-новите решения на токови защитни устройства, из-
пълнени като електронни (статични) релета, основен елемент е
аналогът на загряване на намотката. За такъв се приема по прин-
цип една /?С-група. Топлинните процеси загряване и охлаждане
с различна интензивност се имитират чрез един интегратор, кой-
то се зарежда пропорционално на квадрата на тока. Топлоотда-
ването на намотката през изолацията в статорния пакет се ими-
тира посредством постоянно изпразване на кондензаторната ба-
терия в едно съпротивление, включено паралелно към конден-
затора на интегратора. Действието и съответствието на аналога
се изясняват от следните прости зависимости. Загряването на ед-
но тяло при топлоотдаване в околната среда се изразява с експо-
ненциалното уравн. (32). При нулеви начални условия напреже-
нието на кондензатора от фиг. 62 се определи също по експонен-
циална зависимост
t/c= Z/?(l-e"*c), (51)
където I е токът на зареждане на /?С-групата.
Между параметрите на загряване и електрическите параметри
на /?С-групата съществува следната аналогия: прегряване — на-
прежение, топлинни загуби — заряден ток, топлоотдаване — раз-
реждане в съпротивлението /?, топлинна времеконстанта — вре-
меконстанта на групата, равна на RC.
122
7.2. ТОКОВИ ЗАЩИТНИ УСТРОЙСТВА
ОТ ПРЕТОВАРВАНЕ
, Токови защитни устройства от претоварване се използуват
главно при двигатели с голяма мощност и за високо напрежение.
По установени традиции топлинна защита при двигателите за ви-
соко напрежение не се използува, а в никои случаи, например
при двигателите за собствени нужди на електростанциите, не се
и препоръчва.
От токовите защитни устройства за претоварване най-голям
интерес представляват: индукционните релета, филтровите за-
щитив устройства с комбинирани филтри и електронните анало-
гови (статически) релета. Електромагнитните релета с допълни-
телно времереле се използуват рядко.
7.2.1. Индукционни токови релета
Притежават ограничена времезависима характеристика и мо-
гат да се използуват за защита от претоварване и късо съедине-
ние.
Индукционного реле има магнитопровод 1, във въздушната
междина на който се намира алуминиев диск 2 (фиг. 63 а). Вър-
тящият момент на индукционного реле възниква в резултат на
Фиг. 63. Индукционно реле
а — прннципна скема; б — времетокова характеристика
взаимодейсгвието на магнитните потоки с индуктираните от тях
токове в диска, за което е необходимо наличието на два променли-
ви потока, изместени по фаза и в пространството. За получаване-
то на тези два потока се използува накъсо съединената навивка 3_
123
Скоростта на въртене на диска е пропорционална на квадрата на
тока.
В индукционното реле освен гореописания механизъм има и
електромагнитен механизъм, който задействува моментно (с от-
сечка). Индукционният механизъм задействува до някаква крат-
ност на тока с времезакъснение, обратно пропорпионално на квад-
рата на тока (фиг. 63 б). При големите токове настъпва насищане
на магнитопровода и характеристиката изгубва своя времезави-
сим характер.
Защитата от претоварване се осъществява от индукционная
елемент, а от къси съединения — от електромагнитния механи-
зъм с моментно действие. В практиката са познати съветските ин-
дукционни релета ИТ-82 и ИТ-84. Изходящият от тях сигнал за
изключване се подава на командната верига на апарата за управ-
ление на силовата верига, който изключва двигателя при прето-
варване или късо съедннение.
7.2.2. Филтрова защита
Позната е филтровата защита, разработена от ВУИ — СССР
[26]. В нея се използува комбиниран съпротивително-капацити-
вен филтър — суматор на тока. Този филтър осигурява задей-
ствуване на защитата при претоварване и при отпадане на фаза..
Рамената на филтъра са избрани така, че чувствителността към.
токовете с отрпцателна последователност е по-голяма. Благода-
рение на това при отпадане на фаза през релето ще протече зна-
чително по-голям ток, отколкото при симетричен режим на работа
на двигателя при същите токове през неговите фази. Токът от
филтъра се нзправя и подава на двете намотки на поляризова-
но реле — работна и задържаща. Захранването на задържащата
намотка става при кондензатор, който осъществява и времезакъс-
нениёто при претоварване. Схема и подробности са дадени в [26].
Филтровата защита осигурява защита на двигателя и от къси съ-
единення.
7.2.3. Електронно защитно реле
Разглежда се електронното защитно реле тип ITX на фирмата
„Браун — Бовери" — ФРГ [38]. Може да се използува за защита
от фазни къси съединения, претоварвания в цялата облает, кор-
124
пусни къси съединения, асиметрпя в захранването, включнтелно
при отпадане на фаза.
Релето е вторично, регулируемо в
степени по 0,17н- Фазните токове се
Фиг. 64. Електрическа схема на електронно
токово реле за защита на двигатели тип
ITX163
областта от 0,3 до 1,2/и в
подават на измерителните
блокове посредством
междинни, вградени в
релето трансформатори.
Изходящият сигнал за
изключване се подава
от логически елемент
,.ИЛИ“.
За обхващане на всич-
ки защитни функции в
релето съществуват от-
деляй блокове (фиг. 64):
за защита от претовар-
ване Th, за защита от
токовете на късо съеди-
нение /тах, за защита при
асиметрпя в захранване-
то linv и за защита от
корпусни къси съедине-
ния 70.
Защитата от прето-
варване в релето се осъ-
ществява с аналогов
блок от /?С-група, кой-
то имитира топлинния
процес в двигателя вслед-
загубите в намотката. Аналогът отчита
ствие на загряването от
най-важните особености
в загряването на двигателя, като намалено топлоотдаване през
пусковия процес и след изключване, непрекъснато топлоотдаване
по време на работа и др. Защитата от претоварване задействува
на две степени. Едната степей—при малките претоварвания, кон-
то все още могат да се приемат, подава само предупредителии сиг-
нали, а втората — при големнте’ претоварвания, подава сигнал за
изключване. Стойностите на задействуване на двете степени са
регулируеми. Времеконстантата на загряване на двигателя може
да се имитира в областта от 10 до 60 min, а времеконстантата
на охлаждане — до 5 пъти времеконстантата на загряване.
Защитата при асиметрпя се осъществява при използуване на
125
токовете с отрицателна поеледователноет и може да служи също
за защита от токовете на късо съединение.
Защитните характеристики на релето представляват семей-
ство от времетокови характеристики при различии времеконстан- |
ти и прегрявания на двигателя. Съгласуването на характерис-
тиката на изключване на релето с характеристиката на претовар-
ване на двигателя може да стане конкретно за всеки двигател и.
режим на работа.
7.2.4. Недостатъци на токовата защита
от претоварване
Предпмство на токовата защита от претоварване е, че защи
тата е комбинирана и има одновременно няколко защитни функ
Ции, в това число и от къси съединения. Това е много важно, тъй:
като топлинната и температурната защита не могат да защитават
двигателите от къси съединения. Токовата защита като вторична
защита може да бъде използувана за всякаква мощност на двига-
теля.
Повечето от защитните устройства не позволяват пълното из-
ползуване на възможностите за претоварване на двигателя при
малки претоварвания. Токрвите защитни устройства работят не-
удовлетворително при повторно-кратковременен режим на работа.
Добри защитни характеристики притежава токовото електрон-
но защитно устройство, но за сметка на това неговото устройство е
извънредно комплицирано, а цената му в момента е неконкурен-
тоспособна.
По принцип токовата защита колкото и близко да имитира
топлинните процеси в двигателя, не може да ги покрие напълно».
тъй като загряването на намотката не е резултат само на загуби-
те, обусловени от тока в статора. Токовата защита не реагира при
увеличаване на загубите в ротора, в желязото на статора, при
нарушаване на вентилацията, при повишаване на околната тем-
пература.
Обслужването на токовите защитни устройства изисква висо-
ка квалификация на обслужващия персонал.
126
8. ТЕМПЕРАТУРИЛ ЗАЩИТА
8.1. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ
Основен фактор, определят, трайността на изолацията на дви
гателя, е температурата, затова контролирането на претоварва-
нето и неговата продължителност е най-добре да се извършва ди-
ректно по нея. Видя се, че топлинната и токовата защита контро-
лират загряването на двигателя индиректно посредством голе-
мината на тока на статорната намотка. При това остават без или
с недостатъчен контрол някои случаи, в конто температурата на
двигателя достига опасни стойности. От друга страна, голямото
разнообразие в изпълнението и натоварването на електродвига-
телите и условията на серийно производство на защитните ус-
тройства определят стандартни времетокови характеристики на
последните. Такива характеристики не позволяват пълно съгла-
суване на защитата с всеки конкретен двигател и работен режим
в експлоатапията, вследствие на което двигателят или не се из-
ползува напълно, или в някои случаи не е защитен.
По принцип температурната защита, наричана още директна
защита, която реагира непосредствено на температурата на намот-
ката на двигателя, има безспорни предимства. Конкретного тех-
ническо изпълнение до този момент обаче не е решило всички въ-
прсси по функционалните характеристики, вграждането в двига-
телите и цената, поради което температур ните защитни устрой-
ства все още имат ограничено приложение.
Температурната защита се осъществява с помощта на темпера-
тур но реле или датчик, вградени вътре в двигателя. При достига-
не на определена температура релето задействува и изключва ко-
мандната верига на двигателя. При еднофазните двигатели реле-
то изключва непосредствено силовата верига.
С монтирането на релето в самия двигател става възможно да
се осъществи защитата за тези случаи на претоварване, при кон-
то токът в намотката не се увеличава, като нарушение на венти-
лацията, повишение на загубите в стоманата вследствие на уве-
личаване на напрежението или честотата и др. Ще престане да
играе роля и влиянието на различните околни температури на
двигателя и релето. Обикновено релето се разполага в челните
части на намотката или върху стоманата на ротора; някои дат-
чики могат да бъдат поставени непосредствено в канала на дви-
гателя.
Крнструкциите на температурите защитни устройства са мно-
127
то разнообразии, като никои са твърде прости, а други достатъч-
но сложни. Псзнати са няколко основни типа температурки ус-
тройства: биметална капсула, реле със съпротпвителен термо-
метър, реле с дилатационен датчик, реле с датчики от терморе-
гулатори с положителен или отрцателен температурен коефипи-
ент, реле с датчик-термодвойка и др. под.
При всички температурки защитни устройства за контролира-
не на температурата на намотката е необходимо точното й измер-
ване във всеки момент и при всякакви условия, на развитие на
топлинния процес. Известно е, че това развитие протнча в зави-
симост от претоварването по-бавно или .по-бързо— по-експонен-
циален или линеен закон. Непосредственото точно следене на
температурата на намотката от релето или датчика (по-нататък
ще казваме само датчика) зависи от неговата топлинна времекон-
станта и закона на процеса. В същност определяща е не само вре-
меконстантата на самия датчик, а времеконстантата, която ще се
получи след вграждането му в намотката. Тя всякога е по-голяма,
тъй като вграждането е свързано с електрическо пзолиране, което
на практика е и топлинно, а също така не е възможно съвсем
плътното обхващане на датчика от проводниците на намотката.
Най-общо времеконстантата на вградения датчик Тдч е п пъти по-
голяма от неговата времеконстанта, измерена в маслена баня.
Прието е времеконстантата на датчиците да се определи в масле-
на баня. Датчикът може да има температурата на намотката или
по-ниска от ней. Изоставането на температурата на датчика Д6
(още динамична грешка при измерването) се определи:
а) при малките претоварвания (когато роторът все още се
върти и Л7<2,5) от закона за загряване на датчика 6ДЧ, който е
експоненци ален:
+бок; (52)
де = ^тунг-^— L" ; (53)
1 Д 1ДЧ
б) при големите кратковременни претоварвания (роторът е
неподвижен), когато законът за загряване е линеен:
Q^Vt-VT^l-e
Гдч) + еок;
(54)
( t
1-е Гдч
(55)
128
жъдето V е скоросттз на нарастване на температурата.
Графически пронесите са представени на фиг. 65. Числените
стойкости на динамичната грешка и разискването , на възможно-
стите за пейното намаляване са въпроси, свързани конкретно с
Фиг. 65. Характеристики на загряване на температурните датчики и изме-
нение на динамичната температурна грешка
— линейно изменение на температурата; б — експоненцнално изменение на темпера
’X урата
всеки конструктивен тип. Еа практика по-широко приложение и
значимо: т имат биметалните капсули с моментно действие на кон-
тактната система (наричапи еще термостати, протектори) и за-
щитимте устройства с терме резистор ни датчпцп (наричани още
полупроводников!! 38ЩИТНИ устройства).
Устройствата за температурна защита, основани на принципа
на контролиране на температурата на защитените части, служат
като просто и ефикасно средство за защита на въртящи се елек-
трически машини срещу големи повишения на температурата да-
же когато те са прпчинени от неизправности в охлаждащата сис-
тема или ст много впеока околна температура.
Тъй като работната температура и времето на задействуване
на системата за температурна защита са определен!! предварител-
но и не подлежат на ршулиране при реалните условия на упо-
треба на даден електродвигател, то те могат да не бъдат напьлно
ефективни в случай на неизправност или неправилна употреба на
двигателя.
S Защита иа асинхронни . .
129
Правилата, изискванията и изпитванията на вградената темпе-
ратурна защита са уточнени до голяма стелен в МЕК публикация
34—11 „Въртящи се електрически машини. Част II: Вградена
топлинна защита Глава I: Правила за защита на въртящи се елек-
трически машини" [34] и свързаните с нея:
МЕК 34-11-1, „Част 11: Вградена топлинна защита. Глава II,
Част 1: Общи правила за термични датчиии и командни устрой-
ства, използувани в система за топлинна защита" [41];
МЕК 34-11-1 А, „Част 11; Вградена топлинна защита. Глава
II, Част 2: Характеристика на частично взаимозаменяема топлин-
на система, за защита, използуваща позисторни датчици и команд-
ни устройства" [42].
Защитените части на електрическите машини са намотките и
кафезите на ротора (изключение представляват роторнокритични
двигатели), но при съгласуване между производителя и потреби-
теля в защитените части могат да се включат също колекторни
пръстени и колектори. Обикновено лагерите и другите механични
части не са защитени от температур ните защитни устройства.
Устройствата за температурна защита, макар и с автоматично
възвръщане, не са регулиращи устройства. Следователно те не са
подходящи за автоматично регулиране на мсщнсстта, което пред-
полага по-голяма честота на циклите. Но системата за темпера-
турна защита може да бъде подходяща (при спсменатите вече ог-
раничения и условия) за осигуряване на автоматично повторно
включване на захранването на двигателя при следните условия:
върховите мощности, предизвикващи изключване, са случайни по
време на експлоатацията на двигателя; те не водят до механични
и трайни електрически дефекта; развъртането на машината не
представлява опасност за обслужващия персонал. Приложението
на такова решение трябва да бъде сбект на специално съгласу-
ване.
При температурната защита датчикът (или защитного ус-
стройство) за температурата на защитената част трябва да се вграж-
да по принцип в термично-критичната й точка. Тогава защитата
се нарича пряка температурна защита. Непряка е температурна-
та защита, когато частта от двигателя, в която са вградени датчи-
ците или защитните устройства, не е термически критична част.
Термически критична част на електродвигатели е тази част,
при която температурата достига най-бързо своята опасна стой-
ност. Необходимо е да се отбележи, че термично критичната част
в случая на топлинно претоварване с бавно повишаване на тем-
пературата може да не бъде такава за топлинно претоварване с
бързо повишаване на температурата.
130
Стандартного типово означение на вградената температурна
защита според МЕК 34—II сеозначава с буквите ТР и последващо
ги трицифрено число. Първата цифра показва вида топлинното
претоварване, втората цифра — броя на температур ните нива (на-
пример 2 нива са: сигнализация и изключване) и вида действие,
а третата цифра — категорията на защитата.
Видът на защитата (първата цифра) и категорията (третата
цифра) се пссочват ст производителя на двигателя, като се вземат
предвпд характеристиките му и системата на топлинна защита,
която се използува или която е подходяща за използуване.
При поръчката си потребителят трябва да псссчи брея на пра-
говете (нивата) и вида действие на системата за топлинна защита
(втората цифра).
Видът на топлинната защита зависи от няколко фактора: мес-
тоположение и метод на вграждане на температурните датчици
или защитните устройства, броя на изпелзуваните устройства, да-
ли защитата е пряка или непряка, скоростта на нарастване на
температурата на термично критичната част, разликата между
температурата на температурните датчици или защитни устрой-
ства и температурата на частта, в която са вградени, разликата
между температурата на термично критичната част и частта, в
която са вградени датчиците или защитните устройства.
В случая с .малки кафезни двигатели до 50 kW сбикновено е
възможно да се осигури защита при топлинни претоварвания как-
то с бавно, така и с бързо повишаване на температурата.
При по-гслеми машини, защитата срещу топлинни претовар-
вания с бавно повишаване е нормална, но защитата при топлин-
ни претоварвания с бързо повишаване може да не бъде възможна,
особено в случая на двигател с навит ротор или въртяща се котва.
Ако се използува топлинна защита при двигатели за по-висо-
ко напрежение (надвиващо 660V), сбикновено е възможно да се
получи защита само срещу топлинни претоварвания с бавно пс-
вишаване (TPlxx), поради пс-дебелата изелация и следователио
по-дългото време на задействуване.
Категсриите 1 и 2 на защитата могат да осигурят задоволител-
на защита на електрсдвигателя. Изборът на категорията обикне-
вено се прави ст производителя и зависи ст много фактори. Най-
важните ст тях са: характеристики на двигателя, размери (ia6a-
рит), вид, режим на работа, фактсрите, описани пс-напред, до-
пуски на кемпокентше в системата на топлинната защита и др.
Стсйнсстите на температурите на задействуване на темпера-
тхрната зашита не са стандартизираии. Изборът на тези стсйнос-
131
ти и елементите на защитата следва да бъде направен от произво-
дителя на електродвигателя в съответствие с придобития опит по
отношение на защитните устройства и с отчитане на споменатите
вече оссбености, а също така на метода на охлаждане.
8.2. ЗАЩИТА С БИМЕТАЛНИ КАПСУЛИ
При биметалните капсули (фиг. 66) се използува също огъва-
нето на биметалната пластинка, но в този случай тя се загрява
директно от топлината на намотката или корпуса на двигателя,
Фиг. 66. Биметални капсули с моментно действие
а — кръгла биметална мембрана; б — елнпсовндна биметална мембрана;
в — правоъгълна биметална пластина
където е вградена капсулата. Биметалната пластина се изработва
главно като диск (фиг. 66 а), елипса (фиг. 66 б) и правоъгълна
пластина (фиг. 66 в), конто са огънати като мембрани и монтирани
в натегнато положение. При нагряването им от натегнато положе-
ние в една посока те моментно преминават в натегнато положение, но
132
в другата посока (фиг. 66 о). Прецизно казано, движението в на-
чалото е бавно и следва да се има предвид при оразмеряването на
контактната система и регулирането на релето. При изстиване
биметалната пластина се връща обратно — също моментно. За-
действуването на биметалната правоъгълна пластина става мал-
ко по-бавно от това на диска и температурата й на възвръщане е
по-близка до температурата на задействуване, докато биметалният
диск се възвръща при температура, с около 36 СС по-ниска от тем-
пературата на задействуване.
На фиг. 66 са показани три конструкции на биметални капсу-
ли. Тяхното развитие от около 40 години е довело до неимоверно-
малки размер и и висски комутационни възможности на контакт-
ната система. Малките размери определят една малка топлинна
времеконстанта и създават възможност за по-широко използува-
не (фиг. 66 б). Констру ктивните подобрения вървят и в направле-
ние™ за по-дсбър топлинен контакт на биметалната пластина
към намотката — по възможност с директно топлопредаване пре»
метали, а не през въздушен слой (фиг. 66 б). Най-известен произ-
водител на биметални капсули в света е фирмата „Тексас инстру-
мент" (САЩ) с многсбройните си филиали в много страни на Ев-
ропа, Америка и Азия. Търговската марка на тези капсули е поз-
ната под името „кликсон". Известна е и фирмата „Микротерм*"
(ФРГ).
Биметалните капсули са еднополюсни устройства и са при-
годени за защита ка еднофазни двигатели с включване в сило-
вата верига. При трифазните двигатели трите капсули, вградени
към всяка намотка (меже и друг брой, акое необходимо), се включ-
ват последователно в командната верига на контактора.
Биметалните капсули (във варианта с нагревател) са намерили
най-голямо приложение за защита на еднофазните двигатели, jho
не са загубили своето значение и при трифазните. Благодарение
на миниатюризацията и непрекъснатото усъвършенствуване те ще
представляват интерес и в бъдеще, особено като се вземе предвид
тяхната много ниска цена.
Поради несбхсдвмсстта да притежават контактна система те са
все еще с големп рагмери и гсляма времеконстанта, вследствие на
което динамичната им грешка при големите скорости на загрява-
не е неприемлиЕО голяма. Те не могат да осигурят защита прибло-
киране на ротора, при включване в еднофазен режим и др. Из-
следванията върху топлинните времеконстанти и вграждането на
капсулите в намотката (капсула Т1 на „Микротерм") показват, че
поради наличие™ на въздушен слой между намотката и самата
биметална пластина (диск, мембрана) времеконстантата на капсу-
133
лата сред вграждането може да достигне до 2,5 пъти времекон-
стантата, измерена в масло. Като резултат от това динамичната
грешка нараства и ограничава приложение™ само за двигателите
с по-малки плътности при късо съединение и по-малки скорости
"Фиг.[67. Температура на намотката на двнгател в момента на изключване от
температурки защитни устройства в зависимост от коефнциента на претовар-
ване
1 — при биметална капсула от студено състояние; 2—при познсторно защитно устрой-
•ство ют студено състояние; <3—при познсторно защнтно устройство от топло състояние
134
на темнературата. Изход в такива случаи може да се търси в ком-
биниране с биметално защитно реле (може и еднополюсно) в ли-
нията на двигателя, настроено за ток около 2/н.
Номиналните данни за биметалните капсули са: температури
ла задействуване и възвръщане с тех ните допуски, комуташюнна
възможност и номинално напрежение на контактната система.
Фиг. 68. Зависимост от динамичната температурна грешка Д9 от времеконс-
тантата Tgr при Ve =var
Температурите на задействуване на произвежданите капсули
са обикновено от 90 до 135 °C с интервал от 5 °C и допуски от±3до
д=8%. Температурите на възвръщане са много по-ниски и коефи-
циентът на възвръщане е нормално под 0,8. Ниският коефициент
на възвръщане води до продьлжително време на престой на дви-
гателя, а това намалява използуването на машината и ефектив-
ността на защитата.
Изборът на температура на задействуване на биметалната кап-
сула за използуване в даден двнгател завися от класа изолация
:и мжтото, в което се залага. Мястото на вграждане на капсулата
по принцип трябва да бъде най-загрятата точка на намотката.
Размерите на капсулата трябва да бъдат по-възможност най-мал-
хи. За получаване на най-добри условия при вграждане и най-
малка динамична грешка при измерване на температурата е не-
обходимо капсулата да има малка маса, възможно по-голяма топ-
135
лопренасяща повърхност, голяма топлопроводност и малка дебе-
лина на изолацията между капсулата и намотката.
Основна характеристика за оценяване и приложение на биме-
талната капсула в асинхронния двигател, особено при накъсо съ-
единен ротор, е осигуряване на защитата при големите прето-
варвания и максималните температури, конто достига намотката
в тези случаи. Изследвания върху максималните температури в
момента на изключване при натоварване от /н до 1ке при двига-
тел А02-52/4 с вградени биметални капсули тип Т1 на „Микро-
терм" са показани на фиг. 67 [11]. Съпоставянето на резултатите-
с данните от табл. 3 за изолация от клас Е води до положително
заключение относно защитного действие, тъй като температурата
на намотката при блокирал ротор не надвишава 200°С. При из-
вестна времеконстанта на вградения датчик и скорост на нараст-
ване на температурата в режима на късо съединениена двигателя
като се използуват установените зависимости от фиг. 68 [11], мо-
же да се прецени приложимостта и избере биметална капсула за-
даден двигател.
Перспективността на биметалните капсули може да се оцени;
положително, но главно в комбинирането им с токови защитни
устройства и особено с използуването на нагревателен елемент в
тях.
8.3. ЗАЩИТНИ УСТРОЙСТВА
С ТЕРМОРЕЗИСТОРНИ ДАТЧИЦИ
Терморезисторите са нелинейни полупроводникови резисто-
ри със силно изразени температурни коефициенти в определен:
температурен интервал. Известии са терморезистори с отрицате-
лен температурен коефициент, наричапи термистори, и такива с
положителен температурен коефициент — позистори. Термисто-
рите се появиха по-рано и използуването им започна също по-
рано, но поради някои съществени недостатъци при използуване-
то им като защитни устройства за електродвигателите те не са
придобили промишлено значение за тази цел. Позисторите имат
по-благоприятни характеристики, в това число и възможност за
получаване на релеен ефект, затова всички полупроводникови за-
щитни устройства днес се правят с използуване на позистори.
При защитните устройства с термисторни датчици основните
недостатъци при работа се изразяват в следното: на първо място
в случай на прекъеване, прегаряне или механична повреда във
веригата на терморезисторите схемата продължава да работа, без
136
да реагира на претоварванията; второ, при термисторите не мо-
дат да се постигнат такива малки размери на датчика, щото той
може да се вгради удобно в намотката и да може да се постигне
малка динамична грешка при бързото нарастване на температура-
та на намотката. Измерванията са показали, че времето на из-
ключване от студено състояние при 6/н достига до 150 s, което
е неприемливо дълго. Недбстатък е също и фактът, че върху ра-
ботата на защитните устройства с термистори оказват влияние
колебанията на напрежението.
Основните преимущества на температурната защита с позис-
тори в сравнение със защитата с термисторни датчици се пзразява
в следното:
— по-висока чувствителност (от 4 до 6 пъти);
— незначителна грешка при задействуване на един, два или
три позистора;
— възможност за присъединяване към едно защитно устрой-
ство на 2 до 9 позистора без съществено увеличаване на грешката
при задействуване;
— унификация и взаимозаменяемост на защитните устройства^
за всички типове двигатели без допълнителна настройка;
- — обезпеиаване на висока стабилност на параметрите на за-
действуване при изменение на околната температура и захран-
ващото напрежение в широки граници, което се обуславя от ре-
лейната характеристика;
— използуване само на два проводника за присъединяване на
позисторите към защитните устройства.
По принцип високата чувствителност към изменение на темпе-
ратурата, малките размери и инертност, високата надеждност и
простота в изготвянето на полупроводниковите терморезистори гй
правят предпочитани за използуване като защита на двигателите..
Използуването на терморезисторите прави системата за защита на;
двигателите по-надеждна в сравнение със системите, конто изпол-
зуват други датчици. С помощта на терморезисторите може да се
измерва температурата в труднодостъпни места, а тяхното голямо
собствено съпротивление позволява да не се отчита контактного
съпротивление и това на присъединителните проводници. Темпе-
ратурният коефициент на терморезисторите е с един порядък по-
висок от този на металните проводници.
На това място е правилно да се формулират изискванията към-
температурната защита с терморезистор ни датчици и вгражданите
в намотката на двигателя датчици.
Температурната защита трябва:
13Т
— да изключва електродвигателя при опасни загрявания, пред-
извикани по каквато и да е причина;
— да позволява пълното използуване на претоварващата спо-
собност на двигателя в границите на допустимите прегрявания;
— да има достатъчно бързо действие и минимално време на
възвръщане;
— да работи стабилно и надеждно в реалните условия на из-
менение на сколната температура и захранващото напрежение;
— да бъде унифинирана за всички типоизпълнения на електро-
.двигателите и да изключва необходимостта от индивидуална на-
стройка при монтажа и в експлоатацията.
Температурните датчини трябва да имат:
— минимални размери, които позволяват вграждането им в
намстката на двигателя и осигуряват добър топлинен контакт;
— висока чувствителност при достигане на гранично допусти-
мата температура на намотката;
— малка инертност, позволяваща своевременно да се изключ-
ва двигателят в какъвто и да е авариен режим;
— еднакви характеристики и параметри с оглед осигуряване
на взаимозаменяемост на управляващите блокове на температур-
ната защита без допълнителна настройка;
— висока надеждност;
— механична якост, позволяваща вграждането на датчика в
намотката без съществено усложняване на технологичния процес;
— стабилни параметри при продължително съхранение и про-
дължнтелна работа с максимално натоварване;
— високо пробивно напрежение на изолацията.
8 .3.1. Позисторни защитни устройства за
електродви гатели
8.3.1.1. Принцип иа действие и елементи
Схемите на защитни устройства с позисторни датчици имат
няколко предимства пред схемите с термистори.
Първо, при прекъсване на веригата с терморезистсрите, т. е.
при неизправност на схемата, устройството изключва двигателя
веднага.
Второ, датчипите, т. е. терморезисторите, имат малки размери,
което позволява те да бъдат вградени непосредствено и удобно
ири много добър топлинен контакт директно в намотката, и то в
138
и ай-загрятата й точка; от друга страна, топлинната времеконстан-
та и инертнсст на датчика са много малки.
Трето, работа на защитните устройства с позисторни датчици
.почти не се влияе от колебанията на напрежението.
•Фиг. 69. Схема на полупроводниково за-
щитно устройство с позисторни датчици
Фиг. 70. Конструкция иа
позисторен датчик
1— изолациониа тръбичка; 2—
спойки; 3— керамичеи позистор;
4— изолациониа паса; 5— из-
води
Четвърто, температурно-съпротивителната характеристика на
.позисторите е много стръмна, което дава възможност да се осигу-
ри голяма точност на задействуване по температурата и висок кое-
фициент на възвръщане. Последнего ще даде възможност да се
намали престоят на двигателите след задействуване на защитата.
Защитната схема на електродвигател с позисторни датчици е
^показана на фиг. 69. Позисторите се поставят в навивките на дви-
139
f.
2
140
гателя — по един брой за навивките на всяка фаза. При нормална
работа на двигателя позисторите имат относително малко съпро-
тивление и релето, контактната система на което е включена в
«командната верига на апарата за управление на двигателя, не за-
действува. При опасен за
Фиг. 72. Примерно вграждане на позисто-
рен датчик в намотката на електродви-
тателя
J— датчик; 2— проводници иа намотката
двигателя режим — пре-
товарване, отпадане на фа-
за, повишаване на темпе-
ратурата на околната сре-
да и др., температурата на
намотката се повишава.
Заедно с това се повишава
и температурата, а оттам
и съпротивлението на по-
зистора. В резултат елек-
тромагнитното реле задей-
ствува и апаратътза управ-
ление изключва двигателя.
След охлаждане на двигателя с няколко градуса съпротивление-
то на позисторите силно намалява, релето се възвръща и двига-
телят може да бъде включен отново.
Позисторният датчик представлява керамичен резистор от по-
ликристален бариев титанат. Фиг. 70 показва разрез през един
позистор. Позисторите притежават за всяко изпълнение характе-
ристична температурна облает, при която съпротивлението се уве-
.личава многократно — от десетки до стотина пъти. Позисторът
има малко съпротивление, но над точката на Кюри диелектрич-
ната му константа спада силно и това води до едно стръмно на-
растване на съпротивлението му. Това явление е характерно за
пол у проводниц ите като „термично активиране". Точката на Кю-
ри може да се измени посредством състава на кристалната смес, а
това дава възможност да се осъществи защитата на намотки от
всички класове изолация. Характеристичната величина на един
позистор е неговата номинална температура на задействуване
TNF [34], която се означава с цифрова или Цветова маркировка.
Табл. 12 показва степенуването и съгласуването на номиналните
температури на задействуване към различните класове изолация.
Номиналната температура на задействуване за един позистор е
онази температура, при която той достига съпротивление от ми-
нимум 550 £2 [42]. Допустимого поле на разсейване се ограничава
на ±:5°С, което значи, че при TNF—5 °C съпротивлението трябва
да бъде <550 £2, а при TNF4-5 °C да бъде>1330 £2. В температур-
ная диапазон TNF—20 °C съпротивлението на позисторния дат-
141
Таблица 12
Дании за избор н номинална температура на задействуване (TNF)
на позисторни датчици
Означение на позистора цветен код бял/кафяв зелен червей кафяв сив НИЗ бял/син 1 nadah син/червен бял/зелен
TNF О со О & 100 011 3 ▼—* 130 140 150 091 170 081
Номинална температура иа задействуване (TNF), °C двигател с вътрешно охлаждай* 1 сигнализация о 00 100 с 130 150
изключване 100 121 130 150 170
двигател с външно охлаждане сигнализация ОН 120 011 160
изключване он с О' 140 160 180
Клас на изолационния матепиал < tu CQ X
142
чик е <250 Q. Стръмността на температурно-съпротивителната
характеристика R=f(Q) се осигурява с изискването при TNF'
+ 15°С съпротивлението да бъде >4 kQ, т. е. средната стръмност
е около 1400 Q/°C при минимална около 300 Q/°C. Фиг. 71 показва
типовата температурно съпротивителна характеристика на по-
зистора [42].
Доброто защитно действие на позисторното защитно устрой-
ство зависи много от правилното вграждане на датчика в- намот-
ката. Датчикът се вгражда от производителя на електродвигатели
преди импрегнирането на намотката. Примерно вграждане на дат-
чика показва фиг. 72, от което се вижда, че датчикът трябва да
бъде плътно и максимално обхванат от проводнипите, след което
да бъде здраво бандажиран. Добрият топлинен контакт е от го-
лямо значение за намаляване на динамичната грешка при бързи
пронеси на загряване. Изборът на датчиците и мястото на вграж-
дане в двигателя зависи от резервите и топлинната картина на
всеки двигател, затова най-добре меже да се реши от техния про-
изводител. Данните в табл. 12 се отнасят за двигатели, конто са
без топлинни резерви. Отново ще отбележим, че датчиците е пре-
поръчително да се вграждат в най-загрятата точка на намотката,
тъй като неравномерното разпределение на температурата се уве-
личава с квадрата на тока.
Важна характеристична величина на позисторния датчик е и
топлинната времеконстанта. В зависимост от големината на дат-
чика тя може да бъде от 2,5 до 6 s.
8.3.1.2. Схема и начни иа действие на защитного устройство
(примерно изпълиеиие)
Защитното устройство на позисторната защита измерва съпро-
тивлението на позисторните датчици и при достигане на една пред-
варително настроена стойност на съпротивлението изходящото ре-
ле Л задействува (фиг. 73). Контактната система на това реле из-
ключва командната верига на контактор или прекъсвач с мини-
малнонапрежителен изключвател. Групата за измерване на съ-
противлението работи с два транзистора (има схеми и с 1 тран-
зистор). Позисторните датчици са включени в едно от рамената
на един мост от омични съпротивления. Ако съпротивлението на
датчиците е малко, потенциалът в точка А е пс-висок от този в
точка В. Базата на транзистора Т1 е полежителна спрямо него-
вия емитер. Транзистсрът се отпушва. Неговият колекторен ток
е одновременно базисен ток на транзистора Т2, който също се от-
пушва. По този начин релето К ще получи напрежението за включ-
143
ване. Токът на релето води до увеличаване на спада върху съ-
противлението г2 и намаляване на потенциала в точка В. Тран-
зисторът Т1 ще се оглуши още по-силно. Съпротивлението г.2 псд-
.държа стабилността на тригера. При покачване на съпротивле-
Фиг. 73. Електрическа схема на командного устройство на лознсторна за-
щита
нието на позисторите над 2000 Q потенциалът в точка А се
новишава и напрежението между точките А и В не е доста-
тъчно за базисния ток на транзистора Т1, вследствие на което той
се запушва.. Веднага се запушва и транзисторът Т2 и релето К
задействува. Включването на релето може да стане веднага. Раз-
ликата между съпротивленията на задействуване и това, при ксе-
то релето може да включи отново, е много малка и представляв'а
около 110 £2. Температурната разлика, която съответствува на то-
ва съпротивление, е под 1СС. Благодарение на използуването на
мостова схема точката на задействуване е почти независима от
командного напрежение. На фиг. 74 е показана зависимостта на
съпротивлението на задействуване от околната температура и ко-
мандного напрежение. Зависимостта от броя на датчините (въз-
можни са от 1 .до 6) във веригата благодарение на голямата стръм-
ност на температурно-съпротивителната характеристика е малка.
Влиянието на околната температура в границите от —20°С до
—|-55сС върху защитного устройство е много малко. Времето на
повторно включване се определи от скоростта на загряване и ско-
ростта на охлаждане на двигателя; при двигател от 11 kW e око-
ло 20 s, когато изключването е настъпило при малко претовар-
.ване.
144
Напрежението между тгозисторите е ниско и не надвишава за
ягрупата позистори стойността 10-=-13 V.
При някои особено важни електрозадвижвания е желателно,
.преди да бъде изключен двигателят, да се даде предупредителен
Фиг. 74. Зависимост на съпротивлението на за-
действуване на позисторно защитно устройство
от околната температура
'сигнал. Това може да бъде реализирано посредством допълнителен
комплект датчици и допълнително командно устройство. Темпе-
ратурата на сигнализацията се избира около 20сС по-ниска от
максимално допустимата продължителна температура за класа
изоляция.
8.3.1.3. Възможности и проблеми на защитата с позистории
датчици
Технически основният проблем при защитата с позисторни
датчици е инертността при измерването на температурата на на-
мотайте и възможността да се осигури пълна защита във всички
режими на работа и претоварване. Това са проблемите, конто сто-
ят пред температурните защитни устройства изобщо и който бяха
конкретно и подробно разгледани и при биметалните капсули.
При позисторните датчици проблемите са по-малко и по-леки, но
те пак съществуват. Практически до този момент пълна защита
не се осигурява от този тип устройства, макар и резултатите да
1'0 Защита на асинхронна . .
145
са много добри. Позисторните защитни устройства не осигуряват-
защита: първо, от токовете на късо и корпусно съединение; вто-
ро, не могат да защитят двигателите, при които роторните загу-
би са големи; трето, не осигуряват на всички двигатели защитата.
при блокирал ротор; четвърто, не осигуряват защитата на двига-
телите, работещн във взривоопасна среда.
Причината за всички тези недостатъци е динамичната темпе-
ратурна грешка или изоставането на температурата на позистор-
ния датчик от температурата на намотката. Характерът и стой-
ностите за изоставането А6 в зависимост от скоростта на нараст-
ване на температурата при различии топлинни времеконстанти са
дадени на фиг. 68. Температурите на изключване на познсторно
защитно устройство при различии кратности на претоварването в
двнгател А02—52/4 са дадени на фиг. 67. За пресмятане на тем-
пературната грешка може да се използува с достатъчно прибли-
жение зависимостта А6=71дч V. Подобряване на защитните ха-
рактеристики на позисторните датчици може най-добре да стане,
- като се използува биметално реле (може и токово) във веригата
на двигателя. Токът на настройка на това реле трябва да бъде
минимум 20% по-голям.
Практически важен проблем при внедряване на позисторните-
защитни устройства е цената на комплекта — командно устрой-
ство плюс позистор ни датчици. Цената не е конкурентноспособна,,
а ефектът от внедряването е трудно да бъде определен. Трудност
от организационен и монтажей характер представлява и произ-
водството на двигатели с вградени позисторни датчици, а също
така монтажът на защита с тези допълнителни проводници от дви-
гателя до командного устройство. Не е без значение и обстоятел-
ството, че при повреда или грешка в двигателя (датчика), която
може да не бъде по топлинна причина, намотката трябва да се на~
вива отново.
Независимо от проблемите и непълните възможности на по-
зисторната защита тя има и определена предимства пред разгле-
даните досега. Тя е единствено ефективна в случайте: повторно-'
кратковременен режим на работа със силно променливо натовар-
ване и честота, продължителен пусков процес, нарушена венти-
лация, различна и силно променяща се околна температура на
двигателя и защитного устройство, отпадане на фаза при двига-
телите над 15 kW, асиметрия на захранващото напрежение. Много
важно предимство на позисторната защита на двигателите е по-
ефективното използуване на резервите в загряването на двигателя'.
Всеки двигател, всяко задвижване се контролират индивидуално и в
който от тях има топлинни резерви, изключването ще става по-
146
рядко, престоите ще се намалят, а оттам производителността на
машината ще се увеличи.
Сравнението на защитимте характеристики и параметра меж-
ду позисторни защитни устройства и биметални релета може да се
изрази със следния извод: биметалните релета предлагат в пове-
чето случаи на приложение, особено за масата от малки и средно
големи двигатели, задоволителна и за цената си най-изгодната
защита на двигателите. Позисторната защита на двигателите е
защита за специални режими на работа и преди всичко за по-го-
лемите двигатели.
Анализът и сравненията върху разглежданите тук защитни
устройства, направени досега, позволяват да се прецени, че пер-
спективите да се създадат по-добри защитни устройства могат да
се видят в развитието на температурните защитни устройства и
особено в комбинацията на температурно- и токовозащитни ус-
тройства.
8.3.1.4. Познсторно защитно устройство тип ПЗУ (ЗАНН—Харманли)
Предназначено е за защита на електродвигатели с вградени
позистори от недопустимо прегряване на статорната намотка. От-
говаря на изискванията на ОН 1570593—79. Работоспособно е при
температура на околната среда от—20сС до +50сС и влажност до
90%.
Основните технически данни на устройство™ са: номинално
напрежение —380V, честота 50 Hz и 60 Hz, входен сигнал — ус-
тройство™ може да работи нормално при включване на входа му
от един до шест броя последователно свързани позистори с об-
що съпротивление при задействуване от 3 до 4kQ, а при възвръ-
щане от 1 до 1,4 к£2; контактна система — превключваща с но-
минален работен ток 1 А при 380 V; механична и електрическа
износоустойчивост—10 хил. к. ц; степей на защита—IP 20
(за клемите IP 00).
Устройство™ се състои от захранващ блок, прагов усилвател
и изпълнителен елемент — електромагнитно реле тип 22 АБ00, по-
местени в кутия с размери 68X43X86,5 mm.
8.3.1.5. Ефективност при използуване иа позисториа защита иа
електродвигателите
Използуването на позисторна защита има много предимств
и един голям недостатък — висока цена в сравнение с биметал-
ните релета. Това предизвиква твърде често колебания и откази
147
от нейното използуване, така че практически тя намира много
малко приложение. И това е въпреки нейните големи предимства,
затова тук ще се посочат съображения и данни за нейната ефек-
тивност. Още в началото ще споменем, че проблемите по вграж-
дането на датчиците в електродвигателите могат да се преодоле-
ят лесно още при производството на двигателите. По този начин
могат да се създадат предпоставки за най-целесъобразния начин
на защита, като се изходи от конкретния случай за решаване.
Веднага ще споменем, че независимо от по-високата цена на по-
зисторната защита спрямо биметалните релета тя може да се ока-
же много ефективна и да донесе значителен икономически ефект.
Икономическата ефективност от използуването на двигатели с
вградена позисторна защита се обуславя от увеличаването на екс-
плоатационния срок на електродвигателите между капиталните
ремонта за сметка на намаляване на повредите им в аварийни
режими в сравнение със защитата с биметални релета. В редица
случаи мощността на двигатели с вградена позисторна защита мо-
же да бъде намалена с една степей (понякога и повече), тъй като
температурната защита позволява максимално използуване на
мощността без опасност от прегряване. Това води до икономичес-
ки ефект поради по-малката стойност на двигателя и увеличаване
на неговото натоварване, което означава често пъти по-високи
к.п.д. и фактор на мощността.
Използуването на температурна защита ще намали броя на
внезапните откази на двигатели вследствие повишаването на не-
говата надеждност. Данни от статистически наблюдения в екс-
плоатацията (продължителност 20 хил. часа) показват, че веро-
ятността за безотказна работа при двигателите с температурна
защита се повишава 1,3 пъти спрямо тези без температурна защи-
та. Стойностно изразено, намаляването на отказите представля-
ва намаляване на експлоатационните разходи за експлоатацион-
ния срок, а това означава намаляване на разходите за възстано-
вителен ремонт, намаляване на загубите, предизвикани от по-
вреждане на обзавеждането, от брака на продукция или повреда
на суровини и материали, намаляване на загубите от непроиз-
веждане на продукция, причинено от престоя на машините, като
в тези разходи се отчетат също стойностите за демонтаж на изго-
релия двигател и монтаж на новия и стойността на транспорта до
ремонтната база.
Наблюденията в някои области на народното стопанство по-
казват [28], че внедряването на вградената температурна защита
позволява да се намалят повредите на двигателите няколко пъти,
а това означава икономия на десетки тонове мед и изолационни
148
материали от ремонта, намаляване на обслужващия персонал и
насочване на освободените ресурси към разширяване на произ-
водство™. Разбира се, решението за прилагане на вградена тем-
пературна защита следва да се преценява конкретно, но гореиз-
ложените съображения трябва да се отчитат максимално.
8.3.1.6. Характеристики, изисквания и изпитвания на позисторна защита
Характеристиките, най-сбщите изисквания и изпитвания на
частично взаимозаменяеми топлинни системи за защита, изпол-
зуващи позисторни датчици и командни устройства, са формули-
рани в МЕК 34-11-1А [42].
За позисторните датчици в специално изпълнение е в подго-
товка норма на МЕК, която сета е известна като проект МЕК
40 (централна служба) 355. Определянето на специалните ха-
рактеристики и осигуряването на взаимозаменяемост както на
тях, така и на командните устройства, е предизвикало необхо-
димостта да носят марката ,.А“.
Пссочената публикация на МЕК 34—11—1А определи тем-
пературно-съпротивителна характеристика на позисторите. Съ-
щата е дадена в т. 8.3.1.1 и на фиг. 71. Тук само ще добавим,
че измерването на съпротивлението трябва да се провежда при
постоянно напрежение до 2,5 V, с изключение на точката TNF4-150
(4000 й), където това може да стане с постоянно напрежение до
7,5 V. Определена е и характеристиката на задействуване на
командного устройство, както следва:
а) при съпротивление до 750 Q то трябва да включва или да
остава включено;
б) при спадане на съпротивлението от 1650 Q до 750 Q то мо-
же да бъде включено или да включва;
в) при съпротивление от 1650 Q до 4000 Q то трябва да из-
ключва;
г) то трябва да функционира, както е посочено, ако капаци-
тетът на веригата на позисторните датчици не е по-голямот 0,2pF.
От комутационния елемент на устройство™ се изисква да по-
крива параметрите за комутационни възможности на режимите
АС11 и ДСП.
Изискваната електрическа износоустойчивост възлиза на
2000 к. ц.
В нашата страна за командните устройства е утвърдена отрас-
лова нормала ОН 1570 593—79, която не покрива съвсем точно
нормата на МЕК-
149
8.3.1.7. Позисторно защитно устройство с времетемпературна характе-
ристика
От анализа върху характеристиките на позисторни защитни
устройства с моментно действие се вижда, че в няколко случая
те не могат да осигурят оптимална защитна характеристика.
Тези случаи са недопускане превишение на температурата 6g„,
Фиг. 75. Блок-схема на топлинно защитно устройство с времетемпературна
зависимост
/— позисторен датчик; 2-к~ блок за сравнение; 3— времезакъснителен блок; 4— усилва-
телен блок; 5 — изпълнителен блок; 6"— верига за моментно изключване; 7— захранващ
иэточник
не е възможно да се реализират известии приемливи претоварва'
ния, сравнително големи допуски на температурата на задейству-
ване, голяма инертн ост при режимите на к. с. и др.
За избягване на тези недостатъци и получаване на една по-
оптимална защитна характеристика се разработват полупроводни-
кови защитни устройства с позистсри-датчици и времетемпера-
турна зависимост.
Схемите се предвиждат по същество механически сбор от две
групи позистори с две отделки изпълнителни устройства и раз-
личии температури на задействуване. Едната трупа е за по-ниска
температура и допълнително време-реле, а другата за по-висока
и с моментно задействуване.
По-целесъобразно е създаването на защитно температурно
устройство с обратна времетемпературна зависимсст. При него
действията на времезакъснителния елемент и елемента на отсеч-
ката са независими едно от друго без допълнителна топлинна
инертност от самото устройство с възможности за мигновено въз-
връщане в изходно състояние както след изключване, така и след
150
I
като претоварването е изчезнало, т. е. без междинни инертни
звена. По-нататък добре’е това устройство да е подходяще за
написване на характеристиките му към тези на датчи ните при
яюлучаване на една по-широка зона на времезакъснени ето и ре-
гулируемост на температурните граници на отсечката, да е със
самозащитяване на схемата при прекъсване на захранването и
с висок коефициент на възврата.
Постигането на тези цели може да се реализира по блоковата
схема, показана на фиг. 75, където са показани отдел ните бло-
кове по предназначение. Датчикът на температурата 1 измерва
непосредствено и непрекъснато температурата на намотката на
двигателя. В зависимост от стойността на измерваната темпера-
тура на намотката и характеристичните величини 0ды и 0КС за
151
1
дадения клас изолация посредством схемата за сравнение 2 в:
даден момент се подава сигнал или на релето за време 3,.или на.
ел. верига за моментно изключване 6. Подходяще усилен, полу-
ченият на изхода на 3, съответно на 6 сигнал задействува изпъл-
нителния елемент 5, при което се осъществява изключване на
системата.
Възможността за реализиране на горната блокова схема е най-
голяма при използуване на полупроводникови елементи. Ха-
рактеристиките, които могат да се реализират при познсторно.-
устройство свреметемпературна характеристика, са показани на,
фиг. 76.
9. ТЕМПЕРАТУРНО-ТОКОВА ЗАЩИТА
9.1. ПРИНЦИП НА ДЕЙСТВИЕ
Топлинните и токовите защитни устройства добре защитяват*
двигателите само в областта на големите претоварвания и неза-
доволително — в областта на малките претоварвания. Обратно,
директната (вградената) температурна защита добре зашитява
двигателя при малките претоварвания и незадоволително при го-
лемите претоварвания.
Очевидно при комбинираната защита недостатъците на едната
защита ще бъдат отстранени от предимствата на другата. Може-
да се получи устройство (температурно-токово защитно устрой-
ство), което да изпълнява добре защитните функции в цялата
облает от претоварване. Това устройство трябва да съдържа еле-
менти, реагиращи както на тока, така и на температурата на
двигателя. Най-просто това може да се реализира по пътя на
използуването на топлинното действие на тока върху елемент,
който в същото време се загрява и от топлината на двигателя..
В качеството на една такава конструкция може и се използува
биметално мембранно реле с нагревателна намотка (фиг. 77 а),
което се притиска към статорния пакет или кожуха на двигате-
ля. Вместо биметален диск може да се използува и друга кон-
струкция на биметалния елемент (фиг. 77 б), а релето може да
се монтира и в челните части на намотката (фиг. 78).
Токът през нагревателя на температурно-токовото устройство
трябва да бъде равен или пропорционален на тока на двигателя-
152
При големите токове се използуват токови трансформатори.
Анализът показва, че топлинният процес в темпер ату рно-то-
ковото реле протича аналогично на нагряването на намотката
на двигателя. Особеностите при двигателя, както вече беше пока
Фиг. 77. Разрез на температурно-токови биметални релета
а — биметалио мембранно реле Rt (ЕАВ-ГДР); б — биметалио реле „КЛИКСОНМ
(Тексас- инструмент)
1— корпус; 2— биметален елемент; 5— нагревателей елемент; 4— неподвижни
контакты; 5.— изводни клеми; 5— извод иа нагревателния елемент; 7— тръбна
обвивка
зано, се свеждаха до следното. Топлинната времеконстанта за-
виси от претоварването и от развитието на топлинния процес.
Топлинната характеристика на намотката се отличава от експо-
ненциалната крива. В началната част на топлинната характери-
стика преобладаватцо е влиянието на топлинния капацитет и за-
губите на намотката, а при по-нататъшното развитие на процеса
все по-голямо влияние оказва топлоемкостта на изолацията и
стоманата, загубите в стоманата. Може грубо да се приеме, че
топлинната времеконстанта в началото се определи само от на-
мотката като отделно тяло, а при следващото развитие на проце-
са тя се определи от целия двнгател.
153
Температурата на температурно-токовото реле се определи ст
топлината, отделяна от нагревателя му, и от топлината, идваща
от двигателя. По този начин температурата на релето ще зависи
от времеконстантата на самото реле и от времеконстантата на
.двигателя.
Фиг. 78. Вграждане на температурнотокова капсула в намотката йа елек-
тродвигатели
Защитната характеристика на температурно-токовото реле мо-
же да се определи само графически по топлинните характеристики
за различии кратности на тока. Топлинната характеристика на
релето показва, че при продължителни и малки претоварвания
температурата на релето се изменя аналогично на температурата
на стоманата на двигателя с топлинната времеконстанта. При
големите претоварвания топлинната характеристика на релето се
определи от две експоненциални криви, при което преобладаващо
влияние има кривата с времеконстантата на релето. Времекон-
стантата на релето може да се направи равна на времеконстантата
на намотката на двигателя.
По този начин и времезакъснението на температурно-токовото
реле се определи при големите кратковременни претоварвания
по времеконстантата на релето, която се приема равна на време-
константата на намотката, а при малките продължителни пре-
товарвания — по времеконстантата на двигателя като цяло.
За всяко температурно-токово реле съществува стойност на
нагревателната мощност, наречена критична мощност, под която
то действува като просто температурно реле и не може да осъ-
.ществи сигурна защита при големите претоварвания.
154
За температур но-токовата защита е необходимо мощността на
нагревателя на релето да има стойност над критичната. Критич-
яата м щност зависи от времеконстатните на релето и двигателя,
топлоодаването на релето, топлопроводността между релето и дви-
гателя, прегряването на намотката на двигателя.
За температурно-токовите защитни устройства през 1984 г.
беше утвърдена от МЕК нормата МЕК 34—11—2 „Част 11: Вгра-
дена топлинна защита, глава III: Общи правила за температурно-
токови защитни устройства (термични протектори), използувани
в системите за топлинна защита1' [43]. Заслужава да се отбеле-
жат следните характерни изисквания:
а) допускът на температурата на изключване е ±=6° С;
б) допускът на температурата на включване е ±15° С;
в) при устройствата с ръчно възвръщане (неавтоматично въз-
връщане) не бива да се получава самовъзвръщане при темпера-
тури над —5'с С;
г) износоустойчивостта на устройствата трябва да бъде: при
автоматично възвръщане — съвместна работа с електродвигател
с блокиран ротор в продължение на 18 денонощия, но общо не
по-малко от 2000 операции; при ръчно възвръщане — 60 цикъла;
д) трябва да имат определена термична устойчивост при то-
кове, посочени в нормата, и във вериги с включени в тях пред-
пазители със стопяеми вложки;
е) комутационните им възможности трябва да покриват изиск-
ванията за категории на приложение АС11 и DC11.
В.2. БИМЕТАЛНО ТЕМПЕРАТУРНО-ТОКОВО РЕЛЕ
Предназначено е главно за защита на еднофазни двигатели,
но с успех може да се използува и при трифазни двигатели.
Конструкпията е показана на фиг. 77 а. Биметалната мембра-
на 2 се нагрява от околната среда и нагревателя 3. Дискът, на-
гревателят и контактните изводи са монтирани в пластмасов кор-
пус. Контактните изводи са пригодени за спояване на проводник.
Краят на нагревателния проводник излиза като трети извод.
Закрепването и притискането на релето към кожуха на двигателя
става посредством притискане с пружина върху канта на корпуса
или с винт.
Релето задействува моментно при скокообразното обръщане
на биметалната мембрана. След охлаждането на двигателя и мон-
дираното към него реле става възвръщане на мембраната и ско-
155
кообразно автоматично включване на двигателя. Релето включва
и изключва веригата на еднофазни двигатели, като може да уп-
равлява двигатели с ток на късо съединение до 50 А при 220 V.
Температурно-токовото реле се характеризира със следните
номинални величини: номинално напрежение на двигателя, тем-
Фиг. 79. Защитни характеристики на температурно-токови релета тип Rt
(ЕАВ — ГДР)
а — времетокови характеристики; б — температурно-токови характеристики
пература на изключване без ток, температура на включване, ра-
ботен ток, ток на късо съединение на двигателя, времетокова
характеристика при определена околна температура, дефини-
рана с граничен ток и ток на изключване за време от 6 до 16 s,
износоустойчивост (еднаква електрическа и механична) мощ-
ност.
Температурно-токовото защитно реле с биметална мембрана
по изпълнението от фиг. 77 а намира преобладаващо използуване
за защита на херметични компресори. При компресорите е ха-
рактерно, чё съществуват режими на работа, при които темпера-
турата на намотката на двигателя се повишава, без токът в за-
хранващите проводници да се е увеличил. Токовата и топлинната
защита не са напълно ефективни. От много време тук се е наложи-
ла температурно-токовата защита като единствено ефективна. Мо-
же определено да се каже, че в момента това е най-масово произ-
веЖданото и използуваното устройство за защита на двигателя..
Най-известии производители в света са фирмата „Тексас инстру-
156
мент" с многобройните си филиалы и комбинатът ЕАВ — ГДР.
Релетата на „Тексас инструмент1' имат много типови означения
и изпълнения, но винаги под защитената марка „Кликеон". Ре-
летата на ГДР имат типово означение Rt.
Трябва ла се отбележи, «е използуването на тети релета само
по проспектни данни без съвместни изследвания и изпитвания на
комплекта двигател—реле е несигурно и не се препоръчва. Избо-
рът и използуването на температурно-токовите релета става само
след подробни предварителни изпитвания на двигателя и ком-
плекта двигател— реле. Това е обяснимо, като се изходи и от об-
щите принчипи на работа на тези релета и изискванията за съот-
ветствие на времеконстанти, мощност на релетата, топлоотдаване
и др.
Отговорна и важна характеристика на релетата е работата на
комплекта двигател—реле в режима на блокиран ротор. Като
се изхожда от използуването на компресора в домакинството (най-
често за защита на херметични компресори-хладилници, клима-
тизатори и др.), където консуматорите могат да останат дълго
време без наблюдение, към комплекта двигател — реле е поста-
вено изискване за съвместна работа в продължение на 360 h,
без да настъпи изгаряне на намотката и опасност от пожар. Това
важно изискване определи няколко номинални величини на ре-
лето: ток на изключване за 6 ч-16 s, температура на включване,
износоустойчивост. Познатите сега релета имат износоустойчи-
вост при параметите на късо съединение на двигателя над 10
хил. к. ц.
Изходни за избора на релето са номиналните величини и вре-
:метоковите и температурно-токовите характеристики. Произ-
вежданите в ГДР: релета тип Rt (фиг. 77 а) имат следните ха-
рактеристики: номинално напрежение до 220 V~, работен ток
до 1,5 А, ток на къро съединение на двигателя до 9 А, температу-
ра на изключване без ток 107,5 °C135,5 °C с допуск ±7,5 °C
температура на включване 60°С-ъ100°С с допуск ±7,5 °C, из-
носоустойчивост 10 хил. к. ц. и времетокови и температурно-
токови характеристики съгласно фиг. 79 а, б. Трябва да се има
предвид, че показаните характеристики са отнесени към опреде-
лена температура на изключване, а това значи, че за всяка тем-
пература на изключване те могат да бъдат различии. Произвеж-
данйте от „Тексас инструмент'1 релета имат подобна конструкция
и характеристики, но областта от токове и температури на из-
ключване и включване е по-широка.
Конструкцията на друго температурно-токово реле, предназ-
157
начено за вграждане в намотката на двигателя, е в метален ко-
жух (фиг. 77 б).
Включването на температурно-токововите релета във веригата
на еднофазните двигатели става в захранващата линия и те пре-
Фиг. 80. Схеми на свързване на температурно-токовите релета за защита на’
трифазни двигатели
а _ директно свързване на релета в двете фази; б — вторично свързване на нагревател-
ните елементи чрез токови трансформатори
158
късват директно силовата верига. Свързването им във веригите-
на трифазни асинхронни двигатели може да стане по три начи-
на: директно в захранващата линия и изключване на тока на
двигателя без допълнителен апарат за управление; директно в
захранващата линия, но изключването става чрез допълнителен
апарат за управление (контактор) (фиг. 80 о); включване на на-
гревателния елемент през токов трансформатор, а контактната сис-
тема в командната верига на контактора (фиг. 80 б). Схемата за защи-
та на трифазния асинхронен двигател е проста и сигурна за всич-
ки режими на работа и претоварвания, в това число и при отпа-
дане на фаза за всякакви мощности на двигателите. Токовите
трансформатори за захранване на нагревателчите елементи могат
да бъдат обикновени. Настройването на вторичнвя ток към ре-
лето може да стане с дсбавъчен резистор или с автотрансформа-
тор. Възможностите на автотрансформатора са много по-големи.
Насищането на трансформатора при големите претоварвания е
благоприятно.
9.3. ЕЛЕКТРОННИ И ДРУГИ ТЕМПЕРАТУРНО-ТОКОВИ
ЗАЩИТНИ УСТРОЙСТВА
Съществуват и други варианта на температурно-токова защи-
та, някои от конто са по-прости, а други — много сложни.
Най-простият вариант на температурно-токова защита е ком-
бинацията на две отделки релета: температурно и топлинно-биме-
тално. Температурного (биметална капсула, полупроводников© за-
щитно устройство) се вгражда в двигателя, а биметалното се
свързва в захранващата линия (фиг. 81 а). При наличие на тем-
пературив датчици в трите фази биметалното реле може да бъде
и еднополюсно — включено само в едната фаза. Опитът показва
[31], че температурного реле достатъчно добре защитява двигате-
ля при претоварвания до 3-кратна стойност на номиналния ток
на двигателя (фиг. 81 б). Защитата при големите претоварвания
се осъществява от биметалното реле, което може да има ток на
настройката, равен на /нр=(1,2 -=-2)/нд- Като температурно за-
щитно устройство може да бъде използувана всякаква темпера-
тур на защита.
Най-новите варианти на температурно-токова защита са на
електронен принцип. С помощта и възможностите на електрони-
ката сигналите от температурните датчици и токовия трансфор-
матор се преобразуват в напрежения, конто се сравняват с пред-
варително зададени и настроени стойности така, че да се получи
159
оптимално защитно действие за двигателя и задвижването. Схе-
мите са сложив, с много електронни елементи, но с много функции
и вьзможности. Принципна блок-схема на едно такова устройств}
Фиг. 81. Температурно-токова защита с отделки защитни
устройства —- биметално топлинно реле във веригата на дви-
гателя и биметални капсули в намотката
а —^>кема на свързване; б — защитни характеристики
е показана на фиг. 82. И двете напрежения Ut и U.z, конто се
подават на блока за сравняване, се получават на база аналоз11
на топлинните процеси в двигателя, при конто основен елемент е
интегратор от 7?С-група с различии характеристики на зареждане
и разреждане. Такова изпълненпе дава възможност за много
близко имитиране на пронесите на загряване в двигателя и на
тази база за пълното му използуване при сигурно защитяване в
цялата облает от претоварване. Релето с принципна схема от
фиг. 83 [39] е подходяще за защита от претоварване при всички
кратности на тока, отпадане на фаза и асиметрия на захранващо-
то напрежение, къси съединения, корпусни съединения, наруше-
ние на вентилацията, повишена околна температура, повишени
загуби в статора и ротора, повишени механични загуби и др.
Устройството позволява изменение на тока на настройка от 0,4
до 1,6 /н> на времеконстантата от 82,5 s до 4950 s на времето на
изключване при 6/„ от 2,5 г до 150 s, на граничния ток, на
температурата на задействуване и др. Изходящият сигнал на
160
устроиството има две нива- едно за предварителна сигнализация
•и второ за изключване. Измерителен уред със скала показва на-
товарвакето във всеки момент.
Фиг. 82. Блок-схема па температурно-токово защит-
но устройство с електрически аналог
1— препизен токов източник; 2— температурен датчик; 3 —
преобразувател на температурата в напрежение; 4— блок за
сравнение на входннте напреження със зададеното ннво; 5 —
нелинеен токов източник; 5— трифазно захранване; 7— сиг-
нал за изключване на двигателя; 8 — предупредителен сиг-
нал при температура под максимално допустимата
9.4. ОЦЕНКА НА ТЕМПЕРАТУРНО-ТОКОВАТА ЗАЩИТА
Температурно-токовите устройства защитяват двигателите в
цялата облает от претоварвания и при всички случаи на повиша-
ване на температурата на намотката. Температурно-токовите ре-
лета защитяват двигателя най-сигурно и еднакво добре задейст-
вуват както при малките, така и при големите претоварвания.
Голямото предимство на температурно-токовата защита е, че за-
щитната й характеристика позволява да се използуват най-пълно
възможностите на двигателя при различните технологични и ава-
рийки претоварвания.
Температурно-токовата защита е по-сложна от топлинната,
токовата и температурните защити. Неудобствата от монтажна
и експлоатационна гледна точка са по-големи, отколкото при
другите защити.
Въпреки определените предимства температурно-токовата за-
щита на трифазните аспнхронни двигатели не е получила засега
полагащото й се разпространение.
11 Защита на асинхронны
161
1
Фиг. 83. Принципна схема на електронно температурно-
токово реле RSZ (АЕГ)
1— блок за температурка защита; 2— блок за защита от претоварва-
яе и*късо съединение; 3~ блок за предупредителна сигнализация и
изключване
10. ЗАЩИТА ПРИ ОТПАДАНЕ НА ФАЗА
Подробният анализ, направен дотук по характеристиките, за-
гряванията и опасностите при еднофазен режим на работа в три-
фазните асинхронни двигатели, а също така по проблема и въз-
можностите за защита на двигателите при отпадане на фаза по-
казва, че за повечето двигатели (минимум 90%, но не бсички)
защитата с биметални топлинни релета удовлетворява изисква-
ничта, поетавени от двигателите. Биметалните релета изключват
двигателите при отпадането на фаза само ако те са преговарени,
и то не веднага, а с някакво закъснение, което е допустимо. Съ-
ществуват обаче електрозадвижвания, при конто работата на дви-
гателя при отпадналата фаза и невъзможностга за следващото
му развъртане са аварийни сьстояния, конто изискват изключва-
162
не на двигателя или най-малко подаване на сигнал. В случая
обаче не става въпрос за защита наг двигателя, а за защита на
механизма.
Реализирането на защита при отпадане на фаза в захранването
на двигателя е Възмсжно при използуване на устройства, конто
реагират на тока или напрежението.
Защитните устройства, реагиращи на напрежението, са неси-
гурни, тъй като не могат да изключат двигателя, ако отпадането
на фазата настъпи след точката, в която те са включени в мрежа-
та, и при двигателите, свързани в триъгълник.
Токовата защита с три минималнотокови релета, а също фил-
тровата тскова защита защитяват сигурно двигателя при отпа-
дане на фаза и следва да се предпочитат пред останалите. Предим-
ството на токовите защити от отпадане на фаза се заключава в
това, че токът в един от захранващите проводници при отпадането
на фазата става равен на нула, т. е. изменя се по-рязко, откол-
кото напрежението.
Защитата при отпадане на фаза с три минималнотокови релета
реагира на изчезването на тока в един от захранващите провод-
нипи. Такава защита има три минималнотокови релета, включени
във веригата на двигателя. Релето задействува при тока на пра-
зен ход на двигателя, а отпада, ако токът се намали рязко или
стане равен на нула. При отпадане на релето се прекъсва команд-
ната верига на контактера на двигателя, тъй като контактните
системи и на трите релета са включени в тази верига. Пускането
на двигателя става посредством шунтиране на контактите на ре-
летата от командния прекъсвач „пуск". Тази защита работи
точно и сигурно при прекъсване на захранващ проводник, но не
реагира при прекъсване на намотката на двигател, свързан в три-
ъгълник. Защитата не позволява самостоятелното пускане на дви-
гателя и изисква бобини за всяка мощност и напрежение. Про-
мишлено производство на такава защита не съществува.
Филтровата защита при отпадане йа фаза може да се захрани
от филтър на токовете с отрицателна последователност или от
комбиниран филтър по системата на ВНИИ, гр. Донецк—СССР
[26]. В най-сбщ случай филтровата защита защитява двигателя
удовлетворително при празен ход и достатьчно сигурно при на-
личие на някакво натоварване. Тази защита осигурява защита
на двигателя и от работа при недопустима асиметрия на напре-
жението. При асиметрия от 10% фазният ток на двигател, не-
товарен с номиналната си мощност, достига до стойкости, равнй
на 1,5 7И- В същото време токът в др у гите две фази не достига
163
и номиналната си стойност, затова топлинното реле може и да
не задействува.
Защитите устройства, реагиращи на изменение на напреже-
нието на двигателя, са разнообразии и се класифицират:
а) устройства, реагиращи на изменение на линейните напре-
жения на клемите на двигателя;
б) устройства, реагиращи на напрежението с отрицателна по-
следователност;
в) устройства, реагиращи при появяване на напрежение с ну-
лева последователност.
Устройствата, реагиращи на изменение на линейното напре-
жение, използуват факта, че това напрежение намалява. Схемата
е построена на база две минималнонапрежителни релета, вклю-
чени между фазите (едното може да бъде бсбината на контактора).
Напрежението на клемите на двигателя при отпаднала фаза на-
малява в различна стелен за различните двигатели и в зависимост
от натоварването. Такива устройства не могат да защитят двига-
телите, които работят на празен ход, тези, които са натоварени
до 0,8-7-0,85 от номиналния въртящ момент, и при свързване на
намотката в триъгълник. Устройствата могат само да не допус-
нат пускането при отпаднала фаза.
Устройствата, реагиращи на напрежението с отрицателна по-
следователност, работят по схема с използуване на два капаци-
тивно-съпротивителни филтъра. При отпадането на фаза към дви-
гателя се подвежда несиметрична система от напрежения. Аси-
метрията при празен ход обаче е много малка — под 7% и защи-
тата не действува. Този вид защита задействува при натоварване
на двигателя над 30—40% и нё задействува при прекъсване фа-
зата на двигател, свързан с триъгълник. Устройствата по тази
схема са сложни и скъпи.
Устройствата, реагиращи при появяване на напрежение с ну-
лева последователност, имат най-проста схема. Използува се на-
прежително поле, включено между звездната точка на двигателя
и нулевия проводник на мрежата. Прй отпадане на фаза звездна-
та точка на двигателя получава някакъв потенциал и напреже-
нието между нея и нулевия проводник на мрежата Vc0', предста-*
вляващо напрежение с нулева последователност, ще имй Стой-
ност, достатъчна за задействуване на напрежителното реле. На-
прежителното реле прекъсва командната верига на контактора.
Напрежението с нулева последователност завися от товара
на двигателя и при междуфазно напрежение 380 V се измени в
границите от 10 до 110V.: Зависимостта гл напрежението of
164
кратността на натоварването т=-тгт- е показана на фиг. 84, но>
Фиг. 84. Зависимост на напреже-
нието на двигателя от натоварва-
нето при отпадане на фаза
в товара напрежението може да
спадне и до 3,6 %. Релето се не-
стройна за стойност на задейству-
ване 1/0„'=54г6%, което значи, че
защитата работи сигурно при товар
на двигателя над 50-^60%. Тези
защитни устройства не могат да
се използуват при изолирана звезд-
на точка на трансформатора и
при свързване на трансформатора
или двигателя в триъгълник.
Защитните устройства при от-
падане на фаза е добре да имат
закъснителни устройства, за да
не се получават нежелани изключ-
вания на двигателя.
11. ЗАЩИТА ОТ КЪСИ СЪЕДИНЕНИЯ
11.1. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ И ИЗИСКВАНИЯ
Биметалните релета, контакторите, еъответно пускателите и
прекъсвачите за електродвигатели са оразмерени съгласно стан-
дартните изисквания за натоварвания в режим АСЗ, което значи
ток на изключване до 8 1Н за номиналните токове<100А и до
6 7Н за 1Н >100А.
За токовете над тези стойкости за защитата от къси съедине-
ния са необходими допълнителни защитни апарати и мероприя-
тия.
Такива апарати могат да бъдат електрически предпазители и
автоматични мощностей прекъсвачи. Изискването Към тях е да
защитят двигателя, биметалното реле или изключвателя (евен-
туално максималнотоково реле, ако е използувано токово защит-
но устройство) и захранващите проводници от повреди и разру-
шение от токовете на късо съединение. Обикновено елемент с
165
най-малка термичка устойчивост е биметалното реле или изключ"
вателят. Както вече беше посочено, индиректно загряваните би-
метални елементи са термически устойчиви до (12 4-15) а ди-
ректно захранваните— до (25-=-30)/й. Токовете при късо съеди-
нение, конто могат да протичат през тях, са много по-големи,
затова е необходимо да бъдат разтоварени от тези големи токове
в областта малко преди точката на разрушаване чрез комбина-
ция с предпазители или автоматични прекъсвачи. За спгурно
действие на комбинацията трябва да бъдат удовлетворени някои
изисквания. Прсблемът за координация на защитата от токовете
на късо съединение не е прост и лесен и е обект на внимание н
кормите VDE 0660 и МЕК 292 прилсжение С.
Във VDE 0660 се сбръща внимание главно върху комутацион-
ната възможност на комбинацията, а в МЕК са формулирани
сбщите изисквания към ксмбинациите и са определени три степе-
ни на възможните повреди. Както най-сбщи изисквания към коор-
динацията и степенуването на апаратите в комбинацията нормата
на МЕК формулира:
а) защитният апаратсткъсо съединение трябва да бъде включен
преди защитявансто реле или прекъевач;
б) комутационната възможност на защитник прекъевач от къ-
со съединение трябва да съответствува на номиналната комута-
ционна възмсжност на комбинацията;
в) защитният ап арат от късо съединение не трябва да из-
ключва в областта на работните токове;
г) за всички допустими за комбинацията токове не бива да
се нарушава зоната на безопасност на обслужващия персонал
извън границите, дадени от производителя.
В зависимост от начина на включване на отдел ните елементи
в комбинацията тяхното оразмеряване за тока на късо съедине-
ние и повредите, конто могат да наетъпят при тока на късо съе-
динение, предвиждат се три степени на повреди в прекъсвачите
за двигатели и пускателите:
Клас А: Допускат се всякакъв вид повреди до пълно разру-
шаване на открития прекъевач. Обвивката не трябва
да се поврежда.
Клас В; Времетоковите характеристики на релетата и из-
ключвателите могат да получат остатъчни изменения..
Клас С: Не трябва да се появяват каквито и да е повреди..
За потвърждаване правилността на избора и степенуването
на апаратите в комбинацията ее прави по едно изключване при
следните три стойности на тока:
166
I) тск с 25% под и
2) тск с 25% над тока на пресечната точка на времетоковата
характеристика на топлинното защитно устройство (пуска-
тел, прекъевач за двигатели) с характеристиката на из-
ключване на защитного устройство при къси съединения;
.3 ) ток, равен иа максималната комутационната възможност
на комбинацията.
Съгласно изискванията VDE при изпитването на комутацион-
на възможност на комбинацията се допуска повреда на частите
(и апаратите), предвидени от призводителя за смяна.
Като най-важни изводи от горного могат да се систематизират
следните:
— изборът на защитного устройство от късо съединение може
да става между електрическите предпазители и мощнсст-
ните автоматични прекъсвачи;
— допустимите повреди на защитните релета и прекъсвачи за
двигатели (пускатели) са систематизирани в три класа;
— съгласувапето на апаратите без каквото и да е увреждане
на кембинацията не се третира в предписанията.
11.2. ЗАЩИТА ОТ КЪСИ СЪЕДИНЕНИЯ
С ПРЕДПАЗИТЕЛИ
Включването на предпазители със стопяема вложка като за-
щита от токовете на къси съединения в защитните прекъсвачи и
пускатели за двигатели е най-старата форма на защитна комби-
нация. Макар че тя притежава основния недостатък—еднопо-
люсно изключване с последващо отпадане на фаза, тя се изпол-
зува и днес.
При определянето на оптимална схема на включване на пред-
лазителите към защитните прекъсвачи за двигатели се вземат
предвид три условия:
— предпазителят трябва да издържа работайте токове, без
да прекъева веригата;
— в областта нац комутационната възможност на прекъсвача
за двигатели изключването трябва да се поеме от пред-
пазителя;
— предпазителят трябва да извърши изключването бързо, така
че релето, съответно изключвателят, да бъдат подложени
на минималки повреди.
Удовлетвориването на тези условия предполага точното поз-
паване на времетоковата характеристика на топлинното реле или
167
мзключвател, пусковата характеристика на електрозадвижването,
времетоковата характеристика на предпазители и термичната ус-
тойчивост на биметалния елемент.
Времетоковите характеристики на топлинните релета и из-
ключватели заедно с допуските и разсейванията са дадени, а
това значи и възможностите им за осъществяване на определен
пусков процес. Пусковите характеристики на електрозадвижва-
нийта й& принцип са същр познатиг (табл. 4). Много по-трудно е
с характеристиките на предпазителите. Стандартните изисквания
и информационните материали на производителите не дават необ-
ходимйте данни за съгласуване на комбинацията им с биметал-
ните елементи. Съгласуването е възможно само по средни ха-
рактеристики и Известии приемания за влиянието на възмсжните
разсейванйя.
Оразмеряването на предпазители за пускатели и прзкъсвачи за
двигатели с биметално реле или изключвател най-дсбре се раз-
дира от един конкретен пример.
На фиг. 85 е показан начинът на определянето на предпази-
теля за защита от токовете на късо съединение към реле РТБО
с ток на настройката 0,5—-1 А и степей на инертност Т2. Из-
ключвателната характеристика на релето е показана като срэдна
крива и като облает на разсейване. Точката на разрушаване ле-
жи при 14 /и. Избраният предпазител 4 А тип дТ по БДС 5209—
74 е показан също със своята средна характеристика, с областта
на разсейване съгласно данните на повечето производители, а
също и с крайните характеристики по допуските на СЕЕ. Двете
средни характеристики — на релето и предпазители—се пре-
сичат при около 12 /н и време около 3 s. Условията за селектив-
ност не са изпълнени за цялата облает на разсейване, но за ос-
новната част, както се дава от повечето производители, е оси-
гурено, че при 8 /н релето изключва преди предпазителите. Съ-
щото важи и за точката на разрушаването. проката облает на
разсейване съгласно стандартните изисквания излиза извън точ-
ката на разрушаване, обаче голямата част от областта на раз-
сейване на един .,среден“ предпазител остава отляво и под точ-
ката ТР.
Не е изключено никой особено бавнодействуващ предпазител,
чиято характеристика се намира в горната част на областта на
разсейване, да не изключи. „Ср:дният“ предпазител в този случай
обаче ще изключва всякога за такова време, че релето да не се
разруши. Ако релетата и изключвателите са подложени на ста-
реепе преди регулирането, изключвателните им характеристики
се изместват несъществено. Но това място ще споменем, че всички
168
топлинни релета и изключватели, произвеждани в комбината
;,ЕАЗ“ — Пловдив, се подлагат на топлинна и токова стабилиза-
ция преди регулирането.
Значително по-благоприятно е положението при релетата и
изключвателите за по-големи номинални токове. Така например
Фиг. 85. Характеристики за съгласуване и из-
бор иа предпазител към топлинно-биметално ре-
ле тии РТБО с ток на настройка 1А
точката на разрушаване за едно реле с директно загряване на
биметалния елемент за номинален ток 100 А е при 62 1„. В цяла-
та облает на разсейване всички типове предпазители за номина-
лен ток удовлетворяват изискванията за селективност. Цялата
облает на разсейване на характеристиките на предпазителите се
намира отляво на точката на разрушаване.
169
Без. да навлизаме б подробностите на въпроса, ще отбележим,
че осигуряването на защитата от къс.о съединение на пускателите
е свързана и с решаването на въпроса за заваряване на контак-
тите. Основното тук е необходим'ата за заваряване на контактите
топлинна енергия. да бъде всякога по-голяма от необходимата
за разтапяне на стопяемия елемент. Благоприятно влияние оказ-
ва ефектпвното токоограничаване., Най подходящи за защита в
този случай са предпазители!» ,със смесено действие — до 4 /н
бавнодействуващи и над. 4 бързбдёйствуващщ. конто по немската
терминология се наричат ,.б^)гбаупредпазители~‘-.
Гореописаното съгласуване на характеристиките за точно оп-
ределяне на найщрдходйщйте п^дпазитёли ё трудно в експлоа-
тацията, затова БДС 7375 -75 йрепоръчва това'да се правп от
гроизводителите: на биметалните релетя.
За избирапето на-стопчемите'елементи за защита на двигате-
лите съществуват и никои пр’оверени в практиката формули [37].
За двигатели с'накъсо сьёДвден ‘ротор при иегбляма честота
и леки пускови условия (до 2-ъЗ ч) нбминалнияТ ток на стспяе-
мия елемент е
Лиъ>0,4/пуС1(. (56)
За двигатели с :накъео соединен ротор приСтёжки пускови
условия (над 3 s до 10 s) й повтор но- кратковремёнен режим на
работа
Лп^(0,5-г-0,6)/оуск.“ (57)
За двигатели;с фазов ротор (при които /пуск 27нд)
Лп>(14-1,25)/нд. (58)
Обикновено предпазителите се поставят отделив за всеки дви
тател. Само при мщтей мощности на няколко двигатели, работе'
щи последователно, може да бъде използуван един комплект
предпазители, при което стопяемнте елементи се избират по тока
на най-мощния двигател.
Стопяемнте елементи на предпазителите, които се монтират
на комплектннте разпределителни урсдби, се избират по две ус-
ловия:
/нп>2/нд- (59)
И
7нп>0,4[2/нд+(7пуск - /иду ], (60)
J70
където 2 /нд е сумата от номиналните токове на едновременно
рабстещите двигатели’;
(^пуск—Л,д)' - разликата между пусковия и номиналния ток
на двигателя, където тя е най-голяма.
За номинален ток на стопяемия елемент, изчислен по формули
(5(j u (60), се приема по-голямата стойност.'
Предпазителите-, включена последователно по участьците на
верпгата, трябва да притежават селективнест. На практика това
ее осъществява, ако токовете на последователно включение еле-
менти се различават с две степени по скалата на номиналните
тек :ве. .
Формулите са верни за предпазители с цинкови и медни сто-
пяеми елементи. Стопяемнте елементи от олово и сребро при дви-
гателите е леки пускови условия се избират по формула (58)'.
При избс-ра на предпазители трябва- да се съобразява и ксму-
таниснната възмсжност на избрания тип и големината на пред-
пазителя-.- Тя трябва’да бъде по-голяма от изч-йслената максимал-
на стойност на- тока на късо-съединение-на вёригата.
Ксмандните вериги-, а също-тези -за-сигнализация се защи-тя -
ват също ют 'късо съедийёния ме5кду фазите, а в случайте със за-
земена неутрала и от земНи съединенй'н. ЗащйТат'а се осъщёствява
най-Честе с предпазители, но могат да бъдат използувани V успех
също еднопслюёнй автсматични прекНс-вачи (найр ймер тип АЕ
1006)-. ’.‘S/ ъ. >- •
Изборът на стопяемия елёмёнт ’за'"командна верига с~ нйпрё*
ЗКение Ул мс"же- да стане-п'О’ фЬрмуэтйта- • "
sPp+.o.isp;
Н" -- Ен. ' .
където Рр..,е мощността .на бобини, сигналки.лампи и,др.,,конто
работят едновременно, W или VA;
Р' — мощността на бобинпте при едновременно включ-
ване, ,Ш,.или VA.
Ако с а известии не мощностите, а токовете, то
An^S/p+0,12/;. (62)
Нсминалният ток на ксмбинирания изключвател в автоматич-
ния прекъсвач се избира по формула (62), а токът на настройка
на електромагнитния изключвател.—- по формулата
7нем>1,5[2/р+2(7в-7г)]. (63)
(61)
17:1
11.3. ЗАЩИТА ОТ КЪСИ СЪЕДИНЕНИЯ
С ЕЛЕКТРОМАГНИТН-И МАКСИМАЛНОТОКОВИ РЕЛЕТА
И ИЗКЛЮЧВАТЕЛИ, КОМПЛЕКТОВАНИ
КЪМ АВТОМАТИЧНИ ПРЕКЪСВАЧИ
Електромагнитните максималнотокови релета и изключватели
-с моментно действие, комплектовани или евързани към автома-
тични прекъсвачи с меобходимата комутационна възможност, раз-
товарват биметалните релета- и изключватели посредством мо-
ментното изключване на токовете над точката на разрушаване.
Поради изискваната голяма комутационна възможност прекъс-
вачите трябва да бъдат мсщностни. Произвежданите у нас авто-
матични прекъсвачи типове ATOO, Al, А2, АЗ и А4 са мощно-
стей, а АТОО е освен това и токоограничаващ. Те имат биметал-
ни и електромагнитни изключватели, а АТОО и извънредно ви-
сока комутационна възможност. Типичната времетокова характе-
ристика на прекъсвача АТОО за ном. ток 4А е показана на фиг.
86. Изключвателната характеристика на биметалния изключвател
съответствува на степей на инертност Т2. Точката на разрушава-
не ТР се намира при 21 /н - Под тази стойност електромагнитният
изключвател разтоварва биметалния (крива 2) при 14 /и. Верти-
калната линия 2 на тока на задействуване се раздели на крива
на задействуване 3 (пунктирана линия) и крива на изключване
4. Константната разлика на времето между тези две характери-
стики е сумата от собственото време и дъговото време на нре-
късвача. Кривата на изключване 4 лежи в началото далеч под
кривата на разрушаване 5, като я пресича при ток над 700 /, .
Възможният максимален ток на късо съединение при 380 V, в
случая 280 /в (правата 6), е много под тази стойност. Комута-
ционната вввможност на прекъсвача АТОО при 380 V-i-5000 А
представлява 1250 пъти номиналния ток 4 А и е многократно над
възможния ток на късо съединение.
Принципна същото е положението и при прекъсвачите от се-
рия А1, а също при използуването на комбинация от отделно
биметално реле, контактор и мсщностен прекъевач. При тези
.прекъсвачи при комбинацията реле—контактор—мощностей
.прекъевач, също и при по-големите токове на настройка на
прекъсвача АТОО е възможно токът на късо съединение (линия
б] във веригата да бъде по-голям от пресечната точка на кривата
на изключване 4 и характеристиката на разрушаване 5. В такива
случаи биметалният изключвател, съответно биметалното реле не
са вече защитени от разрушаване. Не са защитени от заваряване
в определена облает на тока на късо съединение и контакторите.
а72
Необходимо е да се използува апарат с токоограничаващо дей-
ствие, за да се осигури пълна защита от къси съединения. Най-
евтини и разпространени такива апарати са предпазителите, но
те притежават .и сериозния недостатък на еднополюсно прекъсва-
Фиг. 86. Характеристика за съгласуване на автоматичен мощностей прекъе-
вач с електромагнитен изключвател към топлинен изключвател (реле)
1— времетокова характеристика на топлинния изключвател; 2— характеристика на за-
действуване на електромагнитния изключвател; 3 — характеристика на задействуване!
характеристика на изключване; 5 — характеристика на разрушаване; ТР — точка
на разрушаване
не на трифазната верига. По принцип най-добре се решават всич-
ки въпроси по защитата от претоварване и къси съединения в
комбинацията: биметално реле (изключвател) — автоматичен три-
полюсен прекъевач—предпазители. Времетоковите характери-
стики и съгласуването на линията на разрушаване на биметалния
изключвател, комутационната възможност и изборът на предпа
173
зителя в една такава комбинация са показани на фиг. 87. Бижда
се, че точката на разрушаване ТР и линията на разрушаване-
10 се намират над кривите на изключване, което значи, че биме-
талният елемент е защитен от разрушаване в цял ат а л [облает.
Фиг. 87. Съгласуване на характеристиките на реле, автоматичен мощностей
прекъсвач и предпазител за осигуряване пълна защита от къси съ-
единения
/— характеристика на топлинен изключвател (реле); 2— характеристика на задейству*
ване на електромагнитния изключвател; 3— характеристика на задействуване на пре-
къевача; 4— характеристика на изключване на прекъевача; 5— времетокова характерис-
тика на предпазители; 6 — дъгово време на предпазители; 7— време на задействуване на
предпазители; 8 — комутационна възможност на прекъевача; 9— токоограничаване н
предпазители; 10— характеристика на разрушаване; ТР — точка, иа разрушаване
174
Номинален ток иа стопяемите елементи иа предпазителите.
включени пред автоматичния прекъсвач АТОО
175
Кривата на задействуване на автоматичния прекъсвач се намира
всякога под кривата на изключване, което значи, че всякога ще
бъде осигурено триполкгно изключване. Предпазителят поема
изключването малко преди достигане на граничпата комутацион-
на възможност, т. е. автоматичният прекъсвач е също защитен.
Избраният предпазител позволява всички работни режими, без
да се смущават пусковите пронеси. Той изключва заваряването
на контактора вследствие голямото токоограничение на тока на
късо съединение.
Разгледаната комбинация удовлетворява всички изисквания и
дава на електрическата инсталация максимална сигурност и при
най-големи катастрофи.
За облекчаване на потребителите, проектантите и експлоата-
цията на автоматичните прекъсвачи някои производители дават
указания и данни за съгласуване на защитата от къси съединения,
като посочват необходимте предпазители пред прекъевача. Дан-
ни за прекъевача АТОО са посочени в табл. 13. Предпазителите
трябва да изключат задължително, ако токът на късо съединение
в мястото на монтажа превишава комутационните възможности
на прекъевача. За малките токове на настройка не са посочени
предпазители, тъй като ограничаването на тока на късо съеди-
нение от прекъевача в проиеса на изключването е много голямо
и линията на разрушаване е всякога над неговата стойност.
При избора и съгласуването на автоматичните прекъсвачи за
сигурна защита от ».ъсо съединение и производствен пронес без
смущения трябва да се вземат предвид следните условия:
1. Номиналният ток на прекъевача да бъде равен или по-
голям от номиналния ток на двигателя.
2. Комутационната възможност на прекъевача (ток на из-
ключване и включване) да бъде по-голяма от тока на късо съеди-
нение, който може да се появи в мястото на монтажа на прекъе-
вача. Токът на късо съединение се определя по начина, посочен
в глава 3.8. Вземат се предвид всички указания и данни на произ-
водителя за динамична и термична устойчивост на прекъевача.
3. Токът на настройка на топлинния изключвател трябва да
съответствува на условията в т. 6.6.
4. Токът на настройка на максималпотоковия изключвател
трябва да отговаря на следните две условия:
а) отсъствие на нежелани задействувания при преходните ре-
жими на двата случая:
— при пусковия процес
Al отс(1-8)>/ду пуску (64)
176
— при режим на противовключване
Iн отс( 1 ^)— Iду рев •
(65)
където /м отс е амплитудната стойност на тока на отсечката
на електромагнитния изключвател, А;
/ду пуск — максималната стойност на ударния ток при
пускане на двигателя, измерена при най-ви-
сокото напрежение на мрежата, А;
Одурев — максималната стойност на ударния ток при ре-
версиране, измерена също при най-внсоко
напрежение, А;
6 — коефициент, отчитащ отклоненията в крат-
ността на тока на отсечка на автоматичния
прекъсвач, А;
б) сигурно задействуване на автоматичния прекъсвач при ми-
нимално възможните токове на късо съединение, т. е.
(66)-
където /КС min е ефективната стойност на тока на късо съедине-
ние, определена за най-тежкия случай от гледна точка задей
ствуването на изключвателя, а именно при най-ниското напреже-
ние на мрежата във верига с максимално съпротивление. В първо
приближение този ток може да бъде определен от израза
където /?„агр е съпротивлението на нагревателния елемент;
Яд—добавъчното съпротивление от проводници
контакти, бобини и др.
Изборът на максималнотоковия изключвател за групова за-
щита на няколко двигателя става при спазване на условието
/м отс(1 —
(68)
където т е броят на едновременно пусканите и реверсирани дви
гатели.
Условията за избора на максималнотоковия изключвател мо-
гат да се поставят и за избора на максималнотокови релета.
12 Защита на асинхронни, . .
177
12. ЕКСПЛОАТАЦИЯ НА ЗАЩИТНИТЕ
УСТРОЙСТВА
Конструкцията и характеристиките на защитните устройства
за електродвигателите са съобразени с продължителен режим на
работа без особени грижи за тяхното поддържане. Конструкции-
те и изискванията в тази облает предвиждат достатъчна износо-
устойчивост, постоянство на характеристиките и сигурност, за
да не се подменят контакта, пререгулират изключватели, релета
и др. Не е без значение и обстоятелството, че от този вид апарати
не се изисква голяма изиосоустойчивост. От тях се изисква ста-
билна и точна характеристика на задействуване и висока сигур-
ност при комутиране на големите токове за претоварване и къси
съединения.
За правилната експлоатация на защитните устройства е необ-
ходимо:
1. Изпълнение на монтажа и настройката по данните на кон-
кретная двигател или електрическа верига.
2. Провеждане на основни периодически проверки сбикновено
един път в годината, при конто се контролира състоянието на
контактната и дъгогасителната система, на изолационните мате-
риали и изключвателите.
3. Замяна и пренастройка на устройствата, в случай че се
изменят данните на консуматора.
4. Основна проверка, почистване и при необходимост замяна
на апаратите, смяна на патроните на предпазителите след из-
ключване на големи къси съединения.
5. Замяна на патроните на предпазителите след всяко тяхно
изключване.
6. Периодична проверка на действието и съответствието на за-
щитного устройство.
7. Периодична проверка на състоянието и температурата на
контактните места в предпазителите.
За осигуряването на правилна експлоатация трябва да се
спазват указанията на производителя, правилникът за устройст-
во на електрическите уредби [21], правилникът по безопасността
на труда при експлоатация на електричеките уредби и съоръже-
ння [22], правилникът за противопожарна охрана и др.
По принцип преди всеки контрол, пренастройка, замяна на
части и възли по защитните устройства трябва да се изключи
напрежението на входящите клеми с видимо разделяне и да се
вземат всички необходими мерки, изключващи случайного пода-
178
ване на напрежение на изводите на провешивания апарат или на
веригите му за управление. Трябва да се обърне особено внима
•ние на това, да се изключи възможността за подаване на напре
жение чрез помощни контактни система от други апарати и из-
точнини. При невъзможност да се изключи напрежението смяната
на предпазителите може да стане и под напрежение, но след из-
ключване на товара и от лица с необходимата квалификация
[22] — не по-ниска от IV трупа за уредбите до 1000 V.
Проверката на устройствата в основни линии се състои в
следните операции:
а. Общ външен преглед. Установява се изправността на об-
азивката, наличността на всички елементи и детайли, изправност-
та на предпазителите и др.
б. Преглед на контактната система. Контактните тела и де-
тайлите около тях се почистват от изгорели частици, метални
перли. Проверява се състоянието на контактните тела и при
необходимост апаратът или контактните тела се сменят. Ако
контактните тела не са износени още, но са прекалено обгорели,
повърхността им се зачиства със ситна пила или шкурка. Ме-
талният прах, който се е пссипал по изолационните детайли, се
отстранява. По принцип контактите от сребро и сребърни спла-
ви се зачистват в изключителни случаи. Смяната на контактите
в случайте, когато е предвидена от производителя (например при
прекъсвачите А2 и АЗ), става в съответствие с инструкцията за
обслужване на апарата, но трябва да се обърне особено внимание
за осигуряване на предписания провал (БДС 4004—73, т. 1.29)
и едновременност на допиране на контактите на трите полюса.
в. Преглед на дъгогасителната камера. Дъгогасителните ка-
мери трябва да бъдат цели, пластините им налице и не много
обгорели. Разстоянието между отделите пластини не бива да
е много намалено. При неизправност намерите се сменят с ре-
зервни.
г. Преглед на включвателно-изключвателното устройство.
Прави се рядко специално за него, но при всеки преглед се по-
чиства и смазва съгласно указанията на производителя. Ремонт
и смяна на детайлите му не се допуска освен в случайте, когато
производителят е предписал например смяна на пружини.
д. Преглед на защитните изключватели и биметални елементи.
Прегледът се извършва особено внимателно, без да се огъват и
натоварват биметалните пластини и без да се нарушават регули-
ровките, направени от производителя (обикновено те са блоки-
рани и запечатани с боя или лак). В тези конструктивни възли
«е възможна замяна на повредените елементи или блокове само
179
в съответствие с инструкцията за обслужване на изделията. За
прекъсвачите от серия А се допуска смяна както на изключвател-
ните блокове (прекъсвачи А1 и АЗ), така и на отделяй изключва-
тели (прекъсвач А2). Целесъобразно е по-често да се проверява
пригодността на защитното устройство към двигателя и при
необходимост да се прави донастройка. Препоръчва се настрой-
ката да се прави по действителния работен ток на двигателя.
Практически това може да стане съвсем просто. Посредством из-
местване или въртене на лоста или копчето на настройка устрой-
ство™ се изключва (пускател, прекъсвач) при нормално натовар-
ване на двигателя в рамките на 1 h. След като се получи изключ-
ване, настройката се завишава посредством изместване по посока
на по-голямата стойност на настройка с около 0,5 mm. Ако уст-
ройството изключи отново, прави се ново изместване по посока
на по-голямата стойност. Прекъсвачът (пускателят) трябва да
издържа работния ток на двигателя минимум 1 h. При това се
постига едно много чувствително настройване, което подобрява
защитното действие при отпадане на фаза, но увеличава възмож-
ността за по-чести изключвания и от най-малките претоварвания.
Възможно е изключване без видимо претоварване по причина
в защитния прекъсвач или пускател. В тези случаи може да се
направи следното: да се почистят контактите, да се провери пра-
вилното навиване на винтовете, конто съединяват проводниците с
клемите, и ако това не помогне — да се потърси съдействието на
компетентна лаборатория.
е. Преглед на предпазителите. Проверява се дали са здрави
вложките на патроните, а периодически и загряването на контакт-
ните съединения. Проверката на загряването трябва да стане с
термобои или други методи, конто позволяват измерването от дис-
танция над 3 гл. При висока температура на предпазителите (не-
трябва да се надвишава температурата 105—120°С) се подобряват
контактните съединения или се сменя патронът с вложката. Про-
веряват се също изолационните части на предпазители за пукна-
тини, счупени части и др. При замяна на патрони с прегорели
вложки трябва да се спазва изискването за еднаквост на заменя-
емия патрон.
При експлоатация на защитните устройства е много важно да
се знае, че техният ремонт и пререгулиране по времетокова харак-
теристика не се предвиждат в инструкциите за обслужване. Де-
монтажът, ремонтът и регулирането по стандартните изисквания
за времетокова характеристика изискват наличието на специалноа
обзавеждане и обучени специалиста..
180
ж. Преглед на вградената температурно. защита. Тъй като
защитата се състои от вградени датчики и управляващр устрой-
ство, обслужването й обхваща преглед и поддържане на двата
елемента. Преди монтаж, след ремонт и след дълго неработно със-
тояние на двигателя се измерва с мегаомметър с напрежение до
500 V съпротивлението на изолацията на намотката спрямо корпу-
са, между фазите и спрямо веригата на термодатчиците. Най-мал-
кото съпротивление на изолацията, което може да се допусне меж-
ду намотката на статора и веригата на термодатчиците, е 0,5 MQ.
Освен това преди монтажа е необходимо да се измери съпротивле-
нието във веригата на термодатчиците, което трябва да бъде в
гранините 120—л50 Q. Абсолютно се забранява проверката на та-
зи верига с мегаомметър, а напрежението на термодатчиците при
проверката не бива да превишава 7,5 V. При ремонт на двигате-
лите с вградена температурна защита трябва да се обръща спе-
циално внимание за наличието, правилното вграждане и свързва-
не на термодатчиците. Присьединителните проводници не трябва
да бъдат по-тънки от 0,5 шш2 и с топлоустойчивост — не по-малка,.
отколкото на намотката на статора. При вграждането на датчи-
ците трябва да се осигурява достатъчна изолация и максимално
най-добрият топлинен контакт с намотката. Технического обслуж-
ване на защитата се провежда едновременно с обслужването
на двигателя и пусково-защитната апаратура, като се обръща осо-
бено внимание на добрия контакт в мястото на присъединяване
на проводниците. В случайте на няколко последователю! задей-
ствувания на температурната защита е необходимо да се изяснят
и отстранят причините така, че да се осигури нормалната работа
на двигателя.
181
ЛИТЕРАТУРА
1. Братиков, П. Електрически предпазители за ниско напрежение-
C., Техника, 1976.
2. БДС 180—74. Машини електрически въртящи се. Общи технически
изисквания.
3. Гольдберг, О., Т. Соропер, И. Чарахчьян. О надежнос-
ти асинхронных двигателей. Вестник электропромышленности,4952, кн.9,
4. Гол ьдберг, О., Ф. Макаров. Повышение надежности обмоток
асинхронных двигателей на стадии проектирования. Электротехника,
1966, кн. 4.
5. Готтер, Г. Нагревание и охлаждение электрических машин, М.,
ГЭИ, 1961.
6. Г а н е в, Л., И. Раденкова, Е. Петрова. Изследване на емай-
лирани проводници и импрегнационни лакове. Електропромишленост и
прнборостроене, 1967, кн. 4.
7. ГОСТ 183. Машины электрические вращающиеся. Общие технические
требования.
8. Ге й л е р, Л. Электропровод в тяжелом машиностроении. М., Машгиз,
1958.
9. Д ъ р ж а н о в, П. Към въпроса за защита от претоварване на асинхрон-
ните двигатели с накъсо съединен ротор от серията 0,6—100 kW. Елек-
тропромишленост и прнборостроене, 1968, кн.2.
10. Кузнецов, Б., С. А р т а н о в, М. О р ж а х о в с к и й. Основ-
ные факторы, определяющие надежность электрических машин. Вест-
ник электропромышленности, 1962, кн. 9.
11. М о ш е к о в, К- Върху топлинната защита на асинхрониите електро-
двигатели с късосъединен ротор. Дисертация ВМЕИ, С., 1970.
12. М о ш е к о в, К- По въпросите за повредите и възможностите за пови-
шаване на трайността на асинхроините двигатели. Енергетика, 1969,
кн. 10.
13. М о ш е к о в, К. За набора на защитните топлинни устройства по пус-
ковия процес на електрозадвижванията. Енергетика, 1970, кн. 6.
14. М о ш е к о в, К- Характеристики и изисквания на топлинната защита
на електродвигателите А02, габарити 4 и 5, при режима отпадане на фа-
за. Годишник ВМЕИ, том XXI, С., Техника, 1968.
15. Мо ше ков, К- Основни характеристики на топлинните защитни ре-
лета и стандартните изисквания към тях. Изобретателство, стандарти-
зация и качество, 1971, кн. 1.
16. М о ш е к о в, К-, 3. Кемалова, Г. Куюмджиев. Защитно
устройство с обратна времетемпературна характеристика, авторско сви-
детелство.
17. Мант ров, М. Срок службы изоляции электрических машин при
тепловом старении. Электричество, 1959, кн. 6.
18. Найденов, Е., К. М о ш е к о в. Върху топлинната устойчивост на
182
биметалните релета и изключватели със смесено и индиректно загряване.
Електропромишленост и прнборостроене, 1968, кн. I.
19. Писарев, Л., М. М а р к о в, С. С а р а ф о в. Пускови апарати и
защита на асинхронни електродвигатели, С., Техника, 1960.
20. Правила устройства электроустановок. М., Энергия, 1964.
21. Правилник за устройството на електрическите уредби. С., Техника, 1969.
22. Правилник по безопасността на труда при експлоатация на електричес-
ки уредби и съоръжения, С., Техника, 1971.
23. Р а ч е в, Д., С. Сарафов, Б. Иванова. Определяне на допусти-
мия брой последователни включвания на асинхрониите електродвигате-
ли от сериите А2 и АО2/6—9 габарит— НИПКИЕП, доклад от изслед-
вания.
24. Рабинович, А., Пути повышения надежности и долговечности
электрооборудования. Вестник электропромышленности, 1962, кн, 9.
25. Сыромятников, И. Режими работы асинхронных двигателей, М
ГЭИ, 1950.
26. Сапун, П. Защита асинхронных электродвигателей от перегрузки.
Минск, Наука и техника, 1966.
27. С т у п е л ь, Ф. Реле защиты и автоматики, М., ГЭИ, 1948.
28. Т у б и с, Я-, Г. Белов. Температурная защита асинхронных двига-
телей в сельскохозяйственном производстве. М., Энергия, 1977.
9. Т и щ е н к о, Н. Проблема надежности электродвигателей. Электри
чество, 1961, кн. 11 и 12.
30. В laschke, Н., Motorschutz. Berlin. VEB VT, 1954.
31. Franken, H., Motorschutz. Berlin. Springer Verlag, 1962.
32. G о h 1 i n g, E. Isolationsprobleme bei Industriemotoren, AEG — Mittei-
lung, 1966, H. 2.
33. H i 1 d, K- Thermistor — Maschinenschutzgerat EMT. — Klockner - Mol-
ler Post, H. 83, 1972.
34. IEC Publication 34—11. Rotating electrical machines, Part 11: Built-in
thermal protection Chapter I: Rules for protection of rotating electrical ma-
chines.
35. Scharhag, W. MotorschutzrelaisZ. Klockne г-M o-
1 1 e r, VER 23—551.
36. Schutzschalter. Teil 1, 2., Klockner-Moller, 1971.
37. Sperling, P. Betrieb eines Drehstrommotors bei Ausfall einer Phase.—
Siemens Z., 1969, H. 2.
38. Statisches Motorschutzrelais Typ ITX 162, ITX 163, BBC — Mannheim.
39. Ulrich, -Y., H. R 6 1 1 e c k e. Elektronische Schutzeinrichtung fur den
Oberlastschutz in elektrischen Anlagen und Netzen—Techn. Mitteilung
AEG — TELEFUNKEN 67, 1977, Nr. 5/6.
40. VDE 0530/66, Bestimmungen fur elektrische Maschinen.
41. IEC, Publication 34-11-1: Built — in thermal protection: chapter II, sec-
tion one: general rules for thermal detectors and control units used in ther-
mal protection systems.
42. IEC Publication 34-11-1A Part 11: Built-in thermal protection: chapter
II, section two: the characteristics of/а particular interschangeable ther-
maly protection/sistem utilizing PTC thermistor detectors and control units.
43. IEC Publication 34-11-2. Part 11: Built — in thermal protection: chapter
111: general rules for thermal protections used in thermal protection sys-
tems.
183
44. ' W a g п e г. H., H. Lehmann. Temperatursschutzgerat TSG 2 eine
Neuentwicklung fiir den thermischen Schutz elektrischer Maschinenund An-
lagen. Impuls, 1983, H 2.
45. Thermistor — Schutzrelais RT 2, Sprecher + Schuh, Technische Informa-
tion, 1984.
46. Motor protection relay type CET is unique, Sprecher + Schuh, 1984. *
47. More electronics relays for motor protection, Electrical Times IV, 1981, 6-
48. Modern therminal overload relays feature phase failure protection, Mo
dern Power and Engineering VIII, 1981.
.184
съдържание
Увод............... .................... • . 3
1. Повреди на асинхронните двигатели......................... 4
2. Износване и характеристична температури на изолационните
материала................................................... 9
3. Основни характеристики, параметри и работни режими на асин-
хронная двигател.................................... ....... 16
3.1. Мощност и ток. ... . .16
3.2. Моменти....................... . . . 21
3.3. Пусков режим............................................ 22
3.4. Работа на асинхронния двигател при отклонение на напрежение-
то, честотата и асиметрията между фазите и захранващата мре-
жа от номиналните стойности...................................29
'3.4.1. Работа на асинхронния двигател при отклонение на напрежение-
то на захранващата мрежа от номиналната му стойност . 29
3.4.2. Работа на асинхронния двигател при честота на захранващото
напрежение, различна от номиналната й стойност..................30
3.4.3. Работа на асинхронния двигател при асиметрия на захранващото
напрежение..................................................... 31
3.5. Пускане на асинхронния двигател с превключване „звезда — три-
ъгълник**................................................... .32
3.6. Работа на двигателя в режима отпадане на фаза..............33
3.6.1. Съотношение на напреженията и токовете в трифазна система при
прекъеване на едната фаза................................. .... 33
3.6.2. Еднополюсно прекъеване в страната на в. н............... 35
3.6.3. Еднополюсно прекъеване в разпределителната мрежа за н. н. . 36
3.6.4. Еднополюсно прекъеване на проводник в захранващата линия
към електродвигатели..................................... .... 37
3.6.5. Разпределеиие на тока и загубите в статора...............39
3.6.6. Допълнитблно загряване на статорната намотка от загубите в ро-
тора............................................................40
3.7. Номинални работни режими на асинхронния двигател и разпре-
деление на претоварванията.................. .... 44
3.8. Къси съединения във веригата на асинхронния двигател. . 46
4. Загряване и охлаждане на електродвигателите.............. 50
4.1. Загряване при кратковременен режим и продължителен режим
с кратковременно претоварване................................ 55
4.2. Загряване при повторно-кратковременен режим ... ..... 56
4.3. Влияние на околната температура върху топлинното натоварва-
не на двигателя...............................................58
4.4. Загряване на трифазните двигатели прн отпадане на фаза . 59
4.5. Загряване на намотката на двигателя при кратковременни прето-
варвания и скорост на нарастване на температурата............ 62
185
5. Задача на топлинната защита, характеристика на претовар-
ване на асинхронния двигател и изисквания към защитните ус-
тройства..................................................... 64
5.1. Задача на топлинната защита............................... 64
5.2. Характеристика на претоварване на асинхронния двигател . 66
5.3. Изисквания към защитните характеристики и основни видове
защитни устройства............................................ 70
6. Топлинна защита от претоварване......................... 74
6.1. Принцип на действие и времетокова характеристика. . . 74
6.2. Топлинни защитни биметални релета........................ .77
6.2.1. Устройство и елементи на биметалното реле... 77
6.2.2. Времетокови характеристики............................. 84
6.2.3. Влияние на тока на късо съединение върху биметалните релета и
термнчна устойчивост. . . . •.................... ... 92
6.2.4. Технически характеристики на защитни биметални релета. . 94
6.3.. Електромагнитни пускатели и превключватели. ... 99
6.3.1. Пускатели за тежък и свръхтежък пусков процес. . . 100
6 .3.2. Превключвател „звезда — триъгълник" .................. 102
6.4. Автоматични въздушни прекъсвачи........... . 103
6.4.1. Принцип на действие и устройство....................... 103
6.4.2. Конструкция и технически характеристики................ 107
6.5. Защита на електродвигателите с предпазители със стопяеми
вложкп...................................................... 113
6.6. Избор и настройка на топлинните защитни устройства. ... . 118
6.7. Недостатъци на топлинната защита. .... 120
7. Токови защитни устройства. . . . . . 121
7.1. Общи положения......................................... 121
7.2. Токови защитни устройства от претоварване.............. 123
7.2.1. Индукционни токови релета...............................123
7.2.2. Филтрова защита..................................... . . 124
7.2.3. Електронно защитно реле................... . 124
7.2.4. Недостатъци на токовата защита от претоварване..... 126
8. Температурна защита.............. . . . 127
8.1..О бщи положения........................................ 127
8.2. Защита с биметални капсули............................. 132
8.3. Защитни устройства с терморезисторни датчици........ . . 136
8.3.1. Позисторни защитни устройства за електродвигатели.......138
9, Температурно-токова защита................. 152
9.1. Принцип на действие............. .... 152
9.2. Биметално температурно-токово реле......................155
9.3. Електронни и други температурно-токови защитни устройства 159
9.4. Оценка на температурно-токовата защита..................161
10. Защита при отпадане на фаза............................ 162
И, Защита от къси съединения............................... 165
11.1 . Общи положения и изисквания......................... . 165
11.2 . Защита от къси съединения с предпазители................167
11.3 . Защита от къси съединения с електромагнитни максималнотоко-
ви релета и изключватели, комплектовани към автоматични пре-
късвачи.......................................................172
12. Експлоатация на защитните устройства...................178
13. Литература.............................................182
186
ЗАЩИТА НА АСИНХРОННИ ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Автор ст.н.с. к.т.н.инж. Калю Минков М ошское
Рецензент ст.н.с. к.т.н.ннж. Димшпър Ангелов Р ачев
Националност българска
Второ преработено издание
9533122311
Код 03 3155—35—85
Изд. №13507
Научен редактор ннж. Веселии Шопов
Художник Николина Дишлисва
Художествен редактор Антон Радевски
Технически редактор Любчо Иванчев
Коректор Станка Митева
Дадена за набор на 1. VII. 1985- г.
Подписана за печат м. ноемврн 1985 Г.
Излязла от печат на 30. XI. 1985 г.
Формат 60X84/16
Печ. колн 11,75
Изд. коли 10,96
УИК 11,66
Тираж 1600-Н03
Цена 1,59 лв.
Държавно издателство „Техника", бул. Руски 6. София-
Държавна печатница „Г. Димитров", Ямбол