Способ проверки и настройки электротепловых реле защиты трехфазных асинхронных электродвигателей Советский патент 1992 года по МПК H01H69/01 H02H7/08 H02H5/04 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к.способам калибровки и настройки приборов защиты, наиболее целесообразным является использование предлагаемого способа для проверки и надстройки применяющихся для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей электротепловых релес механизмом ускоренного срабатывания при неполнофазныхрежимах питания..у Известны способы проверки и настройки электротепловых реле, в соответствии С

которыми определяют время их срабатывания при пропускании тока перегрузки через нагревательные элементы от регулируемого источника переменного тока пониженного напряжения.

Недостатком способов проверки и настройки электротепловых реле является необходимость в применении специальных стендов (например, универсального стенда сельского электрика типа МИИСП и др.) доставке их к месту установки реле или в демонтаже реле. Кроме того, эти способы не

позволяют учесть реальные аварийные режимы, связанные с неполнофазным режимом питания электродвигателя или зятяжным пуском.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ проверки исправности максимальной токовой защиты электроустановки низкого напряжения, содержащей электродвигатель, трансформатор тока с подключенным к его вторичной обмотке амперметром, автоматический выключатель с датчиком перегруз- ;ки и реле максимального тока, по которому увеличивают первичный ток датчика перегрузки в нормальном нагрузочном режиме работы электродвигателя при подключении параллельно электродвигателю регулируемой дополнительной нагрузки, измеряя при- этом ток и время срабатывания реле.

Недостатками известного способа являются необходимость в специальных устройствах (дополнительной нагрузке), которые имеют сравнительно большие мас- согабаритные показатели, а также потребность в выполнении дополнительных переключений в силовой цепи электродвигателя. Кроме того, достаточно трудно учесть реальные аварийные режимы, связанные с неполнофазным режимом питания электродвигателя как во время работы, так и в момент пуска, вследствие которых выходит из строя большинство электродвигателей в связи с тем, что в таких аварийных .режимах ток возрастает в 2-8 раз по сравнению с номинальным и зависит не только от электрических параметров электродвигателя, а и от характеристик электрической сети (сопротивления линии и мощности трансформаторной подстанции), что особенно проявляется в маломощных и протяженных, электрических сетях, например, сельскохозяйственного назначения.

Цель изобретения - снижение трудоемкости, себестоимости проверки и повышение эксплуатационной надежности электротепловых реле.

Увеличение тока, проходящего через нагревательные элементы электротеплового реле, путем создания искусственного не- полнофазного режима питания защищаемого электродвигателя посредством отключения одной из фаз статорной обмотки от сети, обеспечивает возрастание тока, проходящего через реле, практически от его номинального значения до пускового в зависимости от нагрузки на валу и частоты вращения, причем для этого не требуются специальные стенды или другие устройства, используемые как источник тока или регулируемая нагрузка. Кроме того, нет необходимости в дополнительных подключениях специального оборудования в силовой цепи электродвигателя, так как для этого достаточно отключить один из проводников силовой цепи, при том на любом ее участке, что дает возможность не открывать герметизированные комплексные устройства управления при проведении проверок реле. Таким образом, за счет сокращения количества

операций при проверке и настройке электротепловых реле с использованием искусственно созданных неполнофазных режимов длительностью, не больше допустимого вре мени проверки, достигается снижение трудоемкости и себестоимости-no сравнению с известными способами. Кроме того, так как при этом не требуются дополнительные устройства, обеспечивающие увеличение тока через нагревательные элементы, то это

обеспечивает дополнительное снижение себестоимости работ по проверке и настройке электротепловых реле.

Искусственно созданный неполнофаз- ный режим питания защищаемого электродвигателя посредством отключения одной из фаз статорной обмотки от сети обеспечивает возрастание тока через нагревательныеэлементыпроверяемогозлектротеплового реле и позволяет смоделировать наиболее часто возникающий аварийный режим в электрических сетях, связанный с обрывом фазы. Создание не полнофазного режима питания путем одновременного отключения двух фаз статорной обмотки защищаемого трехфазного электродвигателя от сети отражает достаточно редкий аварийный режим (частота возникновения составляет до 5% от общего числа

аварийных режимов) и не приводит к однозначному результату вследствие различного соединения обмоток фаз электродвигателя между собой. При соединении обмоток в треугольник или в звезду с невыведенной на

присоединительный щиток нулевой точкой при таком аварийном режиме к двигателю подводится только одна фаза, электрическая цепь при этом не замкнутая и ток не проходит. Возрастание тока при однофазном питании может быть только в электродвигателях с выведенной нулевой точкой обмоток статора, соединенных в звезду, которая подключена к нулевому проводнику сети. Однако такое включение двигателя на

практике встречается редко. Кроме того, такой аварийный режим приводит в большинстве случаев к невозможности включения или к немедленному отключению магнитного пускателя, катушка которого включена на линейное напряжение сети.

Использование при проверке и настройке электротепловых реле искусственно созданного неполнофазного режима питания защищаемого электродвигателя на время t, не превышающее

|/2.2

l 0,685 . (Тдоп /&-А-) Вп-Т

К/ - Г I2

0,5 ном

IM 1нс

к

IHOM

о

IHOM

ТЙ1.

К2

К -1

(3)

Из выражения (3) имеют

- 1доп

Лп

к

К -1

(4)

позволяет исключить выход из строя электродвигателя при проверке электротеплового реле вследствие перегрева токоведущих частей сверх допустимых температур для изоляции данного класса нагрееостойкости..

Допустимое время проверки реле в искусственно созданном неполнофазном режимепитаниязащищаемого электродвигателя (далее допустимое время проверки) обосновывается следующим об- разом. Допустимое время работы электродвигателя при перегрузках t определяется из выражения

,-т. h

(1)

где Т - постоянная времени нагрева электродвигателя;

р - коэффициент тепловой перегрузки, 30 определяемый как отношение тепловых по- терь при перегрузке Qn к потерям в номинальном режиме 0,нЬ Qn/Он, или выразив это через ток

ООО ОО t3

р- On/Он 0 ном . г) I / ном

Выразив допустимое время работы электродвигателя через ток, получают

T fn

р.-1

---Tfn.

2/l2

ном

|2 /Лл

I /1ном - 1

T(W

f

i IHOM

(2)

При возникновении.аварийных режимов, связанных с несостоящимся пуском двигателя (режим короткого замыкания), при котором К|1Ком, двигатель может находиться не больше допустимого времени пребывания электродвигателя в режиме короткого замыкания т.доп. которое является справочным параметром. При этом за это время непроизойдет нагревание изоляции токоведущих частей сверх допустимой температуры для изоляции данного класса на- гревостойкости. Постоянную времени нагрева .электродвигателя можно определить из высажен ия

Подставив полученное значение постоянной времени нагрева в исходное выражение (2), получают

)еп

IHOM

(5)

Величина t является предельной при протекании тока перегрузки. При проведении проверки длительностью, сверх указанного времени, происходит недопустимое возрастание температуры обмотки электродвигателя и его выход из строя.

Для обеспечения надежности срабатывания защиты в этом аварийном режиме время срабатывания защиты должно быть несколько меньшим предельного значения, что учитывается введением коэффициента запаса. При расчетах защит в низковольтных электрических сетях в большинстве случаев коэффициент запаса принимают равным 0,9. Кроме того, при этом необходимо учитывать разброс характеристик тепловых реле, что учитывается коэффициентом разброса, который для тепловых реле серий РТТ и РТЛ, имеющих механизмы ускоренного срабатывания при неполнофазных режимах питания, равен 0,85. Таким образом, общее допустимое время проверки должно быть уменьшенным в 0,9 . 0,85 0,685 раза

t 0,685 (1ДопЯп

К

К -1

Указанное время характерно для трехфазной симметричной нагрузки. Реле, защищающие от неполнофазных режимов питания, при обрыве одной из фаз срабатывают быстрее, чем при аналогичной симметричной токовой нагрузке, при этом величина уменьшения времени срабатывания зависит от тока перегрузки. Величину поправки определяют путем аналитической

обработки времятоковых характеристик реле типов РТЛ, РТТ с последующей аппроксимацией по методу наименьших квадратов следующей функцией:

I2

t(D-K.fr 12 , ()

3 I .

где К 0,685,1доп/Рпа -Г -

К2 .К - 1

После соответствующей математической обработки установлено, что практмче- ски для всех диапазонов токовых перегрузок электротепловых реле типов РТЛ, РТТ среднеквадратическое значение коэффициента а равно 2. Разделив числитель и знаменатель выражения (7) на численное значение коэффициента а, получают окончательное значение допустимого вре- мени проверки реле в искусственно созданном неполнофазном режиме питания защищаемого электродвигателя

t 0,685, (1доп/1пк .ln i

К2-1 I2-0,5-I2

(8)

Использование при проверке и на- стройке электротепловых реле искусственно созданного неполнофазного режима питания защищаемого электродвигателя посредством отключения одной из фаз ста- торной обмотки от сети на время t не превы- шающее

t 0,685 . гдоп/1п

К

позволит достичь следующих результатов, повышающих их эксплуатационную надежность: учитывать реальные аварийные режимы, т.е. влияние характеристик Q электрической линии и трансформаторной подстанции на величины токов путем измерения их величин во времени, искусственного создания этих аварийных режимов и вычислением допустимого времени сраба- с тывания с последующей настройкой реле при несоответствии фактического времени срабатывания реле с его времятоковой характеристикой или-вычисленным предельным значением времени срабатывания; gr, производить проверку и настройку электротепловых реле при моделировании наибо- лее часто встречающихся аварийных режимов, связанных с неполнофазным питанием, а именно пуск двигателя при непол- ,-с нофазно.м питании, возникновение неполнофазного режима во время работы электродвигателя, не приводящее к его остановке.Необходимость проведения проверки и настройки электротепловых реле в

0

5

0

5 0

5

Q с r, -с

указанных режимах объясняется тем, что тепловые характеристики реле не в полной мере соответствуют тепловым характеристикам электродвигателя, поэтому защита с помощью электротепловых реле с наибольшей эффективностью действует при .правильной настройке реле в определенном диапазоне токовых нагрузок или при токовых нагрузках, адекватных наиболее часто встречающимся аварийным режимам.

Следствием возникновения неполно- фазного режима питания во время нормальной работы электродвигателя может быть или значительное увеличение тока при уменьшении частоты вращения (как правило, при загрузках электродвигателя, не превышающих 0,85 номинальной), или его опрокидывание, что равносильно пуску двигателя при неполнофазном питании. Поэтому пуск двигателя при неполнофазном питании и создание неполнофазного режима во время работы электродвигателя при его загрузке, меньше номинальной, не приводящее к опрокидыванию электродвигателя, являются отражением наиболее опасных аварийных режимов. Таким образом, проверка и настройка электротепловых реле в указанных режимах в соответствии с предлагаемым способом позволяет повысить их эксплуатационную надежность.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1 переменного тока, подключенный к электрической сети через электромагнитный контактор 2 и электротепловое реле 3. На одном из силовых проводников устанавливаются токоизмери- тельные клещи 4. Электрический измеритель 5 времени подключен к линейному напряжению сети через размыкающий контакт 6 промежуточного реле 7, один из выводов катушки которого подключен ниже места 8 обрыва к линейному проводнику, разрывом в котором создается искусственный неполнофазный режим питания защищаемого электродвигателя 1.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение от сети подается через электромагнитный контактор 2 и электро- тепловре реле 3 на электродвигатель 1. При полнофазном питании электродвигателя 1 напряжение подается на катушку промежуточного реле 7, размыкающие контакты которого разомкнуты, поэтому электрический измеритель 5 времени отключен от сети. При искусственном создании неполнофазного режима питания защищаемого электродвигателя в месте 8 посредством

отключения одной из фаз статорнай обмотки от сети (например, фазы В на выводе электротеплового реле 3)ток в силовой цепи и, следовательно, и через нагревательные элементы электротеплового реле возрастает, что приводит к его срабатыванию и отключению защищаемого электродвигателя 1 от сети через определенное время. Одновременно с этим снижается напряжение с катушки промежуточного реле 7, размыкающий контакт 6 которого замыкается, что приводит к включению электрического измерителя времени.

Величина силы тока во время испытаний контролируется посредством токоизме- рительных клещей 4. При срабатывании электротеплового реле защищаемый электродвигатель отключается от сети, при этом снимается напряженнее электрического измерителя 5 времени,показания которого соответствуют времени срабатывания проверяемого электротеплового релтеЗ. По-. еле этого контролируют соответствие измеренных величин (величины силы тока через- нагревательные элементы элежтротвплово- го реле 3 и времени его срабатывания) вре- мятоковой характеристике и по результатам контроля судят об исправности реле. .

В случае несрабатывания электротеплр- вого реле 3 в течение допустимого времени проверки, которое вычисляется для конк- .ретного электродвигателя в соответствии с полученным выражением, электродвигатель 1 отключается от сети оператором с помощью электромагнитного контактора 2, после чего проводится настройка проверяемого электротеплового реле 3.

Таким образом, использование способа проверки и настройки электротеччловых реле позволяет уменьшить количество операций по переключению в силовой цепи.

Редактор И.Шулла

Техред М.Моргентал

Заказ 886ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва;Ж-35. Раушская наб., 4/5

избежать использования специальных испытательных стендов, за счет чего уменьшаются трудоемкость и себестоимость работ при техническом обслуживании защитных

аппаратов, и повысить эксплуатационную надежность реле за счет проведения контроля и настройки в реальных наиболее часто встречающихся аварийных режимах,. Формула изобретения

Способ проверки и настройки электротепловых реле защиты трехфазных асинхронных электродвигателей, при котором увеличивают ток, проходящий через нагревательные элементы электротеплового реле,

защищающего трехфазный асинхронный электродвигатель, при этом измеряют величину тока и время срабатывания реле, контролируют соответствие измеренных величин времятоковой характеристике, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью снижения трудоемкости, себестоимости проверки и повышения эксплуатационной надежности электротепловых реле, увеличивают указанный ток путем созданияискусственного

неполнофазного режима питания защищаемого электродвигателя посредством отключения одной из фаз статорной обмотки от сети на время t, не превышающее значение

t 0,685 . tflon/in

К

К -1

)ln

0,5-Г

ном

где 1доп - допустимое время работы электродвигателя в режиме короткого замыкания;

Ki - номинальная кратность пускового тока по отношению к номинальному;

I - величина тока во время проверки, А; IHOM-номинальный ток электродвигателя, A..

/( | I с I2.

Корректор С.Черни