Пристрій захисту електродвигуна

Пристрій захисту електродвигуна, що містить канал захисту від струмового перевантаження, який включає встановлений на фазному проводі лінії живлення датчик струму, виконаний у вигляді трансформатора струму і аварійний індикатор "струмове перевантаження", канал захисту від теплового перевантаження, який включає аварійний індикатор "теплове перевантаження", який запалюється при перевищенні виміряної датчиком температури порогового значення, і канал захисту від зниженого опору ізоляції обмотки відносно корпуса електродвигуна, який включає аварійний індикатор "ізоляція", який запалюється при зниженні опору ізоляції обмотки нижче порогового значення, з'єднані між собою паралельно і підключені через логічний оператор АБО до виконавчого C2 2 (19) 1 3 74696 4 вторинної обмотки силового трансформатора. включення в лінію живлення фаз електродвигуна, Датчик температури, встановлений поблизу стаелементи управління магнітного пускача, і викоторних обмоток погружного електродвигуна, навче реле з вихідним контактом, причому вхід приєднаний послідовно з діодом між нульовою виконавчого реле підключений до виходу датчика точкою обмотки електродвигуна і його заземленим струму, а його вихідний контакт включений в коло корпусом. Блок регулювання виконаний у вигляді управління магнітного пускача, і закріплений на двох блоків зрівняння, виходи яких підключені до електродвигуні контактний елемент, реагуючий на виконавчих механізмів. теплове перевантаження електродвигуна, канал Цей пристрій дозволяє виключити вплив опору захисту від струмового перевантаження, який ізоляції на вимір температури нагріву статорних містить електронний блок формування часообмоток електродвигуна. струмової характеристики, канал захисту від тепНедоліком цього пристрою є відсутність у ньолового перевантаження, канал захисту від му елементів захисту погружного електродвигуна аварійного скидання навантаження обладнання, від зриву подачі електронасоса, контролюємого по що приводиться, і канал захисту від пуску електиску у свердловині, що може призвести до виниктродвигуна при недостатньому опорі ізоляції обнення в насосі «сухого тертя», підвищення газовомотки відносно корпусу електродвигуна з'єднані го фактора рідини, що відкачується, і отже, до між собою паралельно і підключені через логічний погіршення охолодження двигуна і силового кабеоператор АБО до виконавчого реле, вихід якого лю. з'єднаний з контактами кола управління магнітного Відомий пристрій для захисту електродвигуна пускача [4]. від анормальних режимів роботи, який містить В цьому пристрої канал захисту від струмового датчик струму у вигляді трансформатора струму, перевантаження містить інтегратор, до входу якого виконаний з можливістю кріплення на через підсилювач і випрямляч паралельно електродвигуні із забезпеченням теплового конпідключені встановлені на двох фазних проводах такту з електродвигуном у точці контролю темпедатчики струму, а електронний блок формування ратури, при цьому осердя трансформатора струму часо-струмової характеристики включає блок, певиконане з феромагнітного матеріалу із заданою ретворюючий величину кратності перевантаження точкою Кюрі, що дозволяє розширити по струму в частоту слідування імпульсів, наприкфункціональні можливості пристрою шляхом залад у квадратичній залежності, який приєднаний безпечення температурного захисту електродвидо лічильника імпульсів. Канал захисту від стругуна [3]. При цьому точка Кюрі дорівнює максимового перевантаження містить попереджувальмально припустимій температурі електродвигуна у ний індикатор «СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ», місці розміщення трансформатора струму. який засвічується при включенні лічильника В цьому пристрої при досягненні максимально імпульсів, і аварійний індикатор «СТРУМОВЕ ПЕприпустимої температури електродвигуном осердя РЕВАНТАЖЕННЯ», який засвічується при трансформатора струму втрачає магнітні заповненні лічильника імпульсів. властивості при досягненні точки Кюрі. Це призвоКанал захисту електродвигуна від теплового дить до відключення магнітного пускача і електроперевантаження містить контактний елемент, видвигуна від мережі. В режимі перевантаження конаний у вигляді температурного датчика, і електродвигуна по струму при перевищенні приаварійний індикатор «ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАпустимого значення, або при обриві фази ЖЕННЯ», який засвічується при перевищенні темвідбувається також відключення електродвигуна пературою, яку вимірив датчик, значення уставки від мережі. по температурі. Канал захисту від аварійного скиОднак при роботі електродвигуна величина дання навантаження обладнання, що приводитьприпустимого перевищення струму понад ся, містить аварійний індикатор «СУХИЙ ХІД», номінальне у багатьом залежить від часу дії цього який засвічується при зменшенні струму електроструму. Так, чим менший час дії, тим більшу велидвигуна нижче значення уставки по мінімальному чину струму можна пропустити в обмотках елекструму. Канал захисту електродвигуна від пуску тродвигуна без аварійних наслідків, у той час як при недостатньому опорі ізоляції обмотки відносно при більших часах дії величина струму має бути корпусу електродвигуна містить джерело постійної зменшена. Крім того, при використанні даного напруги і аварійний індикатор «ІЗОЛЯЦІЯ», який пристрою можливий запуск електродвигуна у хід засвічується при зниженні опору ізоляції обмотки при зниженому опорі ізоляціії обмотки відносно нижче значення уставки по опору. корпуса, що виникає при попаданні вологи або У відомому пристрої-прототипі відбувається інших агресивних речовин, в яких функціонує обкомплексний захист електродвигуна від: ладнання і електродвигун. Цей пристрій не зможе - неприпустимого перевантаження по струму, захистити електродвигун від виникаючої при цьому викликаного обривом однієї з фаз статорної обаварійної ситуації. мотки або лінії живлення, асиметрією фазних наНайбільш близьким по технічній суті до пруг, технологічним перевантаженням, заклинюпропонуємого винаходу є пристрій захисту елекванням ротора або міжвитковими замиканнями; тродвигуна і обладнання, що приводиться, який - позаштатного зникнення навантаження, намістить канали захисту від струмового і теплового приклад, внаслідок роботи насоса в режимі «сухоперевантаження, канали включають датчик струго ходу»; му, виконаний у вигляді трансформатора струму - зниження опору ізоляції обмотки відносно та встановлений на фазному проводі, магнітний корпусу електродвигуна нижче припустимого пускач, силові контакти якого призначені для рівня; 5 74696 6 - неприпустимого теплового перевантаження однопівперіодного струму витоку у заземляючому двигуна, викликаного погіршенням умов його проводі, містить приєднану до кінців різних фаз охолодження. обмотки статора електричне коло з послідовно В пристрої-прототипі температурний датчик включеними в нього двома обмежуючими резиканалу захисту електродвигуна від теплового песторами і температурним датчиком, виконаним у ревантаження з'єднаний провідниками із захисним вигляді позистора, опір якого збільшується при пристроєм. Але в багатьох системах захисний зростанні температури, причому паралельно попристрій і електродвигун з встановленим на ньому зистору включені електрична вітка зі зворотним температурним датчиком розташовуються на діодом і електрична вітка з діністором і значній відстані один від одного. Наприклад, при світлодіодом оптопари, фототиристор, який роботі погружного двигуна у свердловині захисний з'єднаний з вузлом електричного кола, розташопристрій знаходиться на поверхні ґрунту. ваного між обмежуючими резисторами, і корпусом Необхідність використання довгих провідників для електродвигуна. температурного датчика знижує надійність захисНаявність диференційного трансформатора ного пристрою внаслідок можливості їх обриву або струму, охоплюючого фазні проводи лінії живленпошкодження, ставить підвищені вимоги до обслуня, які виходять із електродвигуна, дозволяє автоговування та ускладнює функціонування матично регіструвати зниження опору ізоляції обвіддаленого електродвигуна. мотки відносно корпуса електродвигуна нижче Крім того, для роботи каналу захисту електроприпустимого значення і перевищення температудвигуна від зниженого опору ізоляції обмотки ри двигуна вище припустимого значення. При відносно корпусу електродвигуна є необхідним наявності цих аварійних факторів виникає відхил джерело постійної напруги. Цей канал захисту від нуля суми струмів в лініях живлення фаз попереджує тільки запуск електродвигуна у хід при (миттєвих значень або векторів діючих значень) за зниженій величині опору ізоляції, а під час роботи рахунок появлення струму витоку в заземляючому двигуна цей канал захисту не працює. Але саме у проводі, приєднаному до корпуса електродвигуна. процесі тривалої роботи електродвигуна може Ненульова сума струмів в лініях живлення фаз відбутися погіршення стану ізоляції, наприклад обумовлює появлення в цьому трансформаторі внаслідок її старіння, роботи у вологому, забруддиференційного струму, а значить і неному або агресивному середовищі та ін., що електрорушійної сили в його вторинній обмотці, призведе до аварійної ситуації і пошкодження яка через виконавче реле відключає головні конелектродвигуна. такти магнітного пускача, відключаючи електроЗадачею винаходу є підвищення надійності двигун від мережі. захисту, зменшення витрат на установку і обслуПри надійній ізоляції між обмоткою і корпусом говування пристрою захисту електродвигуна. електродвигуна і низькій температурі електродвиПоставлена задача вирішується тим, що у гуна, яка не перевищує припустимого значення, відомому пристрої захисту електродвигуна, який струми витоку практично є відсутніми. При цьому в містить канал захисту від струмового навантаженуказаному трансформаторі струму сума струмів в ня, який включає встановлений на фазному лініях живлення фаз буде мати нульове значення і проводі лінії живлення датчик струму, виконаний у диференційний струм буде відсутнім. вигляді трансформатора струму аварійний Канал захисту від теплового перевантаження, індикатор «СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯЯ», який містить приєднану до кінців різних фаз обканал захисту від теплового перевантаження, який мотки статора електричне коло з послідовно включає аварійний індикатор «ТЕПЛОВЕ ПЕРЕвключеними в неї двома обмежуючими резистоВАНТАЖЕННЯ», який засвічується при рами і температурним датчиком, виконаним у перевищенні виміряної датчиком температури вигляді позистора, паралельно якому включені порогового значення, і канал захисту від зниженоелектрична вітка зі зворотним діодом і електрична го опору ізоляції обмотки відносно корпуса елеквітка з діністором і светлодіодом оптопари, фототродвигуна, який включає аварійний індикатор тиристор якої з'єднаний з вузлом електричного «ІЗОЛЯЦІЯ», який засвічується при зниженні опокола, розташований між обмежуючими резисторару ізоляції обмотки нижче порогового значення, ми, і корпусом електродвигуна, дозволяє при з'єднані між собою паралельно і підключені через збільшенні опору позистора вище визначеного логічний оператор АБО до виконавчого реле, вихід рівня викликати появу струму витоку в заземляюякого з'єднаний з контактами кола управління чому проводі. магнітного пускача, силові контакти якого Оскільки аварійний індикатор «ІЗОЛЯЦІЯ» призначені для включення у лінію живлення фаз засвічується при виникненні двопівперіодного електродвигуна, згідно з винаходом, що струму витоку в заземляючому проводі, а пропонується, фазні проводи лінії живлення, на індикатор «ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ» ділянці між трансформаторами струмів і електрозасвічується при виникненні однопівперіодного двигуном, охоплені диференційним трансформаструму витоку, то таким чином легко тором струму, аварійний індикатор «ІЗОЛЯЦІЯ» встановлюється причина аварії і відключення засвічується при виникненні двопівперіодного електродвигуна від мережі. струму витоку в заземляючому проводі, Відсутність вимірювальних проводів від елекприєднаному до корпуса електродвигуна, а канал тродвигуна до пристрою захисту призводить до захисту від теплового перевантаження з аварійним зменшення витрат на встановлення і обслуговуіндикатором «ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ», вання пристрою захисту. Особливо помітно це який засвічується при виникненні проявляється при значній відстані між двигуном і 7 74696 8 захисним пристроєм або при роботі електродвигустор 31 оптопари 30 з'єднаний з вузлом 32 елекна в недоступному місці, в агресивному тричного кола, розташованого між обмежуючими середовищі та ін. резисторами 24 і 25, і корпусом 22 електродвигуна На фіг.1 представлена загальна структурна 12. Канал 3 захисту від теплового перевантаження схема пристрою захисту електродвигуна; розташований у блоці 33. на фіг.2 - електрична схема пристрою захисту На фіг.2 показано еквівалентний опір 34 електродвигуна; ізоляції обмотки 21 відносно корпуса 22 електрона фіг. 3 - температурна характеристика опору двигуна 12. позистора; Пристрій захисту електродвигуна працює тана фіг.4 - характер струму / в заземляючому ким чином. проводі при свіченні аварійного індикатора При виникненні одного з аварійних факторів: «ІЗОЛЯЦІЯ»; 1. перевищення струмом в обмотці електрона фіг. 5 - характер струму і в заземляючому двигуна порогового значення; проводі при свіченні аварійного індикатора «ТЕП2. перевищення температури, порогового знаЛОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ». чення; на фіг.6 - характер електрорушійної сили е у 3. зниження опору ізоляції обмотки відносно вторинній обмотці диференційного трансформакорпуса електродвигуна нижче порогового значентора при свіченні аварійного індикатора ня, «ІЗОЛЯЦІЯ»; логічний оператор АБО 7 видає сигнал на вина фіг. 7 - характер електрорушійної сили е у конавче реле 8, яке, в свою чергу, видає сигнал в вторинній обмотці диференційного трансформаколо управління магнітного пускача 9, головні контора при свіченні аварійного індикатора «ТЕПЛОтакти 10 якого відключають лінію живлення фаз ВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ». електродвигуна 12. Пристрій захисту електродвигуна, складається Канал 1 захисту від струмового перевантаз каналу 1 захисту від струмового перевантаження ження працює таким чином. Якщо струм, з аварійним індикатором «СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНвиміряний хоча б одним з струмових датчиків 19 ТАЖЕННЯ» 2, каналу 3 захисту від теплового пене перевищує порогового значення, то не ревантаження з аварійним індикатором «ТЕПЛОвідбувається свічення аварійного індикатора ВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ» 4 і каналу 5 захисту від «СТРУМОВЕ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ» 2 і не зниженого опору ізоляції обмотки відносно корпуса відбувається подача сигналу на логічний оператор електродвигуна з аварійним індикатором АБО 7. При цьому забезпечується нормальна ро«ІЗОЛЯЦІЯ» 6. Ці канали з'єднані паралельно між бота електродвигуна 12. Якщо струм, виміряний собою і підключені через логічний оператор АБО 7 хоча б одним зі струмових датчиків 19 на лінії до виконавчого реле 8, вихід якого з'єднаний з живлення фаз 11, перевищує порогове значення, контактами кола управління магнітного пускача 9, то засвічуєтся аварійний індикатор «СТРУМОВЕ головні контакти 10 якого призначені для включенПЕРЕВАНТАЖЕННЯ» 2 і відбувається подача сигня в лінію живлення фаз 11 електродвигуна 12. налу на логічний оператор АБО 7 з наступним Пристрій містить блокування контактів пускача 13, відключенням лінії живлення фаз 11 електродвикнопку ПУСК 14 і кнопку СТОП 15 магнітного пусгуна 12. кача 9. Логічний оператор АБО 7, виконавче реле При надійній ізоляції між трифазною обмоткою 8 і магнітний пускач 9 формують виконавчий статора 21 і корпусом 22 електродвигуна 12 пристрій 16 захисного пристрою електродвигуна. еквівалентний опір 34 цієї ізоляції є великим і Для захисту електродвигуна 12 від струмів коротструм витоку через заземляючий провід 23 на кого замикання і відключення від джерела живземлю практично є відсутнім. лення 17, а також для подачі живлення на викоПри низькій температурі електродвигуна 12, навче реле 8 призначений автоматичний вимикач виміряній температурним датчиком 26 і яка не 18. Канал 1 захисту від струмового перевантаженперебільшує припустимого значення, струм витоку ня містить встановлені на фазних проводах 11 також є відсутнім. Це пояснюється тим, що при датчики струму 19, які виконані у вигляді такій температурі опір датчика - позистора RT 26 трансформаторів струму. низький (фіг.З). В електричному колі, приєднаному Фазні проводи лінії живлення 11 на ділянці між до кінців різних фаз обмотки статора 21, струм трансформаторами струмів 19 і електродвигуном протікає через обмежуючі резистори 24 і 25 і тем12 охоплені диференційним трансформатором пературний датчик 26, не впливаючи на суму струму 20. Електродвигун місить трифазну обмотструмів в фазних проводах лінії живлення 11, охоку статора 21 і корпус 22, з'єднаний з заземлююплених диференційним трансформатором 20. чим проводом 23. Оскільки опір позистора RT 26 є малим, то малим є Канал 3 захисту від теплового перевантажені падіння напруги на ньому. При цьому діністор 28 ня містить приєднану до кінців різних фаз обмотки знаходиться у закритому стані, тобто його опір є статора 21 електричне коло з послідовно включевеликим і струм через нього і через оптопару 30 не ними в неї обмежуючими резисторами 24 і 25 і протікає. температурним датчиком 26, виконаним у вигляді При відсутності струму витоку через заземпозистора, опір RT якого збільшується при ляючий провід 23 сума струмів в лініях живлення зростанні температури (фіг.3). Паралельно позисфаз 11 (миттєвих значень або векторів діючих тору 26 включені електрична вітка зі зворотним значень) дорівнює нулю і в трансформаторі струму діодом 27, захищаючим від зворотної напруги 20 диференційний струм дорівнює нулю. При цьодіністор 28 і світлодіод 29 оптопари 30. Фототириму забезпечується нормальна робота електродви 9 74696 10 гуна 12. диференційного струму трансформатора 20 Якщо в електродвигуні 12 відбувається обумовлює появу електрорушійної сили в його погіршення стану ізоляції між трифазною обмотвторинній обмотці (фіг. 7). При цьому засвічується кою 21 і корпусом 22, тобто її еквівалентний опір аварійний індикатор «ТЕПЛОВЕ ПЕРЕВАНТА34 стає меншим допустимого значення, то виникає ЖЕННЯ» 4 і відбувається подача сигналу на струм витоку через заземляючий провід 23 на логічний оператор АБО 7 з наступним землю (фіг.4). Внаслідок струму витоку сума відключенням лінії живлення фаз 11 електродвиструмів в лініях живлення фаз 11 не дорівнює нугуна 12. Оскільки в заземляю чому проводі 23, лю і в трансформаторі струму 20 з'явиться приєднаному до корпусу 22 електродвигуна, диференційний струм. Наявність диференційного протікає однопівперіодний струм витоку, то харакструму трансформатора 20 обумовлює появу тер електрорушійної сили у вторинній обмотці електрорушійної сили в його вторинній обмотці трансформатора 20 має негармонійний характер. (фіг.6). При цьому засвічується аварійний Різний характер струмів витоку і відповідних індикатор «ІЗОЛЯЦІЯ» 6 і відбувається подача електрорушійних сил у вторинній обмотці сигналу на логічний оператор АБО 7 з наступним диференційного трансформатора дозволяє легко відключенням лінії живлення фаз 11 електродвивиявити причину аварії і відключення електродвигуна 12. Оскільки в заземляючому проводі 23, гуна від мережі. приєднаному до корпусу 22 електродвигуна, Пристрій, що пропонується, забезпечує компротікає двопівперіодний (гармонічний) струм виплексну захист електродвигуна 12 під час його току, то характер електрорушійної сили у роботи від різних різнорідних факторів вторинній обмотці трансформатора 20 має (недопустимої струмового і теплового перевантааналогічний характер з фазовим зсувом. ження, зниження опору ізоляції обмотки відносно При підвищенні температури електродвигуна корпуса електродвигуна нижче допустимого рівня), 12 вище допустимого значення опір датчика струщо гарантує високу надійність захисту. Захисний му - позистора RT 26 різко зростає (фіг.З). При пристрій працює без використання спеціальних цьому зростає і падіння напруги на цьому елементі проводів від вимірювальних датчиків, встановле26. Внаслідок цього зростає напруга на діністорі 26 них на електродвигуні, до віддаленого від нього і відбувається його відкриття, тобто його опір стає виконавчого пристрою 16. малим і через нього і світлодіод 29 оптопари 30 Пристрій захисту був виготовлений, пройшов починає протікати струм. Протікання струму через експериментальну перевірку в різних умовах, посвітлодіод 29 призводить до відкривання фототиказав високу надійність. ристора 31 оптопари 30. Оскільки опір фототириДжерела інформації: стора 31 стає малим, через нього і обмежуючий 1. А.с. СРСР № 600654, МКП Н02Н 7/08, 1978 р. резистор 24 протікає струм витоку через зазем2. А.с. СРСР № 1302369, МКП Н02Н 7/08, 1985 р. ляючий провід 23 на землю (фиг.5). Через струм 3. А.с. СРСР № 1764118, МКП Н02Н 7/08, 1992 р. витоку сума струмів в лініях живлення фаз 11 не 4. Пат. України № 61537А, МКП Н02Н 7/08, Н02Н дорівнює нулю і в трансформаторі струму 20 5/04, з. № 2003021652 від 25.02.2003 р. (прототип). з'явиться диференційний струм. Наявність 11 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 74696 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601