Для асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются устройства релейной защиты, действующие при: многофазных коротких замыканиях на выводах и в обмотках статора; перегрузках, вызванных технологическими причинами и затянувшимися пуском или самозапуском; исчезновении или длительном снижении напряжения. В необходимых случаях должна устанавливаться защита от однофазных замыканий на землю. Обычно эти защиты выполняются с помощью вторичных реле прямого действия или реле косвенного действия на оперативном переменном токе. Наряду с защитой асинхронные электродвигатели снабжаются устройствами АПВ и АВР.
Защита от многофазных коротких замыканий. Для защиты от многофазных коротких замыканий применяются плавкие предохранители, токовые отсечки без выдержки времени и продольные дифференциальные защиты.
Плавкие предохранители могут быть использованы при подключении электродвигателя к сети через выключатель нагрузки. Предохранитель должен удовлетворять условиям (5.1) и (5.2).
Токовая отсечка без выдержки времени устанавливается на электродвигателях мощностью Р д < 5000 кВт. Причем для электродвигателей мощностью менее Р д < 2000 кВт она выполняется однорелейной с включением реле на разность токов двух фаз. Если чувствительность отсечки оказывается недостаточной (k ч < 2,0 при металлическом коротком замыкании на выводах обмотки статора) или если привод выключателя имеет два реле тока прямого действия, то применяют двухрелейную отсечку, которая является обязательной для электродвигателей мощностью Р д > 2000 кВт.
Возможные схемы токовых отсечек показаны на рис. 14.7. В первых двух схемах (рис. 14.7, а, б) применяются реле тока КА прямого действия и реле с переключающим контактом, дешунтирующим электромагнит отключения YAT. Применение насыщающегося трансформатора тока TLA в третьей схеме (рис. 14.7, в) и промежуточного реле KL в последней схеме (рис. 14.7, г) необходимо для уменьшения нагрузки на контакты реле тока. Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию (14.1) с учетом отстройки от максимального пускового тока электродвигателя /пек max при выведенных пусковых устройствах. При этом в (14.1) принимают /пек = /пек max, а коэффициент запаса берут в пределах k эап = 2,0 - 2,5 для реле прямого действия; k эап = 1,8 - 2,0 для электромагнитного элемента индукционных реле типа РТ-80;
k эап = 1,4 - 1,5 для электромагнитных реле типа РТ-40.
Дифференциальная токовая защита устанавливается на электродвигателях мощностью Р д³ 5000 кВт и меньшей мощности, если токовая отсечка оказывается недостаточно чувствительной. Для упрощения защита выполняется двухфазной. В трехфазном исполнении она рекомендуется только если двигатели мощностью Р д ³ 5000 кВт не имеют быстродействующей защиты от замыкания на землю.
Схемы дифференциальной защиты электродвигателя выполняются аналогично схемам дифференциальной защиты генератора (см. рис. 12.4 и 12.5). Расчетный первичный ток срабатывания дифференциальной защиты /с.а = k зап /д.пом, где коэффициент запаса при условии идентичности трансформаторов тока и допустимой полной погрешности составляет k зап = 1,4 -2,0 для защиты с реле РТМ или РТ-40 и k эап = 0,5 -1,0 для защиты с реле РНТ.
Защита от перегрузок и замыканий на землю. Для защиты от перегрузок можно использовать электротепловые реле. Однако электротепловые защиты на электродвигателях напряжением выше 1000В применяются относительно редко из-за недостатков, присущих электротепловым реле. Защита от перегрузок обычно осуществляется индукционными элементами реле тока РТ-80, причем электромагнитные элементы реле используются для защиты от коротких замыканий. Если при этом защита от перегрузки должна действовать на сигнал или на автоматическую разгрузку, то применяются реле типа РТ-84 с раздельными контактами индукционного и электромагнитного элементов. Ток срабатывания реле выбирают по условию (14.2), а выдержка времени в независимой части характеристики должна превышать расчетное время пуска и самозапуска двигателя. Это время может достигать t пск = 10 -15 с.
Защита от замыканий на землю предусматривается на электродвигателях соответствующей мощности, если токи замыкания на землю достигают указанных выше (см. § 14.1) значений. Реле защиты подключается к однотрансформаторному фильтру тока нулевой последовательности. Если число кабелей, соединяющих распределительное устройство с электродвигателем, больше трех, то используются трансформаторы тока нулевой последовательности с подмагничиванием переменным током (см. § 1.7). При выполнении схемы и выборе параметров защиты руководствуются положениями, изложенными выше (см. § 6.12).
Для определения тока срабатывания используют условие (6.30), вводя в него вместо тока 3 /од(1) собственный емкостный ток электродвигателя /од(1).
Минимальная защита напряжения. В общем случае защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень предназначена для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей: она отключает электродвигатели неответственных механизмов. Напряжение срабатывания первой ступени устанавливается примерно равным U 1сз = 0,7 U ном, а выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующих защит от многофазных коротких замыканий; t 1сз = 0,5 -1,5с. Вторая ступень защиты отключает часть электродвигателей ответственных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности или из-за особенностей технологического процесса. Напряжение срабатывания второй ступени не превышает U 11 = 0,5 U ном, а выдержка времени принимается t 11сз = 10 -15с. Схемы минимальной защиты напряжения выполняются таким образом, чтобы исключить ее ложное действие при нарушениях во вторичных цепях трансформаторов напряжения.
Наиболее простая - однорелейная схема защиты - применяется только при использовании реле прямого действия типа РНВ. Одна из таких схем показана на рис. 14.8 [88]. В схеме используются минимальные реле напряжения KVT1 - KVT4, установленные на четырех электродвигателях M1 - М4. Для повышения надежности в схеме защиты:
фаза b цепей напряжения заземлена не наглухо, а через пробивной предохранитель FV, поэтому при однофазных замыканиях на землю фаз а и с установленные в цепях автоматы SF1 и SF2 не отключаются;
приборы и счетчики подключены к цепям напряжения через отдельный автомат SF3 с мгновенным расцепителем, поэтому короткие замыкания в цепях измерительных приборов устраняются раньше, чем сработают реле KVT;
между фазами а и с включен конденсатор С = 30 мкФ, через который подается напряжение на соответствующие реле KVT после отключения автомата SF1 или SF2 при двухфазных коротких замыканиях в цепях защиты; при замыкании между фазами а и & или а и с отключается автомат SF1, имеющий мгновенный расцепитель (автомат SF2 имеет тепловой расцепитель и при замыкании между фазами а и с отключиться не успевает) и напряжение на реле KVTI к KVT2 при этом поступает через конденсатор С от фазы с; при замыкании между фазами бис отключается автомат SF2, и напряжение на реле KVT3 и KVT4 поступает через конденсатор С от фазы а; подаваемое через конденсатор напряжение достаточно для возбуждения реле KVT, поэтому ложного действия защиты не происходит.
Сигнализация неисправности цепей напряжения осуществляется контактами реле напряжения MY1 — KV3 и вспомогательными контактами автоматов SF1 - SF3.
Минимальная защита напряжения с реле косвенного действия выполняется обычно групповой, т. е. действующей на отключение группы двигателей. Наиболее простой и наименее надежной является схема с одним реле, включенным на междуфазное напряжение. Более надежны схемы с двумя реле, питаемыми от разных трансформаторов напряжения либо от разных междуфазных напряжений одного трансформатора напряжения, а также трехрелейные.
Устройства АПВ и АВР. Устройство АПВ электродвигателей высокого напряжения, схема которого показана на рис. 14.9, начинает работу при действии минимальной защиты напряжения. Отключая электродвигатели, защита одновременно включает промежуточное реле KL1, которое затем самоудерживается контактом KL1.1. После восстановления напряжения до U = (0,8 ¸ 0,9) U ном реле напряжения KV запускает реле времени КТ (типа ЭВ-225 или ЭВ-245), которое импульсным контактом KT1 кратковременно замыкает цепь обмотки выходного реле K.L2. Для надежного включения выключателей возврат реле KL2 должен происходить через время t в > 0,1 - 0,2с после его срабатывания. Это условие обеспечивается тем, что время замкнутого состояния импульсного контакта КТ1 реле времени составляет t = 0,45 - 0,65 с (реле ЭВ-225) или t = 1,0 - 1,5с (реле ЭВ-245). Контакт КТ2 реле времени служит для возврата схемы в исходное состояние.
Индивидуальное АПВ электродвигателей может выполняться с применением реле типа РПВ-358 и дополнительного реле, контролирующего наличие напряжения на шинах питания. Включающие воздействия в схемах УАПВ электродвигателей подаются через контакты ключей управления, замкнутые в положении «Включено», чтобы исключить возможность запуска электродвигателей, отключенных персоналом до момента снижения напряжения.
На рис. 14.10 показана схема УАВР, выполненная применительно к установке с тремя электродвигателями, подключаемыми к источникам питания выключателями с пружинно-грузовым приводом. Схема управления каждого из трех электродвигателей выполняется в соответствии с рис. 14.10,6. В этой схеме натяжение пружин привода осуществляется только перед включением выключателя. При этом исключаются длительное пребывание пружин в заведенном состоянии и возможность самопроизвольного включения выключателя. Любой из трех двигателей может быть рабочим или резервным. Это устанавливается избирательным ключом управления SA1 положения которого на рис. 14.10,5 обозначены Р (резерв), М (местное управление) и Д (дистанционное управление). Ключ SA2 служит для дистанционного управления пуском и остановом электродвигателя, а кнопочные выключатели SB / и SB2 - для местного управления. Реле КСС осуществляет пуск электродвигателя при действии устройства АВР. Рабочий электродвигатель должен иметь дистанционное и местное управления, а резервный - пуск только от устройства АВР и дистанционное и местное управления остановом. Для достижения этого в схеме рабочего электродвигателя ключ SA1 находится в положении Д, а ключ SA2 - в нейтральном положении (после включения). При этом замкнуты контакты SA1.2, SA1.4 и SA2.3. В схеме резервного электродвигателя ключ SA1 находится в положении Р, а ключ SA2 - в нейтральном положении (после отключения). Замкнутыми оказываются контакты SA1.4 и SA1.4. Как в той, так и в другой схеме (рис. 14.10,6) все реле не возбуждены.
В общих цепях УАВР (рис. 14,10, а) возбуждено реле KB запрета автоматики, обеспечивающее однократность действия УАВР. Его контактом KB подготавливается цепь обмотки реле включения резерва КСС. При аварийном отключении рабочего электродвигателя в цепях его управления замыкается цепь несоответствия, образованная контактом SA2.3 ключа SA2 и вспомогательным контактом выключателя Q1.5 в цепи обмотки реле KQT1. Реле срабатывает и контактом KQT1.1 размыкает цепь автоматического пуска электродвигателя, а контактом KQT12 замыкает цепь аварийной сигнализации. В общих цепяхсхемы УАВР реле контактом KQTL3 размыкает цепь обмотки реле блокировки KB и контактом KQT1.4 замыкает цепь обмотки реле включения резерва КСС. Реле срабатывает и замыкает контакты КСС в цепях управления всех электродвигателей. Однако при этом замкнутой оказывается только цепь обмотки реле KL1 в схеме резервного электродвигателя (контакт SA1.3 ключа SA1 и контакты реле КСС1 и KQTI.J), которое после срабатывания самоудерживается контактом KL1.1 и подает (контактом KL1.2} напряжение на электродвигатель М, заводящий пружины привода. По окончании завода пружин конечный выключатель Q.1.4 отключает электродвигатель М, вспомогательный контакт готовности привода Q1.6 замыкает цепь электромагнита включения YAC и выключатель резервного электродвигателя включается. При этом самоудерживание реле KL1 прекращается (размыкается контакт Q1.1). Промежуточное реле KL2 действует в случае дистанционного отключения электродвигателя.
Все электродвигатели имеют защиту от перегрузки, выполненную на переменном оперативном токе (реле тока с зависимой характеристикой, контакт KT которого и указательное реле КН показаны на рис. 14.10,6). Защиты от коротких замыканий и от понижения напряжения выполняются с помощью реле прямого действия, встроенных в приводы выключателей (на рис. 14.10 не показаны).