3

18.6. Zab«zpl«oMnl8 silników

Jednym z najczęstszych zakłóceń występujących w pracy silników elektrycznych są przeciążenia cieplne. Mogą być one spowodowane przeciążeniem mechanicznym wirnika, obniżeniem napięcia zasilającego, pogorszeniem warunków chłodzenia, asymetrią zasilania, uszkodzeniami części mechanicznych lub innymi przyczynami. Skutkiem przeciążenia cieplnego jest wzrost temperatury uzwojeń, co przyspiesza proces starzenia się izolacji. W skrajnej sytuacji, przy znacznym przeciążeniu, może dojść do uszkodzenia izolacji i zwarcia w silniku.

Aby temu zapobiec, stosuje się układy zabezpieczające, którym stawia się szereg wymagań. Do najważniejszych należą:

•    szybkie wyłączenie silnika podczas znacznych przeciążeń;

•    wyłączenie ze zwłoką czasową przedłużających się mniejszych przeciążeń;

•    sygnalizowanie niegroźnych przeciążeń.

Najskuteczniejszą metodą ochrony silników przed przeciążeniami cieplnymi jest pomiar temperatury uzwojeń stojana. Służą do tego czujniki termistorowe, które sterują pracą przekaźnika prądowego.

Cziyniki temperatury stanowią dobre zabezpieczenie przeciążeniowe dla silników niskiego napięcia o mocach nie przekraczających 150 kW. W silnikach o większych mocach wirniki grzeją się znacznie szybciej niż stojany i termistorowe zabezpieczenia przestają być skuteczne, natomiast w silnikach wysokiego napięcia, ze względu na grubą izolację przewodów, pomiar temperatury jest niewystarczającym wskaźnikiem przeciążenia. Takie przypadki wymagają stosowania wyzwalaczy lub przekaźników nadprądowych o charakterystykach czasowo-prądowych zależnych (np. RIz lub RIzc). Przykłady ich stosowania przedstawiono na rys. 18.31.

W przekaźnikach starszych typów stosowano układy termobimetalowe, których

/ *■

Rys. 18.32. Charakterystyka cieplna typowego silnika indukcyjnego

l_f — prąd przeciążeniowy, /n — prąd znamionowy silnika

Rys. 18.31. Zabezpieczenia przeciążeniowe silników; «) z wyzwalaczami lermob i metalowy mi {/); b) z przekaźnikami tcrmobimctalowymi (2); <*) z przekaźnikami nadnrądawymi o charaktcry-alycc ezasowo-prądowej zależnej (.?)

<*)

h)

r)

w

podstawową wadą są    charakterystyki do krzywej dopusz

f

czalnych przeciążeń silniki. Pm kliniki elektroniczne umożliwiają dowolne kształtowanie charakterystyk^ CO Myn) je zabezpieczeniami bardziej uniwersalnymi.

Na rysunku 18.32 przedstawiono zależność dopuszczalnego czasu trwania przeciążenia typowego silnika od krotności k prądu znamionowego. Z charakterystyki wynika, że zabezpieczenie przekaźnikowe powinno działać z małą zwłoką czasową (czas zadziałania przy dużych przeciążeniach (t_vMv < 20 s przy k = 6) i dużą zwłoką (t₇^_&Ł s; 20 min) przy prądzie przekraczającym tylko o 20% prąd znamionowy.

Innym zakłóceniem pracy silników są zwarcia. Powinny być one możliwie szybko likwidowane przez wyłączenie zasilania silnika. W przeciwnym razie może dojść do poważnych uszkodzeń zarówno samego silnika, jak i sieci zasilającej.

Najprostszymi i najczęściej stosowanymi zabezpieczeniami silników przed skutkami zwarć są bezpieczniki topikowe, które powinny być dostatecznie czułe, ale jednocześnie umożliwiać przepływ prądu rozruchowego silnika. Prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej 7_b dobiera się korzystając w zależności

(18.7)

w której: /_rs — prąd rozruchowy silnika, w A; a — współczynnik uwzględniający rodzaj rozruchu ora/, rodzaj wkładki (a = 1,5+3).

Można też stosować zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne (np. WIp, PN W, RI), które instaluje się możliwie najbliżej wyłącznika, aby jednocześnie chronić linię zasilającą silnik. Przekaźnik powinien również uwzględniać prąd rozruchowy silnika

/_f — k<jcj_v

(18.8)

gdzie: k_b — współczynnik uwzględniający składową nieokresową prądu rozruchowego (% ■ 1,4+2), &_s — współczynnik schematowy (k_s = 1, gdy przekładniki prądowe są połączone w układ gwiazdy}.

Czas zadziałania zabezpieczeń zwarciowych nie powinien przekraczać 100 ms.

Na rysunku 18.33 pokazano schematy układów zabezpieczających silniki przed skutkami zwarć.

Obecnie powszechnie stosuje się uniwersalne elektroniczne przekaźniki nadprądowe, które zabezpieczają silniki zarówno przed skutkami przeciążeń, jak i zwarć (np. RIzx i RIAS). Przekaźniki takie mają też układy chroniące silnik przed skutkami asymetrii zasilania, która powoduje nadmierny wzrost temperatury wirnika silnika synchronicznego w wyniku działania prądów wirowych.

Zanik i zmniejszenie się napięcia mogą być również przyczyną nieprawidłowej pracy silnika. Zmniejszenie się napięcia w sieci powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej silnika, a tym samym zwiększenie wartości prądu. Zanik i ponowne pojawienie się napięcia może spowodować niebezpieczny w skutkach samorozruch silnika. Przy jednoczesnym samorozruchu kilku silników występują spadki napięcia w sieci, co przedłuża czas rozruchu i powoduje przegrzewanie się ich uzwojeń. Silniki, których samorozruch jest niedopuszczalny, zabezpiecza się od zaników i zmniejszenia napięcia. Przy sterowaniu stycznikowym najprostszym sposobem jest zastosowa*

311