УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НАСОСА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ И "СУХОГО ХОДА"

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к релейной защите и предназначена для пуска-останова и защиты от аварийных ситуаций технологических аппаратов и агрегатов с электроприводом на основе трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, в первую очередь насосов для перекачивания жидких сред, и может применяться в различных отраслях промышленности и сферы услуг.
Уровень техники
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является устройство для защиты погружного электродвигателя от перегрузки и «сухого хода», содержащее три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, логический блок, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока и который выполнен с возможностью фиксации перегрузки и «сухого хода» и содержит выходное реле, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, силовые контакты которого включены в фазы питающей сети, и два элемента индикации (а.с. №1359840 МПК Н 02 Н 3/08). Логический блок кроме выходного реле содержит трехфазный двухполупериодный выпрямитель, потенциометр, два компаратора, логические элементы и диодно-резисторные и RC-цепи, обеспечивающие фиксацию перегрузки и «сухого хода». Погружной электродвигатель по принятой в технике терминологии - это электродвигатель насоса.
Данное устройство обладает определенными недостатками. Оно не имеет защиты электродвигателя от исчезновения напряжения на одной из
статорных обмоток из-за пропадания напряжения в фазе питающей сети или обрыва электрической цепи (обрыв фазы), что может привести к отказу электродвигателя из-за перегрева двух других статорных обмоток. В случае короткого замыкания в электрических цепях или статорных обмотках, когда ток увеличивается многократно, за счет фиксации перегрузки логический блок отключит электродвигатель, но через длительное время от момента возникновения короткого замыкания, что приведет к выходу из строя электромонтажа и силовых контактов исполнительного органа, а также к возникновению пожароопасной ситуации. Наличие одной (без резервирования) защиты от перегрузки в случае ее отказа приведет к перегреву статорных обмоток и выходу из строя электродвигателя. Устройство обладает ограниченными функциональными возможностями по настройке на номинальный рабочий режим электродвигателя, так как она проводится вручную посредством изменения положения потенциометра, устанавливающего пороги фиксации перегрузки и «сухого хода», причем из-за использования одного потенциометра пороги фиксации перегрузки и «сухого хода» жестко привязаны друг к другу, что приводит к низкой точности установки номинального рабочего режима при различных плотностях перекачиваемой жидкой среды. Визуальное отображение информации о состоянии, режимах работы и настройки и параметрах защиты недостаточное, так как устройство имеет только два элемента индикации, сигнализирующие о состояниях перегрузки и «сухого хода».
Сущность полезной модели
Задачами, на решение которых направлена полезная модель, являются расширение функциональных возможностей устройства и повышение надежности его функционирования.
Техническими результатами, полученными при осуществлении полезной модели, являются повышение уровня защищенности электродвигателя насоса от аварийных ситуаций за счет введения защиты от короткого замыкания и обрыва фазы, повышение отказоустойчивости устройства за счет
применения двойных (параллельных) защит от перегрузки и короткого замыкания, повышение удобства эксплуатации устройства за счет введения автоматической настройки на номинальный рабочий режим насоса и расширения индикации о состоянии и режимах работы устройства и насоса.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в устройство для защиты электродвигателя насоса от перегрузки и «сухого хода», содержащее три трансформатора тока, устанавливаемые в фазы питающей сети, логический блок, входы которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока и который выполнен с возможностью фиксации перегрузки и «сухого хода» и содержит выходное реле, контакт которого включен в цепь управления исполнительного органа, силовые контакты которого включены в фазы питающей сети, и два элемента индикации, введены трехфазный автоматический выключатель с электромагнитными и тепловыми расцепителями тока, включенный в фазы питающей сети со стороны ее вводов, и два дополнительных элемента индикации, при этом три элемента индикации подключены к соответствующим фазам питающей сети на выходах трехфазного автоматического выключателя, а четвертый - параллельно исполнительному органу, а в логический блок введены дополнительный вход, соединенный с общей точкой соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока, и дополнительные возможности фиксации короткого замыкания и обрыва фазы, алфавитно-цифровой индикации рабочего тока, режимов работы и параметров защиты электродвигателя насоса и автоматической настройки на номинальный рабочий режим насоса.
На фиг.1 приведен пример схемы выполнения устройства.
Возможность осуществления полезной модели
Устройство для защиты электродвигателя насоса содержит три трансформатора тока 1, устанавливаемые в фазы питающей сети 2, логический блок 3, входы 4 которого соединены с выводами соединенных в звезду вторичных
обмоток 5 трансформаторов тока 1, а дополнительный вход 6 соединен с общей точкой 7 соединенных в звезду вторичных обмоток 5 трансформаторов тока 1. Логический блок 3 устройства, построенный, например, на основе микроконтроллера с органами управления и алфавитно-цифрового индикаторного табло (на чертеже не показаны), выполнен с возможностью фиксации перегрузки, «сухого хода», короткого замыкания и обрыва фазы и алфавитно-цифровой индикации рабочего тока, режимов работы и параметров защиты электродвигателя насоса и автоматической настройки на номинальный рабочий режим насоса, и содержит выходное реле 8, контакт которого 9 включен в цепь управления исполнительного органа 10, выполненного, например, в виде электромагнитного пускателя. Силовые контакты 11 исполнительного органа 10 включены в фазы питающей сети 2, а параллельно исполнительному органу 10 размещен один из элементов индикации 12, в то время как три остальные элемента индикации 13, выполненные, например, на основе светодиодных коммутаторных ламп, подключены к соответствующим фазам питающей сети 2 на выходах 14 трехфазного автоматического выключателя 15. Выключатель 15 содержит электромагнитные 16 и тепловые 17 расцепители тока и включен в фазы питающей цепи 2 со стороны ее вводов 18. Устройство подключено к электродвигателю насоса 19.
Соединения между составными частями устройства и электродвигателем насоса выполнены электрическими проводами.
Устройство работает следующим образом.
При включении трехфазного автоматического выключателя 15 электрическое напряжение питающей сети 2 со вводом 18 поступает через электромагнитные 16 и тепловые 17 расцепители тока на его выходы 14, обеспечивая загорание элементов индикации 13, что свидетельствует о наличии на устройстве всех трех фаз питающей сети 2, при этом с одной из фаз питающей сети 2 запитывается логический блок 3 (цепи запитки на фиг.1 не показаны). Так как силовые контакты 11 исполнительного органа 10 не включены,
то ток через статорные обмотки электродвигателя насоса 19 и первичные обмотки трансформаторов тока 1 отсутствует, соответственно он отсутствует и через вторичные обмотки 5 трансформаторов тока 1. Выводы и общая точка 7 соединенных в звезду вторичных обмоток 5 трансформаторов тока 1 соединены соответственно со входами 4 и дополнительным входом 6 логического блока 3, который по этой причине имеет возможность проводить измерение тока в каждой фазе в отдельности. Анализируя отсутствие тока в каждой фазе и отсутствие команды на включение электродвигателя насоса 19, логический блок 3 выводит на свое алфавитно-цифровое индикаторное табло информацию о готовности устройства к запуску электродвигателя насоса 19. Запуск производится кнопкой пуска или цепью дистанционного включения (эти цепи на фиг.1 не показаны), в результате чего логический блок 3 контактом 9 выходного реле 8 включает исполнительный орган 10, который своими силовыми контактами 11 подает электрическое напряжение питающей сети 2 с выходов 14 автоматического выключателя 15 на электродвигатель насоса 19, который включается и на алфавитно-цифровом индикаторном табло логического блока 3 отображается значение тока в одной из фаз. Элемент индикации 12 загорается, что свидетельствует о включении электродвигателя насоса 19. Органами управления логического блока 3 осуществляется просмотр значения тока по всем фазам и запускается на определенное время режим автоматической настройки устройства на номинальный рабочий режим насоса. Органами установки режима работы насоса (регулированием степени открытия вентилей или клапанов на входном и выходном трубопроводах насоса) по приборам контроля давления или расхода перекачиваемой жидкой среды устанавливается номинальный рабочий режим насоса. Логический блок 3 после окончания времени настройки записывает в свою память значения номинального рабочего тока через статорные обмотки электродвигателя насоса 19 по всем фазам и устанавливает типовые параметры защиты (пороги фиксации в процентах от номинального рабочего тока при перегрузке, коротком замыкании, обрыве фазы и «сухом ходе» и время срабатывания
защиты по каждому параметру). Затем электродвигатель насоса 19 отключается кнопкой останова или цепью дистанционного отключения и при необходимости (в зависимости от типа насоса и плотности перекачиваемой жидкой среды) органами управления логического блока 3 производится корректировка отдельных параметров защиты путем просмотра их на алфавитно-цифровом индикаторном табло и изменения их типовых значений. Устройство подготовлено к работе.
В процессе работы логический блок 3 постоянно измеряет рабочий ток по всем фазам и сравнивает его значения со значениями номинального рабочего тока. В случае возникновения аварийной ситуации (перегрузка, короткое замыкание, обрыв фазы, «сухой ход») и присутствия этой аварийной ситуации в течение времени срабатывания, логический блок 3 отключением выходного реле 8 отключает исполнительный орган 10, обесточивая электродвигатель насоса 19, при этом на алфавитно-цифровом индикаторном табло высвечивается код аварии и фаза, в которой произошла авария. Электромагнитные 16 и тепловые 17 расцепители тока трехфазного автоматического выключателя 15 также обеспечивают защиту электродвигателя насоса 19 от короткого замыкания и перегрузки, но имеют пороги фиксации чуть выше порогов фиксации по короткому замыканию и перегрузке логического блока 3, поэтому в случае отказа последнего защиту от короткого замыкания и перегрузки обеспечивает трехфазный автоматический выключатель 15. Наличие контроля элементами индикации 13 электрического напряжения питающей сети 2 на выходах 14 трехфазного автоматического выключателя 15 и элементом индикации 12 включенного состояния электродвигателя насоса 19 значительно упрощает контроль за состоянием и работой устройства.
Таким образом, предлагаемое устройство для защиты электродвигателя насоса от перегрузки и «сухого хода» позволяет повысить уровень защищенности электродвигателя насоса за счет соединения общей точки соединенных в звезду вторичных обмоток трансформаторов тока с дополнительным входом логического блока и на этой основе введения в него дополнительной
возможности фиксации короткого замыкания и обрыва фазы, повысить его отказоустойчивость за счет введения в фазы питающей сети трехфазного автоматического выключателя с электромагнитными и тепловыми расщепителями тока, позволившего получить двойные (параллельные) защиты от перегрузки и короткого замыкания, и повысить удобство эксплуатации устройства за счет введения в логический блок возможности автоматической настройки на номинальный рабочий режим насоса с установкой непривязанных друг к другу параметров защиты и возможности алфавитно-цифровой индикации рабочего тока, режимов работы и параметров защиты электродвигателя насоса и за счет постоянного контроля элементами индикации наличия на устройстве электрического напряжения трех фаз питающей сети и включенного состояния электродвигателя насоса.