Прежде чем говорить о Защите электроприводов, следует кратко остановиться на наиболее вероятных и часто встречающихся недопустимых режимах их работы.
Перегрузка электродвигателя, создаваемая обычно приводным механизмом, может явиться результатом неправильной эксплуатации или неисправности механизма. Таких примеров в судовой практике встречается много. Следствием перегрузки двигателя является увеличение тока. Однако увеличение тока может произойти также из-за неисправности самого двигателя или вследствие неправильного включения его в сеть, неправильного соединения обмоток и т. д. При срабатывании защиты в первую очередь следует установить причину чрезмерного увеличения тока.
Короткое замыкание может произойти как в обмотках самого двигателя, так и в питающем кабеле. В последнем случае защищается, строго говоря, не двигатель, а кабельная сеть и электростанция.
Короткое замыкание сопровождается почти мгновенным увеличением тока, в несколько раз превышающим рабочий ток двигателя. Аналогичная ситуация возникает при заклинивании привода. Поэтому принудительная остановка включенного двигателя на практике также называется коротким замыканием. Заклинивание привода особенно опасно для двигателей постоянного тока, у которых резко (в 5—6 раз) увеличивается вращающий момент, способный вызвать любые механические поломки, а большой бросок тока опасен для коллектора и обмоток.
Снижение напряжения в сети может возникнуть при запуске относительно мощного асинхронного двигателя или при коротком замыканий где-либо в силовой сети.
Кратковременный перерыв в питании возможен при неправильном включении генератора на параллельную работу, при срабатывании защиты генераторов, преднамеренном или ошибочном отключении фидера (линии) и т. д.
В этих случаях могут возникнуть нежелательные последствия. Во-первых, при снижении напряжения или его исчезновении все электроприводы начинают останавливаться, а при восстановлении питания вновь разгоняются и своими пусковыми токами перегружают генераторы на электростанции. Во-вторых, самопроизвольный запуск остановившегося привода при восстановлении питания представляет определенную опасность для обслуживающего персонала.
Работа трехфазного асинхронного двигателя при обрыве одной фазы случается при перегорании плавкого предохранителя в одной из фаз. Двигатели, находящиеся в работе, продолжают вращаться и при двухфазном питании, но такой режим их работы, конечно, является недопустимым. У двигателей увеличивается ток, несколько снижается частота вращения, а следовательно, увеличиваются скольжение и потери энергии. Его температура может превысить допустимое значение, что приводит к разрушению изоляции обмоток и возникновению витковых замыканий. Работа двигателя на двух фазах обычно сопровождается характерным гудением. Остановившийся двигатель при включении на двухфазное питание вращаться не будет.
В соответствии с Правилами Регистра СССР для двигателей мощностью свыше 0,5 кВт должна предусматриваться защита от перегрузок, от токов короткого замыкания и нулевая защита (на случай снижения или исчезновения напряжения).
Защита от перегрузок может реагировать либо на значение тока двигателя, либо на температуру его обмоток. Защита, реагирующая на значение тока, должна настраиваться на ток в пределах 105—125%. номинального тока двигателя. Электромагнитные реле максимального тока для такой защиты непригодны, поскольку они будут срабатывать под действием пусковых токов. Для защиты двигателей от перегрузки широко распространены тепловые реле, чувствительным элементом которых является биметаллическая пластина, разогреваемая контролируемым током. Главное достоинство тепловых реле как устройств защиты от перегрузки заключается в том, что время их срабатывания зависит от тока перегрузки. К сожалению, эта зависимость для тепловых реле очень нестабильна и значительно изменяется как с течением времени, так и от колебаний температуры окружающей среды.
Более совершенна защита от перегрузок, реагирующая на изменение температуры обмоток двигателя. В самом деле, ведь ток перегрузки сам по себе опасности для двигателя не представляет. При. протекании его по обмоткам выделяется тепло, которое разогревает двигатель. И если температура двигателя превысит допустимое значение, начинает разрушаться изоляция. Однако температура зависит не только от количества выделяющегося в двигателе тепла, но также от температуры окружающей среды и условий охлаждения двигателя. Например, самовентилируемый двигатель при длительной работе на пониженной частоте вращения, очевидно, будет перегреваться и при токах, меньших номинального, поскольку резко ухудшаются условия его охлаждения.
Для тепловых токовых реле, естественно, нельзя учесть все эти обстоятельства, а также влияние пусковых токов на нагрев двигателей, работающих в режиме частых пусков и торможений. Поэтому непосредственное измерение температуры обмоток двигателя является самым рациональным способом их защиты от перегрузки.
Чувствительными элементами такой защиты являются терморезисторы, встраиваемые непосредственно в обмотку двигателей. Принципиально такая защита не отличается от измерения температуры при помощи терморезисторов. Вместо измерительного прибора может быть включено непосредственно или через специальный усилитель реле, срабатывающее при определенной температуре и отключающее двигатель либо действующее на сигнал.
Защита от коротких замыканий осуществляется при помощи плавких предохранителей или установочных автоматических выключателей. Она должна быть быстродействующей, поскольку, с точки зрения селективности защиты, относится к первой ступени.
Нередко для защиты от коротких замыканий и от недопустимых перегрузок двигателей постоянного тока используют реле максимального тока, действующие на размыкание цепи катушки линейного контактора, который отключает двигатель.
В судовых электроприводах обычно отсутствует отдельная защита от работы двигателя на двух фазах. Считается, что в этом случае должна срабатывать защита от перегрузки, хотя существуют и специальные устройства, реагирующие на обрыв фазы в трехфазных сетях.
