Оглавление
1 Аппаратура защитного отключения, выпускаемая серийно или подготавливаемая к производству заводами СНГ
2 Защита и управление при эксплуатации погружных электронасосов
3 «Диалог»
4 Типы и применение регуляторов
5 Трехфазные электродвигатели. Защита или ремонт?

          Выпускаемые серийно УЗО можно условно разделить на две группы: изделия производственного применения трехфазного исполнения и изделия универсального применения однофазного исполнения. Часть изделий второй группы относится к подгруппе так называемой «персональной защиты» с уставкой срабатывания по защитному отключению не выше 10 мА и предназначенные для обслуживания конкретного электроприбора (или небольшой группы – в случае использования в составе шнура-удлинителя).

        Устройство защитного отключения УЗО2.ХХ.ОХО.ВХУ3 (разработка 1993 г., документ на поставку ТУ16-93 АГИЕ.656111.108ТУ). Предназначено для персональой высокочувствительной защиты людей от поражения электрическим током в быту и фермерских хозяйствах при эксплуатации однофазных приборов. Выполнено в виде «вилки», включаемой в двух или трехпроводную бытовую розетку. Снабжено клеммными зажимами для подключения сетевого шнура электроприбора или удлинителя. Используется, в основном, для укомплектования наиболее опасных электроприборов (холодильники, стиральные машины, сельскохозяйственная техника и т.д.). Автоматически включается при перерывах электроснабжения. Расчитано на длительный срок службы и выполнено в ударопрочном пластмассовом корпусе. Управление кнопочное. Индикация выключенного состояния – световая. Тактико-технические характеристики изделия приведены в табл. 1.
       Устройство защитного отключения УЗО10.2.010.П.УХЛ2 (разработка 1982 г., документ на поставку 23 МО.080.008ТУ). Предназначено для высокочувствительной защиты людей от пораже-ния электрическим током при экс-плуатации бытовых и аналогичных электроприборов в однофазной электрической сети. Может быть использовано как установочное или переносное изделие (пластамссовая защитная оболочка), для чего должно снабжаться сетевым шнуром с вилкой. Имеет две встроенные розетки 6А, 250 В. Используют изделие как защитный и коммутационный аппарат. имеет кнопочное управление. Сигнализация включенного состояния – световая. Тактико-технические характеристики изделия приведены в табл. 1.
       Примечание. Расшифровка структуры условного обозначения изделий серий УЗО2 и ВЗД2 приведена в № 4 нашего обозрения.

          Устройство защитного отключения УЗО20 (разработка 1992 г., документ на поставку ТУ16-92 ИЖТШ.656111.085ТУ). Предназначено для обеспечения безопасности людей при эксплуатации бытовых и аналогичных электроприборов в однофазной сети. Выполнено на базе автоматического выключателя ВА60-26-24 и изготавливается в двух исполнениях: с защитой от перегрузки и коротких замыканий в фазном полюсе и без защиты от перегрузки и коротких замыканий.
         Изделие устанавливают в бытовых и производственных помещениях в распредщитах после счетчика электроэнергии при наличии пакетного переключателя на вводе или до счетчика вместо пакетного переключателя. Сигнализация включенного состояния – положение рукоятки автоматического выключателя. Тактико-технические характеристики изделия приведены в табл. 3.

          Устройство защитного отключения типа УЗО2.ХХ.ХХО.1ХУХЛ4 (разработка 1994 г., документ на поставку ТУ16-95АГИЕ.656111.110ТУ). Предназначено для обеспечения безопасности людей при эксплуатации бытовых и аналогичных электроприборов в однофазной сети. Выполнено в модульном исполнении на базе автоматического выключателя ВА60-26-24 с защитой от перегрузки и короткого замыкания в одном или обоих полюсах, имеется исполнение без защиты. Изделие ремонтопригодно.

        Изделие устанавливают в бытовых и производственных помещениях в распредщитах после счетчика электроэнергии при наличии пакетного переключателя на вводе или до счетчика вместо пакетного переключателя. Сигнализация включенного состояния – положение рукоятки автоматического выключателя. Тактико-технические характеристики изделия приведены в табл. 3.
        Выключатели защитные дифференциальные типа ВЗД2.ХХ.ХХО.1ХУХЛ4 (разработка 1995 г., документ на поставку ТУ16-96АГИЕ.641246.003ТУ). Предназначены для использования в однофазной электрической сети и обеспечивают:
       – повышение уровня безопасности при эксплуатации людьми бытовых и аналогичных электроприборов;
       – предотвращение пожаров из-за возгорания изоляции токоведущих частей электроприборов от дифференциального тока (утечки) на землю;
      – автоматическое отключение участка электрической сети (в том числе квартирной) при перегрузке (ТЗ) и токах короткого замыкания (МТЗ);
     – создание селективной системы защитного отключения.

       Выполнены на базе автоматического выключателя ВА60-26-24. Изделие устанавливают в бытовых и производственных помещениях в распредщитах после счетчика электроэнергии при наличии пакетного переключателя на вводе или до счетчика вместо пакетного переключателя. Сигнализация включенного состояния – положение рукоятки автоматического выключателя. Тактико-технические характеристики изделия приведены в табл. 3.

          Прежде, чем продолжить анализ причин неудовлетворительной работы устройства «Каскад», рассмотрим некоторые общие положения организации и принципы работы защит электродвигателей от аварийных ситуаций. Практика создания средств автоматической защиты электронасосов сложилась таким образом, что конструкции защит можно разделить на две категории:
        - защита, осуществляющая контроль и реагирование на причину аварийной ситуации;
        - защита, осуществляющая контроль и реагирование на следствие аварийной ситуации.
        К причинам аварийной ситуации относятся: несимметрия системы трёхфазных напряжений в сети и, как крайний её случай, обрыв фазы. Причём, несимметрию сети необходимо отличать от несимметрии напряжений в нагрузке, вызванной неисправностью статорной обмотки (например, межвитковые замыкания). К следствию аварийной ситуации, в нашем случае, относятся токовые перегрузки в статорной обмотке погружного электродвигателя и её сгорание, то есть переход электродвигателя из штатного в аварийный режим. В качестве показателей аварийных режимов рассмотрим фазные токи, напряжения, а также линейные напряжения и напряжения между нейтралью фазных обмоток электродвигателя и нулевым проводом сети.  Наиболее частым явлением, лежащим в основе причин аварийных ситуаций, отмечается обрыв фазы в сети в результате коротких замыканий и перегораний плавких предохранительных вставок. При этом можно выделить три характерных случая [1]:
        Первый: замыкание фазного провода статорной обмотки на корпус и нулевой провод. При этом, после перегорания  вставки, повреждённая фаза двигателя оказывается соединённой с нулевым проводом сети (схема 1 таблицы).
        Второй: замыкание проводов в статорной обмотке двух фаз. При этом происходит перегорание одной, как правило, менее тугоплавкой (вследствие неравномерности старения) вставки и соединённые между собой фазы оказываются подключёнными через сохранившуюся вставку к фазе  сети (схема 2 таблицы).
        Наконец, третий случай обрыва фазы, имеющий место при перегорании вставки, либо плохого контакта автоматических выключателей на распределительном щите подстанции или механического обрыва линейного провода подводящей сети. При этом электродвигатель оказывается подключённым к сети только двумя фазами статорной обмотки (схема 3 таблицы). Анализ таблицы достаточно убедительно показывает, что режимы электродвигателей в аварийных ситуациях в значительной степени зависят от условий, в которых они работают. Причём, в некоторых случаях режимы могут оказаться не опасными. Например, при недостаточной нагрузке, меньшей  m1 (схема 3), что характерно для высоконапорных насосов, применяемых в сравнительно неглубоких скважинах, и высоких значениях тока холостого хода Iо, перегрузка в целых фазах будет отсутствовать. Важно при этом  отметить следующие. Контроль за режимом электродвигателя, по величинам фазных , линейных напряжений , по напряжению смещения (0-01),  либо по величине тока в какой-нибудь одной фазе осуществить весьма затруднительно.
       Таким образом, можно сделать выводы, что, во-первых, действие защиты, организованной по принципу причинности авариийной ситуации, в некоторых случаях будет преждевремнной, а в других – бесполезной (этому вопросу будет посвящена следующая публикация), во-вторых, защита, действующая по принципу следствия аварийной ситуации, является наиболее действенной и должна контролировать нагрузку пофазно.
В устройстве «Каскад» реализован принцип контроля фазных токов. В каждой фазе установлен измерительный элемент – трансформатор тока. Здесь токи, полученные во вторичных обмотках трансформаторов (см. рисунок),

Электрическая схема аварийного состояния электродвигателя	Ток в фазах электродвигателя			Напряжение на зажимах электродвигателя
	Электродвигатель: Sk=0,1...0,3 lo=0,3...0,7 ln=5,0...7.0 Сплошная линия - ln=7,0; lo=0,7 Штриховая - ln=5,0; lo=0,3	Заторможенное состояние в долях от ln		Фазные  (0 - фаза)		Линейные (фаза-фаза)  между		Напряжение между «0» проводом сети и нейтралью обмотки статора (0-01)
		повре- жденная фаза	непов- режден- ная фаза	непов- режден- ная фаза	повре- жденная фаза	повре- жденная фаза	непов- режден- ная фаза
		0,3	0,89	Сокраще- ние до 0,9 пер- воначаль- ной ве- личины	Сокраще- ние до 0,33 пер- воначаль-  ной ве- личины	Не из- меня- ется	Сокраще- ние в 3 раза	1/3 фазного напряжения нормальной схемы
		0,575	1,15	Увеличе- ние в 1,15 раз по срав- нению с трех- фазным режимом При зато э\двигате	Сокраще- ние в 3 раза           рмож.  ле	0	Не изме- няется	0,58 фазного напряжения нормальной схемы
		0	0,865	Сокраще- ние в 2 раза	0

          Однако, в этом случае ток в поврежденной фазе становится равный нулю, а в двух других – зависит от нагрузки и тока холостого хода. В отдельных случаях он может оставаться на уровне номинального или не превышать его (схема 3 таблицы). Другими словами, ток в нагрузочном сопротивлении R1 при аварии сохранит свое значение, а при малых нагрузках может и снизиться. В такой ситуации, очевидно, защита не сработает. На- сколько опасны возникающие при этом перегрузки в неповрежденных фазах определим из условия возможного равенства токов в R1 при наличии и отсутствии обрыва фазы. Ток в нагрузке выпрямителя равен:
 I =  3 K Iнф  ,  где К - коэффициент усиления системы «транформатор тока - выпрямитель»;
Iнф - номинальный ток в фазе симметричной системы.
          При обрыве фазы токи в неповрежденных фазах Iф изменятся, сохранив равенство между собой (схема 3 таблицы). Тогда ток через R1 будет равен:

            I'  = 2 К Iф ,

при этом ток Iф , при условии равенства I' и I, определяется из выражения

3 К Iнф = 2 К Iф,
откуда:
Iф   = 1,5 Iфн .
         Таким образом, электродвигетель может оказаться незащищенным при обрыве фазы - ток в неповрежденных фазах достигнет полуторакратной перегрузки, которая приведет к выходу его из строя.

            В предыдущей статье было описано устройство регуляторов   с  пропорционально-интегральным-дифференциальным законом регулирования, а также методики настройки подобных регуляторов.   В данной статье рассмотрены встречающиеся в практике модификации этих регуляторов.

          Например: задание темпера-туры  водяного радиатора во внутреннем контуре в зависимости от температуры на улице и от вы-ходной величины внешнего контура регулирования температуры возду-ха. Это обеспечивает высокие дина-мические свойства каскадной САР.
          Возможно и наличие третьего контура в подобных системах, например, для управления газовым вентилем ОГВ.
         Микропроцессорная реализация  регуляторов  позволяет  в одном устройстве объединить все каскады,  уменьшив стоимость и увеличив  надежность системы.

          Типичной сферой применения регуляторов с релейным выходом являются различного рода терморегуляторы, управление микроклиматом, управление насосной станцией и пр.
         г) с двупозиционным или трехпозиционным выходом по переменному току (переключение в момент перехода напряжения питания через ноль). Они являются неким симбиозом  б) и в). Обычно используют на выходе оптотиристоры. Такие регуляторы обладают низким уровнем помех.

          Случаи выхода из строя мощных электродвигателей надолго оставляют неприятные воспоминания. Остановка производства, проблема демонтажа, организация ремонта или замены в  условиях жесткого дефицита времени, масса других неприятностей заставляют задуматься о вопросе защитного отключения в случае аварийных ситуаций. Сгоревший двигатель доставляет не только хлопоты, но и большие убытки. При выходе из строя асинхронного трехфазного двигателя, средние затраты на покупку одного нового по отпускной цене завода-изготовителя или ремонт на специализированных предприятиях  (без учета демонтажных-монтажных работ, транспортировки, простоя оборудования) по данным АО “Динамо”, “ Владимирского электромоторного завода”, НПО “Азерэлектромаш”, АОЗТ “Электроремонт “, “Черметэлектроремонт”, фирмы “Вилена”  на  начало 1996 года составляют (см. таблицу):
 

Электродвигатель  мощностью, кВт	Стоимость нового, млн. руб.	Ремонт старого в % от стоимости нового	Стоимость УЗОТЭ-2У в % от стоимости нового
220 160 110 55 30 7 4	24 20,5 17 8 7 4,5 2,5	18 - - 48 - - 49	2 2,5 3,5 7,5 8,5 13 24

         Избежать перечисленных выше материальных и моральных затрат поможет устройство защитного отключения трехфазных электродвигателей УЗОТЭ-2У.
         Надежность обеспечиваемой защиты делает его все популярней среди многих предприятий и строительно- монтажных фирм.  Это не удивительно. Устройство рассчитано на длительный срок работы, за который вполне себя окупает.
          Наиболее частой причиной выхода из строя электродвигателей, используемых в насосов [1] и в большинстве других устройств являются неполнофазные режимы работы. Для подвижных обьектов и  там, где применяется временная проводка, явление пропадания фазы встречается в подавляющем большинстве случаев. Для влажных помещений  возможно окисление контактов проводки. Особенно ярко это проявляется в случаях затопления  контактов водой. При погружении контактов в воду, как известно, начинается электролиз. В такой ситуации алюминиевая скрутка может работать не более нескольких суток. При обрыве  фазы  или перекосе фаз УЗОТЭ-2У отключает электроустановки через пять секунд. Такая задержка позволяет избежать отключения при кратковременных пропаданиях напряжения, которые безопасны для двигателя.
         В УЗОТЭ-2У  предусмотрена защита двигателя от перегрузок по току. Такая защита  наиболее важна для установок с  переменной нагрузкой. Примером может быть деревообрабатывающее производство. Время срабатывания защиты по току зависит от степени перегрузки. При полуторократном превышении защита срабатывает через 40 секунд, при четырехкратном – через 15 секунд. Такая задержка необходима для обеспечения запуска двигателя и избежания отключения при кратковременных перегрузках.
         Еще одной причиной выхода из строя  электродвигателей является утечка по изоляции статора. Очень часто это явление имеет место для двигателей, установлен-ных во влажных помешениях. Пыль и конденсат приводят к утечке тока, что может стать причиной выхода из строя двигателя. В такой ситуации  УЗОТЭ-2У не позволяет включить двигатель. Обычно двигатель  просушивают, после чего его можно использовать.
         Четвертой причиной выхода из строя двигателя  является перегрев обмотки статора. Это может произойти при нарушении охлаждения и т.п.  Для контроля температуры предусмотрена установка на двигатель терморезистора, который поставляется в комплекте (допустимая температура нагрева 900С). При желании  его можно установить рядом с подшипником,  что позволит контролировать его состояние.
          УЗОТЭ-2У можно применять для двигателей мощностью от 1,6 до 250 кВт. Настройка осуществляется с помощью имеющегося в устройстве регулятора чувствительности. Это значительно упрощает процесс комплектования оборудования данными приборами.
         Прибор легко монтируется в любом месте. В качестве датчиков используются трансформаторы тока с окном 60х60 мм, которые входят в комплект поставки. Высокая степень защиты корпуса прибора (IP44)  позволяет  не принимать специальных мер по защите устройства от неблагоприятных внешних факторов.
         При аварийном отключении двигателя на передней панели прибора загорается один из светодиодов, сообщая о причине срабатывания защиты.
         Нагрузочная способность выходов прибора составляет 1А при 380В или 2,5А при 220В, что достаточно для работы с пускателями.
          Подводя итог, напомним, что приобретая УЗОТЭ-2У, Вы получите надежную защиту двигателя при возникновении следующих  аварийных ситуаций:
          - обрыве одной из фаз;
          - перекосе фаз питающей сети;
          - нарушении изоляции статора;
         - перегреве обмотки статора;
         - перегрузке по току.
         Вы сможете легко смонтировать устройство в удобном месте. Экономическая эффективность обусловлена невысокой стоимостью устройства по сравнению со стоимостью двигателя.
     Если  применение  защиты позволит сохранить двигатель мощностью 30кВт, то вы окупите установку десяти УЗОТЭ.
   Это – арифметика успеха УЗОТЭ и успеха его применения на Вашем  производстве.

В оглавление