Современные электроизоляционные материалы выполнены из полимеров, которые не боятся старения, окисления и коррозии, а медные/алюминиевые проводники в принципе не изнашиваются. Основной причиной аварий является перегрев токоведущих частей машины. Перегрев может быть причиной повреждения изоляции, замыканий обмоток и даже пожара. Чтобы избежать проблем, связанных с перегревом, стоит вспомнить основные физические законы, в частности закон Джоуля – Ленца, который гласит, что при протекании тока по проводнику происходит превращение электрической энергии в тепловую, причём количество выделенного тепла будет равно работе электрических сил:

Количество тепла, выделяемого в проводнике, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени протекания.

Как видно из формул, электрические параметры сети играют немаловажную роль. В частности напряжение, скачок которого может привести к увеличению тока. Нарушение чередования фаз, а так же ассиметрия питающей сети приводят к тем же последствиям.

Для предотвращения этих нежелательных факторов используется специальное устройство – реле контроля фаз, рассчитанное на автоматическое отключение (возможно с выдержкой времени) двигателя от сети при возникновении аварии в цепи питания. Устройство включается в цепь статора и контролирует все основные параметры (включая частоту). Оно практически не потребляет мощность, благодаря своей электронной начинке. Подобных реле на данный момент на рынке превеликое множество. Но для верного выбора требуется, прежде всего, грамотный электрический расчет и расчет оптимизации.

Следующей причиной выхода из строя электрических машин, является повышенный ток. Повышенный ток возникает всегда в момент запуска любого асинхронного и синхронного двигателя, таков принцип действия этих машин. На рис. 1 показаны графики изменения тока от скольжения ротора двигателя (скорости вращения). На рисунке указаны пусковые токи и динамика их изменения. I_ном – номинальный ток статора, I_e – ток на естественной характеристике, I₁ – ток на первой скорости, I₂ – ток на второй скорости. Скорости зависят в данном случае от добавочного сопротивления в роторе. Как видно из рисунка, вне зависимости от скорости, ток старта всегда повышенный.

Стоит так же отметить, что любая вращающаяся электрическая машина имеет определенную теплоемкость – способность накапливать тепло. Это значит, что повторность пусков для каждого двигателя число ограниченное. Грубо говоря, двигатель накапливает тепло и в N-ый раз повторяющийся пуск может стать фатальным для машины, даже при нормальных токах и напряжении.

Чтобы правильно выбрать режим и защиту двигателя, необходимы точные расчеты, включающие в себя не только электрическую, но и механическую и тепловую составляющую.

Способов организации токовой защиты двигателя множество. Один из них описывается в статье «Альтернативная система управления крановыми электродвигателями», где рассматриваются возможности «интеллектуального реле» и модернизации системы управления. Но, пожалуй, одна из самых удачных реализаций токовой защиты – применение в качестве защитного устройства специального реле УБЗ-301, производства фирмы «Новатек-Электро». Новое поколение устройств защиты электродвигателей. Полная защита асинхронного электродвигателя. Предназначен для постоянного контроля параметров сетевого напряжения и действующих значений фазных/линейных токов трехфазного электрооборудования 380 В/50 Гц, в первую очередь, асинхронных электродвигателей (ЭД), в том числе и в сетях с изолированной нейтралью. Осуществляет полную и эффективную защиту электрооборудования отключением от сети и/или блокированием его пуска.

Это реле совмещает в себе контроль тока и напряжения, а так же производит решение уравнения теплового баланса АД, позволяющее учитывать предыдущее состояние ЭД и наиболее достоверно принимать решение о наличии тепловой перегрузки. Этот метод позволяет также учесть нагрев ЭД при пусках и ограничить (по желанию заказчика) их число в единицу времени.

Отдельно стоит остановиться на высоковольтных (свыше 1000 В) машинах. Устройство релейной защиты довольно сложная задача не только для проектировщиков, но и для эксплуатации. Множество составных частей, частый выход из строя, тяжелая наладка и настройка – вот с чем часто приходится сталкиваться на высоковольтных защитах.

Наша компания предлагает новый подход к защите двигателей напряжением 6-10 кВ, это – цифровой блок релейной защиты БМРЗ, который предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления, измерения и сигнализации электродвигателей.

Блок представляет собой законченное устройство, на которое подается сигнал с трансформаторов тока. Внутри блока микропроцессорная система выполняет необходимые вычисления, основываясь на заложенных параметрах и величинах с датчиков тока/напряжения, и отдает команду на исполнительные контакты.

На рис. 2 показана принципиальная схема подключения цифрового блока и показаны основные контакты. Как видно из иллюстрации, данный блок может выполнять множество функций от МТЗ и АПВ, до специально заложенной программы эксплуатации.

Таким образом, правильный расчет и проект смогут обеспечить надежную и стабильную токовую защиту на любой двигатель, находящийся сегодня в эксплуатации.