Каргапольцев Василь Петрович, Заступник директора ОКБ "Гідродинаміка", Сімахін Іван Якович, Директор підприємства "Енергіс"
Сучасні стандарти більшості країн світу, в тому числі і Росії, пред'являють все більш високі вимоги до підвищення безпеки роботи персоналу та зростання економічної ефективності в усіх галузях промисловості. Ці фактори визначають потребу в захисті й спостереженні за обладнанням і механізмами, які приводилися в дію асинхронними електродвигунами. Нехтування зазначеними вимогами призводить до непередбаченого і значного збитку від зниження терміну служби устаткування, до підвищення ймовірності травмування персоналу.
На сьогоднішній день існує три напрямки розвитку систем захисту: - механічні; - електромеханічні; - електронні.
До першої групи належать різні механічні пристрої, що забезпечують розрив вала двигуна з навантаженням при перевантаженнях двигуна (фрикційні муфти). Електромеханічні системи здійснюють контроль величини струму навантаження і відключають живильну мережу при перевантаженнях і коротких замиканнях (автоматичний вимикач із тепловим і електромагнітним расцепителями).
Для підвищення ефективності та зниження вартості кінцевого продукту фахівці підприємств різних галузей промисловості реалізують проекти, спрямовані на модернізацію електропривода машин і механізмів. Найбільш раціонально ці цілі можуть бути досягнуті застосуванням електронних систем захисту. В даний час розроблені різні методи визначення режиму роботи двигуна. Найбільшого поширення набули дві ідеології: куто-фазовий метод, реалізований у більшості імпортних дорогих пристроїв, і контроль параметрів двигуна за величиною діючого струму в кожній з живлять фаз. Другий метод покладено в основу роботи монітора струму двигуна (МТД), розробленого Кіровським підприємством "Енергіс" на основі 12-річного досвіду робіт щодо забезпечення безаварійного режиму робіт електродвигунів (фото.1). З одного боку, він може запобігти поломки устаткування і травми персоналу, подаючи сигнали управління при неномінальний навантаженні двигуна. З іншого боку, при своїй порівняно невеликій вартості, монітор з успіхом замінює більш дороге і трудомістке в обслуговуванні обладнання.
Монітор має набір різних вихідних сигналів (реле, стандартний струмовий тощо), а також органів управління (кнопки, перемикачі, різні інтерфейси), і може бути легко вбудований у різні системи управління та автоматизації промислового обладнання.
МТД крім доступною для російських виробників ціни, має цілу низку переваг. Наявність функції автоматичної настройки дозволяє простим і доступним способом отримати високоефективний захист від недовантаження або перевантаження внаслідок заклинювання, обриву паса або ланцюга, сухий або пошкодження підшипників.
Можливості МТД включають в себе: - затримку при реверсі двигуна від 1 до 99 секунд; - затримку вимкнення двигуна при перевантаженні (недовантаження) від 1 до 99 секунд; - відображення поточного струму будь фази на дисплеї.
Чинне значення струму навантаження в кожній фазі виміряється за допомогою трьох гальванічно ізольованих датчиків струму.
Просте і зручне меню дозволяє запрограмувати параметри спрацьовування МТД: - перевантаження щодо номінального струму; - недовантаження щодо номінального струму; - час затримки перед включенням двигуна в протилежному напрямку (реверс); - час затримки відключення при 4-х кратною перевантаженні; - час затримки відключення при перевантаженні; - час затримки відключення при недовантаження.
Основні властивості МТД. При активації режиму автоматичного налаштування, зазвичай при першому запуску, МТД після закінчення 15 секунд записує номінальний струм двигуна й встановлює параметри захисту. Наявність можливості встановлення величини перевантаження і недовантаження, а також тривалості затримки спрацьовування захисту при виникненні аварії дозволяє реалізувати в одному приладі функції монітора недовантаження і монітора перевантаження. МТД захищає електроустаткування від таких аварійних ситуацій: - перевищення номінального струму в 4 рази; - перевантаження; - недовантаження; - обрив кожної з фаз.
У 2002 році в муніципальному підприємстві теплових мереж г.Кірова були проведені випробування МТД, де вони були встановлені на електродвигунах насосів системи опалення центральних теплових пунктів. По завершенні випробувань було отримано висновок, що рекомендувала МТД для широкого застосування у виробництві. Було також відзначено, що запропоноване пристрій реалізує захист двигуна у більш повному обсязі, ніж застосовувані раніше пристрою ФУЗ-МУ, АЗДМ, УЗД, БТЗ.
Рис. 1
У 2004 році Кіровське підприємство "Енергіс" провело ряд досліджень з проблем диспетчеризації виробничих об'єктів у контексті контролю захистом і управління обладнанням з асинхронним електроприводом. У результаті вдалося сформулювати та втілити нове функціональне рішення - монітор струму з приймально / передачею даних (МТД - RS). З'явилася додаткова можливість контролювати працездатність і економічність електрообладнання, збираючи тимчасові графіки за величинами струму, напруги, повної спожитої потужності. Так виглядають основні характеристики нового монітора (рис.2):
Рис. 2
ПРИЗНАЧЕННЯ. Монітор струму двигуна c функцією обміну даними та управлінням по інтерфейсу RS-485 (МТД-RS) в комплекті з первинними перетворювачами - датчиками струму призначений для вимірювання струму і захисного відключення навантаження в мережах змінного струму частотою 50 Гц, напругою 220/380 В і номінальними струмами навантаження від 1 до 250 А. Для місцевого візуального контролю застосований дворядковий 16-міліметровий РКІ-індикатор з постійною підсвічуванням. Прилад МТД-RS може бути використаний в системах контролю, управління та захисту при виконанні технологічних процесів в різних галузях промисловості, сільського господарства та житлово-комунальної сфери.
ЗАСТОСУВАННЯ: - захисне відключення навантаження при виникненні аварійних ситуацій в мережі живлення і в навантаженні;
- Захист трифазних двигунів: насосів, систем вентиляції, компресорів, конвеєрів, млинів;
- Захист нагрівального обладнання (ТЕНи),
- Захист освітлювального обладнання.
ВИКОНУВАНІ ФУНКЦІЇ: - активація функцій і зміна заводських уставок споживачем;
- Захисне відключення електроустановок в системах змінного струму;
- Контроль і індикація струму, напруги, потужності і частоти кожної фази;
- Передача інформації через послідовний стик RS-485 на ЕОМ верхнього рівня зі спеціального протоколу, що забезпечує захист інформації від спотворення і втрат;
- Дистанційна установка налаштувань самого приладу і налаштувань на навантаження: допустимих меж струму, напруги, частоти живильної мережі, часу тривалого перевантаження, часу спрацьовування захисту перевищення допустимих параметрів, часу спрацьовування захисту обриву фази, захисного часу перемикання реверсу живлять фаз;
- Дистанційна діагностика функцій приладу.
Основні технічні характеристики:
- Електроживлення МТД-RS здійснюється від однієї фази трифазної електричної мережі напругою 220 В +10-15%, частотою 50 Гц ± 1 Гц;
- Номінальна потужність навантаження повинна знаходитися в межах 1-110 кВт;
- МТД-RS містить два вбудованих реле змінного струму 4 А - 220 В;
- Довжина лінії, що з'єднує МТД-RS з датчиками струму - не більше 30 м.
Рис. 3
Програмне забезпечення
У основному режимі роботи програми на екрані відображається зведена інформація моніторингу стану контрольованих об'єктів. Дані моніторингу представлені у вигляді таблиці. Приклад зовнішнього виду основного вікна програми представлений на рис.3. Поле стан може приймати наступні значення:
"Ні" зв'язку "- немає зв'язку з контролером;
"Вимкнено" - двигун (контрольований об'єкт) виключений;
"Вперед" - двигун обертається вперед;
"Назад" - двигун обертається назад;
"Аварія" - МТД-RS виявив аварійний стан двигуна.
При нормальному функціонуванні двигуна відповідна клітка "Стани" підсвічена зеленим кольором. При вимкненому двигуні виділення кольором не проводиться. При виявленні проблем полі стану відповідного об'єкта і "проблемні поля" параметрів підсвічуються червоним кольором.
Окрім стану в кожному рядку таблиці виводяться значення струму і напруги для кожної фази, значення частоти живильної мережі, повної потужності.
Після завдання тимчасового періоду, на екрані відобразитися графік контрольованої величини.
ПРИКЛАД ВИКОРИСТАННЯ (рис.5):
Рис. 5
- Захист двигунів насосів станції від аварійних режимів роботи (перевантаження по струму, обрив фази, перекіс фаз, чергування фаз);
- Обмеження пікового споживання електроенергії шляхом блокування одночасного включення насосів;
- Ведення статистики роботи насосів;
- Включення / відключення насосів за графіком заданому користувачем.
Кількість реалізованих функцій, простота і зручність у роботі, а також невисока ціна для обладнання такого класу роблять МТД лідером серед захисних приладів та обладнання. Досвід застосування моніторів у промисловості показує, що встановлення МТД на двигуни потужністю 7,5 кВт і більш економічно виправдана навіть за вартістю перемотування що вийшов з ладу двигуна.