О недостатках типовых схем автоматики

Главная

Электрооборудование

Статьи

Недостатки типовых схем автоматики ящиков Я5ХХХ (РУСМ)

В настоящее время практически любое современное промышленное предприятие невозможно представить без двигателей. Двигатели обеспечивают циркуляцию воздуха в помещениях, двигатели приводят в движение механизмы различного оборудования, двигатели управляют гидрозаслонками насосных станций, центрифугами, дробилками и так далее. Самое массовое промышленное применение при этом, находят трехфазные асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором ввиду их очевидных преимуществ: относительной простоты изготовления, высокой надежности, отсутствии токосъемных элементов на роторе, простоты подключения и управления. При этом для управления двигателями данного типа повсеместно используются ящики автоматики, схемы которых разрабатывались под нужды отечественной промышленности еще в 60-е годы прошлого века. Для своего времени это были, пожалуй, оптимальные решения если их оценивать с позиций простоты монтажа и обслуживания, надежности, себестоимости конечного изделия.
Наверное, по этим самым причинам данные схемы без существенных изменений перекочевали из XX века в XXI, продолжая и сегодня повсеместно использоваться в шкафах управления различных электроустановок. В данной статье попробуем разобрать их общие недостатки с точки зрения безопасности эксплуатации промышленного агрегата в условиях российских реалий, а также попытаемся устранить эти недостатки используя минимальное количество дополнительных элементов.
В качестве примера рассмотрим типовую схему ящика управления Я5111-ХХ74 (рисунок 1), которая представлена у всех производителей, включая TDM^®, IEK^®; имеет минимум элементов и предназначена для запуска-останова электродвигателя в местном и дистанционном режимах. В ней также предусмотрены:

защита двигателя от перегрузки, реализованная на базе теплового реле;
защита от короткого замыкания в силовых и оперативных цепях реализованная на базе автоматических выключателей.

Ввиду предельной простоты, собрать и наладить её по силам даже начинающему электромонтеру. Оценивая данную схему, выскажем мнение, что применять её для управления двигателями промышленных агрегатов категорически не следует.

Рисунок 1.jpg

Начать с того, что при ремонте даже элементарной схемы у наладчика может возникнуть ситуация, с которой сталкивался каждый: "здесь всего-то 4 провода, а вот, не работает". В такой ситуации самый быстрый и простой способ ленивых людей: не прозванивать обесточенные цепи, а быстренько отладить под напряжением. Клинический случай: подать питание на ввод и нажать пальцем на якорь контактора, чтобы "посмотреть, запустится ли двигатель". Очевидно запустится. И по закону случая, именно в этот момент другой незадачливый работник по одним только ему известным причинам решит прогуляться в опасной близости от агрегата... В итоге гуляку везут в травмпункт, а любознательного - в суд.
Да, налицо нарушение техники безопасности. И тем не менее, от развития таких последствий лучше частично подстраховаться, изменив питание оперативных цепей так, как показано на рисунке 2. Теперь силовая коммутационная цепь отключается отдельно от оперативной и можно производить отладку автоматики под напряжением, не опасаясь за непроизвольный запуск двигателя.

Рисунок 2.jpg

Продолжим анализ схемы. Ага, в ней предусмотрено проводное дистанционное управление. Оно активируется переводом переключателя режима работы в положение ДИСТ и замыканием клемм 1 и 5 между собой. При этом на клемме 1 постоянно, вне зависимости от режима работы и текущего состояния электроустановки присутствует фазное напряжение, что потенциально:

постоянная опасность поражения персонала электрическим током при повреждении кабеля, включая уборщицу бабу Валю с мокрой тряпкой и в вечернее время, когда неотложную помощь оказать будет просто некому;
возможность короткого замыкания при наладке дистанционного пульта в диспетчерской (пульты бывают разные, хорошо если это "переноска-удлинитель с одной кнопкой". А если с пульта осуществляется централизованное управление 10-20 агрегатами? И сигнальный провод каждого агрегата постоянно находится под фазным напряжением (подводимые фазы также могут отличаться)? Тогда короткое замыкание станет самым "лёгким" последствием: попадание человека под линейное напряжение или непреднамеренный запуск соседнего агрегата влечет последствия потяжелее.

Хотя достаточно изменить схему как показано на рисунке 3 и фазное напряжение станет поступать в цепь дистанционного управления только при его активации, а также при запущенной электроустановке. При остановленном двигателе в местном режиме работы фазного напряжения в дистанционной цепи не будет, а значит снижается и вероятность поражения током, как минимум в одном из режимов работы. Да, и теперь дистанционное включение осуществляется замыканием клемм 4 и 5 между собой.

Рисунок 3.jpg

Проанализируем цепи защиты: в промышленных установках существует вероятность перегрузки электродвигателя и соответственно, перегрева его обмоток. Для защиты в схеме предусмотренно тепловое реле КК1, которое разорвет цепь питания контактора и двигатель будет обесточен. Будет. И в местном режиме, и в дистанционном. Но в последнем случае, при стационарном пульте, как пульт "узнает", что установка отключилась аварийно? Очередное упущение: отсутствует сигнализация неисправности. Пока персонал будет бегать вокруг агрегата, искать причину, искать крайнего – тепловое реле остынет, контактная группа замкнется, а команда дистанционного включения уже и так поступает: забыли снять. Агрегат благополучно, но неожиданно для окружающих стартует, со всеми вытекающими последствиями.

Да, это тоже нарушение техники безопасности и эксплуатации. Но в целях повышения безопасности персонала (как минимум, его информированности) не помешает вывести средства сигнализации о неисправности как минимум, на лицевую панель щита, а в идеале и на пульт дистанционного управления, если он стационарный. На рисунке 4 для этого выделена ранее незадействованная нормально-открытая контактная группа теплового реле КК1.

Рисунок 4.jpg

Оценим, в каких ещё ситуациях возможен самопроизвольный запуск установки. Да вот например, при перебоях с питанием в дистанционном режиме. Сигнал неисправности у нас поступает от теплового реле, которое при обесточивании ввода конечно не сработает. Питание рано или поздно восстановят, а стационарный пульт все это время добросовестно выдает команду на запуск... И опять возможные последствия для персонала.

Поскольку мы анализируем конкретную схему ящика управления и абстрактный пульт, не зная ни устройство последнего, ни алгоритм работы, ни функциональные возможности (типовой ящик управления обязан работать с любым совместимым пультом), то в промышленных установках не помешает реализовать защиту и от подобных ситуаций. Следует изменить алгоритм работы автоматики:

если в момент подачи питания на оперативные цепи сигнал запуска уже поступает – автоматика должна гарантированно блокировать запуск;
в то же время, если команда запуска поступит уже после подачи питания – управление установкой должно осуществляться в штатном режиме.

Здесь без дополнительных комплектующих уже не обойтись – необходимо обеспечить контроль очередности подачи сигналов: на наличие напряжения питания и на запуск. Для этого на рисунке 5 введем в схему специализированное устройство – реле приоритета включения KP1, график работы которого указан там же. Сведениями о промышленном выпуске реле с подобным алгоритмом работы мы не располагаем, поэтому для решения подобных задач на нашем предприятии используется логическая комбинационная схема на базе одного-двух промежуточных реле, полностью реализующая функцию, указанную на графике.

Рисунок 5.jpg

Напоследок, внесем в нашу схему ряд "незначительных правок":

добавим кнопку аварийного останова, чтобы в дистанционном режиме персонал не давил на отключенную (в данном режиме) кнопку СТОП, а уверенно нажимал на красный "грибок";
перенесем кнопки запуска-останова за переключатель режимов: алгоритм не изменится, а кнопки будут находится под фазным напряжением только в местном режиме или при запущенной электроустановке, что повышает безопасность при наладке;
один вывод катушки контактора соединим уже умышленно с нейтральным проводом и на отключенной катушке будет всегда потенциал нейтрали, что и удобно для наладки, и безопасно.

В результате, после всех доработок схема приобрела вид, показанный на рисунке 6:

Рисунок 6.jpg

Подводя итоги, хочется отметить, что рассмотренный подход к практической реализации типовых схем полезен при проектировании электрооборудования промышленных установок, для простых систем, таких как управление системой вентиляции воздуха он будет избыточным.
Однако инженерно-технический состав ИЗНУ исходит из того, что на любом промышленном объекте в любой момент времени техника безопасности может быть нарушена, и это обязывает инженера схемотехническими решениями максимально снизить риск последствий для человека в результате таких нарушений. Практика показывает, что даже поверхнеостный анализ факторов риска на стадии проектирования объективно снижает риск травм, произошедших по вине человеческого фактора. На примере разбора особенностей схемы Я5111-ХХ74 хотелось бы предостеречь инженеров, особенно молодых, от бездумного копирования типовых решений – простота далеко не всегда синоним блага.

В свою очередь, наше предприятие, ООО «Иркутский завод низковольтных устройств^®» осуществляет разработку нетиповых схем, а также доработку и оптимизацию типовых, исходя из конкретных потребностей Заказчика, анализа используемого им конечного оборудования, технологических особенностей производства и других факторов.

Подходы к проектированию рассмотренные в настоящей статье, применялись на практике при создании систем автоматизации управления оборудованием золотоизвлекательной фабрики месторождения ТЭУТЭДЖАК в 2021 году.

Заказ на изготовление нестандартных изделий автоматики и другую продукцию нашего предприятия можно оформить через электронную почту, по телефону 8(3952)39-56-52, а также в офисе организации по адресу: Иркутск, улица Полярная, 201/1.

Отправить заявку

Меню