Защита электродвигателей

ЗАЩИТА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Защита электродвигателей

Наибольшее распространение как в промышленности, так и особенно на собственных нуждах электрических станций имеют асинхронные электродвигатели. Поэтому их защите уделяют особое внимание.

Релейная защита электродвигателей так же как и защита генераторов и трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и ненормальные режимы.

К наиболее частым и опасным видом повреждений возникающим в обмотках двигателей переменного тока, относятся многофазные КЗ на выводах и в обмотках статора, сопровождающиеся прохождением больших токов, что приводит к значительным разрушениям обмоток и стали электродвигателя. Многофазные КЗ, так же приводит к снижению напряжения в питающей сети, что негативно влияет на работу других токоприемников системы электроснабжения. Такие КЗ должны отключаться без выдержки времени.

Другим видом повреждения менее опасным чем многофазные КЗ, является однофазное замыкание обмотки статора на землю, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило выполняются с изолированными нейтралями. В таких сетях напряжение 3-10 кВ, токи однофазного замыкания на землю не велики ( обычно не превосходят 20-30 А). В результате специальная защита от замыканий на землю устанавливается лишь в случаях, когда ток превышает 10 А (для двигателей мощностью до 2000 кВт) или 5 А (для двигателя мощностью более 2000 кВт). При меньших токах замыкания, допустимо действие защиты только на сигнал (при условиях соблюдения требований техники безопасности).

Тяжелым видом повреждения является замыкание витков в одной фазе обмотки статора, так как значение тока в месте повреждения может быть соизмеримо со значениями тока при многофазных КЗ. Специальных защит от витковых замыканий в одной фазе статора не предусматривается.

Если в изоляции обмоток статора имеются ослабленные места, то в режиме однофазного замыкания в сети, когда напряжение на неповрежденных фазах возрастает до значения линейного, возможны пробои изоляции статорной обмотки и возникновение двойного замыкания на землю (одна точка замыкания – в сети, а другая – в одной из фаз статорной обмотки). Чаще всего функции защиты от двойных замыканий на землю выполняет защита от однофазных замыканий.

Для синхронных двигателей кроме указанных возможны также повреждения цепи возбуждения: обрыв и замыкания на землю в одной или двух точках. При обрыве цепи возбуждения синхронный двигатель переходит в асинхронный режим, продолжительное существование которого недопустимо, для защиты от этого режима применяется защита от обрыва цепи возбуждения. Замыкание на землю в одной точке цепи возбуждения может привести (при возникновении замыкания во второй точке) к КЗ, способному вызвать большие разрушения, а так же вибрацию ротора.

Основным видом ненормального режима электродвигателей является прохождение в статоре токов, превышающих номинальный. Допустимое время перегрузки ориентировочно можно оценить следующим выражением:

,

где К – кратность тока перегрузки к его номинальному значению, А - коэффициент зависящий от типа и исполнения двигателя.

Так ориентировочно для двигателей с большим весом и размерами закрытого исполнения, А=250, открытого исполнения А=180. Поэтому защита от перегрузки имеет выдержку времени и может действовать на автоматическую разгрузку механизма, на сигнал или на отключения двигателя. Причинами токовых перегрузок являются: технологические перегрузки приводимых во вращение механизмов; понижение напряжения при КЗ в питающей сети и последующее его восстановление; обрыв одной фазы статора.

· Технологические перегрузки, которые могут устраняться автоматически или обслуживающим персоналом без остановки механизма (перегрузка вентилятора) или только после его остановки (например, завал угля в дробилке).

· Понижение питающего напряжения, приводит к повышению тока двигателя и к снижению его вращающего момента (при определенном значении которого двигатель может остановиться). Последующее восстановление напряжения приводит к самозапуску электродвигателей. К одновременному самозапуску многих двигателей, подключенных к одной сети, это может вызвать снижение напряжения сети, что затруднит восстановление их нормальной работы. Поэтому для обеспечения самозапуска двигателей наиболее ответственных механизмов, и запрета самозапуска двигателей не подлежащих самозапуску по условиям технологичности или безопасности персонала, а так же предотвращения несинхронного включения синхронных двигателей, применяется защита от потери питания, в качестве которой используется минимальная защита напряжения, действующая на отключение.

· Перегрузки вызываемые обрывом фазы, наиболее часто возникают при защите электродвигателя плавкими предохранителями, а так же вследствии потери контакта в одном полюсе коммутационного аппарата. Такой режим работы двигателя сопровождается уменьшением его вращающего момента и увеличением токов неповрежденных фаз. Защита от обрыва фазы установливается редко (в тех случаях когда это оправдано, например долговременная работа дорогостоящего электродвигателя, без наблюдения персонала).

Ненормальным режимом синхронного двигателя (помимо перечисленных выше) является также асинхронный ход, который появляется вследствие выпадения синхронного двигателя из синхронизма. Такой режим может возникнуть при снижении тока возбуждения или питающего напряжения, а так же при большом увеличении нагрузки. При асинхронном ходе ток статора возрастает, а ротор двигателя и приводимый в движение механизм подвергаются действию знакопеременного момента, что приводит к их повреждению. Асинхронный режим синхронный двигатель до 1000В устраняется защитой от перегрузки по току статора. Для синхронного двигателя напряжением выше 1000В, необходима специальная защита от такого режима, которая действует: на автоматическую разгрузку механизма; его отключение с последующим АПВ; схему ресинхронизации (восстановление синхронизма).