Защита электродвигателей

Основными видами повреждений в двигателях (в обмотке статора) являются следующие:

1) многофазные КЗ, сопровождающиеся значительным увеличением тока в поврежденном двигателе и понижением напряжения в питающей сети; эти КЗ опасны не только для поврежденного двигателя, но и для неповрежденных приемников электроэнергии;

2) однофазные замыкания на землю в обмотке статора:

а) в сетях с изолированной нейтралью (6 и 10 кВ) или нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку (реактор),

эти замыкания непосредственной опасности для поврежденного двигателя и для системы электроснабжения не представляют. Поэтому защита от замыканий на землю, действующая на отключение, устанавливается на двигателях в следующих случаях:

Т, ; (3.19)

Т, ,

где — номинальная мощность двигателя; — ток замыкания на землю, имеющий емкостный характер.

Приближенный расчет для кабельной сети можно выполнить по выражению (при напряжениях до 10 кВ):

, (3.20)

где ― номинальное напряжение сети; — суммарная длина кабельных линий сети.

Для сетей напряжением 6 кВ допустимый = 30 А, для сетей напряжением 10 кВ допустимый = 20 А. При превышении этих значений рекомендуется нейтраль заземлять через реактор (для компенсации емкостного тока).

Из всех видов нарушения изоляции однофазные замыкания на землю составляют 75—85 %. Для обеспечения надежности питания потребителей в сетях с изолированной нейтралью необходимо учитывать, что при однофазных замыканиях на землю:

повышается до линейного напряжение двух здоровых фаз относительно земли;

может образоваться в месте замыкания на землю перемежающаяся электрическая дуга, обуславливающая возникновение коммутационных перенапряжений с амплитудой (4—6) ;

может иметь место переход в двойные замыкания на землю в разных точках. Ток повреждения при этом станет близким к току двухфазного КЗ. В этом случае следует предусматривать отключение электродвигателя, которое выполняет защита от замыканий на землю. Если последняя имеет выдержку времени, то в ее схему дополнительно вводят реле тока, срабатывающее при токах повреждения 50—100 А и отключающее двигатель без выдержки времени;

б) в сетях с глухозаземленной нейтралью (например,в сети до 1 кВ) ток однофазного КЗ представляет опасность для поврежденного электродвигателя,поэтому он должен отключаться защитой без выдержкивремени. Это выполняет трехфазная защита от многофазных КЗ;

3) витковые замыкания в обмотке статора опасны для двигателя тем, что наведенные в замкнувшихся витках токи могут намного превышать номинальный ток, что обуславливает нагрев магнитопровода и неповрежденной части обмотки. Это приводит к разрушению изоляции;

4) обрывы в цепях возбуждения СД происходят редко, поэтому защиту от этих повреждений делают для некоторых мощных СД;

5) замыкания на землю обмотки ротора СД; защита делается от замыкания во второй точке обмотки ротора. Согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ) для СД такая защита необязательна.

Ненормальными режимами работы двигателя являются следующие:

1) перегрузка технологическая, которая может устраняться автоматически или обслуживающим персоналом путем разгрузки двигателя. Защита имеет выдержку времени и может выполняться с действием на автоматическую разгрузку, на сигнал или на отключение двигателя.

Длительная перегрузка асинхронного двигателя (АД) вызывает перегрев обмоток, старение изоляции и зависит от многих факторов (предварительной нагрузки, температуры окружающей среды, массы АД и др.). Поэтому для целей защиты допустимое время перегрузки оценивают упрощенным выражением

, (3.21)

где k — кратность тока перегрузки по отношению к номинальному току обмотки статора; А = 250 для закрытых АД, имеющих большую массу и габариты; А = 150 для открытых АД; при недопустимой длительности перегрузки АД должен быть разгружен или отключен.

В ПУЭ предусматривается установка защиты от перегрузки в одной фазе. Однако опыт эксплуатации показал, что в случае несимметричных режимов целесообразна установка защиты в двух или трех фазах;

2) понижение напряжения, возникающее при КЗ в питающей сети; при этом двигатель может остановиться или затормозиться (вращающий момент АД пропорционален квадрату напряжения сети). Для неответственных двигателей, а также двигателей, которые не могут работать в режиме самозапуска по технологическим причинам, защита действует на отключение;

3) обрыв фазы, который имеет место наиболее часто при защите двигателей плавкими предохранителями. Функции этой защиты выполняет защита от перегрузки; как показывает опыт эксплуатации, последняя работает ненадежно. Для двигателей напряжением до 1 кВ наиболее универсальной защитой от всех ненормальных режимов, сопровождающихся возрастанием тока, является встроенная температурная защита;

4) асинхронный ход синхронных двигателей, имеющий место при снижении напряжения сети, при уменьшении тока возбуждения, а также в случае, когда вращающий момент двигателя меньше момента сопротивления механизма двигателя. Для СД при напряжении до 1 кВ специальная защита от асинхронного хода не устанавливается, ее функции выполняет защита от перегрузки по току статора. Для СД напряжением выше 1 кВ для защиты от асинхронного хода устанавливается специальная защита, действующая на разгрузку, ресинхронизацию или отключение двигателя с повторным автоматическим пуском. Во всех случаях защиту выполняют с выдержкой времени, большей, чем время отключения КЗ.

Учитывая симметричный характер асинхронного режима, защиту выполняют однофазной однорелейной. Как показывает опыт эксплуатации, защиты СД от перегрузки и от асинхронного режима целесообразнее не совмещать, так как характер изменения тока статора в этих случаях различен.

Для того, чтобы не нарушался технологический процесс, применяют устройство автоматического включения двигателя резервного механизма (АВР), которое действует при отключении двигателя основного механизма или при недопустимом отклонении параметров технологического процесса.