Опубликовано

Защита электродвигателей от перегрузки

Как защитить электродвигатель от перегрузок. Применяемые устройства

Любой электродвигатель нуждается в надежной защите от теплового перегрева, короткого замыкания и всевозможных перегрузок, которые могут быть вызваны аварийными ситуациями или неисправностями. Чтобы не допустить подобных ситуаций, в промышленности производится довольно много разных устройств, которые как в отдельном порядке, так и в комплекте с другими средствами, образуют блок мощной защиты электродвигателя. Помимо этого, в современные схемы обязательно включают различные элементы, предназначенные для того, чтобы комплексно защитить электрооборудование в случае исчезновении напряжения одной или сразу нескольких фаз питания. Защита электродвигателей очень важна в любом производстве, ведь без нее довольно трудно представить полноценную работу станков и агрегатов.

Существуют сложные средства защиты электродвигателей, использующихся для противодействия аварийным ситуациям, в числе которых могут быть такие случаи как, например, несанкционированный пуск, работа сразу на двух фазах, работа при низком или высоком напряжении, короткое замыкание электрической цепи.

К таким средствам относятся предохранители или автоматические выключатели с кривой D (они защищают электродвигатель от токов короткого замыкания). Особенность их работы заключается в том, что такие автоматические устройства не отключаются при запуске электродвигателя, если сила его пускового тока достигает высокой отметки на период, который по времени меньше одной секунды. Наиболее популярная марка подобных выключателей — это, например, Acti 9.

Также могут использоваться специальные автоматические выключатели для защиты электродвигателей. Автомат защиты электродвигателя имеет электромагнитный и регулируемый тепловой расцепитель, что дает возможность защитить агрегат от короткого замыкания и перегрузки. В результате существенно уменьшается время простоя двигателя, а также снижаются расходы на его техобслуживание. Здесь можно упомянуть такие марки как, например, GV2(3), PKZM, MPE 25 и пр.Используются для защиты и тепловые реле, которые устанавливаются на контакторы (обеспечивают защиту от перегрузки). Реле тепловой защиты отключает трехфазные электродвигатели при перегреве с использованием встроенного вспомогательного выключателя. Известные марки таких реле — это, в частности, SIRIUS и ZB.Реле контроля напряжения, асимметрии и наличия фаз в свою очередь обесточивает двигатель в случае пропадания одной из фаз, превышении или понижении допустимого напряжения. Благодаря такому реле в случае аварии трехфазная нагрузка автоматически отключается. Кроме того, реле контроля напряжения самостоятельно возвращается к рабочему режиму после того, как сеть восстанавливается. Популярные марки подобных реле выпускаются компаниями EKF и ABB.

Устройство защиты электродвигателя — это залог его стабильной работы. Основной принцип работы таких устройств заключается в том, что они следят за потреблением тока двигателем, а также измеряют температуру его обмотки и отключают двигатель, когда обмотка нагревается больше предельно допустимой температуры.

Как выбрать защиту электродвигателя от перегрузки

Защита электродвигателя от перегрузки может осуществляться с помощью различных устройств. К ним относятся:

  • плавкие предохранители с выключателем;
  • реле защиты;
  • тепловые реле;
  • цифровые реле.

Наиболее простой метод — применение плавких предохранителей, которые срабатывают при возникновении КЗ в схеме питания двигателя. Их недостатком является чувствительность к большим пусковым токам двигателя и необходимость установки новых предохранителей после срабатывания.

Плавкий предохранительный выключатель — это аварийный выключатель и плавкий предохранитель, объединённые в едином корпусе

Токовое реле защиты может выдерживать временные токовые перегрузки, возникающие при пуске двигателя, и срабатывает при опасном длительном увеличении тока потребления двигателя. После устранения перегрузки реле может вручную или автоматически подключать цепь питания.

Тепловые реле используются в основном внутри двигателя. Такое реле может представлять собой биметаллический датчик или терморезистор и устанавливаться на корпусе двигателя или непосредственно на статоре. При слишком высокой температуре двигателя реле срабатывает и обесточивает цепь питания.

Наиболее продвинутым является использование новейших систем защиты с применением цифровых методов обработки информации. Такие системы наряду с защитой двигателя от перегрузки выполняют дополнительные функции — ограничивают число переключений двигателя, с помощью датчиков оценивают температуру статора и подшипников ротора, определяют сопротивление изоляции устройства. Они могут быть использованы также для диагностики неисправностей системы.

Выбор того или иного метода защиты двигателя зависит от условий и режимов его работы, а также от ценности системы, в которой используется устройство.

Из-за чего отказывает электродвигатель?

В процессе эксплуатации иногда появляются непредвиденные ситуации, останавливающие работу двигателя. Из-за этого рекомендуется заранее обеспечить надежную защиту электродвигателя.

Можете ознакомиться с фото защиты электродвигателя различного типа чтобы иметь представление о том, как она выглядит.

Рассмотрим случаи отказа электродвигателей в которых с помощью защиты можно избежать серьезных повреждений:

  • Недостаточный уровень электрического снабжения;
  • Высокий уровень подачи напряжения;
  • Быстрое изменение частоты подачи тока;
  • Неправильный монтаж электродвигателя либо хранения его основных элементов;
  • Увеличение температуры и превышение допустимого значения;
  • Недостаточная подача охлаждения;
  • Повышенный уровень температуры окружающей среды;
  • Пониженный уровень атмосферного давления, если эксплуатация двигателя происходит на увеличенной высоте на основе уровня моря;
  • Увеличенная температура рабочей жидкости;
  • Недопустимая вязкость рабочей жидкости;
  • Двигатель часто выключается и включается;
  • Блокирование работы ротора;
  • Неожиданный обрыв фазы.

Чтобы защита электродвигателей от перегрузки справилась с перечисленными проблемами и смогла защитить основные элементы устройства необходимо использовать вариант на основе автоматического отключения.

Часто для этого используется плавкая версия предохранителя, поскольку она отличается простотой и способна выполнить много функций:

Версия на основе плавкого предохранительного выключателя представлена аварийным выключателем и плавким предохранителем, соединенных на основе общего корпуса. Выключатель позволяет размыкать либо замыкать сеть с помощью механического способа, а плавкий предохранитель создает качественную защиту электродвигателя на основе воздействия электрического тока. Однако выключателем пользуются в основном для процесса сервисного обслуживания, когда необходимо остановить передачу тока.

Плавкие версии предохранителей на основе быстрого срабатывания считаются отличными защитниками от коротких замыканий. Но непродолжительные перегрузки могут привести к поломке предохранителей этого вида. Из-за этого рекомендуется использовать их на основе воздействия незначительного переходного напряжения.

Плавкие предохранители на основе задержки срабатывания способны защитить от перегрузки либо различных коротких замыканий. Обычно они способны выдержать 5-краткое увеличение напряжения в течение 10-15 секунд.

Важно: Автоматические версии выключателей отличаются по уровню тока для срабатывания. Из-за этого лучше использовать выключатель способный выдержать максимальный ток в процессе короткого замыкания, появляющегося на основе данной системы.

Защита от неполнофазных режимов в распределительных сетях 6–110 кВ

Владимир Нагай(младший),
ст. научный сотрудник
НИИ Энергетики
Южно-Российского ГТУ (НПИ),
г. Новочеркасск

В распределительных сетях напряжением 6–110 кВ возможны режимы продольно-поперечной несимметрии (ППН), обусловленные разрывом фазных проводов воздушных линий (ВЛ) и одновременным коротким замыканием (КЗ) в сети с эффективно заземленной нейтралью либо замыканием на землю в сети с изолированной (резистивно-заземленной) нейтралью или в сети с компенсацией емкостных токов.
В большинстве случаев защиты ВЛ с ответвлениями и трансформаторов ответвительных (ОП) или проходных подстанций (ПП) недостаточно чувствительны к рассматриваемым режимам . Возникновение режимов ППН и их длительное существование не только приводит к потерям энергии в распределительных сетях, но и может вызвать повреждения силовых трансформаторов, электроприемников, чувствительных к несимметрии напряжения (электродвигателей), перенапряжения в незаземленных нейтралях силовых трансформаторов, повреждения измерительных трансформаторов напряжения и т.д.
На параллельных ВЛ возможно излишнее действие релейной защиты неповрежденной линии, что в итоге влечет потерю питания по обеим цепям . Разрыв фазы, в которой установлен короткозамыкатель, может привести к отказу защиты дальнего резервирования при его включении защитой трансформатора, т.к. ток КЗ в этом случае изменяется не более чем на 5–10% и его величина недостаточна для срабатывания защиты ДР.
Режимы продольно-поперечной несимметрии достаточно глубоко исследованы в работах отечественных и зарубежных ученых. Однако, несмотря на это, в распределительных электрических сетях 6–110 кВ отсутствует специальная защита от данных видов повреждения. Например, в сетях с эффективно заземленной нейтралью основной защитой от данных видов повреждения является токовая (направленная) защита нулевой последовательности (ТЗНП). Параметры ее срабатывания зачастую выбраны по условиям отстройки от режимов ППН, т.к. в противном случае возможна ее ложная работа при возникновении ППН на смежной линии . Это требует применения защиты с более высокой чувствительностью и возможностью распознавания различных режимов работы защищаемого оборудования, в том числе и ППН.

Работа параллельной ВЛ
Режимы продольно-поперечной несимметрии (обрыв с КЗ) на магистральных участках транзитных ВЛ не являются расчетными, т.к. в этом случае происходит отключение линии по крайней мере с одной стороны и поврежденная линия работает в радиальном режиме.
Таким образом, существенное значение имеет режим работы параллельной ВЛ, что особенно четко проявляется при наличии взаимоиндукции между цепями линий. К таким режимам относятся:

  • работа одной из линий в радиальном режиме;
  • отключение и заземление одной из линий с одной или двух сторон.

При этом определено влияние переходного сопротивления в месте замыкания на землю, при междуфазных КЗ за трансформаторами ответвительных подстанций, предшествующего нагрузочного режима, взаимоиндукции между цепями защищаемых ВЛ.
При изменении перетока мощности по защищаемым ВЛ (на схеме: от источника G1 к источнику G2) в случае обрыва на магистральном участке линии происходит линейное изменение контролируемых токов, как фазных, так и токов симметричных составляющих. Ситуацию отражает рис. 2а, иллюстрирующий режим обрыва фазного провода О1.
Изменение перетока по ВЛ при сетевом замыкании на одном из ответвлений (скажем, обрыв с одновременным КЗ со стороны трансформатора Т1) практически не вызывает изменение тока нулевой последовательности (рис.2б). В качестве базового тока принят ток металлического трехфазного КЗ за трансформатором Т1.
Контроль токов симметричных составляющих обеспечивает определение вида повреждения и возможный участок с обрывом, а контроль величин и их изменения во времени (динамики) фазных токов и тока прямой последовательности параллельных цепей позволяет выполнить селективный выбор поврежденной цепи. Это справедливо не только для участков ВЛ передающей подстанции, но и для участков линий приемной подстанции.
Для повышения чувствительности рассматриваемых защит их параметры должны изменяться в зависимости от предшествующего нагрузочного режима. Тем более что фактически линейный характер изменения токов аварийного режима в зависимости от тока нагрузки предшествующего режима упрощает формирование уставок срабатывания.

Рис. 1.
Cхема защищаемой сети
Рис. 2.
Зависимости фазных токов и токов симметричных составляющих со стороны питающей подстанции от тока перетока при сетевом замыкании на первом ответвлении (а) и обрыве на первом участке магистральной линии (б)
а)
б)
Рис. 3.
Зависимости токов на входе защиты при включении трансформаторов тока стороны высшего напряжения в треугольник (а) и звезду (б) от тока предшествующего нагрузочного режима
а)
б)

Дополнительные факторы
Существенное значение для распределения тока по параллельным цепям защищаемой линии имеет режим заземления нейтрали трансформаторов и состояние одной из линий (отключение, отключение и заземление с одной или с двух сторон). Кроме того, одним из факторов, снижающих чувствительность защиты, является переходное сопротивление в месте сетевого замыкания на землю.
Однако проведенные исследования, в том числе и натурные эксперименты в сетях напряжением 110 кВ, показывают возможность адаптации защит к подобному режиму и уменьшения его влияния на их чувствительность.
Анализ режимов обрыва одной фазы (в данном случае фазы А) и КЗ на землю этой же фазы или двухфазного КЗ показывает, что максимальная токовая защита (МТЗ), включенная на разность токов, оказывается нечувствительной (рис.3а) при изменении токов в диапазоне от холостого хода до номинального тока трансформатора.
В то же время она обладает достаточной чувствительностью при включении ее на фазные токи (рис.3б). В первом случае области существования находятся ниже тока срабатывания защиты I*сз , а во втором случае – выше.
На рис.3 приняты следующие обозначения видов ППН:

  • обрыв и замыкание на землю фазы А участка ответвления W1 с КЗ со стороны трансформатора Т1 (1-режим AY),
  • обрыв фазы А и КЗ фаз AB (2-ABY), CA (3-CAY),
  • обрыв фазы А и КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора Т1 с группой соединения обмоток «звезда-треугольник» фаз АВ (4-АВD), ВС (5-ВСD), СА (6-САD), АВС (7-АВСD).

Первые три вида сложных повреждений являются развитием одного простого повреждения: 1 – падение оборвавшегося провода на землю, 2 и 3 – схлестывание (или пробой воздушной изоляции) одного оборвавшегося фазного провода с другим. Токи приведены к номинальному току защищаемого трансформатора.

Защита трансформаторов
Если существуют технические ограничения по выполнению МТЗ с контролем фазных токов, то можно дополнить защиту, контролирующую разность токов фаз, токовой защитой нулевой последовательности. Она подключается к трансформаторам тока, установленным в нейтрали защищаемых трансформаторов, например, как это предложено в .
Таким образом, можно рекомендовать выполнение МТЗ трансформаторов с контролем фазных токов, что позволит обеспечить надежную работу его резервных защит при любых видах продольно-поперечной несимметрии.
При этом возможен случай обрыва фазы, в которой установлен короткозамыкатель. В таком случае при включении короткозамыкателя под воздействием МТЗ трансформатора практически не происходит изменение режима повреждения.
Предусмотренная на подстанциях система резервирования отказа короткозамыкателя (УРОКЗ), предполагающая ликвидацию повреждения путем отключения отделителя, должна быть модернизирована по указанной выше причине.

Микропроцессорная защита ДР
Использование адаптивных алгоритмов функционирования, обеспечивающих контроль аварийных составляющих токов, напряжений и их динамики, в новочеркасском ЮРГТУ признано наиболее перспективным направлением в построении защит в условиях:

  • недостаточной полноты информации о режиме ППН из-за электрической удаленности защиты от места повреждения,
  • сопоставимости аварийных составляющих тока и напряжения данного режима с составляющими нагрузочного режима,
  • отсутствия измерительных трансформаторов тока во всех фазах ВЛ и трансформаторов тока нулевой последовательности в сетях напряжением 6–10 кВ (воздушные линии).

Данные алгоритмы реализованы в адаптивной микропроцессорной резервной защите дальнего резервирования в распредсетях с ответвительными и промежуточными подстанциями.
Их применение позволяет повысить информационное совершенство защиты и обеспечить достоверность распознавания режимов ППН за электрически удаленными объектами.
Пример выполнения подобной защиты – микропроцессорное устройство типа КЕДР-07, реализующее функции защиты дальнего резервирования КЗ за трансформаторами ОП и защиты от режимов продольной и продольно-поперечной несимметрии.
Защита от неполнофазных режимов – необходимый элемент системы дальнего резервирования в распределительных сетях на напряжение 6–110 кВ.

Литература

  1. Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей. – Энергоатомиздат, 2002. – 312 с.
  2. Маруда и.ф. Релейная защита понижающих трансформаторов от коротких замыканий на линии при разрывах фаз // Электрические станции. – 2003. – № 2. – С. 44–46.
  3. Маруда И.Ф. Релейная защита линий 110–220 кВ при разрывах фаз // Электрические станции. – 2002. – №1. – С. 40–42.
  4. Чернин А.Б. Вычисление электрических величин и поведение релейной защиты при неполнофазных режимах в электрических системах. – М.: Госэнергоиздат, 1963. – 416 с.
  5. Нагай В.В. Оценка селекции режимов продольно-поперечной несимметрии в электрических распределительных сетях с эффективно-заземленной нейтралью // Изв. вузов. Электромеханика. – 2004. – № 3. – С. 51–54.
  6. Нагай В.В. Релейная защита элементов распределительных сетей 6-110 кВ от режимов продольно-поперечной несимметрии // Релейная защита и автоматика энергосистем 2004: Сб. докл. конф. ВВЦ РФ. ОАО «ФСК ЕЭС» – М., 2004. – С. 156–160.
  7. Нагай В.И. Повышение эффективности резервирования в электрических распределительных сетях 110 кВ // Новости Электротехники. – 2003.– № 6(24).– С. 41–44.

Защита от междуфазных повреждений – 3-х ступенчатая дис­танционная защита (ДЗ) и от замыканий на землю – 4-х ступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности (НТЗНП).

ДЗ-503 и ПДЭ-2001 – трехступенчатая направленная дистанци­онная защита от всех видов многофазных к.з. с блокировкой от ка­чаний и с блокировкой при неисправностях в цепях напряжения. Пуск защиты осуществляется от напряжения обратной и тока нулевой последовательности.

1-я и 2-я ступени ДЗ действуют на отключение 3-х фаз, а в случае,если они чувствуют однофазные к.з. на землю, – на пуск ОАПВ. 3-я ступень ДЗ действует только на отключение 3-х фаз. Зона действия каждой ступени такая же, как и для ДЗ линий 110-220кВ.

Дополнительной защитой от междуфазных к.з. на ВЛ 330 кВ является токовая отсечка (ТО), которая действует на пуск ОАПВ или на отключение 3-х фаз. ТО, вводимая в работу при вклю­чении линии ключом управления или устройством ТАПВ, действует на отключение 3-х фаз.

От к.з. на землю – 4-х ступенчатая НТЗНП .

Кроме того, иногда выполняются дополнительные ступени НТЗНП, которые вводятся в определенных режимах работы линии или энергосистемы. 1-ая ступень НТЗНП и 2-ая ступень НТЗНП с выдерж­кой времени не более 0,6 сек действуют на пуск ОАПВ или на отключение 3-х фаз линии.

Ступени НТЗНП с выдержкой времени более 0,6 сек действуют на отключение 3-х фаз.

Защита от повышения напряжения.

Опасные для оборудования повышения напряжения могут возник­нуть в результате разрыва электропередачи, по которой в предшествуюшем отключению режиме передавалась значительная мощность.

Напряжения в таких режимах могут повышаться как на всех трех фазах – при отключении линии тремя фазами, так и на любой из них – при одностороннем отключении одной из трех фаз.

Защита от повышения напряжения состоит из двух ступеней: чувствительной и грубой.

Чувствительная ступень защиты служит для ограничения дли­тельности существования напряжения, повышенного до (115-130)% от номинального значения. Защита действует на отключение линии с выдержкой времени с запретом ТАПВ.

Грубая ступень защиты применяется для ограничения перенап­ряжений свыше (130-150)% от номинального значения. Она действу­ет с небольшой выдержкой времени (0,15-0,6) сек.на отключение линии с запретом ТАПВ.

Защита от повышения напряжения состоит из следующих основ­ных органов:

а) пусковой орган

б) избирательный орган

в) орган выдержки времени

Пусковой орган выполняется тремя реле напряжения, включен­ными на фазное напряжение.

Избирательный орган выявляет линию, вызвавшую повышение напряжения. В качестве него применяются реле реактивной мощнос­ти, которые фиксируют сток реактивной мощности, направленной от линии к шинам.

Орган выдержки времени служит для отстройки от возможных в процессе эксплуатации непродолжительных перенапряжений, напри­мер, при несимметричных к.з., при качаниях по линии, при комму­тационных переключениях и т.д..

С целью повышения надежности предусмотрено устройство ре­зервирования при отказе выключателя (УРОВ) и действии защиты от повышения напряжения.

Действие УРОВ выполнено аналогично УРОВ при действии защит от к.з.: пуск УРОВ производится по фактам действия защиты от повышения напряжения и наличия тока в цепи отказавшего выключате­ля.

УРОВ с выдержкой времени действует на отключение и запрет АПВ соответствующей системы шин ( или какого-либо другого смеж­ного элемента в зависимости от схемы первичных соединений).

Защита от непереключения фаз выключателей (ЗНФ).

Эта защита предусматривается для ликвидации режима неполно-

фазного включения выключателя с пофазным приводом. Защита имеет

две выдержки времени: меньшую 0,25 сек , с которой защита дейс­твует на 3-х фазное отключение при неполнофазном режиме, не свя­занном с действием ОАПВ, и большую (t=1,5- 2 сек), отстроенную от цикла ОАПВ.

При действии ОАПВ на отключение одной фазы меньшая выдержка ЗНФ автоматически блокируется.

Защита от неполнофазного режима линии (ЗНР).

Эта защита предусматривается для ликвидации неполнофазного режима на ВЛ,возникающего в результате возможного отказа одной из фаз выключателя при операции отключения.

Пуск защиты осуществляется по факту срабатывания защиты от непереключения фаз одного выключателя с контролем отключенного положения второго выключателя и наличия тока нулевой последова­тельности. ЗНР имеет, как и ЗНФ выключателя, две выдержки време­ни: меньшую 0,55 сек при недействии ОАПВ и большую (1,8 – 2,3) сек при работе ОАПВ. В обоих случаях выдержка времени ЗНР выби­рается на 0,3 сек большей, чем выдержка времени ЗНФ, поскольку действием ЗНФ может быть ликвидирован неполнофазный режим.Защита действует на отключение данной линии с запретом ТАПВ, пуск В.Ч. сигнала телеотключения с запретом ТАПВ и на останов В.Ч. пере­датчика основной защиты,обеспечивая отключение линии с противо­положного конца с запретом ТАПВ.

Автоматическое ускорение вводится автоматически на время 0,5 сек при включении выключателей линии ключом управления или устройством ТАПВ при отсутствии напряжения на включаемой ли­нии.

При вводе автоматического ускорения производится:

– перевод 2 -ой ступени ДЗ на действие без выдержки времени;

– перевод 3-ей ступени НТЗНП на отключение без выдержки времени с одновременным шунтированием органа направления мощнос­ти, т.е. НТЗНП становится ненаправленной;

– перевод на самостоятельное действие избирательных органов ОАПВ;

– перевод быстродействующих защит (ДФЗ, 1-ая ступень НТЗНП и ДЗ, токовая отсечка) на отключение 3-х фаз через схему ОАПВ.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *