Ненормальные режимы работы и повреждения электродвигателей

Анализ повреждений электродвигателей (ЭД) указывает на возможные ненормальные режимы работы и повреждения. К ненормальным режимам работы относятся:

‑ перегрузка. В соответствии с МЭК допустимое время t_ДОП перегрузки можно рассчитать:

, (Л7-1)

где , I_ПР – ток перегрузки, I_Н,ДВ – номинальный ток двигателя, А – тепловая постоянная (для мощных машин А=250, для остальных А=150);

- понижения напряжения и последующих его восстановлениях. Для неответственных потребителей допускается снижение напряжения до (0,65-0,75)Uном, а для ответственных – до 0,5Uном, а при дальнейшем снижении надо отключать асинхронный двигатель (так как при снижении напряжения увеличивается ток);

- несимметрия возникает в результате неодинаковой фазной нагрузки сети, происходит перекос питающего напряжения. При работе двигателя от несимметричного напряжения возникает обратная последовательность, которая ведет к нагреву статора и ротора. Рекомендуют [Федосеев] отключать двигатель при I₂ ³ 0,1I_Н,ДВ. К ненормальному режиму причисляется обрыв фазы. Двигатель может быстро перегреться и повредится, если не отключить при возникновении такого режима (в этом случае I₂ = 0,5×I₁).

К повреждениям относятся:

- междуфазные КЗ – двух- (К⁽²⁾) и трехфазные (К⁽³⁾) сопровождаются сверхтоками, из-за чего происходят необратимые процессы - выгорание изоляции, расплавление обмоток, их деформации в лобовых частях и т. д.;

- однофазное замыкание обмотки К^(з) статора на землю или на корпус может происходить у двигателей, работающих в сетях с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор (для сетей с напряжениями 3, 6, 10 кВ). При таком повреждении к фазной изоляции прикладывается линейное напряжение. Как известно, в процессе эксплуатации изоляция стареет, поэтому велика вероятность электрического пробоя изоляция и возникновения двойного замыкания на землю. Из-за горения дуги возможно также сваривания магнитопровода;

- однофазное КЗ К⁽¹⁾ в сети с заземленной нейтралью (с напряжениями 0,4 кВ или 0,66 кВ) сопровождается сверхтоком, из-за чего происходит выгорание изоляции, расплавление обмоток и т. д;

- витковое замыкание в обмотке сопровождается местным нагревом короткозамкнутого витка, с дальнейшем повреждением изоляции и перерастания в междуфазные КЗ [Гимоян, Новожилов];

- замыкание обмотки ротора на землю в общем случае не считается опасным и двигатель в таком режиме может работать сколь угодно долго, если не считать, что повышается вероятность двойного замыкания на землю, которое необходимо отключать без выдержки времени;

- обрыв одной фазы двигателя сопровождается большими токами обратной последовательности, возникновением двойной частоты ротора, нагрев магнитопровода и и обмоток двигателя;

- исчезновение напряжения возбуждения у синхронных машин. Двигатель работает в асинхронном режиме [Кужеков];

- асинхронный ход синхронной машины возможен при перегрузке и потере устойчивости. В этом режиме ротор вращается медленнее поля статора, возникают пульсирующие токи, сравнимые с пусковыми и токами КЗ;

- разрыв стержня ротора (для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором). Возникает перерасход электрической энергии, при расширении повреждения и нарушении контактов всей обмотки – останов ЭД;

- эксцентриситет – смещение оси ротора относительно статора. Чаще всего это повреждение возникает у высоковольтных двигателей, когда смещаются подшипники вала, и ротор может при вращении в наихудшем случае задевать статор.

 

Токовая отсечка

применяется на блоке «линия - ЭД» (рис.7.2) мощностью до 4000 кВт.

Рисунок 7.2 Токовая отсечка электродвигателя

 

Проводя аналогию с ЛЭП защита также отстраивается от максимального тока КЗ в конце защищаемого участка, можно сказать, что нулевые выводы ЭД всегда замкнуты, а максимальный ток –пусковой ток I_П. В связи с вышесказанным ток срабатывания защиты отстраивается от максимального пускового тока ЭД и равен:

I_С,З ≥ k_ОТС· × I_П, (7.2)

где k_ОТС – коэффициент отстройки.

Время срабатывания защиты принимается равным:

t_С,З = 0. (7.3)

Коэффициент чувствительности оценивается по выражению:

, (7.4)

где I_К1,МIN – минимальный ток КЗ в точке К1 (рис.7.2).