Повреждения и ненормальные режимы работы электродвигателей. Основные виды защит.

В обмотках электродвигателей могут возникать следующие повреждения: междуфазные к.з., замыкания на землю одной фазы статора и замыкания между витками. Междуфазные к.з. и замыкания на землю могут также возникать на выводах электродвигателей и в питающих их кабелях. Короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением в месте повреждения больших токов разрушающих изоляцию и медь токоведущих частей обмоток, а также сталь статора и ротора электродвигателя.

Для защиты электродвигателей напряжением выше 1 кВ от междуфазных к.з. применяется токовая отсечка или продольная дифференциальная защита действующая на отключение. Электродвигатели напряжением до 500 В защищаются от к.з. с помощью плавких предохранителей или электромагнитных расцепителей автоматов.

Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3-10 кВ, работающих в сетях с изолированной нейтралью, менее опасны чем к.з., так как сопровождаются прохождением небольших токов порядка 5-20А, определяемых ёмкостным током сети. Поэтому защита от замыканий на землю устанавливается на электродвигателях мощностью до 2 мВт при токах замыкания на землю более 10А и на электродвигателях мощностью более 2 мВт при токах замыкания на землю более 5А.

Перегрузка (длительное прохождение по обмоткам электродвигателя тока превышающего номинальный) является ненормальным режимом, так как может повлечь за собой повреждение электродвигателя.

Перегрузка электродвигателей может возникать из-за перегрузки или неисправности механизмов, а также при пусках и самозапусках электродвигателей когда из-за уменьшения скорости вращения уменьшается сопротивление электродвигателя.

Зависимость тока электродвигателя I от скорости вращения n при постоянно напряжении на его выводах приведена на рис. 10-1.

 

	Рис. 10-1. Зависимость тока статора и сопротивление электродвигателя от скорости вращения (скольжения)

 

Электродвигатели оснащаются защитами от перегрузки действующими: на разгрузку механизма или на отключение электродвигателя от сети.

Зависимость момента электродвигателя от напряжения на его зажимах характеризуется соотношением:

Mg=KU²

При к.з. в сети напряжения на выводах электродвигателя понижается, вследствие чего создаваемый им вращающийся момент уменьшается и становится меньше противодействовавшего ему момента механизма. В результате скорость вращения электродвигателя уменьшается тем больше, чем глубже и длительнее было снижение напряжения. После отключения к.з. напряжение на выводах восстанавливается, и скорость его вращения увеличивается. При этом по обмоткам электродвигателя проходят большие токи, величина которых определяется скоростью вращения и напряжением на его выводах. При снижении скорости вращения электродвигателя на 10-25% из-за снижения его сопротивления происходит увеличение тока до величины пускового тока. Процесс восстановления нормальной работы электродвигателя после отключения к.з. называется самозапуском, а токи, проходящие при этом – токами самозапуска.

Особое место по своей ответственности среди электродвигателей занимают электродвигатели механизмов собственных нужд электростанций. Поэтому защиты электродвигателей ответственных механизмов электростанций должны отличаться особой надёжностью и должны обеспечивать возможность их самозапуска.

Для обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов собственных нужд электростанций применяют специальную защиту минимального напряжения, отключающую неответственные электродвигатели при снижении напряжения на их выводах до 60-70% номинального.

В случае обрыва одной из 3-х фаз обмотки статора электродвигатель продолжает работать, при этом скорость вращения ротора незначительно уменьшается, а обмотки 2-х неповреждённых фаз перегружаются током в 1,5‑2 раза больше номинального. Как правило, защита от перегрузки является чувствительной к этому режиму и отдельной защиты от работы электродвигателя на 2-х фазах не предусматривают. Применение специальной защиты от работы электродвигателей на 2-х фазах допускается лишь в порядке исключения для электродвигателей защищаемых предохранителями, если 2-х фазный режим может привлечь за собой повреждение электродвигателя.

Специальных защит от витковых замыканий в одной фазе обмотки статора электродвигателя не применяют, так как простых способов исполнения таких защит на сегодняшний день не существует.

Выводы:

1. В электродвигателях могут возникать следующие повреждения и ненормальные режимы работы:

- междуфазные к.з.;

- замыкания на землю одной фазы обмотки статора;

- витковые замыкания в обмотках статора и ротора;

- перегрузки;

- понижения напряжения.

Электродвигатели должны оснащаться защитами от: междуфазных к.з., замыканий на землю, (действующие на отключение) и защитой от перегрузки (действующей на разгрузку механизма или на отключение электродвигателя от сети).

Специальными защитами от витковых замыканий электродвигатели не оснащаются из-за отсутствия простых способов их исполнения.

Защиты электродвигателей ответственных механизмов собственных нужд электростанций должны отличаться особой надёжностью и обеспечивать возможность самозапуска электродвигателей.

Защиты от междуфазных к.з.

Для защиты электродвигателей мощностью до 5 мВт от междуфазных к.з. обычно используется максимальная токовая отсечка мгновенного действия, отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска.

Наиболее просто токовая отсечка реализуется на реле прямого действия встроенного в привод выключателя. При использовании реле косвенного действия применяется одна из двух схем соединения трансформаторов тока, приведённых на рис. 10-2. В схеме на рис. 10-2, а токовая отсечка выполнена на одном реле тока с зависимой характеристикой, а в схеме на рис. 10-2, б – на 2-х реле с независимыми характеристиками. Реле тока отсечки подключаются на разность токов 2-х фаз и когда это возможно по чувствительности применяется однорелейная схема.

 

 

 

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по выражению:

I _пуск

где:
Кн	-	коэффициент надёжности, учитывающий погрешности реле и расчёта (в зависимости от типа реле может принимать значения 1,8 для реле тока типа РТ-40 и 2,0 – для РТ-80);
КВ	-	коэффициент возврата реле (для реле РТ-40 КВ=0,85, для реле РТ-80 – 0,4);
Iпуск	-	пусковой ток электродвигателя.

Зная номинальный ток электродвигателя и кратность пускового тока можно рассчитать пусковой ток по следующему выражению:

I_пуск=К_н×I_ном.д.

где:
К н	-	кратность пускового тока;
Iном.д.	-	номинальный ток электродвигателя.

Токовую отсечку электродвигателей мощностью до 2 мВт, как правило, выполняют по однорелейной схеме, а для электродвигателей мощностью 2–5 мВт – по двухрелейной схеме. Двухрелейную схему токовой отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2 мВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы меньше двух.

На электродвигателях мощностью 5 мВт и более для защиты от междуфазных к.з. устанавливают продольную дифференциальную защиту в двухфазном исполнении (рис. 10-3), обеспечивающую более высокую чувствительность, чем токовая отсечка к.з. на выводах и в обмотках статора электродвигателей.

Ток срабатывания продольной диф. защиты электродвигателей (при условии идентичности трансформаторов тока и выбора их по кривым 10% кратности) принимается равным:

I_с.з.=(1,5¸2,0) I_ном.дв. – при использовании реле типа РТ-40

и

I_с.з.=(0,5-1,0) I_{ном.дв .} – при использовании реле типа РНТ.

Продольная диф.защита может также применяться на электродвигателях мощностью меньше 5 мВт, когда токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности.

Чувствительность защиты электродвигателя от междуфазных к.з. (токовой отсечки или продольной диф. защиты) оценивается коэффициентом чувствительности, представляющим собой отношение тока металлического 2-х фазного к.з. на выводах электродвигателя при минимальном режиме работы питающей сети к первичному току срабатывания защиты:

Выводы:

Для защиты электродвигателей от междуфазных к.з. применяют: максимальную токовую отсечку мгновенного действия – для электродвигателей мощностью до 5 мВт; продольную дифференциальную защиту – для электродвигателей более 5 мВт, а также для электродвигателей меньшей мощности, когда токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности.