Защита электродвигателя от перегрузки Часть 3

ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Всоответствии с ПУЭ, РЗ от замыканий на землю в обмотке статора с действием на отключение устанавливается на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыкания на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощности – при токах замыкания на землю более 10 А. В эксплуатации, однако, при токах замыкания на землю более 5 А, РЗ от замыканий на землю часто устанавливают на электродвигателях любой мощности, что способствует ограничению их повреждений при замыканиях на землю.

Защита от замыканий на землю реагирует на емкостный ток сети и выполняется с помощью одного токового реле, которое подключается к ТТ нулевой последовательности (ТТНП), установленному на кабеле, питающем двигатель. Применяются ТТНП типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ и др. Описание схемы установки защиты приводилось в главе 6.

Вслучае, когда питание электродвигателя осуществляется по нескольким параллельным кабелям (двум-четырем), вторичные обмотки ТТНП, надетые на каждый из них, соединяются последовательно или параллельно.

На электродвигателях большой мощности, для питания которых прокладывается больше четырех кабелей, РЗ от замыканий на землю выполняется с одним общим ТТНП типа ТНПШ с подмагничиванием, аналогично защите генераторов.

Ток срабатывания РЗ выбирается на основании тех же соображений, что и для аналогичной РЗ кабельных линий, реагирующих на емкостный ток (50 Гц) (см. гл. 6):

kб – коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока электродвигателя при внешних пе-

ремежающихся замыканиях на землю. Для РЗ, действующей без выдержки времени, значение этого коэффициента принимается равным 3–4. Для повышения чувствительности РЗ допускается прини-

мать уменьшенное значение kб = 1,5÷2. Защита при этом выполняется с выдержкой времени 1-2 с.

Поскольку мощность ТТНП (типов ТЗ, ТЗР и др.) невелика, для обеспечения максимальной чувствительности РЗ от замыканий на землю к каждому типу ТТНП необходимо подбирать токовое реле на определенный ток срабатывания, имеющее соответствующее сопротивление обмотки (реле РТЗ-51, РТЗ-50, РТ-40/0,2 производства ЧЭАЗ). В составе защит УЗА, РС-80, имеется специальный промежуточный трансформатор для подключения ТТНП для защиты от замыканий на землю. В целях уменьшения перенапряжений при замыканиях на землю в сети собственных нужд (СН) энергоблоков ТЭС и АЭС большой мощности, а также повышения чувствительности и селективности действия РЗ электродвигателей 6 кВ и трансформаторов СН 6,3/0,1 кВ, эти сети могут работать с нейтралью, заземленной через резистор. Для этого на каждой секции блочных СН 6,3 кВ устанавливается дополнительный заземляющий трансформатор (ДТ), например типа ТСЗК-63, со схемой соединения обмоток звезда с заземленной нейтралью - треугольник. В нейтраль ДТ включаются параллельно два высоковольтных заземляющих резистора, по 200 Ом каждый, изготовленные из специального электротехнического бетона (бетела) (рис. 9.7, б). При этом, в случае однофазного замыкания на землю в двигателе по его цепи будет протекать активный ток 3I0 = 35÷40 А (достаточный для надежного действия защиты и допустимый по условию ограничения повреждения в двигателе от тока замыкания на землю). Одновременно по цепям неповрежденных элементов, присоединенных к тем же шинам, будут протекать только емкостные токи нулевой последовательности, от которых защиты рассматриваемых присоединений могут быть легко отстроены. Наличие заземляющих резисторов резко снижает вероятность перехода однофазных замыканий на землю в двухфазные и двойные КЗ, так как перенапряжения на неповрежденных фазах не будут превышать при этом значения:

Защита электродвигателя от замыканий на землю, как и ранее, выполняется с помощью токового реле, подключенного к ТТНП и действующего на отключение электродвигателя без выдержки времени. При отказе защиты от замыканий на землю или выключателя на поврежденном присоединении, или при замыкании Кз(1) на шинах секции имеется опасность повреждения заземляющих сопротивлений R в нейтрали дополнительного трансформатора ДТ (рис. 9.7, б). Для исключения этого на ДТ предусматривается защита нулевой последовательности (КА, КТ), действующая с выдержкой времени 0,6 с на отключение трансформатора (линии), питающего секцию 6 кВ.

Запрет АВР при этом не производится.

Рис. 9.7 Структурная схема защиты от замыканий на землю в сети собственных нужд6,3 кВ а – защита двигателя от замыканий на землю; б – схема подключения дополнительного трансформатора с заземляющими резисторами

Для электродвигателей механизмов карьеров, рудников, торфоразработок и других предприятий, где требуется по условиям безопасности незамедлительное отключение замыкания на землю даже при очень малых значениях тока в месте повреждения (0,2-0,5 А) рекомендуется применять более чувствительную направленную РЗ от замыканий на землю типа ЗЗП-1 производства ЧЭАЗ. Полностью соответствует этим требованиям и устройство защиты ЗЗН1 Энерггомашвина. Эта защита не требует отстройки от собственного емкостного тока двигателя и, поэтому, может быть выполнена более чувствительной. Фирмой «Энергомашвин» по заказу также выпускается вариант защиты УЗА-АТ, УЗА-10А,2 имеющий направленную защиту от замыканий на землю.

Для выполнения РЗ от двойных замыканий на землю на электродвигателях, оснащенных продольной дифференциальной РЗ в двухфазном исполнении или, в случае, если основная ступень ЗЗ выполнена с выдержкой времени, к вторичной обмотке ТТНП подключается действующее на отключение без выдержки времени второе токовое реле, имеющее IС3 = 100– 200 А. В качестве такого реле может быть применено реле РС–40М1 производства Энергомашвин.

ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей, а также электродвигателей, самозапуск которых при восстановлении напряжения недопустим по условиям техники безопасности или особенностям технологического процесса.

На электростанциях к ответственным относятся такие электродвигатели, отключение которых вызывает снижение нагрузки или останов электростанции: двигатели питательных, конденсатных и циркуляционных насосов, дутьевых вентиляторов и питателей пыли. Неответственными считаются электродвигатели, отключение которых не отражается на нагрузке электростанции: мельниц при наличии промежуточных бункеров, багерных насосов и т.п.

Если мощность всех ответственных электродвигателей превышает допустимую мощность по условию самозапуска, то при понижении напряжения необходимо отключать и некоторые ответственные электродвигатели. По истечении времени, достаточного для развертывания неотключаемых электродвигателей, отключенные ответственные электродвигатели можновключатьобратноприпомощиАПВ.

−Отключение электродвигателей при исчезновении напряжения обеспечивается установкой одного реле минимального напряжения, включенного на линейное напряжение. Существенным недостатком такой РЗ минимального напряжения является возможность ее неправильной работы в случае обрыва цепей напряжения. Поэтому РЗ с одним реле напряжения применима лишь для неответственных электродвигателей. Обычно применяется ЗМН с контролем снижения напряжения одновременно в трех фазах (схема «И»). В устройстве УЗА-АН фирмы «Энергомашвин» применяется именно такая логика выполнения ЗМН 2 (U<<). Такая логика не годится, если ЗМН используется в качестве блокировки по напряжению максимальной защиты (требуется реагирование блокировки на замыкание между двумя любыми фазами, поэтому, в состав УЗА=АН входит ступень (U<) работающая по схеме “ИЛИ”. Более сложное микропроцессорное устройство защиты УЗА-10В.2 имеет переключение логики: схема «И» для ЗМН и схема «ИЛИ» для блокировки по напряжению. Если применить для защиты двигателя устройство УЗА10АВ.1, в состав которого входит защита минимального напряжения, то можно оказаться от применения групповой защиты, выполнив на электродвигателе индивидуальную защиту минимального напряжения.

Напряжение срабатывания реле KV1 принимается порядка 70%UНОМ. Выдержки времени на отключение: 0,5-1,5 с – для неответственных электродвигателей, 10–15 с – для ответственных. На блочных электростанциях обычно применяется групповая защита минимального напряжения с уставками:

−1 ступень – обеспечение самозапуска остающихся электродвигателей. Она действует на часть двигателей (малоответственных). Уставка выбирается по условиям обеспечения возврата при восстановлении напряжения после отключения коротких замыканий защитой, а так же предотвращение отключения двигателя при коротких замыканиях.

Выдержка времени первой ступени отстраивается от времени действия защит отходящих линий (двигателей) и обычно равна по времени защите питающего ввода:

Для устойчивой работы двигателей необходимо, чтобы все защиты отходящих линий имели токовую отсечку без выдержки времени. Если это условие не обеспечивается, двигатели могут затормозиться, и последует самозапуск всех двигателей, который может отказаться неуспешным, поэтому как правило уставка МТЗ рабочего и резервного ввода а значит и ЗМН равна 0.3 с.

Выдержка времени второй ступени определяется технологическими условиями работы механизмов агрегата и обычно равна по времени:

t2 = 3 ÷9 с

9.8. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ НИЖЕ 1000 В.

Защиту электродвигателей напряжением 500, 380 и 220 В осуществляют, исходя из тех же требований, что и к электродвигателям более высоких напряжений. Для этих электродвигателей применяются мгновенная РЗ от междуфазных КЗ, РЗ от перегрузки, РЗ минимального напряжения. Защита от КЗ может осуществляться с помощью плавких предохранителей, при этом в качестве коммутационного аппарата используется трехфазный магнитный пускатель (контактор) подтянутый, пока на его катушку подано напряжение.

Магнитными пускателями называются трехфазные коммутационные аппараты низкого напряжения (контакторы), предназначенные для дистанционного управления трехфазными электродвигателями и рассчитанные на разрыв нормального рабочего тока двигателя и тока его перегрузки, но не тока КЗ. Отключение токов КЗ при применении магнитного пускателя возлагается на включаемые последовательно с ним предохранители. Схема включения с помощью пускателя и защиты предохранителями показана на рис

9.8. Магнитные пускатели (рис. 9.8) в большинстве случаев не имеют защелки и во включенном положении удерживаются действием электромагнита УА, обмотка которого подключена на напряжение питания. Включение магнитного пускателя осуществляется нажатием кнопки SB1. При этом замыкается цепь обмотки удерживающего электромагнита, якорь которого притягивается и замыкает механически связанные с ним силовые контакты. Кнопка SB1 имеет самовозврат, поэтому после ее размыкания цепь обмотки электромагнита остается замкнутой через вспомогательный контакт SQ, шунтирующий кнопку SB1. Для отключения пускателя вручную служит кнопка SB2, при нажатии которой разрывается цепь удерживания электромагнита, и якорь его, отпадая, размыкает силовые контакты YA1. При понижении напряжения питающей сети электромагнит отпадает, и электродвигатель отключается, чем осуществляется защита минимального напряжения. После восстановления напряжения магнитный пускатель сам включиться не может - включение его должно вновь осуществляться вручную. Защита электродвигателя от перегрузки выполняется тепловыми реле КА1 и КА2. Тепловые реле настраиваются таким образом, чтобы они не срабатывали от токов, проходящих при пуске и самозапуске электродвигателя.

Рис. 9.8 Схема защиты электродвигателя напряжением до 500 В с магнитным пускателем. Схема включения цепей магнитного пускателя, приведенная на рис. 9.8, применяется для защиты неответственных электродвигателей, подверженных технологической перегрузке. В случае, если электродвигатель не подвержен перегрузкам, из схемы исключаются контакты тепловых реле. На ответственных электродвигателях, которые не должны отключаться при снижениях напряжения, вместо кнопок управления SB1 и SB2 устанавливается однополюсный рубильник (выключатель), которым производится включение и отключение электродвигателя. После восстановления напряжения магнитный пускатель вновь включается, так как рубильник S остается замкнутым.

На электродвигателях мощностью 40-50 кВт применяются автоматические воздушные выключатели типов АВМ, A3100, АП50-ЗМТ, А3700. Автоматы имеют катушки включения и отключения, а также встроенные реле прямого или косвенного действия. Они остаются включенными при снятии напряжения питания. В последних вариантах автоматов для двигателей большой мощности используются выносные аналоговые или микропроцессорные устройства защиты, действующие на электромагнит отключения.

Защита от междуфазных КЗ осуществляется в простейшем случае электромагнитными расцепителями мгновенного срабатывания – отсечкой автоматического выключателя, которая резервируется расцепителем с зависимой характеристикой выдержки времени. В случаях, когда встроенные в автоматический выключатель расцепители не обеспечивают надежной защиты электродвигателя, применяется выносная защита в виде токовой отсечки с реле тока, подключенным к ТТ двух фаз, действующая без выдержки времени на независимый расцепитель. При выполнении защиты электродвигателей от КЗ необходимо учитывать, что сети напряжением до 500 В работают с заземленной нейтралью и, следовательно, в этих цепях возможны все виды КЗ, в том числе и однофазные. Поэтому предохранители устанавливаются во всех фазах, а расцепители и токовые реле, с помощью которых осуществляется РЗ от КЗ, также должны реагировать на токи, проходящие во всех фазах и нулевом проводе.

Поскольку токи однофазного КЗ на землю в сети 380 В обычно меньше токов трехфазного КЗ, не всегда удается обеспечить необходимую чувствительность электромагнитных расцепителей автоматических выключателей к однофазным КЗ. При этом для РЗ от однофазных КЗ используется чувствительное токовое реле, например типа РТ-40/0,2, присоединенное к ТТНП, надеваемому на силовой кабель, питающий электродвигатель. Так, выносную РЗ от однофазных КЗ на землю рекомендуется устанавливать на электродвигателях, питающихся от трансформаторов собственных нужд со схемой соединения обмоток ∆/Υ0, у которых уставка отсечки автоматического выключателя 4000 А и более. Такая же РЗ рекомендуется для электродвигателей с уставкой токовой отсечки автоматического выключателя 2000 А и более, питающихся от трансформаторов собственных нужд со схемой соединения обмоток Υ/Υ0, у которых токи однофазных КЗ на землю значительно меньше, чем у трансформаторов со схемой соединения обмоток ∆/Υ0. Вследствие значительного загрубления отсечки автоматического выключателя по условию отстройки от пускового тока электродвигателя, часто не удается обеспечить необходимую чувствительность защиты от перегрузки с помощью расцепителей, имеющих зависимую характеристику. В этом случае РЗ от перегрузки выполняется с помощью выносных реле тока и времени.

В отдельных случаях на электродвигателях устанавливается специальная РЗ от работы на двух фазах, действующая на отключение электродвигателя. Применение такой РЗ допускается на электродвигателях, защищенных от КЗ плавкими предохранителями и не имеющих действующей на отключение РЗ от перегрузки. Защита от режима работы двумя фазами осуществляется с помощью реле ЕЛ 11-13 производства СКБ «Ритм». Эта защита работает по факту появления напряжения обратной последовательности. Реле подключается после питающего пускателя (автомата).

Специальные выносные защиты двигателей 0,4 кВ

Их имеется значительное количество вариантов. В качестве примера рассмотрим реле РДЦ-01М

РДЦ-01м с цифровой настройкой и индикацией контролируемых параметров предназначено для защиты трехфазных асинхронных электродвигателей 0,4 кВ (127/220 В, в том числе глубинных насосов) от последствий:

-перегрузок;

-асимметрии питающей сети;

-работы с недогрузкой;

-превышения питающего напряжения;

-понижения питающего напряжения;

-неправильного чередования фаз,

−Одновременно, кроме защитных функций, реле имеет возможность индикации следующих параметров:

-потребляемого тока по каждой фазе (IA, IB, IC);

-напряжения в сети по каждой фазе (UA, UB, UC);

-частоты сети;

-моторесурса;

-а также аномалии в сети и причин

-наступивших аварийных состояний

Порог срабатывания перегрузки по току в диапазоне (1,1…2,0)·IНОМ – вводится уставкой.

Время срабатывания при перегрузке по току зависит от времени запуска двигателя и величины перегрузки по току.

Устройство может подключаться в цепи двигателя через трансформаторы тока (рис. 9.9) или непосредственно при токе до 5А  (рис. 9.10)

Устройство может комплектоваться внешними датчиками контроля тока для замены ТТ. (специсполнение). Существует три модификации датчиков тока:

• РДЦ-01М1 – номинальный ток датчика до 100 А,
• РДЦ-01М2 – номинальный ток датчика до 250 А,
• РДЦ-01М3 – номинальный ток датчика до 500 А,

ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Некоторыеособенностисинхронныхэлектродвигателей

Прирассмотрении РЗ синхронных электродвигателей необходимо учитыватьихособенности:

Пуск большинства синхронных электродвигателей производится при отсутствии возбуждения прямым включением в сеть. Для этой цели на роторе синхронного электродвигателя предусматривается дополнительная короткозамкнутая обмотка, выполняющая во время пуска ту же роль, что и в короткозамкнутом роторе асинхронного электродвигателя. Когда скольжение электродвигателя приближается к нулю, включается возбуждение, и электродвигатель втягивается в синхронизм под влиянием появляющегося при этомсинхронного момента.

Во время пуска синхронный электродвигатель потребляет из сети повышенный ток, который по мереуменьшенияскольжения затухает, так же как и у асинхронного электродвигателя.

Для уменьшения понижения напряжения и пусковых токов мощные синхронные электродвигатели пускаются через реактор, который затем шунтируется. Защиты синхронных электродвигателей, как и РЗ асинхронных электродвигателей, должны быть отстроены от токов, возникающих при их пуске или самозапуске, имеющем место при восстановлении напряжениявсети.

Момент синхронного электродвигателя зависит от напряжения сети Uд, ЭДС электродвигателя Ed и угла сдвига δ междуUд иEd. Безучетапотерьвстатореироторе

где

Xd – синхронное сопротивление двигателя.

При постоянных значениях Uд и Ed каждой нагрузке электродвигателя соответствует определенное значение угла δ.В случае понижения напряжения в сети, как следует из выражения (9.14), момент Мд

уменьшается. Если при этом он окажется меньше момента сопротивления Мс механизма, то устойчивая работа синхронного электродвигателя нарушается, возникают качания и электродвигатель выходит из синхронизма. Нарушение устойчивости возможно также при перегрузке электродвигателя (увеличение δ) или снижении возбуждения (уменьшение Ed).

Эффективным средством повышения устойчивости электродвигателя является форсировка возбуждения, увеличивающая его ЭДС. Опыт показывает, что при глубоких понижениях напряжения (до нуля) синхронные электродвигатели, работающие с номинальной нагрузкой, выходят из синхронизма, если перерыв питания превосходит 0,5 с.

При нарушении синхронизма частота вращения электродвигателя уменьшается, и он переходит в асинхронный режим. При этом в пусковой обмотке и цепи ротора появляются токи, создающие дополнительный асинхронный момент, под влиянием которого синхронный электродвигатель может остаться в работе с некоторым скольжением.

Токи, появляющиеся в статоре, роторе и пусковой обмотке электродвигателя при асинхронном режиме, вызывают повышенный нагрев их, поэтому длительная работа синхронных электродвигателей в асинхронном режиме с нагрузкой более 0,4-0,5 номинальной недопустима.

В связи с этим, появляется необходимость в специальной РЗ от асинхронного режима, которая должна реализовать мероприятия, обеспечивающие ресинхронизацию электродвигателя, или отключить его. Ресинхронизация состоит в том, что с электродвигателя снимается возбуждение (при этом его асинхронный момент повышается и скольжение уменьшается), через некоторое время включается возбуждение, и электродвигатель вновь втягивается в синхронизм. Признаком нарушения синхронизма электродвигателя является появление колебаний тока в статоре и переменного тока в роторе.

Исследования и опыт эксплуатации показывают, что после отключения КЗ или включения резервного источника питания многие синхронные электродвигатели могут самозапускаться, т. е. вновь (сами) втягиваться в синхронизм. Самозапуск синхронных электродвигателей возможен, если после восстановления напряжения под влиянием возросшего асинхронного момента скольжение электродвигателя настолько уменьшится, что он сможет снова втянуться в синхронизм.