Згідно з правилами улаштування електроустановок (ПУЕ), на двигунах напругою вище 1000 В повинні встановлюватися такі пристрої релейного захисту:
- захист від міжфазних коротких замикань;
- захист від замикань на землю;
- захист від подвійних замикань на землю;
- захист від перевантаження.
Для синхронних двигунів додатково потрібен захист від асинхронного режиму. Застосовувані для цієї мети види захисту залежать від потужності електродвигунів:
В якості захисту від міжфазних КЗ при потужності двигунів до 5000 кВт застосовується струмовий відсічення. Вона може застосовуватися і для двигунів більшої потужності, які не мають фазних висновків з боку нейтралі двигуна. При двигунах більшої потужності, а також якщо струмовий відсічення для двигунів меншої потужності не задовольняє вимогам чутливості, застосовується диференційний захист за умови, що ці двигуни мають висновки з боку нейтралі.
В якості захисту від подвійних замикань на землю застосовується струмовий захист нульової послідовності, що діє на відключення. Вона застосовується в тих випадках, коли захист від замикань на землю має витримку часу. Її застосування обов'язково, якщо захист від міжфазних КЗ виконується в двох фазах.
Захист від перевантаження потрібно для двигунів, схильних до перевантаження з технологічних причин, або з особливо важкими умовами пуску. Захист від перевантаження згідно з нормами СНД, можна виконувати з залежною або незалежною витримкою часу. Захист від перевантаження може діяти на розвантаження механізму за технологічними ланцюгах або сигнал: - 1-й ступінь і на відключення - 2-й ступінь. Витримка часу захисту від перевантаження при струмі, що дорівнює пусковому струму двигуна, виконується більшою часу його пуску. Як правило, при такому виконанні захисту двигуна є значний тепловий запас - звичайні двигуни по температурі витримують не менше двох пусків підряд. Це дає можливість виконати дію такого захисту від перевантаження на розвантаження механізму.
Таким чином, згідно з ПУЕ, на двигунах потужністю менше 5000 кВт можна мати струмовий відсічення, струмовий захист від замикань на землю, захист від перевантаження. Такі захисту можна виконувати на реле УЗА-АТ або УЗА-10А.2, що випускаються компанією "Енергомашвін". Існують спеціальні захисту від перевантаження з залежною характеристикою, яка відповідає теплової, яка визначає тепловий стан двигуна і дозволяє повніше використовувати його перевантажувальну здатність. Параметри цієї характеристики залежать від даних самого електродвигуна: системи охолодження, допустимої температури для ізоляції двигуна, вихідної температури двигуна або приміщення. Всі ці дані враховують спеціальні захисту двигунів (наприклад: MiCOM P220). Тому, захисту від перевантаження такого типу мають зазвичай 2 ступені: ступінь з меншою витримкою часу діє на розвантаження, з більшою - на відключення. У більшості випадків застосовуються у нас захисту мають одну уставку з залежною або незалежною витримкою часу. Згідно ПУЕ захист від перевантаження повинна діяти на сигнал, розвантаження механізми і, лише в крайньому випадку, на відключення. У такій ситуації не потрібна значна витримка часу, потрібно відбудувати тільки від часу самозапуску електродвигуна.
Режим асинхронного ходу супроводжується перевантаженням двигуна, і на нього реагують захисту від перевантаження. Тому часто захист від перевантаження виконує одночасно функцію захисту від асинхронного режиму. Прості струмові захисту можуть спрацьовувати і повертатися при коливаннях струму. Тому захисту від перевантаження в асинхронному режимі повинні накопичувати витримку часу. Такий принцип повинен бути закладений на захист від перевантаження. Так само як і раніше, можна використовувати два ступені захисту від перевантаження: щабель з меншою витримкою часу діє на ресинхронізацію, з більшою на відключення. Оскільки в цьому випадку неможливо розрізнити режим перевантаження і асинхронний режим, не можна забезпечити автоматичну ресинхронізацію. При наявності чергового персоналу на об'єкті, він може це виявити візуально при спрацьовуванні 1-й сигнальної ступені. Спеціальні захисту від втрати збудження є в пристроях збудження великих двигунів. Ці пристрої доцільно використовувати для автоматичної ресинхронізації.
Для двигунів, що працюють в блоці із знижуючим трансформатором, може бути виконана загальна захист, якщо вона задовольняє вимогам до захисту як двигуна, так і трансформатора.
Для полегшення умов самозапуску, а також для запобігання подачі несинхронного напруги на порушені синхронні двигуни або загальмовані механізми, двигуни повинні бути про-
нувати захистом мінімальної напруги. Цей захист може бути або індивідуальної, або груповий. У ряді випадків для прискорення подачі напруги на шини, або запобігання подачі напруги на двигуни автоматикою зовнішньої мережі, синхронні двигуни можуть бути додатково обладнані захистом по зниженню частоти, так як вони здатні довго підтримувати напругу в мережі. Отже, при використанні такого реле для захисту двигуна немає необхідності в застосуванні з цією метою спеціальних реле напруги.
Крім перерахованих обов'язкових для двигунів функцій захисту, спеціальні захисту для двигунів мають додаткові функції, використання яких покращує умови експлуатації двигуна, тим самим знижуючи ймовірність пошкодження і продовжуючи термін його служби. До них відносяться:
- захист від обриву фази;
- обмеження кількості пусків;
- заборона пуску за часом пройшов від попереднього пуску;
- захист мінімального струму або потужності;
- захист від заклинювання або загальмування ротора.
Спеціальні пристрої захисту двигунів можуть працювати не тільки з струмом і напругою, а й з датчиками температури.
У двигунів великої потужності існують також технологічні захисту, які можуть діяти на відключення двигунів при: підвищенні температури двигуна, його підшипників, припинення змащення підшипників, циркуляції повітря в системі охолодження. Необхідність цих захистів і вимоги до них викладаються в заводській документації. Ці захисту подаються на дискретні входи пристрою захисту.
9.2 ДЕЯКІ ВЛАСТИВОСТІ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ
лення електродвигуна від ковзання.
Це випливає з схеми заміщення (рис. 9.2). Струм в роторі визначається наведеної в ньому ЕРС, яка залежить від ковзання. Токи ротора і статора також змінюються зі зміною ковзання. Характер залежності періодичної складової I д і опору електродвигуна Z д від ковзання представлений на рис. 9.3. При нормальній роботі електродвигуна, коли ковзання становить 2-5% (близько до нуля), опір ротора дуже велике, I рот малий, малий і ток статора, так як гілка намагнічування має великий опір.
При пуску, т. Е. При подачі напруги на нерухомий електродвигун, опір його мало і ток ротора має максимальне значення. Відповідно, максимальне значення має і ток статора. Струм статора при пуску електродвигуна називається пусковим струмом. Початковий пусковий струм дорівнює струму трифазного КЗ за опором, рівним опору нерухомого електродвигуна. Пусковий струм складається із змінної складової, загасаючої в міру збільшення частоти обертання, і аперіодичної складової, загасаючої протягом декількох періодів. З осцилограми пуску двигуна, представленої на рис. 9.4, видно, що в міру розвороту струм, споживаний електродвигуном, змінюється спочатку мало, і тільки при наближенні до синхронної частоті обертання він швидко спадає. Пояснюється це характером зміни опору двигуна. Періодична складова пускового струму електродвигуна I д пуск при нерухомому роторі в 4-8 разів перевершує I ном. Пік струму з урахуванням аперіодичної складової досягає:
I дпуск = (1,6 ÷ 1,8) І ппуск
Мал. 9.4 Осцилограма пускового струму асинхронного електродвигуна. Тривалість загасання періодичної складової пускового струму до значення номінального струму залежить від параметрів електродвигуна і умов пуску. При пуску з навантаженням розгортання електродвигуна до номінальної швидкості відбувається повільніше і тривалість спаду струму збільшується. Це пояснюється тим, що прискорення обертання ротора залежить від значення надлишкового моменту:
M хат = М д - М з
Якщо М д перевершує М з під весь час пуску, то електродвигун пускається швидко і легко. Як видно з рис. 9.1, електродвигуни, що приводять механізми з залежним від частоти обертання моментом опору, пускаються легше, ніж електродвигуни, що приводять механізми з незалежним від частоти обертання моментом опору. В останньому випадку при недостатньому значенні пускового моменту електродвигуни можуть взагалі не розвернутися (криві 2 і 4. рис. 9.1), так як, починаючи з ковзання, що відповідає точці а. М з перевершує М д.
Електродвигуни з глибоким пазом і подвійною обмоткою ротора мають найбільш сприятливий пусковий момент (крива 3. рис. 9.1). Тривалість пуску електродвигунів t пуск. як правило, не перевищує 10-15 с, і тільки у електродвигунів з важкими умовами пуску це значення може бути значно більше.
При виникненні КЗ в мережі живлення поблизу затискачів електродвигуна, останній за рахунок внутрішньої ЕРС, підтримуваної енергії в магнітному полі, посилає до місця КЗ швидко затухаючий струм. Кидки струму КЗ можуть досягати значень пускових струмів.
Залежність моменту електродвигунів від напруги виражається формулою:
При КЗ в мережі напруга на затискачах електродвигунів знижується. В результаті цього, моменти електродвигунів зменшуються, і вони починають гальмуватися, збільшуючи ковзання (криві 1,
1 ', 1 ", рис. 9.5) до тих пір, поки знову не відновиться рівність M д = М с. Якщо при цьому виявиться, що M д max = М с (крива 1' ', точка а на рис. 9.5) , то електродвигун буде перебувати на
межі стійкої роботи і мати ковзання, рівне критичного. При подальшому зниженні напруги електродвигун буде гальмуватися аж до повної зупинки. Після відключення КЗ напруга живлення відновлюється, і подальша поведінка електродвигуна буде залежати від ковзання, що мав місце в момент відновлення напруги, і відповідних йому
значень M д і М с.
Мал. 9.5 Залежність моменту обертання асинхронних електродвигунів від ковзання s при різних значеннях напруги.
При М д> М з електродвигун розгорнеться до нормальної частоти обертання, а при М д <М с будет продолжать тормозиться до полного останова. В этом случае электродвигатель необходимо отключить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развернуться.
Самозапуск електродвигунів важче звичайного пуску. Пояснюється це тим, що при самозапуску електродвигуни пускаються навантаженими, а електродвигуни з фазним ротором - без пускового реостата в ланцюзі ротора, що зменшує пусковий момент і збільшує пусковий струм і, нарешті, пускається велика кількість електродвигунів одночасно, що викликає падіння напруги в мережі живлення від сумарного пускового струму. Однак самозапуск електродвигунів проходить порівняно легко. Так самозапуск електродвигунів власних потреб електростанцій можливий навіть в тих випадках, коли в перший момент після відновлення напруги значення його становить 0,55 U ном. При цьому загальний час самозапуску не перевищує 30-35 с, що допустимо по їх нагрівання.
У разі обриву однієї з фаз обмотки статора електродвигун продовжує працювати. Частота обертання ротора при цьому дещо зменшується, а обмотки двох, що залишилися в роботі фаз перевантажуються струмом в 1,5-2 рази більшим номінального. Захист від роботи на двох фазах застосовувалася раніше лише на електродвигунах напругою до 500 В, захищених запобіжниками, якщо двофазний режим роботи може спричинити за собою пошкодження електродвигуна. В даний час у зв'язку з високою вартістю двигунів високої напруги і високою ймовірністю неповнофазних режимів в мережі живлення вважається доцільним, не вводячи спеціальну захист від режиму роботи двома фазами, відключати двигуни захистом від перевантаження, яка має відповідні для цієї мети уставку (1,1 ÷ 1,3) I ном. Струмові органи захисту від перевантаження в цьому випадку повинні включатися не менше ніж в 2 фази трансформаторів струму двигунів.
9.3 ЗАХИСТ ДВИГАТЕЛЕЙ від міжфазних КЗ
Захист від КЗ між фазами є основною РЗ електродвигунів, і установка її обов'язкова у всіх випадках. Як РЗ електродвигунів потужністю до 5000 кВт від КЗ, згідно з ПУЕ, застосовується МТЗ (струмовий відсічення). Найбільш просто струмовий відсічення виконується з реле прямої дії,
Для продовження скачування необхідно зібрати картинку: