Библиотека

Электродвигатель обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую. Двигатель размещается так, чтобы он был неразделимо связан с нагрузкой в виде привода. С другой стороны, двигатель подвержен внутренним механическим нагрузкам, поскольку в его конструкции имеются подвижные детали. Всего лишь один не пригодный к эксплуатации двигатель может быть причиной нарушения всего технологического процесса.

Современные двигатели имеют значительно оптимизированные характеристики, что снижает риск работы в ненормальном режиме; так, например, речь идет об относительно хрупких электроприемниках, требующих организации надлежащей защиты. Используются асинхронные двигатели (главным образом, двигатели с беличьей клеткой или с фазным ротором) либо синхронные двигатели (двигатели возбуждения ротора постоянным током).

Вопросы защиты синхронных двигателей аналогичны особенностям организации защиты асинхронных двигателей, куда можно отнести и функции защиты генераторов.

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Возможные повреждения двигателей:
• повреждения, связанные с ненормальным режимом работы;
• нарушение питания;
• внутренние повреждения двигателя.

Повреждения, связанные с ненормальным режимом работы
Перегрузка
Если потребляемая мощность больше номинальной, то в двигателе возникает ток перегрузки, и увеличиваются потери, что приводит к повышению температуры.

Затянутый и слишком частый пуск
При пуске двигателя возникает значительный ток перегрузки, который допустим только в течение короткого промежутка времени. Слишком частый или затянутый пуск, возникающий в силу недостаточного промежутка между вращающим моментом и моментом нагрузки, неизбежно приводит к недопустимому нагреву.

Блокировка
Речь идет о резкой остановке вращения, возникшей по какой?либо причине, связанной с механическим приводом. Двигатель потребляет пусковой ток и остается блокированным при нулевой частоте вращения. Вентиляции не происходит и очень быстро наступает перегрев двигателя.

Сброс нагрузки
Отказ насоса или разрыв соединения приводят к работе двигателя в режиме холостого хода, что не оказывает непосредственного вредного влияния на двигатель. Но при этом сам насос очень быстро приходит в негодность.

Нарушение питания
Прекращение подачи питания
Данный вид повреждения приводит к тому, что двигатель работает в режиме генератора, поскольку инерция нагрузки привода велика.

Снижение напряжения
Снижение напряжения приводит к уменьшению вращающего момента и скорости: замедление двигателя вызывает увеличение тока и потерь. Таким образом, происходит перегрев двигателя.

Небаланс
Иногда возникает несбалансированность системы трехфазного питания, поскольку:
- источник энергии (трансформатор или генератор переменного тока) не производит симметричное трехфазное напряжение;
- другие потребители не представляют собой симметричную нагрузку и возникает несбалансированное питание сети;
- из-за плавления предохранителя двигатель получает питание по двум фазам;
- опрокидывание фазы вызывает изменение направления вращения ротора двигателя.
В результате несбалансированного питания возникают составляющие обратной последовательности, что приводит к весьма значительным потерям и, следовательно, к быстрому перегреву ротора.

Восстановление подачи напряжения после отключения питания двигателя
Двигатель поддерживает напряжение нулевой последовательности, что может привести к возникновению тока перегрузки при повторном пуске и даже к механическому разрыву привода.

Внутренние повреждения двигателя
Межфазное короткое замыкание
Такое короткое замыкание может быть большей или меньшей силы в зависимости от места повреждения в обмотке и наносит значительный ущерб двигателю.

Замыкание на корпус статора
Амплитуда тока повреждения зависит от режима работы нейтрали сети питания и от места повреждения в обмотке.В случае межфазного короткого замыкания и замыкания на корпус статора требуется перемотка обмоток двигателя и, кроме того, замыкание на корпус может привести к непоправимым повреждениям магнитопровода.

Замыкание на корпус ротора(для двигателей с фазным ротором)
Нарушение изоляции ротора может быть причиной короткого замыкания между витками обмотки, когда возникает ток, создающий перегрев в месте повреждения.

Перегрев подшипников вследствие их износа или недостатка смазки.

Потеря возбуждения
Этот вид повреждения относится к синхронным двигателям; двигатель работает в асинхронном режиме, но его ротор подвергается значительному нагреву из-за неправильного расчета параметров.

Потеря синхронизма
Этот вид повреждения также относится к синхронным двигателям; потеря синхронизма может произойти:
- по причине механического характера: резкое изменение нагрузки;
- по причине сбоя в работе электрического оборудования: повреждение в сети питания или потеря возбуждения.

ФУНКЦИИ ЗАЩИТ

Перегрузка
Перегрузка контролируется:
- либо с помощью максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени (ANSI 51);
- либо с помощью тепловой защиты (ANSI 49RMS); тепловая защита основана на определении нагрева, вызываемого потребляемым током;
- либо с помощью датчиков температуры (ANSI 49Т).

Затянутый пуск и блокировка ротора
Одна и та же функция обеспечивает эти две защиты (ANSI 48-51LR).
Для защиты от затянутого пуска мгновенная уставка тока устанавливается меньше значения пускового тока, который определяется по истечении выдержки времени, начинающейся при включении двигателя; данная выдержка времени устанавливается больше нормальной продолжительности пуска.
При блокировке ротора защита срабатывает вне пускового периода, когда значение тока больше уставки с выдержкой времени.

Слишком частые пуски
Соответствующая защита (ANSI 66) основана на подсчете количества пусков в течение определенного промежутка времени и разнесенности по времени этих пусков.

Потеря напора насосов
Данное повреждение обнаруживается с помощью минимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени (ANSI 37), которая срабатывает, когда ток становится нулевым при остановке двигателя.

Изменение частоты вращения
Измерение частоты вращения механическим способом непосредственно на валу электрической машины также позволяет обеспечить дополнительную защиту. Защита по минимальной частоте вращения (ANSI 14) основана на контроле пониженной или нулевой частоты вращения, возникающей в результате механической перегрузки или блокировки ротора.
С помощью защиты по максимальной частоте (ANSI 12) определяется работа "вразнос" электрической машины или нарушение синхронизма синхронных двигателей.

Потеря питания
Потеря питания обнаруживается с помощью функции направленной защиты активной мощности (ANSI 32Р).

Снижение напряжения
Контроль напряжения выполняется с помощью защиты минимального напряжения прямой последовательности с выдержкой времени (ANSI 27D).
Уставки напряжения и выдержки времени регулируются с учетом селективности с защитами от коротких замыканий в сети и допусков на нормальное снижение напряжения, например, при пуске двигателя. Эта защита может быть общей для нескольких двигателей, подсоединенных к одному щиту.

Небаланс
Защита основана на измерении тока обратной последовательности с зависимой или независимой выдержкой времени (ANSI 46).
Направление вращения фаз определяется путем измерения максимального напряжения обратной последовательности (ANSI 47).

Восстановление питания
Напряжение, поддерживаемое вращающимися машинами, определяется с помощью защиты минимального напряжения, однофазной (ANSI 27R), разрешающей повторное включение для восстановления питания, если напряжение меньше уставки.

Межфазное короткое замыкание
Такое короткое замыкание обнаруживается с помощью максимальной токовой защиты в фазах с выдержкой времени (ANSI 50 и 51). Уставка тока регулируется больше значения пускового тока и устанавливается очень малая выдержка времени, чтобы защита была не чувствительна к первым пикам тока включения.
Если соответствующий выключатель является контактором, он имеет предохранители, обеспечивающие защиту от коротких замыканий.
Для двигателей большой мощности используется дифференциальная защита по высокому полному сопротивлению или процентной характеристике (ANSI 87М) (рис. 1а).

Как вариант, при надлежащем согласовании соединений со стороны нейтрали и использовании трех суммирующих трансформаторов тока с помощью простой максимальной токовой защиты (ANSI 51) обеспечивается устойчивое и точное выявление внутренних повреждений (рис. 1б).

Замыкание на корпус статора
Выбирается защита в зависимости от режима заземления нейтрали. Требуется высокочувствительная защита для ограничения повреждений магнитопровода. В случае глухозаземленной нейтрали или заземления нейтрали через активное сопротивление с помощью максимальной защиты по току нулевой последовательности с выдержкой времени (ANSI 51N/51G) обеспечивается защита основных обмоток.
В случае с изолированной нейтралью с помощью защиты максимального напряжения нулевой последовательности (ANSI 59N) обеспечивается определение смещения нейтрали. Если отходящий фидер двигателя емкостной (длинный кабель), используется максимальная направленная токовая защита на землю (ANSI 67N).

Замыкание на корпус ротора
С помощью устройства для постоянного испытания изоляции путем подачи переменного или постоянного тока проверяется возможное нарушение изоляции обмотки ротора.

Перегрев подшипников
Проводится измерение температуры подшипников с помощью термометров (ANSI 38).

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТАВКАМ

Повреждение (код ANSI)	Защита	Регулировки
Повреждения, связанные с нагрузкой на привод
50/51	Максимальная токовая защита с зависимой выдержкой времени.	Уставка, обеспечивающая пуск.
49RMS	Тепловая защита.	В соответствии с рабочими характеристиками двигателя (постоянная времени 10-20 мин).
49T	Датчик температуры.	В зависимости от класса нагревостойкости двигателя.
48	Уставка тока с выдержкой времени.	Уставка: 2,5In. Выдержка времени: время пуска + несколько секунд.
51LR	Уставка тока с выдержкой времени.	Уставка: 2,5In. Выдержка времени: 0,5-1 с.
66	Учет количества пусков.	В соответствии с требованиями завода-изготовителя.
37	Минимальная токовая защита в фазах.	Уставка: 70% потребляемого тока. Выдержка времени: 1 с.
12, 14	Механическое определение разносной и подсинхронной частоты вращения.	Уставка: ±5% номинальной частоты вращения. Выдержка времени: несколько секунд.
Нарушение питания
32P	Направленная защита активной мощности.	Уставка: ±5%Sn. Выдержка времени: 1 с.
27D	Защита минимального напряжения прямой последовательности.	Уставка: 0,75 – 0,80Un. Выдержка времени: 1 с.
46	Максимальная защита обратной последовательности.	- Независимая выдержка времени: Is1 = 20%In, выдержка времени = время пуска + несколько секунд; Is2 = 40%In, выдержка времени: 0,5 с. - Зависимая выдержка времени: Is = 10%In, время отключения при 0,3In > времени пуска.
47	Направление вращения фаз.	Уставка напряжения обратной последовательности на 40%Un.
27R	Защита минимального напряжения, однофазная.	Уставка < 20 – 25 %Un. Выдержка времени: 0,1 с.
Внутренние повреждения двигателя
Межфазное КЗ	Плавкие предохранители.	Ном. ток, обеспечивающий последовательные пуски.
50/51	Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени.	Уставка > 1,2 пускового тока. Выдержка времени: 0,1 с (DT).
87M	Дифференциальная защита.	Крутизна: 50%; уставка: 5 – 15 %In; без выдержки времени.
51N/51G	Для заземленной нейтрали. Максимальная токовая защита от замыканий на землю	Уставка: 10% макс. от замыканий на землю. Выдержка времени: 0,1 с (DT).
59N	Для изолированной нейтрали. Слабоемкостная сеть. Защита максимального напряжения нулевой последовательности.	Уставка: 30%Vn.
67N	Для изолированной нейтрали. Сильноемкостная сеть. Максимальная токовая направленная защита от замыканий на землю.	Минимальная уставка в соответствии с выбранным датчиком тока.
Замыкание на корпус ротора	Устройство постоянной проверки изоляции.
38	Измерение температуры.	В соответствии с указаниями изготовителя.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ