Захист електродвигунів від перевантаження

Перевантаження електродвигунів виникає

· При тривалому пуску і самозапуску,

· При перевантаженні приводяться механізмів,

· При зниженні напруги на висновках двигуна.

· При обриві фази.

Для електродвигуна небезпечні тільки стійкі перевантаження. Надструми, обумовлені пуском або самозапуску електродвигуна, короткочасні і самоліквідуються при досягненні нормальної частоти обертання.

Значне збільшення струму електродвигуна виходить також при обриві фази, що зустрічається, наприклад, у електродвигунів, що захищаються запобіжниками, при перегорання одного з них. При номінальному завантаженні в залежності від параметрів електродвигуна збільшення струму статора при обриві фази становитиме приблизно (1,6 ... 2,5) Iном. Ця перевантаження носить стійкий характер. Також стійкий характер носять надструми, обумовлені механічними пошкодженнями електродвигуна або обертається їм механізму і перевантаженням самого механізму. Основною небезпекою надструмів є супроводжує їх підвищення температури окремих частин, і в першу чергу, обмоток. Підвищення температури прискорює знос ізоляції обмоток і знижує термін служби двигуна. Перевантажувальна здатність електродвигуна визначається характеристикою залежності між надструми і допускаються часом його проходження:

де t - допустима тривалість перевантаження, с;

А - коефіцієнт, що залежить від типу ізоляції електродвигуна, а також періодичності і характеру надструмів; для звичайних двигунів А = 150-250;

К - кратність сверхтока, т. Е. Ставлення струму електродвигуна Iд до Iном.

Вид перевантажувальної характеристики при постійній часу нагріву T = 300 з представлений на рис. 20.2.

При вирішенні питання про встановлення РЗ від перевантаження і характер її дії керуються умовами роботи електродвигуна, маючи на увазі можливість стійкої перевантаження його привідного механізму:

а. На електродвигунах механізмів, не схильних до технологічним перевантажень (наприклад, електродвигунах циркуляційних, живильних пристроїв і т. П.) І не мають важких умов пуску або самозапуску, РЗ від перевантаження може не встановлюватися. Однак, її установка доцільна на двигунах об'єктів, які не мають постійного обслуговуючого персоналу, з огляду на небезпеку перевантаження двигуна при зниженій напрузі живлення або неповнофазному режимі;

Мал. 20.2. Характеристика залежності допустимої тривалості перевантаження від кратності струму перевантаження

б. На електродвигунах, схильних до технологічним перевантажень (наприклад, електродвигунах млинів, дробарок, насосів і т.п.), а також на електродвигунах, самозапуск яких не забезпечується, повинна встановлюватися РЗ від перевантаження;

в. Захист від перевантаження виконується з дією на відключення в разі, якщо не забезпечується самозапуск електродвигунів або з механізму не може бути знята технологічна перевантаження без зупину електродвигуна;

м Захист від перевантаження електродвигуна виконується з дією на розвантаження механізму або сигнал, якщо технологічна перевантаження може бути усунена з механізму автоматично або вручну персоналом без зупинки механізму, і електродвигуни знаходяться під наглядом персоналу;

д. На електродвигунах механізмів, які можуть мати як перевантаження, усуває при роботі механізму, так і перевантаження, усунення якої неможливе без зупину механізму, доцільно передбачати дію РЗ від надструмів з меншою витримкою часу на відключення електродвигуна; в тих випадках, коли відповідальні електродвигуни власних потреб електростанцій знаходяться під постійним наглядом чергового персоналу, захист їх від перевантаження можна виконати з дією на сигнал.

Захист електродвигунів, схильних до технологіческойперегрузке, бажано мати такий, щоб вона, з одного боку, захищала від неприпустимих перевантажень, а з іншого - давала можливість найбільш повно використовувати перевантажувальну характеристику електродвигуна з урахуванням попередньої навантаження і температури навколишнього середовища. Найкращою характеристикою РЗ від надструмів була б така, яка проходила трохи нижче перевантажувальної характеристики (пунктирна крива на рис. 20.2).

20.4. Захист від перевантаження з тепловим реле. Краще за інших можуть забезпечити характеристику, близьку до перевантажувальної характеристиці електродвигуна, теплові реле, які реагують на кількість тепла Q. виділеного в опорі його нагрівального елементу. Теплові реле виконуються на принципі використання відмінності в коефіцієнті лінійного розширення різних металів під впливом нагрівання. Основою такого теплового реле є біметалічна пластина складається з спаяних по всій поверхні металів а й б з сильно розрізняються коефіцієнтами лінійного розширення. При нагріванні пластина прогинається в сторону металу з меншим коефіцієнтом розширення і замикає контакти реле.

Нагрівання пластини здійснюється нагрівальним елементом при проходженні по ньому струму.

Теплові реле складні в обслуговуванні і наладці, мають різні характеристики окремих екземплярів реле, часто не відповідають тепловим характеристикам електродвигунів і мають залежність від температури навколишнього середовища, що призводить до порушення відповідності теплових характеристик реле і електродвигуна. Тому теплові реле застосовуються в рідкісних випадках, зазвичай в магнітних пускателях автоматах 0,4 кВ.

20.5. Захист від перевантаження з струмовими реле. Для захисту електродвигунів від перевантаження зазвичай застосовуються МТЗ з використанням реле з обмежено залежними характеристиками типу РТ-80 або МТЗ з незалежними струмовими реле і реле часу.

Перевагами МТЗ в порівнянні з тепловими є простіша їх експлуатація і більш легкий підбір і регулювання характеристик РЗ. Однак, МТЗ не дозволяють використовувати перевантажувальні можливості електродвигунів через недостатнє часу дії їх при малих кратностях струму.

МТЗ з незалежної витримкою часу в однорелейном виконанні зазвичай застосовується на всіх асинхронних електродвигунах власних потреб електростанцій, а на промислових підприємствах - для всіх синхронних (коли вона поєднана з РЗ від асинхронного режиму) і асинхронних електродвигунів, що є приводами відповідальних механізмів, а також для невідповідальних асинхронних електродвигунів з часом пуску більше 12 ... 13 с.

Релейний захист від перевантаження з залежною витримкою часу краще узгоджуються з теплової характеристикою двигуна, однак, і вони недостатньо використовують перевантажувальну здатність двигунів в області малих струмів.

Захист від перевантаження з залежною характеристикою витримки часу може бути виконана на реле типу РТ-80 або цифровому реле.

Струм спрацьовування захисту від перевантаження встановлюється з умови відбудови від Iном електродвигуна:

де Котс - коефіцієнт відбудови, приймається рівним 1,05.

Час дії МТЗ від перевантаження t3П має бути таким, щоб воно було більше часу пуску електродвигуна tпуск. а у електродвигунів, що беруть участь у самозапуску, більше часу самозапуску.

Час пуску асинхронних електродвигунів зазвичай становить 8 ... 15 с. Тому характеристика реле з залежною характеристикою повинна мати при пусковому струмі час, не менше 12 ... 15 с. На РЗ від перевантаження з незалежної характеристикою витримка часу приймається 14 ... 20 с.

20.6. Захист від перевантаження з теплової характеристикою витримки часу на цифровому реле. У цифрове реле захисту двигуна, наприклад, типу MiCOM Р220 закладена теплова модель двигуна зі складових прямий і зворотній послідовності струму, споживаного двигуном таким чином, щоб врахувати тепловий вплив струму в статорі і роторі. Складова зворотній послідовності струмів, що протікають в статорі, наводить в роторі струми значної амплітуди, які створюють істотне підвищення температури в обмотці ротора. Результатом складання, проведеного MiCOM Р220 є еквівалентний тепловий струм Iекв. відображає підвищення температури, викликане струмом двигуна. Струм Iекв обчислюється відповідно до залежності:

Ке - коефіцієнт посилення впливу струму зворотної послідовності враховує підвищений вплив струму зворотної послідовності в порівнянні з прямою послідовності на нагрів двигуна. При відсутності необхідних даних приймається рівним 4 - для вітчизняних двигунів і 6 - для зарубіжних.

Додаткові функції реле MiCOM P220, пов'язані з тепловою перевантаженням двігателяследующіе.

· Заборона відключення від теплового перевантаження при пуску двигуна.

· Сигналізації теплового навантаження.

Заклинювання ротора двигуна може статися під час пуску двигуна або в процесі його роботи.

Функція заклинювання ротора при працюючому двигуні вводиться автоматично при його успішному розвороті після закінчення заданої витримки часу.

Несиметрія. Захист двигуна від перевантаження струмами зворотної послідовності захищає двигун від подачі напруги зі зворотним чергуванням фаз, від обриву фази, від роботи при тривалій несиметрії напруг.

При подачі на двигун напруги зі зворотним чергуванням фаз двигун починає обертатися у зворотний бік, що приводиться в дію механізм може бути заклинений або обертатися з моментом опору, який вирізняється від моменту прямого обертання. Таким чином, величина струму зворотної послідовності двигуна може коливатися в широких межах. При обриві фази двигун зменшує крутний момент в 2 рази і для компенсації у нього в 1,5. 2 рази збільшується струм.

При несиметрії живлячої напруги струм зворотної послідовності може мати різну величину до найменших значень. Поява струму зворотної послідовності найбільше впливає на нагрів ротора двигуна, де він наводить струми подвійний частоти. Таким чином, доцільно мати захист по I2. яка відключала б двигун для запобігання його перегріву.

Захист має 2 ступені:

Ступінь Iобр> з незалежної витримкою часу. Струм спрацьовування приймається рівним (0,2 ... 0,25) Iном двигуна. Витримка часу повинна забезпечити відключення несиметричних коротких замикань в прилеглій мережі, для чого вона повинна бути на щабель більше, ніж захист живильного трансформатора:

Ступінь Iобр >> сзавісімой характеристикою витримки временіможет бути використана для підвищення чутливості захисту, якщо відомі реальні теплові характеристики двигуна по струму зворотної послідовності.

Втрата навантаження. Функція дозволяє виявити розчеплення двигуна з наведеними ним у рух механізмом внаслідок обриву муфти, стрічки транспортера, випуск води з насоса і т.д. щодо зменшення робочого струму двигуна.

Уставка мінімального струму:

де IХХ - струм холостого ходу двигуна з механізмом визначається при випробуваннях.

Витримка часу мінімального струму двигуна tI<определяется исходя из технологических особенностей механизма – возможных кратковременных сбросов нагрузки, при отсутствии таких соображений принимается равным:

Витримка часу заборони автоматики мінімального струму двигуна tзапр. затримує введення автоматики при пуску двигуна, якщо навантаження підключається до двигуна після його розвороту або визначається виходячи з технології подачі навантаження на двигун, якщо навантаження підключена до двигуна постійно. Уставка повинна бути дорівнює часу розвороту двигуна плюс необхідний запас:

Кількість пусків двигуна. При відсутності конкретних даних по двигуну можна керуватися такими загальними міркуваннями:

- Згідно ПТЕ, вітчизняні двигуни зобов'язані забезпечувати 2 пуски з холодного стану і 1 з гарячого стану.

- Постійна часу охолодження двигуна дорівнює 40хв.

- Можна виконати наступні уставки в автоматиці підрахунку пусків:

Уставка за часом, протягом якого вважаються пуски: Тотсчета = 30 хв.

Кількість гарячих пусків -1. Кількість холодних пусків - 2.

Уставка за часом, протягом якого повторний пуск заборонений Тзапрет = 5 хв. Мінімальний час між пусками не використовувати.

Час дозволу самозапуска. Самозапуск двигунів на електростанціях повинен забезпечуватися, при часу перерви живлення 2,5с. За цими даними проводиться розрахункова перевірка забезпечення самозапуску при перерві харчування двигунів на електростанціях.

Таким чином, для електростанцій можна прийняти Тсамозап = 2,5 с.

Для інших умов слід визначити час, на яке можлива перерва харчування, наприклад час дії АВР, зробити розрахункову перевірку самозапуска, і якщо він забезпечується при такому перерві харчування, встановити зазначений час на пристрої. Якщо самозапуск не забезпечується при будь-якому перерві харчування, або він забороняється, функція «дозвіл самозапуска» не вводиться.

1. Які захисту повинні мати асинхронні двигуни відповідно до ПУЕ?

2. Які захисту повинні мати синхронні двигуни відповідно до ПУЕ?

3. Як здійснюється захист і вибираються уставки захисту від міжфазних КЗ двигунів?

4. Як здійснюється захист і вибираються уставки захисту від перевантаження двигунів?

5. Як здійснюється захист і вибираються уставки захисту мінімальної напруги двигунів?

6. Які особливості захисту синхронних двигунів?

7. Основні характеристики цифрових реле зарубіжних фірм для захисту двигунів.