Моторни защити
Начало > Електроапаратурa > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 8, 2010
Методи за защита на електродвигатели
Асинхронните двигатели за напрежение до 1000 V и мощност от 0,05 до 260 кW са широко използвани в различни приложения. Тяхната сигурна и надеждна работа зависи от коректния им избор според номиналната мощност, режимите на работа и експлоатационните условия. Това не изключва вероятността от възникване на повреди и извън нормални режими на работа. Затова всички двигатели се защитават срещу възникването на междуфазни к.с., срещу претоварване и понижаване на напрежението.
Предпазители със стопяема вложка
Масово прилагано решение за защита включва използването на предпазители със стопяема вложка. Съществуват всички основания да се твърди, че това е най-елементарната и евтина защита с най-дълга употреба през годините. Базово изискване при оразмеряването на вложките е да се гарантира способността им да издържат пусковия ток. Това изискване, обаче, води до понижаване чувствителността на защитата към претоварване. При това, в случай че вложката на един от предпазителите на двигателя се стопи, той ще продължи да работи с две фази и е напълно възможно да се повреди. Затова използването на предпазители със стопяема вложка се използва само за защита на неотговорни двигатели с малка мощност.
Областта на приложение на предпазителите със стопяема вложка се разширява при използването им в комбинация с магнитни пускатели, които разполагат с вградена токова защита срещу претоварване, изпълнена с термично реле с биметална пластинка (фиг. 1). Предпазителите Пр се поставят на трите фази, непосредствено след лостовия прекъсвач Р. Магнитният пускател се състои от главните контакти ГК, които се задвижват от бобина Б и термично реле Т, чиито контакти К са изключващи. Те са свързани последователно в оперативната верига, която се захранва с междуфазното напрежение на двигателя. Управлението му се осъществява посредством бутоните Вкл и Изкл, и спомагателните контакти СК.
Предпазителите се използват като сигурна и бързодействаща защита само срещу вътрешни к.с., а термичното реле на магнитния пускател – срещу претоварване. Включвателната бобина на магнитния пускател има функциите да защитава срещу понижаване или изчезване на захранващото напрежение. В тези случаи тя освобождава лоста, който под действието на пружината F изключва двигателя и посредством контакта СК прекъсва оперативната верига.
Защита с автоматични прекъсвачи
По-сериозно, но и доста по-скъпо решение за защита. Затова се прилага при големите и отговорни двигатели. Според конструкцията си автоматичните прекъсвачи представляват комбинация от трифазен прекъсвач и защитно устройство (срещу к.с., претоварване и др.).
Защита на електродвигатели над 1000 V
Електродвигателите с напрежение над 1000 V се защитават от междуфазни повреди. За да се ограничат пораженията от тези повреди, се налага защитата да действа без закъснение. Затова за двигатели с мощност до 5 MW се използва токова отсечка. Най-елементарният начин за реализацията й включва токови релета, вградени в прекъсвача, през който се захранва електродвигателя. Обикновено токовата отсечка се изгражда с токови релета, включени към измервателни токови трансформатори ТА, според схемите, показани на фиг. 2 и фиг. 3.
Токовата отсечка, показана на фиг. 2, е реализирана с едно токово реле КА. На фиг. 3 са показани комбинирани токови релета 1КАТ и 2КАТ, които са с по два измервателни органа. Единият е с мигновено действие и изключва прекъсвача Q чрез контактите 1КАТ: 1 или 2КАТ: 1. Той се настройва като отсечка. Другият измервателен орган е със зависимо от тока закъснение, което се определя според изчисленото tдоп. Токът на сработване на органите, действащи като отсечка, се определя според формулата:
Iзар = Кс.Кп.Ксх.Iдвном/Кта,
в която: Кс е коефициент на сигурност; Кп = 4-8 - коефициент на пускане; Ксх - коефициент на схемата;
Iдв ном - номинален ток на двигателя; Кта - коефициент на измервателните токови трансформатори.
Токовата отсечка от фиг. 2 се използва за двигатели с мощност до 2 MW, тъй като e с по-малка чувствителност. Релето KL има собствено закъснение 0,04 - 0,06 s, достатъчно, за да затихне апериодичната съставка на пусковия ток.
Двигатели с мощност от 2 до 5 MW се защитават от междуфазни к.с. с комбинирани защити (фиг. 3). Във всички случаи, при междуфазни к.с. токовата отсечка трябва да има коефициент на чувствителност, по-висок от 2. Когато не може да се осигури необходимата чувствителност на токовата отсечка или двигателят е с мощност над 5 MW, за защита от междуфазни к.с. се използва надлъжна диференциална защита, която може да се реализира само, ако неутралата N на двигателя е извън корпуса му. На фиг. 4 е показана схемата на такава защита.
Защита на електродвигателите от претоварване
Претоварването на двигателите по ток възниква при:
- продължително пускане или самопускане;
- увеличаване натоварването на задвижвания механизъм;
- прекъсване на една фаза;
- блокиране на ротора от механични повреди в двигателя или в задвижвания механизъм;
- понижаване на захранващото напрежение и възникване на несиметрия в него;
- понижаване на честотата на захранващото напрежение.
Видове претоварвания
Претоварванията са продължителни (устойчиви) и кратковременни. Претоварванията в процеса на пуск и самопуск са кратковременни и се самоликвидират при достигане до номинални обороти. Този процес може да се удължи при самопуск, ако Мдв < Мс и през статорните намотки за продължителен период от време протича пусков ток.
Значително се увеличава токът в статорните намотки на двигателя при прекъсване на една фаза - около (1,6 - 2,5) х Iдв ном. Тези претоварвания са устойчиви. Подобни са претоварванията и при механични повреди в двигателя или в задвижвания механизъм. Основната опасност за електродвигателя при устойчиви претоварвания се изразява в повишаване температурата в статорните намотки и нагряване на ротора.
Защитата срещу претоварване може да се изпълни с термично реле с биметална пластина или с токови релета със зависимо от тока забавяне (фиг. 5).
При избора на подобна защита трябва да се отчитат условията на работа и характера на задвижваните машини. Защита от претоварване не се поставя на електродвигатели, чиито задвижвани механизми не са подложени на претоварване. Такива са двигателите на циркулационни помпи, питателни помпи и др. Защити от претоварване задължително се монтират на ел.уредбите на мелници, дробилки, багерни помпи и др., тъй като винаги се пускат под товар.
Защита на електродвигатели от понижено напрежение
Монтира се на електродвигатели, които трябва да се изключат при понижаване на напрежението, за да се осигури самопускане на отговорните двигатели. Поставя се и на двигатели, за които не е възможно да се осигури самопуск по технологични причини или при нарушаване нормите за техническа безопасност. За защита на неотговорни двигатели от понижено напрежение се използват еднорелейни (фиг. 6а) или трирелейни (фиг. 6б) минимално напреженови защити, реализирани с релета за напрежение КV. Те се захранват от измервателен напреженов трансформатор ТV, присъединен към шинната система, от която се захранват защитаваните електродвигатели.
Защитите на фиг. 6а и фиг. 6б имат недостатъка да работят некоректно при неизправности (прекъсвания) на напреженовите оперативни вериги. За отстраняване на този недостатък, в защитите на отговорните двигатели, се поставят специални блокировки или минимално напреженовите релета се свързват в по-надеждни схеми, според фиг. 7а и фиг. 7б.
Защитата, показана на фиг. 7а, е изградена от две минимално напреженови релета 1 KV и 2 KV, захранвани от различни линейни напрежения. Контактите им 1 КV:1 и 2 КV:1 се свързват последователно в оперативните вериги. Защитата може да сработи некоректно, само ако се прекъсне фаза “b”.
Схемата на фиг. 7б е реализирана също с две релета 1 КV и 2 КV, захранвани от различни напреженови трансформатори 1ТV и 2ТV. Тъй като едновременното прекъсване на напреженовите вериги в двата трансформатора практически е изключено, тази схема се отличава с най-висока сигурност.
Ако е необходимо двигателите да се изключват в различни моменти, към оперативните вериги се включват релета за време. Например с първата закъснителна степен (0,5 - 0,7 s) се изключва група двигатели за осигуряване самопускането на другите двигатели, а с втората - (6 - 10 s) се изключват двигатели по технологични причини или с цел осигуряване на безопасност.
Напрежението на сработване на минимално напреженовите релета се определя с оглед осигуряване на самопускане. Големината на напрежението и времето се изчисляват по методика или се получават експериментално. Обикновено при напрежение на шините до Uш = 0,55.Uном самопускането на двигателите е успешно. Затова напрежението на сработване (връщане) на минимално напреженовите релета може да се определи по формулата: Uзар (КV) = (0,6 - 0,7).Uном / КТV.
Защита на електродвигатели от еднофазни повреди
Обикновено високоволтовите двигатели се свързват със захранващата шинна система по трифазен кабел. Това се използва за изграждане на чувствителна земна защита, която реагира при земни съединения в статорните намотки на двигателя, по клемите в съединителната кутия и в захранващия кабел. Защитата е реализирана с едно реле за ток, което се захранва от токов трансформатор и едно изходно реле без закъснение (фиг. 8). Токът на сработване на релето за ток се определя по формулата: Iзар = Кс.Кск.Iс /Ктао, където Iс е капацитивният ток на двигателя и на кабела; Кс = 1,2 - 1,3 е коефициентът на сигурност; Кск е коефициентът, отчитащ скока на капацитивния ток при външни земни съединения. Ако защитата работи без закъснение Кск = 3 - 4.
Ако електродвигателите се захранват от електрически мрежи 3 - 10 кV с изолирана неутрала, при еднофазни повреди през статорните им намотки протичат малки токове – до няколко ампера. Въпреки малките стойности, тези повреди трябва да се регистрират и локализират чрез изключване на повредения двигател. Приети са следните норми:
- Високоволтови двигатели с мощност до 2 MW се изключват при ток на земно съединение над 10 А;
- Високоволтови двигатели с мощност над 2 MW се изключват при ток на земно съединение над 5 А.
Комплексни защити на високоволтови двигатели
Редица фирми предлагат на българския пазар комплексни статични защити за високоволтови двигатели. На фиг. 9 е показана подобна схема на свързване към измервателните трансформатори ТА и ТV и към оперативните вериги. Тази защита има следните възможности:
- защита при недопустимо дълъг пусков процес;
- защита при блокиране на ротора на работещ двигател;
- максималнотокова защита;
- токова земна защита;
- защита при несиметричен режим;
- минималнонапреженова защита;
- защита при претоварване;
- защита при отпадане на охлаждането.
Статията продължава в следващ брой на сп. Инженеринг ревю.
Вижте още от Електроапаратурa
Новият брой 9/2024
