Релейная защита электродвигателя

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) на двигателях напряжением выше 1000В должны устанавливаться следующие устройства релейной защиты:

защита от междуфазных коротких замыканий;
защита от замыканий на землю;
защита от двойных замыканий на землю;
защита от перегрузки.

Для синхронных двигателей дополнительно требуется защита от асинхронного режима. Применяемые для этой цели виды релейной защиты зависят от мощности электродвигателей:

В качестве защиты от междуфазных КЗ при мощности двигателей до 5000 кВт применяется токовая отсечка, она может применяться и для двигателей большей мощности, не имеющих фазных выводов со стороны нейтрали двигателя. При двигателях большей мощности, а также, если токовая отсечка для двигателей меньшей мощности не удовлетворяет требованиям чувствительности, применяется дифференциальная защита при условии, что эти двигатели имеют выводы со стороны нейтрали.

В качестве защиты от замыканий на землю при токах замыкания более 5 А для двигателей более 2000 кВт и 10А для двигателей меньшей мощности применяется токовая защита нулевой последовательности, действующая на отключение. На линиях, питающих двигатели передвижных механизмов, защита от замыканий на землю, по соображениям электробезопасности, должна действовать на отключение независимо от величины тока замыкания на землю. На блоках трансформатор-двигатель защита от замыканий на землю действует на сигнал.

Для защиты от двойных замыканий на землю применяется токовая защита нулевой последовательности, действующая на отключение. Она применяется в тех случаях, когда зашита от замыканий на землю имеет выдержку времени. Ее применение обязательно, если защита от междуфазных КЗ выполняется в двухфазном варианте.

Защита от перегрузки требуется для двигателей, подверженных перегрузке по технологическим причинам, или с особо тяжелыми условиями пуска. Защиту от перегрузки можно выполнять с зависимой или независимой выдержкой времени. Она может действовать на разгрузку механизма по технологическим цепям или на сигнал — первая ступень и на отключение — вторая. Выдержка времени защиты от перегрузки при токе, равном пусковому току двигателя, выполняется большей времени его пуска. При таком выполнении защиты двигателя имеется значительный тепловой запас. Это дает возможность выполнить действие такой защиты от перегрузки на разгрузку механизма.

Согласно ПУЭ на двигателях мощностью менее 5000 кВт можно иметь токовую отсечку, токовую защиту от замыканий на землю, защиту от перегрузки. Существуют специальные защиты от перегрузки с зависимой от величины характеристикой, совпадающей с тепловой характеристикой.

Защита от асинхронного режима для синхронных двигателей может действовать по току перегрузки с независимой выдержкой времени. Для двигателей с ОКЗ более 1,0 может быть применена защита с зависимой характеристикой. Режим асинхронного хода сопровождается перегрузкой двигателя, и на него реагируют защиты от перегрузки. Простые токовые защиты могут срабатывать и возвращаться при колебаниях тока. Поэтому защиты от перегрузки в асинхронном режиме должны накапливать выдержку времени. Можно использовать две ступени защиты от перегрузки: ступень с меньшей выдержкой времени действует на ресинхронизацию, а с большей – на отключение.

Специальные защиты от потери возбуждения имеются в устройствах возбуждения крупных двигателей. Эти устройства целесообразно использовать для автоматической ресинхронизации. Для облегчения условий самозапуска, а также для предотвращения подачи несинхронного напряжения на возбужденные синхронные двигатели или заторможенные механизмы двигатели должны быть оборудованы защитой минимального напряжения. Эта защита может быть либо индивидуальной, либо групповой. В ряде случаев для ускорения подачи напряжения на шины или предотвращения подачи напряжения на двигатели автоматикой внешней сети синхронные двигатели могут быть дополнительно оборудованы зашитой по понижению частоты, так как они способны длительно поддерживать напряжение в сети.

Кроме перечисленных, обязательных функций защиты, специальные защиты для двигателей имеют дополнительные функции, использование которых улучшает условия эксплуатации двигателя. К ним относятся:

зашита от обрыва фазы;
ограничение количества пусков;
запрет пуска по времени прошедшего от предыдущего пуска;
зашита минимального тока или мощности;
заклинивание или затормаживание ротора.

Специальные устройства защиты двигателей могут работать не только с током и напряжением, но и с датчиками температуры.

У двигателей большой мощности существуют также технологические защиты, которые могут действовать на отключение двигателей; повышение температуры двигателя, его подшипников, прекращение смазки подшипников, циркуляция воздуха в системе охлаждения. Необходимость этих защит и предъявляемые к ним требования излагаются в заводской документации.

Токовая защита от многофазных замыканий в обмотке статора двигателя

Защиты от многофазных замыканий в обмотке статора должны срабатывать по возможности с минимальным временем. Для этой цели используется максимальная токовая защита с зависимой или независимой выдержкой времени. При этом для быстрого отключения при сверхтоках короткого замыкания используется токовая отсечка, отстраиваемая от максимального значения пускового тока в момент включения двигателя. Остальной диапазон возможных токов коротких замыканий перекрывается ступенями МТЗ с независимой (зависимой) выдержкой времени.

Функция динамического переключения параметров (уставок) защиты обеспечивает ее загрубление на определенное время (при включении электродвигателя после предшествующей паузы) и тем самым позволяет повысить чувствительность к коротким замыканиям. При этом генерируется сигнал наличия предшествующей паузы в подаче напряжения, и переключаются уставки МТЗ, чем обеспечивается блокировка защиты во время последующего пуска двигателя.

Читать еще: Экологические характеристики двигателей внутреннего сгорания

Дифференциальная защита электродвигателя

Дифференциальная защита применяется ка двигателях сравнительно большой мощности, а также в случаях, когда МТЗ к токовая отсечка не обеспечивают необходимую чувствительность к внутренним междуфазным коротким замыканиям, ввиду необходимости отстройки от пусковых токов.

Защита электродвигателя от замыканий на землю в обмотке статора

Защиты от замыканий на землю в обмотке статора зависят от вида заземления нейтрали сети. В сетях с большим током КЗ на землю (сеть с глухозаземленной нейтралью) применяется токовая защита, реагирующая на ток нулевой последовательности (3I). Так как ёмкость обмотки намного меньше ёмкости сети, можно использовать ненаправленные токовые защиты нулевой последовательности. В особых случаях, при соизмерительности ёмкости двигателя и электрической сети необходимо использование направленной токовой земляной защиты.

Защита электродвигателя по току обратной последовательности

Ток обратной последовательности (I₂) в обмотке статора возникает при несимметричном питании, при обрыве фазы обмотки статора, при несимметричном коротком замыкании. Как электрическая машина с вращающимся ротором, двигатель имеет значительно меньшее сопротивление для составляющих токов обратной последовательности. Поэтому составляющая тока обратной последовательности, возникающая в обмотке ротора и имеющая более высокую частоту ввиду обратного направления вращения относительно поля статора, приводит к увеличению тепловых потерь и разогреву двигателя. Принцип выполнения защиты основан на измерении симметричных составляющих рабочего тока.

Защита электродвигателя от снижения напряжения питания

Устойчивость работы двигателя зависит от значения и длительности снижения напряжения. Для этой цели используются защиты с контролем глубины снижения напряжения, которые могут иметь ступени по напряжению как с независимой выдержкой времени, так и с выдержкой времени, зависящей от глубины снижения напряжения. Данная защита должна автоматически выводиться из действия при отключении двигателя или при неисправности цепей напряжения.

Защита электродвигателя от тепловой перегрузки

Защита от тепловой перегрузки может быть выполнена на основе использования МТЗ с зависящей от тока выдержкой времени или на основе дифференциального уравнения нагрева двигателя.

Зашита электродвигателя от потери синхронизма

Традиционный способ выполнения защиты двигателя от потери синхронизма – фиксация периодических колебаний тока статора. Другим критерием может являться потребление синхронным двигателем в асинхронном режиме сравнительно большого тока с низким коэффициентом мощности (cosφ)

Релейная защита двигателей

Релейная защита двигателей напряжением выше 1 кВ

Виды релейной защиты двигателей:

1. От многофазных замыканий на линейных выводах и в обмотке статора. Для двигателей мощностью до 4 МВт применяется максимальная токовая отсечка. Токовая отсечка электродвигателей мощностью до 2 МВт выполняется по наиболее простой однорелейной схеме. Для двигателей мощностью выше 4 МВт и в случаях, когда токовая отсечка не проходит по чувствительности, применяют продольную дифференциальную защиту без выдержки времени.

2. От перегрузки. Защита устанавливается в случаях, когда возможны технологические перегрузки электродвигателей или тяжелые условия пуска и самозапуска (время пуска более 20 с). Устанавливают максимальную токовую защиту с действием на сигнал. Действие защиты на отключение предусматривается в случаях, когда без остановки двигателя выявить причину перегрузки невозможно.

3. От однофазных замыканий на землю на линейных выводах и в обмотке статора. Защита применяется, если ток срабатывания защиты превышает 10 А для электродвигателей мощностью до 2 МВт и 5 А для электродвигателей мощностью выше 2 МВт. Устанавливается токовая защита нулевой последовательности или токовая направленная защита нулевой последовательности. На электродвигателях большой мощности, питаемых через два и больше кабелей, защиту от замыканий на землю выполняют с одним общим трансформатором тока нулевой последовательности. Для защиты от двойных замыканий на землю используют токовую отсечку нулевой последовательности.

4. От потери питания и понижения напряжения. Используют защиту минимального напряжения, отключающую неответственные электродвигатели для обеспечения самозапуска наиболее ответственных. В некоторых случаях, например для пуска схем АВР, может быть отключена и часть ответственных электродвигателей. Число ступеней уставок срабатывания по напряжению и по времени зависит от типа электродвигателей, условий их работы и отношения к самозапуску.

5. От асинхронного режима (для синхронных электродвигателей). Устанавливается защита на токовом реле, действующем на отключение выключателя и АГП с выдержкой времени.

Релейная защита двигателей напряжением до 1 кВ

Релейная защита двигателей напряжением до 1 кВ (рис. 8.19) выполняется в основном в соответствии с требованиями к релейной защите высоковольтных электродвигателей, но на элементной базе коммутационных аппаратов до 1 кВ.

Рис. 8.19. Схема защиты электродвигателя напряжением до 1 кВ

Предусматривается защита от следующих режимов:

· от многофазных коротких замыканий устанавливаются плавкие предохранители или максимальные токовые реле, используются также аппараты, совмещающие устройства защиты и уп-равления – магнитные пускатели и автоматические выключатели;

· от перегрузки применяются тепловые реле;

· от однофазных замыканий на землю используются реле тока, подключенные к трансформатору тока нулевой последовательности;

· от потери питания и понижения напряжения устанавливается магнитный пускатель или контактор, автоматически отключающийся при снижении напряжения до (0,6…0,7) U_ном.

Читать еще: Mercedes cla тюнинг двигателя

Максимальная токовая защита

Максима́льная то́ковая защи́та (МТЗ) — вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.

Содержание

1 Принцип действия
2 Разновидности максимально-токовых защит
- 2.1 МТЗ с независимой от тока выдержкой времени
- 2.2 МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени
- 2.3 МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени
- 2.4 МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения
3 Задание уставок
4 Реализация
5 Литература

Принцип действия [ править | править код ]

Принцип действия МТЗ аналогичен принципу действия токовой отсечки. В случае повышения силы тока в защищаемой сети защита начинает свою работу. Однако, если токовая отсечка действует мгновенно, то максимальная токовая защита даёт сигнал на отключение только по истечении определённого промежутка времени, называемого выдержкой времени. Выдержка времени зависит от того, где располагается защищаемый участок. Наименьшая выдержка времени устанавливается на наиболее удалённом от источника участке. МТЗ соседнего (более близкого к источнику энергии) участка действует с большей выдержкой времени, отличающейся на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности определяется временем действия защиты. В случае короткого замыкания на участке срабатывает его защита. Если по каким-то причинам защита не сработала, то через определённое время (равное ступени селективности) после начала короткого замыкания сработает МТЗ более близкого к источнику участка и отключит как повреждённый,так и свой участок. По этой причине важно, чтобы ступень селективности была больше времени срабатывания защиты, иначе защита смежного участка отключит как повреждённый, так и рабочий участок до того, как собственная защита повреждённого участка успеет сработать. Однако важно так же сделать ступень селективности достаточно небольшой, чтобы защита успела сработать до того, как ток короткого замыкания нанесёт серьёзный ущерб электрической сети.

Уставку (или величину тока, при которой срабатывает защита) выбирают, исходя из наименьшего значения тока короткого замыкания в защищаемой сети (при разных повреждениях токи короткого замыкания отличаются). Однако при выборе уставки следует так же учитывать характер работы защищаемой сети. Например, при самозапуске электродвигателей после перерыва питания, значение силы тока в сети может быть выше номинального, и защита не должна его отключать.

Разновидности максимально-токовых защит [ править | править код ]

Максимально-токовые защиты по виду время-токовой характеристики подразделяются:

МТЗ с независимой от тока выдержкой временем
МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени
МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени

Применяются также комбинированный вид защиты МТЗ — максимально-токовая защита с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения.

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени [ править | править код ]

МТЗ с независимой от тока выдержкой времени имеет во всём рабочем диапазоне величину выдержки времени, независимую от тока (время-токовая характеристика в виде прямой, отстоящей от оси абсцисс на величину времени выдержки t_сраб; при токе, равном и меньшем тока срабатывания время-токовая характеристика скачкообразно становится равной нулю).

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени [ править | править код ]

МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени имеет нелинейную обратную зависимость выдержки времени от тока (обычно время-токовая характеристика близка к гиперболе, как к кривой постоянной мощности). Применение МТЗ с зависимой от тока выдержкой времени позволяет учитывать перегрузочную способность оборудования и осуществлять т. н. «защиту от перегрузки».

МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени [ править | править код ]

Характеристика МТЗ с ограниченно-зависимой от тока выдержкой времени состоит из двух частей, в первой части зависимость времени от тока гиперболическая, вторая часть — независимая (или почти независимая) время-токовая характеристика — состоит из плавно сопряжённых гиперболы и прямой. Переход из независимой в зависимую часть характеристики может происходить при малых кратностях от тока срабатывания (150 %) — т. н. «крутая» характеристика, и при больших кратностях (300–400 %) — т. н. «пологая» характеристика (обычно МТЗ с «пологой» характеристикой применяются для защиты двигателей большой мощности для лучшей отстройки от пусковых токов).

МТЗ с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения [ править | править код ]

Для улучшения чувствительности МТЗ и отстройки её от токов нагрузки применяется ещё одна разновидность МТЗ — максимальная токовая защита с пуском (блокировкой) от реле минимального напряжения (комбинация МТЗ и защиты минимального напряжения). Такая защита будет действовать только при повышении тока, большем или равном току уставки, сопровождающееся уменьшением напряжения в сети ниже напряжения уставки. При пуске двигателей ток в сети резко возрастает, что может привести к ложному срабатыванию защит. Для этого устанавливается реле минимального напряжения, которое не дает защитам отработать, т. к. напряжение в сети остается прежним, то и защиты соответственно не реагируют на резкое увеличение тока.

Задание уставок [ править | править код ]

При задании уставок МТЗ задаются параметры тока срабатывания, выдержки времени и напряжения срабатывания (для МТЗ с блокировкой по напряжению). Для МТЗ с независимой выдержкой времени срабатывания от тока эти параметры очевидны. Для защит с зависимой и ограниченно-зависимой время-токовой характеристикой эти параметры требуют дополнительных пояснений. Для таких типов МТЗ вводится понятие тока срабатывания, как тока при котором реле находится на границе срабатывания, а время задаётся для независимой части характеристики (для ограниченно-зависимой время-токовой характеристики); иногда время задаётся при токе, равном шестикратному току номинального (например в автоматических выключателях с полупроводниковым расцепителем серий А-37, «Электрон»).

Читать еще: Давление масла двигатель chpa

Реализация [ править | править код ]

Традиционно МТЗ реализуются на базе электромеханических токовых реле и реле времени; иногда функция пускового органа и органа выдержки времени может быть совмещена (например в индукционных токовых реле серии РТ-80). В 1970-х годах появились реализации МТЗ на базе полупроводниковых элементов (например в некоторых моделях отечественных автоматических выключателей серий А37, ВА, «Электрон»). В настоящее время имеется тенденция реализации МТЗ на базе микропроцессоров, которые обычно помимо МТЗ выполняют также несколько функций релейной защиты и автоматики: АЧР, АПВ, АВР, дифзащиты и др.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Релейная защита — электродвигатель

Релейная защита электродвигателей , так же как и защита трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. К внутренним повреждениям электродвигателей относятся междуфазные к. К ненормальным режимам электродвигателей относятся сверхтоки, вызываемые перегрузкой механизма, снижение напряжения и обрыв одной фазы. [2]

Релейная защита электродвигателей , так же как и защиты генераторов и трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. [3]

Релейную защиту электродвигателей напряжением выше 1000 В следует выполнять в соответствии с рекомендациями гл. [4]

Релейную защиту электродвигателей напряжением выше 1 кВ следует выполнять в соответствии с рекомендациями ПУЭ. [5]

На действующих установках самозапуск обеспечивается реконструкцией релейной защиты электродвигателей ответственных механизмов . [6]

В станции управления СБ64 — 500 предусмотрены защитные блокирования и релейные защиты электродвигателя от возможных нарушений его режима. [8]

Через БУ на фазоимпульсную схему воздействуют схемы пуска и остановки, а также релейная защита электродвигателя . При срабатывании релейной защиты БУ через БФ обеспечивает такое открытие тиристоров, при котором энергия, запасенная в обмотке возбуждения электродвигателя, инвертируется в цепь переменного тока, осуществляя этим быстрое гашение поля. [10]

Самозапуск электродвигателей заключается в том, что электродвигатели, снизившие свою скорость за время короткого замыкания или переключения на резервный источник питания, не отключаются защитой, а при восстановлении напряжения достигают нормальной скорости. Самозапуск электродвигателей обеспечивается путем правильно настроенной релейной защиты электродвигателей , генераторов, трансформаторов, линий. Быстрая ликвидация коротких замыканий, сопровождающихся значительным снижением напряжения, обеспечивается релейной защитой. Она же отключает часть неответственных электродвигателей для того, чтобы — остаточное напряжение было достаточным для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей. [11]

КРУ-10 кв, в которых установлено необходимое релейное оборудование для данного электродвигателя. В шкафах КРУ этой серии установлены реле тока типа РТ-82 или РТ-84 для осуществления защиты электродвигателя от междуфазных коротких замыканий и от перегрузки. В настоящее время, помимо КРУ серии К — Ш — У, на электростанциях применяется также КРУ серии К-ХП. Эта серия КРУ отличается от КРУ серии К — Ш — У конструкцией шкафов, применением релейной схемы управления выключателем, применением для релейной защиты электродвигателей только реле тока типа РТ-40 как для токовой отсечки, так и для защиты от перегрузки в сочетании с реле времени. Защита электродвигателей, устанавливаемая в КРУ, выполняется на оперативном постоянном токе 220 в, подаваемом от аккумуляторных батарей, установленных на электростанции. В цепях постоянного тока управления и защиты установлены автоматы типа АП-50-ЗМ с электромагнитными расцепителями вместо плавких предохранителей, что повышает надежность защиты. При неисправностях в цепях постоянного тока защиты автомат срабатывает и своими блок-контактами замыкает цепь сигнализации. [12]

Защита от перегрузки выполняется с действием на отключение на двигателях, которые могут быть подвержены перегрузке при пуске или самозапуске, так как такая перегрузка не может быть ликвидирована вмешательством обслуживающего персонала, и поэтому требуется отключение двигателя от сети. На двигателях, перегружаемых по технологическим причинам, при возможности автоматической разгрузки ( например, на электродвигателе шахтной мельницы) защита от лерегрузки выполняется с двумя выдержками времени: с первой ( меньшей) — на разгрузку механизма, со второй ( большей) — на отключение электродвигателя, если лерегрузка на нем не исчезла. В нижеприведенных схемах релейной защиты электродвигателей предусматривается возможность действия защиты от перегрузки на сигнал, когда операции по разгрузке могут быть выполнены персоналом. Однако на электростанциях практикуется отключение всех перегружаемых электродвигателей при действии защиты от перегрузки, поскольку при этом обеспечиваются лучшие условия для предотвращения повреждения электродвигателя. Следует отметить, что допускается повторное включение электродвигателя, отключившегося от защиты от лерегрузки, без осмотра его. [13]