Виды электрической защиты электродвигателя; схемы и варианты защиты асинхронных и синхронных электродвигателей (90 фото и видео)

Виды электрической защиты электродвигателя — схемы и варианты защиты асинхронных и синхронных электродвигателей (90 фото и видео)

Электродвигатель — это достаточно сложная система, которая требует к себе постоянного внимания. Очень важна для такого вида двигателя внешняя и внутренняя защита. Многие интересуются, для чего именно нужна многоступенчатая электрическая защита в таком устройстве, как электродвигатель.

Все очень просто, часто случаются перепады в сети и сильные скачки напряжения и не все приборы могут справиться с этим спокойно.

Особенно это важно для профессионального оборудования, к примеру такого как пиканиска, Это электрический ножничный подъемник, который позволяет поднимать различные грузы и людей на высоты до 16 метров (в зависимости от модели оборудования). Для подъема платформы используется система ножниц которые раскладываются при помощи гидроцилиндра.

Выглядят пиканиски стандартно независимо от их производителя — основание, на котором находится пакет с ножницами, на которых, в свою очередь, кладется рабочая платформа. В нижней части сосредоточены основные узлы и агрегаты для работы оборудования, гидроцилиндр(цилиндров может быть 1 или 2 в зависимости от модели ножничного подъемника) расположен внутри ножниц.

Управление движением, поворотом колес и подъемом опусканием осуществляется с пульта управления расположенном на платформе (с нижнего пульта возможен только подъем/спуск).

Основное предназначение пиканисок это монтаж различного оборудования на необходимой высоте, к примеру, вам нужно смонтировать лотки под электропроводку и кабели на большой высоте с низко расположенной балкой, в случае использования строительных лесов вам нужно будет постоянно снимать и ставить их верхнюю часть, что крайне неудобно.

Взяв в аренду электрический ножничный подъемник пиканиску на сайте http://spectehoborudovanie.ru в компании “СпецТехОборудование” в Воронеже вы получите ещё и отличный сервис в виде профессиональных ремонтных бригад.

Также на таком оборудовании можно делать работы, которые сложно сделать на чём-то другом, к примеру, подъем электрического кабеля, который на высоте нужно уложить в кабель-канал, для этого используется сразу 2 подъемника.

Вот и электродвигатель очень остро реагирует на такие условия. Можно просто получить выход из строя устройства. Это понесет определенные финансовые затраты на починку прибора и временные затраты из-за простоя в этот период.

В данной статье мы рассмотрим причины выхода оборудования из строя и виды защиты для него.

Краткое содержимое статьи:

Почему может случиться поломка

В процессе постоянной работы электродвигателя может случаться масса непредвиденных обстоятельств, которые выведут его из строя. И для того, чтобы быть готовым ко всем этим трудностям, необходимо их знать и уметь предотвратить.

Вот, что может вывести из строя электродвигатель:

• Слабое напряжение в электрической сети.
• Слишком высокое напряжение, на которое не рассчитан двигатель.
• Плохое электроснабжение и низкое качество сигнала.
• Постоянные скачки в системе.
• Неправильная установка или ненормированные правила эксплуатации электродвигателя.
• Повышенная температура в работающем двигателе и частые перегревы.
• Плохая охлаждаемость оборудования.
• Повышенная температура в пространстве вокруг двигателя.
• Низкое атмосферное давление в связи с работой двигателя в горной местности.
• Проблемы с рабочей жидкостью двигателя.
• Частое включение и выключение двигателя.
• Повышенная инерционная нагрузка на двигатель. Для каждой модели этот показатель разнообразен.
• Перегревание в связи с блокировкой ротора или обрывом фазы.

Именно для того, чтобы вовремя предотвратить такие явления, а точнее их пагубное влияние на работу двигателя, необходимо устанавливать несколько устройств защиты электродвигателей

Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности — Релейная защита и автоматизация токоприемников блочных установок

Содержание материала

• Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности
• Блочные сепарационные установки с насосной откачкой
• Блочные установки по подготовке нефти
• Блочные насосные станции по закачке воды в пласт
• Блочные насосные станции магистральных нефтепроводов
• Выбор схемы электроснабжения блочных технологических установок
• Построение схем электроснабжения блочных технологических установок в нефтяной промышленности
• Выбор напряжения распределительной сети нефтепромысла
• Элементы конструкций канализации электроэнергии
• Требования к схемам электроснабжения Западной Сибири
• Блочные подстанции 110-35/6(10) кВ
• Блочные распределительные устройства 6-10 кВ и ТП 6(10)/0,4 кВ
• Электрооборудование РУ 6 (10) кВ и КТП 6 (10)/0,4 кВ
• Выбор источников оперативного тока
• Выбор силовых трансформаторов 6(10)/0,4 кВ
• Токи короткого замыкания
• Компенсация реактивной мощности в электрической сети нефтепромысла
• Релейная защита и автоматизация токоприемников блочных установок

В соответствии с ПУЭ для защиты асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В должны быть предусмотрены следующие виды защит.
Асинхронные и синхронные двигатели:
а) от многофазных замыканий в обмотке статора;
б) от замыканий на землю в обмотке статора;
в) от токов перегрузки;
г) от понижения напряжения.
Синхронные двигатели:
а) от асинхронного режима;
б) защита от потери питания.
Трансформаторы:
а) от многофазных замыканий в обмотках;
б) от токов перегрузки;
в) газовая защита.
В настоящей работе рассмотрена только защита от потери питания синхронных двигателей, так как защиты по пунктам а—г асинхронных двигателей, по пункту а синхронного двигателя и пунктам а—в трансформаторов достаточно полно описаны в соответствующей литературе.
Внедрение мощных синхронных электродвигателей серий СТД, СДН для привода насосов на БКНС и НСП в системе заводнения нефтепромыслов и магистральных нефтепроводов предъявляет ряд требований к блокировке схемы АВР секционного выключателя РУ 6(10) кВ, а также вызывает необходимость установки специальных защит на вводе в РУ 6(10) кВ.
При наличии синхронных двигателей даже тупиковая подстанция 35—110/6(10) кВ с точки зрения релейной защиты и автоматики сети 35—110 кВ является частью сети с двухсторонним питанием из-за наличия подпитки места к.з. токами синхронных двигателей. При к.з. на линиях 35—110 кВ после отключения со стороны основного питания дуга в месте повреждения может поддерживаться током подпитки от синхронных электродвигателей. В этом случае автоматическое повторное включение (АПВ) со стороны питания почти всегда будет безрезультатным. Кроме того, в этом случае имеется опасность повреждения обмоток трансформатора подстанции дуговыми перенапряжениями. По имеющимся данным для поддержания дуги достаточен ток порядка 10—20 А. Исходя из этого тока, мощность синхронного электродвигателя, при котором необходимо снимать подпитку места к.з., составит:
в сети 35 кВ

в сети 110 кВ

Кроме того, наличие подпитки от синхронных электродвигателей замедляет пуск устройства автоматического включения резерва (АВР), поскольку напряжение и частота на шинах 6—10 кВ подстанции при потере основного питания со стороны высоковольтной линии могут снижаться медленно. Особенно медленно может действовать система АВР с пусковым органом напряжения из-за наличия устройства форсировки возбуждения синхронных машин. Действие АПВ и АВР при отсутствии специальных устройств защиты от потери питания может привести к несинхронному включению с большими значениями тока, динамически опасными для синхронных двигателей. Для подстанций, оборудованных отделителями и короткозамыкателями, токи подпитки синхронных двигателей места к.з. могут привести к отказу отключения отделителем поврежденной подстанции. Предотвращение подпитки места к.з. синхронными двигателями может быть обеспечено быстродействующей защитой от потери питания, реагирующей на снижение частоты и изменение направления активной мощности.
Вращающий момент реле мощности при этом определяется как

где (/р, /р — линейное напряжение и ток отстающей фазы.
Тогда реле мощности будет иметь положительный момент при направлении активной мощности к шинам, нулевой — при отсутствии тока и отрицательный — при направлении активной мощности от шин. В связи с тем, что защита от потери питания будет работать только при изменении направления мощности и частоты, установка реле частоты может быть принята 49—48,5 Гц.
Время работы защиты от потери питания равно сумме времени снижения частоты до уставки срабатывания и выдержки реле времени. Время снижения частоты может быть определено из выражения

mD2 — маховые массы агрегатов; пн — частота вращения; Рн — номинальная мощность агрегата.

где /ср р — частота срабатывания реле частоты; /н — номинальная частота; Ту пр — приведенная механическая постоянная времени всех синхронных двигателей, участвующих в выбеге;

Рис. 65. Схема защиты от потери питания
Исследования, проведенные М.И. Слодаржем показали, что для обеспечения надежной работы защиты от потери питания, необходимо чтобы напряжение на реле частоты при трехфазном к.з. на выводах вьющего напряжения было более 0,4 UH. Принципиальная схема защиты от потери питания приведена на рис. 65. Принцип действия ее состоит в следующем.
При потере питания изменяется направление тока нагрузки синхронных двигателей — ток протекает от двигателей к источнику питания. При этом реле направления мощности 1РМ и 2РМ размыкает свои контакты 2—4 и катушка реле 1РП подготавливает к включению катушку реле PR.

В следствии изменения частоты вращения синхронных двигателей на шинах РУ 6—10 кВ начнет изменяться частота напряжения. Реле частоты 1РЧ срабатывает и контактами 2—4 включает катушку реле РВ через контакты
4 реле 2РП. Контакты 1—2 реле РВ посылают импульс на отключение масляного выключателя ввода. Описанная схема работает и при к.з. в сети высокого напряжения, и при потере питания с высокой стороны, когда ток от синхронных двигателей не протекает, так как реле направления мощности РМ удерживает контакты в замкнутом состоянии только при направлении тока от сети к двигателям.
С целью облегчения последующего самозапуска двигателей после АВР секционного выключателя, а также снижения токов подпитки и быстрого сброса напряжения от синхронных двигателей целесообразно одновременно с действием защиты от потери питания производить гашение поля возбуждения.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Основной задачей автоматизации асинхронных и синхронных электродвигателей в системе электроснабжения объектов нефтяной промышленности является обеспечение бесперебойной работы и предотвращения массового отключения ответственных потребителей.
Обеспечение бесперебойной работы особенно важно там, где остановка производственных механизмов может повлечь за собой повреждение оборудования или большой брак продукции. Поддержание бесперебойной работы важно как для данного предприятия, так и для энергосистемы, от которого предприятие снабжается электроэнергией.
К вопросам, требующим решения при автоматизации электродвигателей, применяемых для привода насосных агрегатов: обеспечение пуска электродвигателей; обеспечение самозапуска электродвигателей.
Определение возможности пуска электродвигателей
насосных агрегатов
В нефтяной промышленности на насосных станциях эксплуатируется большое число асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и синхронные электродвигатели с прямым пуском. Из опыта эксплуатации и всесторонних исследований известно, что асинхронные и синхронные электродвигатели со сплошной бочкой ротора допускают прямой пуск при напряжении на зажимах 0,55—0,65 от номинального. Заводы-изготовители электродвигателей в каталогах и формулярах гарантируют эти значения для успешного пуска.
За последние годы единичная мощность электродвигателей применяемых в нефтяной промышленности значительно выросла. Так, в нефтепроводном транспорте эксплуатируются синхронные электродвигатели мощностью 6300—8000 кВт.
Пуск и самозапуск двигателей большой мощности вызывают значительные колебания напряжения на шинах питания, что может вызвать нарушения в работе присоединенных к этим шинам других потребителей.
При раздельном питании силовой и осветительной нагрузок предел допустимости остаточного напряжения на шинах питания определяют из выражения:

где Агр, ты — коэффициент загрузки по моменту и кратность опрокидывающего момента работающих двигателей.
Так как максимально возможно значение коэффициента кр для длительно работающих механизмов равно единице, а минимальное значение тм по ГОСТу равно 1,6, то минимально допустимое остаточное напряжение равно 0,8 отн.ед., при среднем же значении кр = 0,8 и при том же значении величина U может быть принято равным 0,7 отн.ед. При этих значениях остаточного напряжения контакторы всех питающихся от той же сети токоприемников, как правило, не отпадают.
При совместном питании силовой и осветительной нагрузки величина U = 0,7 также может быть допущена, если пуск электродвигателя происходит редко.
Задача по определению возможности прямого пуска насосного агрегата сводится к расчету остаточного напряжения на шинах питания и избыточного момента в асинхронном режиме в течение всего времени разгона двигателя до подсинхронной частоты вращения. Кроме того, для синхронного двигателя требуется обеспечение надежного втягивания его в синхронизм.
Решение этой задачи должно проводиться с учетом: способа пуска насосного агрегата в зависимости от его расположения в технологической схеме (пуск на закрытую или открытую задвижку); технологической блокировки в схемах автоматики;
Энергетической возможности источника питания при различных режимах;
схемы возбуждения и управления электродвигателей.
Методика расчета пуска синхронного электродвигателя состоит из определения:
моментов сопротивления приводного механизма; асинхронного вращающего момента электродвигателя; динамического избыточного момента электродвигателя; времени разгона агрегата до подсинхронной частоты вращения; допустимого нагрева обмоток электродвигателя пусковыми токами; установившегося скольжения и сравнение его с критическим скольжением
В нефтяной промышленности эксплуатируется, в основном, насосное оборудование, пусковая характеристика которого может быть выражена как

(43)
где Мс — момент сопротивления механизма; Мсо — момент сопротивления при трогании; Мсн — момент сопротивления при номинальной нагрузке; и — частота вращения; пс — синхронная частота вращения; р — показатель степени.
Для центробежных насосов р рекомендуется принимать порядка 0,015—0,02 Н м. Показатель степени р для механизмов с вентиляторным моментом сопротивления равен 2, если центробежные насосы работают без противодавления, и 3, если насосы работают с противодавлением (магистральные нефтяные насосы).
По (43) приближенно можно определить пусковые моментные характеристики насосов.

Тема 3. Защита ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Лекция 11.Защита синхронных и асинхронных двигателей. Защита от внутренних повреждений (2 часа).

Защита синхронных и асинхронных двигателей.

Наибольшее распространение как в промышленности, так и особенно на собственных нуждах электрических станций имеют асинхронные электродвигатели. Поэтому их защите уделяют особое внимание.

Релейная защита электродвигателей так же как и защита генераторов и трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и ненормальные режимы.

К наиболее частым и опасным видом повреждений возникающим в обмотках двигателей переменного тока, относятся многофазные КЗ навыводах и в обмотках статора, сопровождающиеся прохождением больших токов, что приводит к значительным разрушениям обмоток и стали электродвигателя.

Другим видом повреждения менее опасным чем многофазные КЗ, является однофазное замыкание обмотки статора на землю, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило выполняются с изолированными нейтралями. В таких сетях напряжение 3-10 кВ, токи однофазного замыкания на землю не велики ( обычно не превосходят 20-30 А). В результате специальная защита от замыканий на землю устанавливается лишь в случаях, когда ток превышает 10 А (для двигателей мощностью до 2000 кВт) или 5 А (для двигателя мощностью более 2000 кВт). При меньших токах замыкания, допустимо действие защиты только на сигнал (при условиях соблюдения требований техники безопасности).

Тяжелым видом повреждения является замыкание витков в одной фазе обмотки статора, так как значение тока в месте повреждения может быть соизмеримо со значениями тока при многофазных КЗ. Специальных защит от витковых замыканий в одной фазе статора не предусматривается.

Если в изоляции обмоток статора имеются ослабленные места, то в режиме однофазного замыкания в сети, когда напряжение на неповрежденных фазах возрастает до значения линейного, возможны пробои изоляции статорной обмотки и возникновение двойного замыкания на землю (одна точка замыкания – в сети, а другая – в одной из фаз статорной обмотки). Чаще всего функции защиты от двойных замыканий на землю выполняет защита от однофазных замыканий.

Для синхронных двигателей кроме указанных возможны также повреждения цепи возбуждения: обрыв и замыкания на землю в одной или двух точках. При обрыве цепи возбуждения синхронный двигатель переходит в асинхронный режим, продолжительное существование которого недопустимо, для защиты от этого режима применяется защита от обрыва цепи возбуждения. Замыкание на землю в одной точке цепи возбуждения может привести (при возникновении замыкания во второй точке) к КЗ, способному вызвать большие разрушения, а так же вибрацию ротора.

Основным видом ненормального режима электродвигателей является прохождение в статоре токов, превышающих номинальный. Допустимое время перегрузки ориентировочно можно оценить следующим выражением:

,

где К – кратность тока перегрузки к его номинальному значению, А — коэффициент зависящий от типа и исполнения двигателя.

Так ориентировочно для двигателей с большим весом и размерами закрытого исполнения, А=250, открытого исполнения А=180. Поэтому защита от перегрузки имеет выдержку времени и может действовать на автоматическую разгрузку механизма, на сигнал или на отключения двигателя.

Понижение питающего напряжения, приводит к повышению тока двигателя и к снижению его вращающего момента (при определенном значении которого двигатель может остановиться). Поэтому для обеспечения самозапуска двигателей наиболее ответственных механизмов, а так же предотвращения несинхронного включения синхронных двигателей, применяется защита от потери питания, в качестве которой используется минимальная защита напряжения, действующая на отключение.

Ненормальным режимом синхронного двигателя (помимо перечисленных выше) является также асинхронный ход, который появляется вследствие выпадения синхронного двигателя из синхронизма. При асинхронном ходе ток статора возрастает, а ротор двигателя и приводимый в движение механизм подвергаются действию знакопеременного момента, что приводит к их повреждению.

Защита от внутренних повреждений.

Защита асинхронных электродвигателей напряжением до1000 В.

Для ликвидации многофазных КЗ, а в сетях с глухозаземленной нейтралью и для отключения однофазных КЗ на землю, применяются токовые защиты. Наиболее простой является защита плавкими предохранителями. Токовая защита, выполненная автоматами с электромагнитными и тепловыми расцепителями, защищает электродвигатели не только от КЗ, но и от перегрузок.

Электродвигатели, подключаемые к питающей сети через контакторы, могут иметь защиту от КЗ в виде токовой отсечки, посредством токовых реле косвенного действия (рис. 1). Токовые реле (КА1÷КА3), включаются в каждую фазу статора непосредственно или через трансформаторы тока. Для непосредственного включения можно применять первичные реле типов: РЭ-571Т, РЭВ-2111 (с самовозвратом), РЭВ-2112 (с ручным возвратом). По своей конструкции они напоминают электромагнитный контактор. В общем случаи отсечки выполняются без выдержки времени, ток срабатывания реле отстраивается от броска пусковых токов, то есть:

где К_зап=1,8, для РТ-40 и К_зап=2, для РТ-80, ИТ-80.

Рисунок 1. Токовая защита двигателя от КЗ

Защита асинхронных электродвигателей напряжением свыше1000 В.

На двигателях напряжением до 5 МВт используются токовая отсечка. На рис. 2. приведена схема отсечки для двигателей мощностью до 2 МВт, однорелейная схема, включенная по схеме восьмерки.

где: I_ПУСК – пусковой ток двигателя;

k_СХ – коэффициент схемы в данном случае равен ;

k_Н – коэффициент надежности, для реле РТ-40 равен 1,8.

Рисунок 2. Схема токовой отсечки

Коэффициент чувствительности схемы должен быть не менее 2. Если коэффициент чувствительности не удовлетворяет этому требованию, или мощность двигателя составляет 2-5 МВт используют более чувствительную схему – 2-х релейную, 2-х фазную схему. В схеме могут использоваться реле типа РТ-40. Если в качестве токовых реле используются реле РТ-80, защита может действовать и от перегрузки (индукционный элемент реле РТ-80).

Для повышения чувствительности защиты, когда К₂

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

2.5. УЗЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ И СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Для предотвращения выхода из строя электрооборудования и повышения надежности работы электроприводов применяют целый ряд узлов электрической защиты, в том числе: защиту при коротком замыкании (к.з.) в силовых цепях и схемах управления, защиту при недопустимо больших толчках тока двигателей, защиту двигателей от перегрева, от самозапуска, защиту при обрыве цепи обмотки возбуждения, защиту от перенапряжений, от затянувшегося пуска синхрон­ных двигателей, от выпадения их из синхронизма, а также защитные блокировки.

Рассмотрим реализацию некоторых видов защит.

Защита при к.з. (максимально-токовая защита) обеспечивает немедленное отключение цепи, в которой произошло короткое замыкание. В силовых цепях она осуществляется: плавкими предохранителями Пр (рис. 2.15, а), автоматами В1 с электромагнитными расцепителями рис. 2.15, б, и максимальными токовыми реле РМ1 и РМ2 (рис. 2.15, в). Цепи управления защищают при к.з. либо теми же аппаратами, что и силовые цепи (обычно при мощности двигателей 1до 10 кВт), либо своими плавкими предохранителями Пр или автома­тами (рис. 2.15, в).

Рис. 2.15. Узел схемы управления, реализующий защиту от токов к.з.

Максимально-токовые реле РМ1 и РМ2 одновременно защищают двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель с контактными кольцами от недопустимо больших толчков тока.

Номинальный ток плавкой вставки I_{вст н} предохранителей и ток уставки (ток срабатывания) I_уст автоматов и максимальных токовых реле определяют по приведенным далее формулам.

Для защиты короткозамкнутых асинхронных двигателей с началь­ным пусковым током I_п при нормальных условиях пуска (t_п 5 с) или при большой частоте пусков

независимо от условий пуска

Для защиты асинхронных двигателей с контактными кольцами и двигателей постоянного тока:

Значение номинального тока двигателя I_ном для двигателей повторно-кратковременного режима работы берут при ПВ = 25%.

Для защиты цепей управления

где I_{Σ кат} суммарный ток катушек максимального количества одновременно включенных аппаратов.

Защита двигателей от перегрева, вызванного перегрузкой по току, реализуется: при продолжительном режиме работы — посредством тепловых реле (рис. 2.16, а) или автоматов с тепловым расцепителем (двигатель постоянного тока защищают одним тепловым реле); при повторно-кратковременном режиме работы — с помощью двух максимальных токовых реле РМ1 и РМ2 (рис. 2.16, б), поскольку в этом режиме

Рис. 2.16. Узел схемы, реализующий тепловую защиту

трудно согласовать тепловые характеристики двигателя и теплового реле. Применение для защиты асинхронных двигателей двух тепловых или максимальных токовых реле позволяет одновременно обеспечить защиту двигателя от работы на двух фазах. Реле времени РВ вводится в схему на рис. 2.16, б для того, чтобы реле РМ1 и PM2 не отключали двигатель при пуске. На время пуска контакт реле РВ шунтирует размыкающие контакты РМ1 и РМ2. Реле РМЗ в этой схеме служит для защиты при к.з. Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле I_нагр и теплового расцепителя автомата I_расц._н выбирают из условия