Ненормальные режимы работы электродвигателей. Виды защиты от них

Все учитываемые ненормальные режимы работы электродвигателя сопровождаются прохождением сверхтока в его обмотке. Опасно, прежде всего, тепловое действие сверхтока, которое определяет допустимые значения и продолжительность прохождения сверхтока. Чем больше кратность k тока перегрузки относительно номинального тока, тем меньше допустимое время перегрузки

где А — коэффициент, зависящий от типа и исполнения электродвигателя. Для закрытых электродвигателей с большими массой и размерами А=250; для открытых А=150.

Основными причинами возникновения сверхтоков являются технологические перегрузки приводимых во вращение механизмов, понижение напряжения в питающей сети и последующее его восстановление, и обрыв одной фазы обмотки статора. Для синхронных электродвигателей причиной появления сверхтока является также асинхронный режим.

Сверхтоки технологической перегрузки. В условиях эксплуатации некоторые электродвигатели перегружаются приводимыми в движение механизмами. При недопустимой длительности перегрузки электродвигатель должен быть разгружен. Технологические перегрузки могут устраняться автоматически или обслуживающим персоналом без останова механизма или только после его останова (например, завал угля в дробилке), поэтому защита от перегрузки имеет выдержку времени и может выполняться с действием на автоматическую разгрузку механизма, на сигнал или на отключение электродвигателя.

Сверхтоки при понижении напряжения. Момент вращения электродвигателя зависит от напряжения Uc на его выводах. Так, для асинхронного электродвигателя , поэтому понижение напряжения Uс, например при коротком замыкании в питающей сети, приводит к снижению момента вращения и уменьшению числа оборотов электродвигателя. Он может даже остановиться, если вращающий момент станет меньше противодействующего момента механизма. Последующее восстановление нормальной работы (самозапуск) при возрастании напряжения после отключения короткого замыкания сопровождается прохождением по обмоткам сверхтоков самозапуска. Токи самозапуска для большинства электродвигателей опасности не представляют, так как режим самозапуска кратковременен. Однако при одновременном самозапуске многих электродвигателей, подключенных к одной и той же сети, в ряде случаев начальное значение восстанавливающегося напряжения оказывается что затрудняет восстановление нормальной работы. Поэтому часть менее ответственных электродвигателей при понижении напряжения должна отключаться минимальной защитой напряжения, чтобы облегчить самозапуск более ответственных электродвигателей. При недостаточной мощности источника питания наряду с неответственными необходимо отключать и часть ответственных механизмов. Они обратно включаются устройством АПВ по окончании самозапуска неотключенных электродвигателей. Минимальную защиту напряжения необходимо также устанавливать на электродвигателях механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям технологического процесса или по условиям техники безопасности.

Сверхтоки при обрыве фазы. Сверхтоки, вызываемые обрывом фазы, наиболее часто возникают при защите электродвигателя или его питающей сети плавкими предохранителями. При этом вращающий момент уменьшается. Поведение работающего электродвигателя после обрыва фазы (работа с пониженной скоростью или торможение) зависит от противодействующего момента механизма. Если к сети с оборванной фазой подключается неподвижный электродвигатель, то, поскольку он развернуться не может, по его обмотке может длительно проходить опасный для него начальный пусковой ток. Перегорание предохранителя в одной фазе или нарушение контакта в одном полюсе коммутационного аппарата при правильном выборе предохранителей и высокой культуре эксплуатации электрооборудования происходят очень редко. Поэтому обычно специальная защита от работы электродвигателя на двух фазах не устанавливается, а ее функции выполняют другие защиты от перегрузок.

Применение защиты от обрыва фазы оправдано, если электродвигатель работает в длительном режиме с большой нагрузкой без постоянного наблюдения персонала, а повреждение электродвигателя влечет за собой существенный ущерб.

Необходимо заметить, что токовые защиты от перегрузки часто отказывают в действии при обрыве фазных проводов. Этим объясняются многочисленные предложения по совершенствованию существующих и разработке новых устройств защиты от обрыва проводов и перегрузки. Очевидно, наиболее универсальной защитой электродвигателей напряжением до 1 кВ от всех ненормальных режимов, сопровождающихся возрастанием тока и в связи с этим интенсивным нагревом электродвигателя, является встроенная температурная защита.

Сверхтоки синхронных электродвигателей при асинхронном режиме. Из рассмотрения упрощенного выражения момента вращения синхронного электродвигателя следует, что устойчивая работа синхронного электродвигателя возможна только при механических нагрузках, при которых угол δ между напряжением сети Uc. и ЭДС электродвигателя Eq не превышает . Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается переходом за угол снижением момента вращения и возникновением асинхронного режима. Причинами уменьшения момента вращения и возникновения в связи с этим асинхронного режима являются также снижение напряжения Uc и уменьшение тока возбуждения электродвигателя. При асинхронном режиме ток статора возрастает, а ротор и приводимый в движение механизм подвергаются действию знакопеременного момента, что может привести к их повреждению.
Синхронные электродвигатели напряжением до 1 кВ не имеют специальной защиты от асинхронного режима. Ее функции, как правило, выполняют защиты от перегрузки по току статора. Специальная защита предусматривается на синхронных электродвигателях напряжением выше 1 кВ. Ее стремятся выполнить с действием на устройства, восстанавливающие синхронную работу электродвигателя, например на устройство ресинхронизации или на автоматическую разгрузку механизма. Защита может действовать и на отключение с повторным автоматическим пуском. При невозможности ресинхронизации или разгрузки электродвигателя защита действует на отключение. Во всех случаях ее выполняют с выдержкой времени.

Опасно для синхронных электродвигателей также и несинхронное включение, которое может иметь место при работе устройств АПВ и АВР источников питания. Для двигателей, не допускающих такого включения, предусматривается защита, отключающая их при выявлении факта потери питания. Действие защиты может сопровождаться не отключением электродвигателей, а их ресинхронизацией.
Защиты электродвигателей выполняются на основе отдельных электромеханических и полупроводниковых реле. Эти защиты обычно нечувствительны к неполнофазным режимам, к витковым замыканиям, они не учитывают возможности появления ряда режимов опасных для электродвигателей, таких, например, как процесс старения изоляции, недовозбуждение и перевозбуждение синхронных электродвигателей, перенапряжения и др. В связи с этим ведутся работы по созданию специализированных комплектов релейной защиты отдельных объектов, более точно учитывающих режимы работы и перегрузочные характеристики защищаемого оборудования. Для электродвигателей выше 1 кВ такой защитой является, например, многофункциональное устройство ЗРКД1. Оно предназначено для защиты при следующих аварийных и ненормальных режимах работы электродвигателя: междуфазных к. з. на выводах и в обмотке, замыканиях на землю, в том числе двойных замыканиях; витковых замыканиях обмоток статора, обрывах фазы статора; перегрузках; асинхронном режиме синхронного электродвигателя; снижениях напряжения питающей сети и потере питания.

При повреждении электродвигателя ответственного механизма может нарушаться технологический процесс, что в ряде случаев недопустимо Технологический процесс не нарушится, если ввести в работу резервный механизм. Для этого применяют устройство АВР электродвигателя резервною механизма. Оно действует не только при отключении электродвигателя основного механизма, но и при недопустимом отклонении параметров технологическою процесса.