Виды повреждений электродвигателей. Виды защиты от них

К повреждениям, возникающим в обмотке статора электродвигателей переменного тока, относятся многофазные короткие замыкания, однофазные замыкания на землю и замыкания между витками одной фазы (витковые замыкания).

Повреждениями синхронных электродвигателей и электродвигателей постоянного тока являются также обрывы в цепях возбуждения. Для синхронных электродвигателей представляют опасность замыкания на землю обмотки ротора.
Многофазные короткие замыкания всегда сопровождаются значительным возрастанием тока в поврежденном электродвигателе и понижением напряжения в питающей сети. Такие повреждения опасны не только для электродвигателя, но и для других неповрежденных электроприемников, поэтому на электродвигателях предусматривается быстродействующая защита от многофазных коротких замыканий в его обмотках и соединениях с коммутационным аппаратом, действующая на отключение.

Однофазное повреждение на землю в обмотке статора определяется режимом заземления нейтралей в питающей сети. Если нейтрали глухо заземлены, что обычно характерно для четырехпроводных сетей напряжением до 1 кВ, то ток однофазного короткого замыкания представляет опасность для поврежденного электродвигателя, поэтому и при таких повреждениях электродвигатель должен отключаться защитой без выдержки времени. Обычно это возлагается на защиту от многофазных коротких замыканий, выполняемой трехфазной. Специальную защиту от однофазных коротких замыканий на землю, как правило, не предусматривают.

В сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями однофазные замыкания на землю, как правило, непосредственной опасности для поврежденного электродвигателя и для системы электроснабжения в целом не представляют. Поэтому специальная защита от замыкания на землю, действующая на отключение, устанавливается на двигателях мощностью Рд≤2 МВт лишь в тех случаях, когда ток замыкания на землю Iз>=10 А. На электродвигателях мощностью Рд>2 МВт такая защита предусматривается при токах замыкания на землю I3≥5 А. Однако, по некоторым данным, ток замыкания на землю I3≥5 А представляет непосредственную опасность и для электродвигателей мощностью Рд≤2 МВт. Поэтому предлагается защиту электродвигателей независимо от их номинальной мощности выполнять одинаково. Опасность однофазных замыканий на землю заключается и в том, что они могут переходить в двойные замыкания на землю в разных точках. В этом случае значения токов повреждения могут достигать значения тока двухфазного к.з. Отключение электродвигателя при двойных замыканиях на землю возлагается обычно на защиту от замыкания на землю. Если она имеет выдержку времени, то в ее схему дополнительно вводят реле тока, срабатывающее при токах повреждения, равных 50—100 А, и отключающее электродвигатель без выдержки времени.

Витковые замыкания в обмотке опасны для электродвигателя в связи с тем, что наведенные в замкнувшихся витках токи могут намного превышать номинальный ток. При этом из-за теплоты, выделяемой в замкнувшихся витках, происходит повышенный нагрев магнитопровода и неповрежденной части обмотки и, как следствие, дальнейшее разрушение изоляции. Ток в неповрежденной части обмотки при витковых замыканиях изменяется незначительно, поэтому защиты, включенные на полные токи фаз, не могут использоваться для действия при таких повреждениях. Для этого в случае необходимости рекомендуется применять фильтровую токовую защиту. Имеются и другие предложения. В частности, информацией о витковых замыканиях может служить фазовый сдвиг между токами электродвигателя. На этой основе разработано импульсное устройство защиты, измеряющее интервал между импульсами, сформированными в момент перехода токов через нулевое значение. Защита действует также при несимметричных к.з.

Обрывы в цепях возбуждения синхронных электродвигателей происходят очень редко, поэтому защита от этих повреждений предусматривается только для некоторых мощных электродвигателей. Более вероятен обрыв в цепях возбуждения двигателей постоянного тока. При обрыве цепи возбуждения электродвигатель или тормозится (если на валу есть нагрузка), или чрезмерно повышает частоту вращения (незагруженный электродвигатель с независимым возбуждением или с параллельным самовозбуждением). И то, и другое нежелательно, так как при торможении значительна, возрастает ток якоря, а работа с чрезмерной скоростью может привести к разрушению электродвигателя. Поэтому электродвигатели постоянного тока средней и большой мощности снабжаются защитой от обрыва цепи возбуждения.

Замыкания на землю обмотки ротора. Как и для турбогенераторов, опасно замыкание на землю во второй точке обмотки возбуждения синхронного электродвигателя. Его защита от этого вида повреждения может быть выполнена аналогично защите турбогенератора. Однако в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» такая защита необязательна.