Общие требования к защите электродвигателей

Электродвигатели имеют весьма широкое применение во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в установках собственных нужд электростанций. Вследствие массового характера их применения релейная защита двигателей, особенно асинхронных, должна выполняться возможно проще и дешевле, но одновременно с этим отличаться надежностью действия как при внутренних повреждениях, так и при опасных для них ненормальных режимах.

В настоящее время в промышленности и отчасти на электростанциях начали использоваться и синхронные двигатели, а также мощные асинхронные двигатели (2000 кВА и более), для защиты которых стали применяться более сложные дифференциальные защиты. Особое место по своей ответственности занимают электродвигатели механизмов собственных нужд атомных и крупных тепловых электростанций. Ложное отключение этих электродвигателей из-за неправильного действия защиты может нарушить нормальную работу электростанции, поэтому защита электродвигателей ответственных механизмов электростанций должна отличаться высокой надежностью и безотказностью работы.

Большое значение для бесперебойной работы промышленных предприятий и особенно собственных нужд электростанции имеет с а м о з а п у с к электродвигателей, который заключается в том, что при кратковременном понижении напряжения в сети, питающей электродвигатели, они не отключаются и после восстановления напряжения вновь разворачиваются до нормальной частоты вращения (т.е. "сами запускаются"). Наиболее часто кратковременные понижения или исчезновения напряжения происходят в результате КЗ, при автоматическом переключении питания электродвигателей с одного источника на другой в результате действия АВР, а также при восстановлении напряжения после АПВ. Защита электродвигателей должна обеспечивать возможность их самозапуска, т.е. она не должна преждевременно отключать электродвигатели как при понижении напряжения, так и при его восстановлении.

Основные виды защит электродвигателей.

Междуфазные КЗ в обмотках статора сопровождаются большими токами КЗ и вызывают значительные разрушения поврежденных электродвигателей. Поэтому РЗ электродвигателей от междуфазных повреждений является обязательной. Однофазные замыкания обмотки статора на землю менее опасны, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило, работают с изолированными нейтралями или заземленными через дугогасительные реакторы. Согласно ПУЭ защита электродвигателей от замыкания на землю устанавливается в тех случаях, когда ток замыкания на землю достигает 5 А. Но, так как замыкания на землю сопровождаются перенапряжениями, вызывающими развитие аварии, защиту от замыканий на землю стали устанавливать во всех случаях с действием на отключение. РЗ от витковых замыканий не применяются, так как простых способов ее выполнения нет.

На электродвигателях, подверженных перегрузкам, устанавливается РЗ от перегрузки, которая в зависимости от условий работы и обслуживания электродвигателей выполняется действующей на сигнал, разгрузку приводимого механизма или отключение электродвигателя. В некоторых случаях является недопустимым самозапуск электродвигателей при восстановлении напряжения после кратковременного его исчезновения. Такое положение может иметь место по условиям технологии производства или безопасности персонала, а также бывает необходимо для ограничения токов самозапуска путем отключения части малоответственных электродвигателей. На таких электродвигателях устанавливается РЗ минимального напряжения, действующая на их отключение.

Защита электродвигателей от КЗ между фазами.

Защита от КЗ между фазами является основной РЗ электро­двигателей, и установка ее обязательна во всех случаях. В качестве РЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт от К3 согласно ПУЭ применяется МТ3 (токовая отсечка). Наиболее просто токовая отсечка выполняется с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя. С реле косвенного действия отсечка выполняется с независимыми токовыми реле по схемам на рис. 14.5 и 14.6.

Ток срабатывания должен быть отстроен от броска пускового тока электродвигателя

,

где - коэффициент схемы, равный для схемы на рис. 14.5 и 1 для схемы на рис. 14.6; - пусковой ток электродвигателя; - коэффициент отстройки, значение которого принимается равным: 1,8 - для реле типа РТ-40, действующих через промежуточное реле с временем срабатывания 0,04-0,06 с; 2 - для реле прямого действия и индукционных реле типов РТ -82 и РТ -84.

Если ток срабатывания отсечки отстроен от пускового тока электродвигателя, то она надежно отстроена и от тока, который электродвигатель посылает в сеть при внешнем К3.

Токовую РЗ электродвигателей мощностью до 2000 кВт сле­дует выполнять, как правило, по наиболее простой и дешевой однорелейной схеме (рис. 14.5). Недостатком этой схемы явля­ется более низкая чувствительность по сравнению с отсечкой, выполненной по схеме на рис. 14.6, к двухфазным К3 между одной из фаз, на которых установлен ТТ, и фазой без ТТ. Это имеет место, так как ток срабатывания реле отсечки, вы­полненной по однорелейной схеме, в раз больше, чем в двухрелейной схеме.

Поэтому на электродвигателях мощностью 2000-5000 кВт токовая отсечка выполняется двухрелейной. Двухрелейную схему отсечки следует также применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя окажется менее двух (k_ч < 2).

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная РЗ, обеспечивающая более высокую чувствительность к КЗ на выводах и в обмотках электродвигателей, чем токовая отсечка и МТЗ. Дифферен­циальная РЗ предусматривается и на электродвигателях мощностью до 5000 кВт, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности. Так, например, целесообразно применение дифференциальной РЗ для электродвигателей мощностью 3500 и 4000 кВт. Дифференциальная РЗ обычно выполняется в двухфазном исполнении с реле типа РНТ-565. Ток срабатывания РЗ, который должен быть отстроен от I_нб при пуске электродвигателей, рекомендуется принимать:

I_с.з = 2I_ном.

Коэффициент чувствительности РЗ при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя должен быть не менее двух. В тех случаях когда РЗ с реле РНТ-565, отстроенная от больших токов небаланса, не обеспечивает необходимой чувствительности, используются дифференциальные реле типа ДЗТ-11 с торможением. Подобные РЗ, в частности, применяются на асинхронных электродвигателях типа АТД 5000-8000 кВт, а также на синхронных электродвигателях мощностью более 5000 кВт. Тормозная обмотка реле при этом подключается к ТТ, установленным со стороны нулевых выводов обмотки статора. Такое включение обмотки исключает торможение при повреждении в обмотке статора.

Поскольку РЗ в двухфазном исполнении не реагирует на двойное замыкание на землю, одно из которых возникает в обмотке электродвигателя на фазе В,в которой отсутствует ТТ, дополнительно устанавливается специальная РЗ от двойных замыканий на землю, которая выполняется токовым реле, подключенным к ТТНП.