4. Эксплуатация систем электроснабжения

   0. 1. Какие виды повреждений и ненормальных режимов могут возникать в процессе эксплуатации асинхронного электродвигателя?

Ответ: Перегрузка и внутренние КЗ

Прежде, чем перейти к способам защиты электродвигателей стоит рассмотреть основные и наиболее частые причины возникновения аварийной работы асинхронных электродвигателей:

· Однофазные и межфазные короткие замыкания - в кабеле, клеммной коробке электродигателя, в обмотке статора (на корпус, межвитковые замыкания).

Короткие замыкания - наиболее опасный вид неисправности в электродвигателе, т. к. сопровождается возникновением очень больших токов, приводящих к перегреву и сгоранию обмоток статора.

· Тепловые перегрузки электродвигателя - обычно возникают, когда вращение вала сильно затруднено (выход из строя пошипника, попадание мусора в шнек, запуск двигателя под слишком большой нагрузкой, либо его полная остановка).

Частой причиной тепловой перегрузки электродвигателя, приводящей к ненормальному режиму работы является пропадание одной из питающих фаз. Это приводит к значительному увеличению тока (в два раза превышающего номинальный) в статорных обмотках двух других фаз.

Результат тепловой перегрузки электродвигателя - перегрев и разрушение изоляции обмоток статора, приводящее к замыканию обмоток и негодности электродвигателя.

Защита электродвигателей от токовых перегрузок заключается в своевременном обесточивании электродвигателя при появлении в его силовой цепи или цепи управления больших токов, т. е. при возникновении коротких замыканий. Для защиты электродвигателей от коротких замыканий применяют плавкие вставки, электромагнитные реле, автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, подобранные таким образом, чтобы они выдерживали большие пусковые сверхтоки, но незамедлительно срабатывали при возникновении токов короткого замыкания.

Для защиты электродвигателей от тепловых перегрузок в схему подключения электродвигателя включают тепловое реле, имеющее контакты цепи управления - через них подаётся напряжение на катушку магнитного пускателя.

0. 2. Как обеспечивается безопасная эксплуатация электрических сетей 0,4 кВ промышленных предприятий?

Ответ: Соблюдением требований нормативных документов и инструкций, правильностью проектной документации.

0. 3. Какой режим нейтрали используется в отечественных электрических сетях с номинальным напряжением 6 кВ и чем обусловлена необходимость использования этого режима нейтрали?

Ответ: Сети 3, 6, 10, 20, 35 кВ - сети с изолированной нейтралью. Такой режим обеспечивает непрерывность работы электроприемников при однофазных замыканиях на землю.

Исторически режим изолированной нейтрали был первым режимом заземления нейтрали, использовавшимся в электроустановках среднего напряжения. Его достоинствами являются:

• отсутствие необходимости в немедленном отключении первого однофазного замыкания на землю;

• малый ток в месте повреждения (при малой емкости сети на землю).

• Недостатками этого режима заземления нейтрали являются:

• возможность возникновения дуговых перенапряжений при перемежающемся характере дуги с малым током (единицы–десятки ампер) в месте однофазного замыкания на землю;

• возможность возникновения многоместных повреждений (выход из строя нескольких электродвигателей, кабелей) из-за пробоев изоляции на других присоединениях, связанных с дуговыми перенапряжениями;

• возможность длительного воздействия на изоляцию дуговых перенапряжений, что ведет к накоплению в ней дефектов и снижению срока службы;

• необходимость выполнения изоляции электрооборудования относительно земли на линейное напряжение;

• сложность обнаружения места повреждения;

• опасность электропоражения персонала и посторонних лиц при длительном существовании замыкания на землю в сети;

• сложность обеспечения правильной работы релейных защит от однофазных замыканий, так как реальный ток замыкания на землю зависит от режима работы сети (числа включенных присоединений).

Кроме того, значительное число повреждений трансформаторов напряжения типа НТМИ-6(10), ЗНОЛ-6(10), ЗНОМ-35 в отечественных сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях на землю также связано с состоянием нейтрали сетей среднего напряжения. Недостатки режима работы с изолированной нейтралью весьма существенны, а такое достоинство, как отсутствие необходимости отключения первого замыкания, достаточно спорно. Так, всегда есть вероятность возникновения второго замыкания на другом присоединении из-за перенапряжений и отключения сразу двух кабелей, электродвигателей или воздушных линий. Такое развитие событий в эксплуатации не так редко, как кажется на первый взгляд. Именно по этой причине во многих странах, таких, как США, Канада, Англия, Австралия, Бельгия, Португалия, Франция и другие, отказ от режима изолированной нейтрали произошел еще в 40–50-х годах прошлого века. Как видно из табл. 1, в настоящее время из промышленно развитых стран режим изолированной нейтрали применяют только Италия, Япония и Финляндия. Причем в Италии сейчас рассматривается возможность перехода к работе с заземлением через дугогасящий реактор, а в Японии – с заземлением через резистор. В России до последнего времени режим изолированной нейтрали был закреплен в ПУЭ. Именно этим объясняется сложившееся положение, когда даже в сетях с высоковольтными электродвигателями, где защита от однофазных замыканий выполнена с действием на отключение без выдержки времени, применяется режим изолированной нейтрали. 

0. 4. Какие методы и технические средства могут быть использованы для выявления замыканий на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью?

Ответ: Трансформаторы тока нулевой последовательности и обмотка по схеме «разомкнутый треугольник» трансформатора напряжения. При ОЗЗ появляется ток во вторичной обмотке указанного трансформатора тока и напряжение на разомкнутой обмотке ТН. Последовательным отключением фидеров определяют поврежденный и далее локализуют место повреждения изоляции.

5.1.2. Появление замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью определяется по приборам контроля изоляции, подключенным к трансформаторам напряжения шин РУ, приборам, действующим на основании измерений токов в цепи заземляющих дугогасящих реакторов, высших гармонических составляющих тока и др. При металлическом замыкании на землю одной из фаз показания прибора, контролирующего изоляцию этой фазы, будут равны нулю, а показания приборов двух других фаз возрастут в 1,73 раза. При неполном замыкании на землю, т. е. при замыкании через сопротивление, значение тока по показаниям прибора, контролирующего изоляцию поврежденной фазы, уменьшается, а двух других фаз увеличивается. При перемежающихся замыканиях на землю отклонения в показаниях приборов то уменьшаются, то увеличиваются. Постоянно контролируются операции и режимы, при которых приборы контроля изоляции дают разные по фазам показания: при переключениях в сети (работе АВР), связанных с подключением к компенсированному участку сети некомпенсированного (недокомпенсированного) участка; в случаях, когда емкости фаз по отношению к земле значительно отличаются одна от другой; в сетях с резонансной настройкой заземляющих дугогасящих реакторов при заземлении в соседней сети, электрически не связанной с первой, при наличии линий в двухцепном исполнении, каждая из которых включена в соответствующую сеть; при неотключении одной фазы радиальной линии, включенной на отдельный трансформатор; в случае обрыва фазы на стороне высокого напряжения силового трансформатора, выполненного по схеме «звезда-треугольник». При этом приборы контроля изоляции на стороне низкого напряжения будут иметь искаженные показания: на одной фазе напряжение будет вдвое больше, чем на двух других; при перегорании плавких предохранителей на стороне высокого или низкого напряжения в случае использования в качестве устройств сигнализации реле минимального напряжения. 5.1.3. Если появление замыкания на землю совпало по времени с включением выключателя какого-либо присоединения, немедленно отключается этот выключатель и контролируется исчезновение замыкания на землю. Автоматическое отключение какой-либо линии с успешным АПВ и появление замыкания на землю в этот момент в большинстве случаев являются признаком наличия такого замыкания на этой линии. 5.1.4. Отыскание замыкания на землю в замкнутой сети, если нет специальных приборов, указывающих, на какой линии имеется замыкание на землю, производится, как правило, методом последовательного деления: а) замкнутая сеть делится на две части, электрически не связанные между собой: по приборам контроля изоляции определяется часть, в которой замыкание на землю сохранилось, затем обе части электросети замыкаются на параллельную работу; б) часть электросети с замыканием на землю делится снова на две части, электрически не связанные между собой; в) деление сети производится до тех пор, пока заземление не будет найдено на ограниченном участке, т. е. на участке, состоящем из шин питающей подстанции (электростанции) с отходящими от них параллельными и одиночными тупиковыми линиями. Затем параллельные тупиковые линии поочередно отключаются с двух сторон: если заземление не пропадает, то производится осмотр РУ питающей подстанции и тупиковых подстанций; г) если заземление в РУ подстанций не обнаружено, то по договоренности с потребителями производят кратковременное (1-2 с) поочередное погашение тупиковых подстанций, следя за показаниями приборов контроля изоляции. Исчезновение замыкания на землю показывает, что данная тупиковая линия имеет повреждение; д) при невозможности получить согласие потребителей на обесточивание и при наличии на электростанции (подстанции) свободной СШ, нескольких трансформаторов и ШСВ поврежденный элемент выявляется переводом на резервную СШ трансформатора и поочередным переводом на эту СШ тупиковых линий с последующим отключением после каждого перевода ШСВ по показаниям приборов контроля изоляции; е) если выполнение операций согласно пп. 5.1.4г и 5.1.4д настоящей Инструкции не представляется возможным, то, предупредив абонента, кратковременно (на 1 -2 с) отключается тупиковая линия, если от нее не питаются потребители первой категории; исчезновение замыкания на землю показывает, что данная линия имеет повреждение.  Кратковременное (на 1 -2 с) отключение потребителя первой категории производится только после получения согласия абонента. 5.1.5. Перед делением сети на части проверяется наличие источников питания в каждой части, возможность перегрузок транзитных элементов сети, ожидаемые уровни напряжения и значение настройки дугогасящих заземляющих реакторов в каждой отделяемой части. Метод последовательного деления сети на части разрабатывается индивидуально для каждой сети, электростанции и подстанции. Указания по делению на части приводятся в инструкциях. Там же указываются и примерные точки деления сети. Деление сети производится кратковременным отключением выключателя с последующим его включением. В зависимости от схемы сети, наличия дугогасящих заземляющих реакторов и источников питания при делении сети на части не замыкаются на параллельную работу разделенные части. Если поочередным отключением линий заземление не найдено, место заземления выявляется осмотром РУ электростанций (подстанций).

5. Какие виды повреждений и ненормальных режимов могут возникать в процессе эксплуатации асинхронных электродвигателей с номинальным напряжением 6 кВ и какими свойствами должны обладать средства защиты этих электродвигателей?

Ответ: К таким защитам предъявляются требования по защите от перегрузки и от КЗ. Реализуется это в виде максимальной токовой защиты и токовой отсечки. Для двигателей мощностью более 5 МВт устанавливается дифференциальная защита. Кроме того, двигатели должны быть защищены от емкостных токов. (см 4.1)