Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Короткие замыкания и защита линий 0,4-35 кВ. II часть - 2110002 «Монтаж и наладка электрооборудования электрических станций, подстанций и линий электр

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1915 16 17 18 19 > Следующая >>>

Коэффициент k является величиной комплексной, посколь-

ку z

и z1 могут иметь различные углы (соотношения х и r).

Поэтому токи 31 сдвиг по фазе. Учитывая, однако, что угловой сдвиг между z z

невелик, им без большой погрешности пренебрегают, как это

и k310 должны иметь соответствующий

сделано в рассмотренной схеме. Обычно k < 1.

г) Условия работы дистанционных органов при двойных

замыканиях на землю

В сети с малым током замыкания на землю дистанционные за щиты должны реагировать на междуфазные к. з. и их дистанционные органы включаются на междуфазные напряжения и разность фазных токов.

Как указывалось, в таких сетях возможны двойные замыкания на землю (рис. 5.21). Защита в этом случае должна отключать только одно место повреждения.

Исследование условий работы дистанционных защит при двойных замыканиях на землю показывает, что они не могут обеспечить четкого выполнения этого требования.

Рис.5.21- Условия работы дистанционных органов при двойном к.з. на землю

Наилучшие результаты получаются, если на участке К1 — К

(рис. 5.21) между двумя точками повреждения дистанцион-

ные органы включены на фазное напряжение по схеме с токовой компенсацией, а на участке между точкой повреждения и источником питания — на линейное напряжение и разность фазных токов. Для этого дистанционные органы нормально и при отсутствии I

включены на линейное напряжение и раз-

ность фазных токов.

При появлении тока нулевой последовательности, всегда возникающего на участке между точками замыкания на землю (К К

) дистанционные органы, установленные на этом участке, ав-

томатически переключаются на напряжение фазы и ток I

+ kЗI0.

141

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

6-1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

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

Весьма важно, чтобы электродвигатели не отключались защитой при неопасных ненормальных режимах, так как такие отключения могут иметь массовый характер и нанести большой ущерб промышленности.

Защиту электродвигателей следует выполнять простой и дешевой, так как применение дорогих защит не оправдывается. Для мощных электродвигателей 2000 кВт и выше возможно применение более сложных защит.

Особое по своей ответственности место среди электродвигателей занимают электродвигатели механизмов собственных нужд электрических станций. Отключение этих электродвигателей из-за неправильного действия защиты может нарушить нормальную работу электростанции, поэтому защита электродвигателей ответственных механизмов электростанций должна отличаться особой надежностью.

Большое значение для бесперебойной работы промышленных предприятий и особенно собственных нужд электростанции имеет самозапуск электродвигателей. Самозапуск электродвигателей заключается в том, что при кратковременном понижении напряжения в сети, питающей электродвигатели, они не отключаются после восстановления напряжения, вновь разворачиваются до нормальной скорости вращения (т. е. «сами запускаются»). Наиболее часто кратковременные понижения напряжения происходят в результате к. з. и при автоматическом переключении двигателей с одного источника питания на другой в результате действия АВР.

Возможность и большая эффективность самозапуска электродвигателей впервые были доказаны в СНГ. Многолетняя практика эксплуатации электродвигателей в СНГ опровергла

142

мнение о недопустимости самозапуска, и в настоящее время самозапуск электродвигателей является обязательным.

В связи с этим защита электродвигателей должна обеспечивать возможность их самозапуска, т. е. она не должна преждевременно отключать электродвигатели как при понижении напряжения, так и при его восстановлении.

Наибольшее распространение как в промышленности, так и особенно на собственных нуждах электрических станций имеют асинх- ронные электродвигатели. Поэтому их защите в этой главе уделяется основное внимание.

6-2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

НА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ

Наиболее частыми повреждениями в электродвигателях являются междуфазные к. з. в обмотках статора. Междуфазные к. з. вызывают значительные разрушения и сопровождаются понижением напряжения в питающей сети с нарушением нормальной работы остальных потребителей. Поэтому защита 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. Защита электродвигателей от замыкания на землю устанавливается в тех случаях, когда ток замыкания на землю достигает 5—10 А.

Специальные защиты от витковых замыканий в одной фазе статора не применяются, так как простых способов ее выполнения на сегодняшний день не существует.

Наиболее частым ненормальным режимом для электродвигателей является перегрузка током.

Прохождение повышенных токов сверх определенного времени опасно для электродвигателей. Поэтому на электродвигателях, подверженных перегрузкам, устанавливается защита от перегрузки, которая в зависимости от условий работы и обслуживания электродвигателей выполняется действующей на сигнал, разгрузку приводимого механизма или отключение электродвигателя.

143

В некоторых случаях является недопустимым или нежелательным 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 защита минимального напряжения, действующая на их отключение.

6-3. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА АСИНХРОННЫХ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Вращающий момент электродвигателей и момент сопротивления механизма. Нормальный установившийся режим работы электродвигателя характеризуется равенством момента М виваемого электродвигателем, и момента сопротивления М ханизма, приводимого электродвигателем

раз-

ме-

Мд = М

Если М если М

(6.1)

, то электродвигатель будет тормозиться, а

д < Мс

> Мс , то скорость вращения электродвигателя будет

увеличиваться.

При неизменном напряжении питающей сети момент, развиваемый электродвигателем, зависит от скорости вращения n или, что то же, от скольжения (рис. 5.1). В нормальных условиях равенство М мальный момент двигателя М

= Мс имеет место при s= 2 ÷ 5 %. Макси-

равен примерно двукратному

дмакс

номинальному моменту, т. е

дмакс

≈ 2 (6.2)

д,ном

Скорости вращения nк и скольжения sк , соответствующие максимальному моменту, называются критическими.

Пусковой момент М

, соответствующий скорости вра-

д.пуск

щения n = 0 или скольжению s = 1, в зависимости от конструкции электродвигателя имеет различные величины (кривые 1, 2, 3 рис. 6.1).

144

Рис. 6.1- Зависимость момента вращения асинхронных электродвигателей

и момента сопротивления механизмов от скорости вращения

Характеристики моментов сопротивления механизмов, приводимых электродвигателями, в зависимости от их скорости вращения могут быть разделены на два типа: зависящие от скорости вращения и не зависящие от нее (кривые 4 и 5, рис. 6.1).

Момент сопротивления, не зависящий от скорости вращения, имеют, например, шаровые мельницы. Момент сопротивления, резко зависящий от скорости вращения, имеют все центробежные механизмы.

Ток, потребляемый статором электродвигателя из сети, I состоит из тока намагничивания I веденного к обмотке статора, I

статора и тока ротора, при-

нам

, т. е. I

рот

= I

нам + Iрот

Рис. 6.2- Схема замещения асинхронного электродвигателя

145

Схема замещения и распределение в ней токов представлены

на рис. 6.2.

Ток в роторе распределяется наведенной в нем э. д. с., которая зависит от скольжения (т. е. скорости пересечения обмотки ротора магнитным потоком статора электродвигателя). В результате этого токи ротора и статора также меняются с изменением скольжения.

Примерный характер зависимости периодической составляющей тока статора I

и сопротивления электродвигателя zд от

скольжения представлен на рис. 6.3.

Рис. 6.3- Зависимость тока статора и сопротивления электродвигателя

от скольжения s

При нормальной работе электродвигателя, когда скольжение составляет 2—5 % (т. е. близко к нулю), сопротивление ротора очень велико, ток ротора мал, а значит мал и ток статора, так как ветвь намагничивания имеет большое сопротивление.

Пуск электродвигателей. При пуске, т.е. подаче напряжения на неподвижный электродвигатель, сопротивление его мало и ток ротора имеет максимальное значение. Соответственно максимальное значение имеет и ток статора.

Рис. 6.4- Осциллограмма пускового тока асинхронного электродвигателя

146

Ток статора при пуске электродвигателя называется пуско-

вым током.

По величине начальный пусковой ток равен току трехполюсного к. з. за сопротивлением, равным сопротивлению неподвижного электродвигателя.

Пусковой ток состоит из переменной составляющей, затухающей по мере увеличения скорости вращения, и апериодической составляющей, которая затухает по экспоненциальной кривой в течение нескольких периодов.

Осциллограмма пуска двигателя представлена на рис. 6.4.

Из осциллограммы видно, что по мере разворота ток, потребляемый электродвигателем, меняется сначала мало и только при приближении к синхронной скорости вращения он быстро спадает. Объясняется это характером изменения сопротивления двигателя.

Периодическая составляющая пускового тока электродвигателя I

при неподвижном роторе обычно в 4—8 раз превос-

п.пуск

ходит его номинальный ток.

В отдельных случаях эта величина бывает больше. Максимальный ток тока с учетом апериодической составляющей достигает:

= (1,6 – 1,8) I

д.пуск

(6.4)

п.пуск

Продолжительность затухания периодической составляющей пускового тока до значения номинального тока зависит от параметров электродвигателя и условий пуска.

При пуске с нагрузкой развертывание электродвигателя до номинальной скорости происходит медленнее и продолжительность спада тока увеличивается. Это объясняется тем, что ускорение вращения ротора зависит от величины избыточного момента:

= Мд – М

изб

Если Мд превосходит Мс во все время пуска, то электродвигатель пускается быстро и легко.

Как видно на рис. 6.1, электродвигатели, приводящие механизмы с зависимым от скорости вращения моментом сопротивления, пускаются легче, чем 2 электродвигатели, приводящие механизмы с независимым от скорости вращения моментом со-

147

противления. В последнем случае при недостаточной величине пускового момента электродвигатели могут вообще не развернуться (кривые 2 и 4, рис. 6.1), так как начиная со скольжения, соответствующего точке а, М

превосходит Мс и, следовательно,

избыточный момент на валу двигателя отрицательный.

Электродвигатели с фазным ротором при отсутствии пускового сопротивления в цепи обмотки ротора имеют меньший начальный момент по сравнению с другими типами электродвигателей.

Поэтому по условиям самозапуска для ответственных механизмов собственных нужд предпочитают применять электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Рис. 6.5- Зависимость момента вращения асинхронных двигателей от

скольжения s при различных значениях напряжения

Электродвигатели с глубоким пазом и двойной обмоткой ротора имеют наиболее благоприятный пусковой момент (кривая З, рис. 6.1). Длительность пуска электродвигателей t

пуск

, как правило, не превосходит 10—15 с, и только у электродвигателей с тяжелыми условиями пуска эта величина может быть значительно больше.

При возникновении к.з. в питающей сети вблизи зажимов электродвигателя последний за счет внутренней э. д. с. посылает к месту к. з. быстро затухающий ток. По величине броски тока к. з. могут достигать значений пусковых токов.

Зависимость момента электродвигателей от напряжения характеризуется соотношением

148

Мд = kU2.

При к. з. в сети напряжение на зажимах электродвигателей снижается. В результате этого моменты электродвигателей уменьшаются и двигатели начинают тормозиться, увеличивая скольжение (рис. 6.5) до тех пор, пока вновь не восстановится равенство (6.1).

Если при этом окажется, что М

= Мс (точка а на рис. 6.5),

д.макс

то электродвигатель будет находиться на пределе устойчивой работы и будет иметь скольжение, равное критическому. При дальнейшем снижении напряжения электродвигатель будет тормозиться вплоть до полной остановки.

Для электродвигателей, приводящих механизмы с независимым от скорости вращения моментом М

(прямая 2 на рис. 6.5),

легко может быть определено предельное снижение напряжения U

, при котором еще сохраняется устойчивая работа. Действи-

пред

тельно, учитывая соотношение (6.5) и полагая М

д.макс

д.ном

= U

ном

(6.6)

пред

= Мс имеем:

д.ном

а принимая во внимание выражение (6.2), из (6.6) получаем:

пред

= 0,7 U

ном

Электродвигатели, приводящие механизмы с зависимым от скорости вращения моментом М

(кривая З на рис. 6.5), во мно-

гих случаях сохраняют устойчивую работу даже при большом снижении напряжения питания.

После отключения к. з. напряжение питания восстанавливается до нормального значения или из-за повышенного тока электродвигателей оказывается несколько ниже него и момент, развиваемый электродвигателем, определяется кривой 1” (рис.

6.5). Дальнейшее поведение электродвигателя будет зависеть от скольжения, имевшего место в момент восстановления напряжения, и соответствующих ему значений М

При М скорости вращения, а при М

> Мс электродвигатель развернется до нормальной

< Мс будет продолжать тормозить-

и Мс .

ся до полной остановки. В этом случае электродвигатель необходимо отключить, так как он будет потреблять пусковой ток, не имея возможности развернуться.

149

Самозапуск электродвигателей несколько тяжелее обычного пуска. Объясняется это тем, что при самозапуске электродвигатели пускаются нагруженными, а электродвигатели с фазным ротором пускаются без пускового реостата в цепи ротора, что уменьшает их пусковой момент и увеличивает пусковой ток, и, наконец, пускается большое количество электродвигателей одновременно, что вызывает падение напряжения в питающей сети от суммарного пускового тока. Все это снижает пусковой момент и утяжеляет процесс пуска.

Самозапуск короткозамкнутых электродвигателей, а тем более электродвигателей с глубоким пазом и двойной обмоткой ротора проходит сравнительно легко. Опыт эксплуатации показывает, что самозапуск электродвигателей с фазным ротором неопасен для них и также возможен, если пусковой момент при отсутствии пускового сопротивления в роторе больше момента сопротивления механизма.

Для обеспечения самозапуска необходимо выполнение двух условий:

а). Начальное значение восстановившегося напряжения должно быть доста- точным для развертывания электродвигателей или, иначе говоря, при значении восстановившегося напряжения (U

б). Защита электродвигателей не должна их отключать под

) должно обеспечиваться условие М

> М

действием тока самозапуска.

Проведенные исследования показали, что самозапуск электродвигателей собственных нужд электростанций возможен даже в тех случаях, когда в первый момент после восстановления напряжения величина его составляет 0,55 U

. При этом про-

должительность самозапуска всех электродвигателей составляет 30 - 35 с, что допустимо по условиям их нагрева.

6-4. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ

КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ ФАЗАМИ

Защита от к. з. между фазами является основной защитой электродвигателей, и установка её обязательна во всех случаях.

В качестве защиты электродвигателей от к. з. применяется максимальная токовая защита мгновенного действия (токовая отсечка), отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска электродвигателей.

150

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1915 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]