Руководство по защитам Компания Schneider Electric приступила к выпуску Технической коллекции Schneider Electric
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
Повреждения, связанные с ненормальным режимом работы Перегрузка Если потребляемая мощность больше номинальной, то в двигателе возникает ток перегрузки, и увеличиваются потери, что приводит к повышению температуры. Затянутый и слишком частый пуск При пуске двигателя возникает значительный ток перегрузки, который допустим только в течение короткого промежутка времени. Слишком частый или затянутый пуск, возникающий в силу недостаточного промежутка между вращающим моментом и моментом нагрузки, неизбежно приводит к недопустимому нагреву. Блокировка Речь идет о резкой остановке вращения, возникшей по какой?либо причине, связанной с механи? ческим приводом. Двигатель потребляет пусковой ток и остается блокированным при нулевой частоте вращения. Вентиляции не происходит и очень быстро наступает перегрев двигателя. Сброс нагрузки Отказ насоса или разрыв соединения приводят к работе двигателя в режиме холостого хода, что не оказывает непосредственного вредного влияния на двигатель. Но при этом сам насос очень быстро приходит в негодность. Нарушение питания Прекращение подачи питания Данный вид повреждения приводит к тому, что двигатель работает в режиме генератора, поскольку инерция нагрузки привода велика. Снижение напряжения Снижение напряжения приводит к уменьшению вращающего момента и скорости: замедление двигателя вызывает увеличение тока и потерь. Таким образом, происходит перегрев двигателя. Небаланс Иногда возникает несбалансированность системы трехфазного питания, поскольку: b источник энергии (трансформатор или генератор переменного тока) не производит симметричное трехфазное напряжение; b другие потребители не представляют собой симметричную нагрузку и возникает несбалансированное питание сети; b из?за плавления предохранителя двигатель получает питание по двум фазам; b опрокидывание фазы вызывает изменение направления вращения ротора двигателя. В результате несбалансированного питания возникают составляющие обратной последовательности, что приводит к весьма значительным потерям и, следовательно, к быстрому перегреву ротора. Восстановление подачи напряжения после отключения питания двигателя; двигатель поддерживает напряжение нулевой последовательности, что может привести к возникновению тока перегрузки при повторном пуске и даже к механическому разрыву привода. Внутренние повреждения двигателя Межфазное короткое замыкание Такое короткое замыкание может быть большей или меньшей силы в зависимости от места повреждения в обмотке и наносит значительный ущерб двигателю. Замыкание на корпус статора Амплитуда тока повреждения зависит от режима работы нейтрали сети питания и от места повреждения в обмотке. В случае межфазного короткого замыкания и замыкания на корпус статора требуется перемотка обмоток двигателя и, кроме того, замыкание на корпус может привести к непоправимым повреждениям магнитопровода. Замыкание на корпус ротора (для двигателей с фазным ротором) Нарушение изоляции ротора может быть причиной короткого замыкания между витками обмотки, когда возникает ток, создающий перегрев в месте повреждения. Перегрев подшипников вследствие их износа или недостатка смазки. Потеря возбуждения Этот вид повреждения относится к синхронным двигателям; двигатель работает в асинхронном режиме, но его ротор подвергается значительному нагреву из?за неправильного расчета параметров. Потеря синхронизма Этот вид повреждения также относится к синхронным двигателям; потеря синхронизма может произойти: b по причине механического характера: резкое изменение нагрузки; b по причине сбоя в работе электрического оборудования: повреждение в сети питания или потеря возбуждения. Выпуск № 1 Schneider Electric 51 Защита двигателей Функции защит 0 Перегрузка Перегрузка контролируется: b либо с помощью максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени (ANSI 51); b либо с помощью тепловой защиты (ANSI 49RMS); тепловая защита основана на определении нагрева, вызываемого потребляемым током; b либо с помощью датчиков температуры (ANSI 49Т). Затянутый пуск и блокировка ротора Одна и та же функция обеспечивает эти две защиты (ANSI 48?51LR). Для защиты от затянутого пуска мгновенная уставка тока устанавливается меньше значения пускового тока, который определяется по истечении выдержки времени, начинающейся при включении двигателя; данная выдержка времени устанавливается больше нормальной продолжительности пуска. При блокировке ротора защита срабатывает вне пускового периода, когда значение тока больше уставки с выдержкой времени. Слишком частые пуски Соответствующая защита (ANSI 66) основана на подсчете количества пусков в течение определенного промежутка времени и разнесенности по времени этих пусков. Потеря напора насосов Данное повреждение обнаруживается с помощью минимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени (ANSI 37), которая срабатывает, когда ток становится нулевым при остановке двигателя. Изменение частоты вращения Измерение частоты вращения механическим способом непосредственно на валу электрической машины также позволяет обеспечить дополнительную защиту. Защита по минимальной частоте вращения (ANSI 14) основана на контроле пониженной или нулевой частоты вращения, возникающей в результате механической перегрузки или блокировки ротора. С помощью защиты по максимальной частоте (ANSI 12) определяется работа "вразнос" электрической машины или нарушение синхронизма синхронных двигателей. Потеря питания Потеря питания обнаруживается с помощью функции направленной защиты активной мощности (ANSI 32Р). Снижение напряжения Контроль напряжения выполняется с помощью защиты минимального напряжения прямой последовательности с выдержкой времени (ANSI 27D). Уставки напряжения и выдержки времени регулируются с учетом селективности с защитами от коротких замыканий в сети и допусков на нормальное снижение напряжения, например, при пуске двигателя. Эта защита может быть общей для нескольких двигателей, подсоединенных к одному щиту. Небаланс Защита основана на измерении тока обратной последовательности с зависимой или независимой выдержкой времени (ANSI 46). Направление вращения фаз определяется путем измерения максимального напряжения обратной последовательности (ANSI 47). Восстановление питания Напряжение, поддерживаемое вращающимися машинами, определяется с помощью защиты минимального напряжения, однофазной (ANSI 27R), разрешающей повторное включение для восстановления питания, если напряжение меньше уставки. 52 Schneider Electric Выпуск № 1 Защита двигателей Функции защит 0 Межфазное короткое замыкание Такое короткое замыкание обнаруживается с помощью максимальной токовой защиты в фазах с выдержкой времени (ANSI 50 и 51). Уставка тока регулируется больше значения пускового тока и устанавливается очень малая выдержка времени, чтобы защита была не чувствительна к первым пикам тока включения. Если соответствующий выключатель является контактором, он имеет предохранители, обеспечивающие защиту от коротких замыканий. Для двигателей большой мощности используется дифференциальная защита по высокому полному сопротивлению или процентной характеристике (ANSI 87М) (рис. 1). Как вариант, при надлежащем согласовании соединений со стороны нейтрали и использовании трех суммирующих трансформаторов тока с помощью простой максимальной токовой защиты (ANSI 51) обеспечивается устойчивое и точное выявление внутренних повреждений (рис. 2). Замыкание на корпус статора Выбирается защита в зависимости от режима заземления нейтрали. Требуется высокочувствительная защита для ограничения повреждений магнитопровода. В случае глухозаземленной нейтрали или заземления нейтрали через активное сопротивление с помощью максимальной защиты по току нулевой последовательности с выдержкой времени (ANSI 51N/51G) обеспечивается защита основных обмоток. В случае с изолированной нейтралью с помощью защиты максимального напряжения нулевой последовательности (ANSI 59N) обеспечивается определение смещения нейтрали. Если отходящий фидер двигателя емкостной (длинный кабель), используется максимальная направленная токовая защита на землю (ANSI 67N). Замыкание на корпус ротора С помощью устройства для постоянного испытания изоляции путем подачи переменного или постоянного тока проверяется возможное нарушение изоляции обмотки ротора. Перегрев подшипников Проводится измерение температуры подшипников с помощью термометров (ANSI 38). Потеря возбуждения Для синхронных двигателей: см. раздел "Генераторы". Потеря синхронизма Для синхронных двигателей: см. раздел "Генераторы". DE 55300 Рис. 1. Межфазное короткое замыкание Дифференциальная защита (ANSI 87M) DE 553 01 Рис. 2. Межфазное короткое замыкание Максимальная токовая защита (ANSI 51) по автоматической дифференциальной схеме 87M 51 Выпуск № 1 Schneider Electric 53 Защита двигателей Рекомендации по уставкам 0 Повреждение Защита Код ANSI Регулировки Повреждения, связанные с нагрузкой на привод Перегрузка Максимальная токовая защита с зависимой выдержкой времени 50/51 Уставка, обеспечивающая пуск Тепловая защита 49RMS В соответствии с рабочими характеристиками двигателя (постоянная времени 10?20 мин) Датчик температуры 49T В зависимости от класса нагревостойкости двигателя Затянутый пуск Уставка тока с выдержкой времени 48 Уставка: 2,5 In Выдержка времени: время пуска + несколько секунд Блокировка ротора Уставка тока с выдержкой времени 51LR Уставка: 2,5 In Выдержка времени: 0,5?1 с Слишком частый пуск Учет количества пусков 66 В соответствии с требованиями завода?изготовителя Сброс нагрузки Минимальная токовая защита в фазах 37 Уставка: 70% потребляемого тока Выдержка времени: 1 с Изменение частоты вращения Механическое определение разносной и подсинхронной частоты вращения 12, 14 Уставка: ± 5% номинальной частоты вращения Выдержка времени: несколько секунд Нарушение питания Прекращение подачи питания Направленная защита активной мощности 32P Уставка: ± 5% Sn Выдержка времени: 1 с Снижение напряжения Защита минимального напряжения прямой последовательности 27D Уставка: 0,75 – 0,80 Un Выдержка времени: 1 с Небаланс Максимальная защита обратной последовательности 46 b Независимая выдержка времени Is1 = 20% In, выдержка времени = время пуска + несколько секунд Is2 = 40% In, выдержка времени: 0,5 с b Зависимая выдержка времени Is = 10% In, время отключения при 0,3 In > времени пуска Направление вращения фаз Направление вращения фаз 47 Уставка напряжения обратной последовательности на 40% Un Восстановление питания Защита минимального напряжения, однофазная 27R Уставка < 20 – 25 % Un Выдержка времени: 0,1 с Внутренние повреждения двигателя Межфазное короткое замыкание Плавкие предохранители Ном. ток, обеспечивающий последовательные пуски Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени 50/51 Уставка > 1,2 пускового тока Выдержка времени: 0,1 с (DT) Дифференциальная защита 87M Крутизна: 50%; уставка: 5 – 15 % In; без выдержки времени Замыкание на корпус статора Для заземленной нейтрали Максимальная токовая защита от замыканий на землю 51N/51G Уставка: 10% макс. от замыканий на землю Выдержка времени: 0,1 с (DT) Для изолированной нейтрали Слабоемкостная сеть Защита максимального напряжения нулевой последовательности 59N Уставка: 30% Vn Сильноемкостная сеть Максимальная токовая направленная защита от замыканий на землю 67N Минимальная уставка в соответствии с выбранным датчиком тока Замыкание на корпус ротора Устройство постоянной проверки изоляции Перегрев подшипников Измерение температуры 38 В соответствии с указаниями изготовителя Особые возможные повреждения синхронного двигателя Потеря возбуждения Максимальная направленная защита реактивной мощности 32Q Уставка: 30% Sn Выдержка времени: 1 с Защита минимального полного сопротивления 40 Как для генератора Потеря синхронизма Потеря синхронизма 78PS Как для генератора 54 Schneider Electric Выпуск № 1 Защита двигателей Примеры применения 0 DE 55302 DE 55303 Асинхронный двигатель, управляемый контактором с предохранителем Пример: насос мощностью 100 кВт Асинхронный двигатель, управляемый выключателем Пример: вентилятор мощностью 250 кВт DE 55304 DE 55305 Блок: асинхронный двигатель / трансформатор Пример: дробилка мощностью 1 МВт Основной синхронный двигатель Пример: компрессор мощностью 2 МВт M 37 46 48 - 51LR 49RMS 51G 66 27D 27R 46 48 - 51LR 49RMS 51 51G 66 67N M 38/ 49T 26 63 49T M 12 14 27D 27R 46 48 - 51LR 49RMS 51 51G 66 87T M 27D 27R 32P 32Q 40 46 48 - 51LR 49RMS 51 51G 66 78PS 87M 38/ 49T Выпуск № 1 Schneider Electric 55 Защита генераторов Виды повреждений 0 Работа генератора может быть нарушена как в силу возможных повреждений в самой электрической машине, так и из?за нарушений в сети, к которой подключен генератор. Таким образом, система защиты генератора должна быть организована по двум направлениям: защита электрической машины и защита сети. В данном руководстве рассматривается случай, когда генераторы являются синхронными машинами (генераторы переменного тока). Такие возможные повреждения как перегрузка, небаланс, внутренние межфазные замыкания являются однотипными для генераторов и для двигателей. Ниже описываются только возможные повреждения, свойственные генераторам. Внешнее межфазное короткое замыкание При коротком замыкании, возникающем в ближней к генератору сети, кривая тока повреждения аналогична графику, представленному на рисунке 1. Максимальное значение тока короткого замыкания вычисляется с учетом сверхпереходного полного сопротивления Х"d электрической машины. Значение тока, определяемое с помощью защиты с очень малой выдержкой времени (около 100 мс), вычисляется с учетом переходного полного сопротивления Х'd электрической машины. Значение тока короткого замыкания в установившемся режиме вычисляется с учетом полного синхронного сопротивления Х. Этот последний ток слабый, как правило, меньше номинального тока генератора. Использование регуляторов напряжения, зачастую, позволяет в течение нескольких секунд поддерживать этот ток на уровне (в 2 или 3 раза) больше номинального. Внутреннее замыкание между фазой и корпусом Это повреждение того же типа, что и для двигателей, и его последствия зависят от используемого режима работы нейтрали. Но в данном случае есть одна особенность, поскольку в отличие от двигателя генератор работает при его отключении от сети во время пуска и остановки, а также в режиме испытаний или в резервном режиме. Режим работы нейтрали различается в зависимости от того, подключен или отключен генератор, и устройства защиты подбираются для двух вариантов функционирования электрической машины. Потеря возбуждения Потеря возбуждения генератором, предварительно подключенным к сети, вызывает его рассинхронизацию с сетью. Таким образом, генератор работает в асинхронном режиме при незначительным увеличении частоты вращения и потребляет реактивную мощность. В результате возникают перегрев статора из?за большого реактивного тока и перегрев ротора, поскольку он не рассчитан на наведенный ток. Потеря синхронизма Выпадение из синхронизма генератора происходит в результате серьезного повреждения, нарушающего баланс установившегося режима: например, это может быть короткое замыкание в сети, которое вызывает снижение электрической мощности, выдаваемой генератором, и разгон генератора, который продолжает работать от привода. Работа в качестве двигателя Когда генератор работает как двигатель от электрической сети, к которой он подключен, генератор передает на вал механическую энергию, что может привести к износу и повреждению привода. Изменения напряжения и частоты Изменения напряжения и частоты в установившемся режиме возникают из?за плохой работы соответствующих регуляторов и могут привести к следующим возможным повреждениям: b вследствие чрезмерно высокой частоты происходит перегрев двигателей; b вследствие чрезмерно низкой частоты двигатели теряют мощность; b изменение частоты вызывает изменение частоты вращения двигателей, что может быть причиной механических повреждений, а также сбоев в работе электронных устройств; b чрезмерно высокое напряжение влияет на все элементы сети и может вызвать перегрев магнитопроводов и повреждение чувствительных нагрузок; b слишком низкое напряжение вызывает потерю вращающего момента и увеличение тока и температуры нагрева двигателей; b колебания напряжения приводят к изменению вращающего момента двигателей; эти колебания порождают явление фликера (мерцание источников света). Нарушение управления генератором Нормальное управление генератором может быть нарушено: b ошибочное включение в сеть при несоблюдении нормальной последовательности пуска: двигатель, при остановке подключенный к сети, работает как двигатель и может повредить привод; b управление энергосистемой: при параллельном соединении нескольких источников возникает необходимость адаптации количества источников мощности с нагрузками сети; существует также вариант создания изолированной системы со своим собственным энергоблоком. DE 553 06 Рис. 1. Ток короткого замыкания на выводах генератора t Ток Сверхпереходные процессы Переходные процессы |