Защита мощных двигателей

Введение 7
1 Повреждения электродвигателей 10
1.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы электродвигателей 13
2 Релейная защита асинхронных двигателей 18
2.1 Роль защиты в повышении надежности работы электроустановок 18
2.2 Требования, предъявляемые к защите двигателя 22
2.2.1 Защита от замыкания на землю в обмотке статора 25
2.2.2 Защита, реагирующая на искусственно создаваемые высшие гармоники тока замыкания не землю 28
2.2.3 Защита, реагирующая на действующее значение тока нулевой последовательности 29
2.2.4 Токовые направленные защиты 31
2.2.5 Защита от многофазных замыканий в обмотке статора 31
2.2.6 Защита от перегрузки 34
3 Разработка логических схем защит асинхронного двигателя на базе микропроцессорных терминалов серии ТОР 200 37
3.1 Основные принципы построения релейной защиты 37
3.2 Цифровая релейная защита 40
3.2.1 Защита электродвигателя от многофазных коротких замыканий 43
3.2.2.1 Максимальная токовая защита 44
3.2.1.2 Дифференциальная токовая защиты 45
3.2.2 Защита от повышения напряжения 46
3.2.3 Защита минимального напряжения 47
Заключение 50
Литература 51
Приложение А 53

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время уровень культурного, а также технического развития государства определяется количеством электроэнергии, вырабатываемой на душу населения. При этом почти вся электроэнергия вырабатывается электрическими машинами, представляющими собой различные виды электромеханических преобразователей энергии. Другими словами, электрическая машина – это устройство, предназначенное для взаимного преобразования механической и электрической энергий.
Электрические машины широко применяются как на электростанциях, так и в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического управления и регулирования, а также в быту. Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется машинами, называемыми электрическими генераторами, а электродвигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Поскольку электрическая энергия на тепловых и гидроэлектростанциях вырабатывается электрическими машинами и довольно большая ее часть потребляется также электродвигателями, то обоснованно утверждать, что электромеханика является основой всей промышленной энергетики. Все электрические машины могут использоваться как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Это свойство обратимо. Кроме того, преобразование электрической энергии с одного уровня напряжения на другой осуществляется электромеханическими преобразователями, которые именуются трансформаторами. Все электрические машины делятся на машины постоянного и переменного тока по типу источника питания. По наличию щеточного контактного узла электрические машины постоянного тока делятся на коллекторные и бесконтактные. Машины переменного тока, в свою очередь, могут быть однофазными и многофазными. Выделяют асинхронные двигатели, синхронные двигатели и трансформаторы. Принцип действия электрических машин основан на двух явлениях: индукции электродвижущей силы в проводнике, движущемся в магнитном поле, при протекании по нему электрического тока.
Асинхронные и синхронные двигатели занимают ключевое место среди электроприемников промышленных предприятий и электростанций. На предприятиях ряда отраслей, таких как металлургия, горнодобывающая, целлюлозно-бумажная, химическая и нефтехимическая, суммарная установленная мощность электродвигателей напряжением выше 1 кВ составляет около 20-70% от общего энергопотребления. Электродвигатели напряжением выше 1 кВ имеют диапазон от нескольких сотен киловатт до единиц и десятков мегаватт. Самыми распространенными являются дешевые, простые по конструкции, надежные в изготовлении и эксплуатации асинхронные двигатели, которые применяются для приводов, дымососов насосов, различных вентиляторов, транспортеров, конвейеров и т. п. Именно таким двигателям будет посвящена большая часть этой работы. Более 40% электроэнергии, вырабатываемой в стране, приходится на асинхронные двигатели. На тепловых и атомных электростанциях для привода главных питательных и циркуляционных насосов используются как малые асинхронные двигатели номинальной мощностью 330 кВт, так и мощные до 8 МВт. Асинхронные двигатели получили наибольшее распространение в качестве трехфазных двигателей переменного тока в таких отраслях, как строительство, станкостроение, машиностроение, сельское хозяйство и многих других. Преобладают асинхронные двигатели мощностью от 0,4 до 100 кВт и частотой вращения от 500 до 3000 об/мин.
В среднем срок службы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором составляет от 15 до 20 лет без капитального ремонта с учетом того, что они правильно эксплуатировались, то есть работали в соответствии с номинальными параметрами, указанными в паспортных данных. электродвигателя. Несмотря на это, на практике имеет место серьезное отклонение от номинальных условий эксплуатации. В первую очередь из-за некачественного питающего напряжения и нарушения правил технической эксплуатации, а именно условий окружающей среды, нарушения охлаждения, снижения сопротивления изоляции, технологических перегрузок.
Результатом данного вида отклонения являются аварийные режимы работы асинхронного двигателя. По этой причине ежегодно выходит из строя около 10% бывших в употреблении электродвигателей. Примечательно, что 60% скважинных электронасосных агрегатов выходят из строя более одного раза в год. Повреждение асинхронных двигателей приводит к тяжелым авариям и значительному материальному ущербу, связанному с простоем технологического оборудования, ликвидацией последствий аварий, ремонтом вышедшего из строя электродвигателя. Кроме того, работа в утяжеленных условиях приводит к повышенному потреблению электроэнергии из сети, а также увеличению потребляемой реактивной мощности.
Несомненно, применение эффективной и надежной защиты от аварийных режимов позволит значительно сократить количество и частоту аварийных ситуаций, продлить срок службы асинхронного двигателя, снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы. Однако для выбора этой защиты необходимо знать, как и от чего необходимо защитить асинхронный двигатель, а также специфику процессов, протекающих в нем при аварии.
Микропроцессорное оборудование зарубежных производителей имеет значительную стоимость, основную часть которой составляют программные продукты. В результате детальные исследования проблемы защиты асинхронного двигателя предприятия, которые направлены на разработку алгоритма микропроцессорной релейной защиты, а также программных средств для нее с целью повышения быстродействия и надежности, максимальной автоматизации и облегчения использовать, актуальны.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Повреждения электродвигателей

В процессе эксплуатации электродвигателей с ними могут происходить различные повреждения. Повреждение электродвигателей происходит из-за старения изоляции обмоток, заводского брака, попадания влаги или масла, коммутационных перенапряжений, некачественного ремонта, неправильного обслуживания.
Ежегодно на электродвигатели приходится около 25-30% от общего количества повреждений высоковольтного электрооборудования — столько же, сколько кабельных и распределительных сетей. Механические повреждения, к коим относят поломки вала, разрушение соединения вала ротора с магнитопроводом, разрывы сварных швов, износ и дефекты подшипников, как правило, составляют не больше 5-15% общего количества неисправностей двигателя, при этом большая их часть относится к двигателям, работающим с резкопеременной нагрузкой на валу, в условиях повышенной вибрации и тряски, при низких температурах.
Основным видом неисправности считается электрическое повреждение, так или иначе связанное с нарушением изоляции обмоток статора и ротора. Чаще всего в 80-95 % случаев неисправна обмотка статора, при этом около 70 % электрических повреждений приходится на пазовую и концевую части обмотки, а остальные 25-30 % - это нахлесты и пробои изоляции в клеммных коробках.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1998
2 Атабеков Г.И. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957
3 Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание, перераб. и
4 Нестерин В. А., Ваткин В. А., Электромеханика. Машины переменного тока: Конспект лекций. Чебоксары: Издательство Чувашского университета, 2005-141 с
5 Мусин А. М. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и их защиты. Колос, 1979 – 112 с
6 Шнеерсон Э. М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007-549 с
7 Байтер И. И. Защита и АВР электродвигателей собственных нужд. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергия, 1980 – 104 с
8 Корогодский В. И., Кужеков С. Л., Паперно Л. Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1987 – 248 с
9 Федосеев, А. М., Федосеев М. А. Релейная защита электроэнергетических систем: учеб. Для вузов – М.: Энергоатомиздат. 1992 – 528 с
10 Беркович М. А. и др. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984 – 376 с
11 ГОСТ 28330-80. Машины электрические. Асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Общие технические требования.
12 ГОСТ 16264.1-85. Двигатели асинхронные. Общие технические условия
13 Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 2007 – 287 с
14 Петров В. М., Кравчик А. Э. Асинхронные двигатели общего назначения. – М.: Энергия, 1980 – 488 с
15 Деро А. Р. Неполадки в работе асинхронного двигателя. – Л.: Энергия, 1976 – 96 с
16 Архипцев Ю. Ф., Котеленец Н. Ф. Асинхронные электродвигатели. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986 – 104 с

Весь текст будет доступен после покупки