Меню

Защита от перегрузки тепловая мощность

Защита от перегрузки на основе тепловой модели

Перегрузка электродвигателей вызывает чрезмерный нагрев их обмоток и может привести к повышенному износу или тепловому пробою изоляции. Допустимое время перегрузки находится в обратнопропорциональной зависимости от квадрата величины тока перегрузки. Поэтому защита от перегрузки двигателя на аналоговых реле выполняется с использованием обратнозависимой от тока выдержки времени (индукционный элемент реле типа РТ-80). Вместе с тем, такой принцип выполнения защиты не отслеживает температуру защищаемого объекта. При повторном пуске двигателя с горячего состояния реле РТ-82 имеет такую же выдержку времени, как и при пуске холодного двигателя.

Более совершенный принцип выполнения защиты от перегрузки используется в цифровых реле, в которых температура защищаемого объекта косвенно отслеживается как при нагреве, так и при охлаждении. Защита срабатывает, когда интегральная температура превысит допустимое значение.

Тепловая модель двигателя описывается следующим выражением:

где – интегральная температура модели в относительных единицах;

– начальная температура, с которой двигатель начинает охлаждаться;

I* – кратность тока перегрузки по отношению к значению номинального тока двигателя, увеличенному на 5 %;

t – текущее время, с; Т – тепловая постоянная времени, с.

р – коэффициент изменения начальной температуры модели, значение которого принимается в зависимости от заданных условий.

Первое слагаемое выражения (7.7) отражает процесс нагрева, а второе – охлаждение двигателя.

В качестве тепловой характеристики двигателя в зарубежной практике используется параметр t, под которым подразумевается предельно допустимое время нахождения холодного двигателя в заторможенном состоянии при 6-кратном токе. У обычных двигателей параметр t превышает время пуска примерно в два раза (t»2 tп). Существует однозначная связь между постоянной времени Т и параметром t, что вытекает из уравнения (6.3) после его решения относительно t:

Из выражения (7.8) постоянную времени нагрева Тн можно определить по формуле:

где tп – время пуска, определяемое из опыта пуска двигателя при полной загрузке.

После отключения двигателя процесс его остывания характеризуется постоянной времени остывания Т, значение которой намного больше постоянной времени нагрева:

Это объясняется отсутствием принудительной вентиляции остановленного двигателя.

Ниже на конкретном примере показано как тепловая модель цифрового реле отслеживает температуру обмотки двигателя при его включении и отключении.

Предположим, из опытных данных известно, что кратность пускового тока двигателя равна 6Iном, а время пуска – tп = 5 с. Тогда:

Тн = 60×5 = 300 с; Т = 4Тн = 4×300 = 1200 с.

Согласно ПТЭ двигатели обязаны обеспечивать 2 пуска из холодного состояния и 1 из горячего состояния. Поэтому в тепловой модели принимаем р = 0,5 при и р = 1 при .

При включении двигателя из холодного состояния (qнач = 0) температуру его обмотки к концу пуска, определим по выражению (7.7):

т.е. двигатель будет нагрет до 54 % допустимой температуры.

Если после окончания пуска двигатель перейдет в режим нормальной работы с номинальным током, то процесс изменения температуры будет описываться выражением (7.7), в котором коэффициент р=1. Например, спустя 10 мин (600 с) после пуска температура двигателя составит:

Читайте также:  Причины утомления при циклической работе субмаксимальной мощности

Установившееся же значение температуры двигателя нормального режима при t = ¥, составит:

Следует отметить, что значение допустимой (100 %-ной) температуры двигателя в среднем составляет 120…135 о С.

Можно показать, что защита разрешит пуск двигателя, работающего с полной загрузкой и из горячего состояния при температуре равной 91 % (здесь р принимается равным 0,5):

Как видно, при самозапуске двигателя (из горячего состояния) его температура не превысит допустимого значения. При этом в процессе установившейся работы температура двигателя снова установится на уровне 91 %.

Проверим требование ГОСТ183-74 на отечественные электродвигатели, допускающего нахождение ЭД в течение 2 минут в режиме перегрузки 1,5-кратным током:

Как видим, требования ГОСТа выполняются.

Определим температуру двигателя через 25 мин после его отключения:

Поскольку процесс нагрева и охлаждения двигателя происходит по экспоненциальному закону, то для полного остывания двигателя должно пройти время не менее 3Т = 3×1200=3600 с, т.е. не менее 1 часа.

Надо отметить, что в качестве уставок защиты от перегрузки в цифровое реле, например Sepam 2000, вводят значения постоянных времени Тн и Т, а также температуру в процентах, при которой защита должна действовать на сигнал и на отключение, например, 98 % и 110 % соответственно.

При аварийном отключении двигателя защитой от перегрузки его пуск в дальнейшем блокируется до охлаждения двигателя до заданной температуры. Текущее значение температуры двигателя можно вывести на дисплей реле.

Как выше отмечалось, цифровые реле измеряют значения симметричных составляющих токов прямой и обратной последовательностей (Iпр и Iобр). Последняя появляется при несимметрии и неполнофазном режиме. Составляющая обратной последовательности генерирует в роторе двигателя токи значительной амплитуды, которые создают существенное повышение температуры в обмотке ротора и его вибрацию. Поэтому в цифровых реле с превышением величины Iобр значения порога срабатывания (уставки) специальная защита от несимметрии отключает двигатель с выдержкой времени. Кроме того, повышенная интенсивность нагрева двигателя при появлении тока обратной последовательности учитывается в тепловой модели следующим образом.

Вычисляется эквивалентный ток:

где К − коэффициент усиления влияния тока обратной последовательности на допустимую перегрузку.

При отсутствии необходимых данных значение К принимается равным 4 для отечественных двигателей и около 6 для зарубежных.

Вычисление кратности тока I* в выражении (6.3) производится по величине эквивалентного тока.

Например, определим допустимое время перегрузки двигателя при неполнофазном режиме (обрыв провода на линии 110 кВ). В этом случае, поскольку Iпр = Iобр, значение эквивалентного тока составит

Подставив в выражение (7.7) значение Iэкв при времени t = 43 c, получим:

Следовательно, данный двигатель при неполнофазном режиме отключится защитой от перегрузки за время около 45 с.

Следует отметить, что при тепловых расчетах реальное значение пускового тока двигателя необходимо вычислять по выражению (7.8).

Домашнее задание № 7

Рассчитать для защиты электродвигателя уставки следующих видов защит:

-Защита от междуфазных КЗ;

Читайте также:  Дизель потеря мощности мороз

-Защита от замыкания на землю;

-Защита от перегрузки;

-Защита минимального напряжения.

Рекомендуется придерживаться следующей последовательности расчета. Определяется номинальный ток двигателя:

1. В качестве защиты от междуфазных КЗ в обмотке статора применяют токовую отсечку при мощности ЭД меньше 5 МВт или дифференциальную защиту при . Токовую отсечку рекомендуется принимать в двухфазном или трехфазном исполнении (Ксх =1).

Расчетное значение первичного тока срабатывания токовой отсечки определяется по выражению:

где Kп – кратность пускового тока;

Kзап – коэффициент запаса, принимается равным 1,8…2 для токового реле РТ-80; 1,5…1,6 для реле РТ-40 и 1,3…1,4 для цифрового реле.

Чувствительность защиты оценивается по формуле:

Если чувствительность отсечки недостаточная (меньше 2) или мощность ЭД более 5 МВт, то применяют дифференциальную защиту, при условии, что обмотка этого двигателя имеет выводы со стороны нейтрали.

Ток срабатывания дифференциальной защиты:

где для дифференциальных реле типа РНТ-565 и ДЗТ-11; для РСТ-15 и принимается для цифрового реле.

Чувствительность защиты оценивается по (7.13).

2. Защита от однофазных замыканий на землю двигателя устанавливается если суммарный емкостной ток замыкания на землю сети (ISC) превышает 5 А. Она выполняется аналогично защите линии, но защита ЭД действует на отключение двигателя. Данная защита выполняется на базе реле тока нулевой последовательности типа РТЗ-51.

Ток срабатывания защиты определяется по выражению (4.6).

Чувствительность защиты определяется по (4.7), где ISC принять из задания № 3. Если чувствительность окажется недостаточной, то рекомендуется применить направленную защиту с реле ЗЗП-1М.

3. Защита от перегрузки выполняется с помощью одного реле максимального тока, контролирующего фазный ток двигателя.

Ток срабатывания защиты ЭД от перегрузки определяется по выражению:

Выдержка времени срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от времени пуска двигателя:

где tпуск в задачи принять 6…12 с

В цифровых реле, кроме выше названных предусмотрена специальная защита от перегрузки ЭД на основе тепловой модели.

4. Защита минимального напряжения (ЗМН) применяется на всех двигателях. При наличии нескольких двигателей защита выполняется групповой.

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения (уставка реле напряжения) определяется по формуле:

где U2.ном – номинальное напряжение вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения, равное 100 В.

Выдержка времени срабатывания ЗМН двигателей, на которых самозапуск не предусмотрен принимается равной 1.0..3.0 с.

Синхронные двигатели имеют еще защиту от асинхронного хода, которая обычно выполняется в возбудительном устройстве, либо для этой цели используется защита от перегрузки. В последнем случае для исключения отказа при пульсации тока статора эта защита должна иметь выдержку времени не менее 0,6 с при возврате (устанавливается реле РП-250). При использовании цифровых реле защита от асинхронного хода реагирует на максимальное значение реактивной мощности ЭД: .

В заключение выбираются трансформаторы тока и уставки реле защит от междуфазных КЗ и перегрузки. Составляется карта уставок защит электродвигателя в виде таблицы 1.5 домашнего задания №1.

Источник



Тепловая защита электродвигателя

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok
Читайте также:  Перфоратор для штробления мощность

В процессе эксплуатации электродвигателя могут возникнуть неполадки, причиной которых являются тепловые перегрузки. Они появляются в результате пропадания одной из фаз, питающих двигатель. При этом ток в два раза превышает номинальный, что и приводит к перегреву обмотки статора. Еще одной причиной могут стать проблемы, в результате которых вал вращается с затруднением. Это происходит, когда электродвигатель работает под большой нагрузкой или выходят из строя подшипники. В результате перегрева разрушается изоляция обмотки статора, следствием чего становится короткое замыкание и выход оборудования из строя. Чтобы этого не произошло, используется тепловая защита двигателя, позволяющая своевременно обеспечить технику при появлении больших токов. Когда необходима тепловая защита электродвигателя. Сегодня тепловая защита электродвигателя устанавливается на всем промышленном оборудовании, на бытовой технике и электроинструментах. Она отлично зарекомендовала себя в следующих случаях:

  • при неправильных процессах во время пуска или торможения двигателя;
  • во время длительных перегрузок;
  • при повышенной частоте включения;
  • при значительных колебаниях напряжения электросети;
  • во время обрыва фаз;
  • при включении оборудования с заклиненным ротором;
  • при заклинивании приводных механизмов оборудования.

Для надежной защиты используют тепловое реле для электродвигателя, автоматические выключатели, предохранители с магнитными пускателями, плавкие вставки. Максимальную эффективность дает комплексное использование этих элементов. Принцип действия теплового реле электродвигателя. Встроенная тепловая защита электродвигателя базируется на применении реле с биметаллической пластиной. Она состоит из двух частей, созданных из металлов с различным коэффициентом линейного расширения. Ток оказывает на пластину тепловое воздействие и в результате неравномерного расширения составных частей она изгибается. При определенной температуре, на которую настроено реле, изогнутая пластина достигает положение, при котором воздействует на защелку расцепителя. Это действие, усиленное пружиной, позволяет максимально быстро разъединить цепь. В обратное положение пластину можно вернуть нажатием предназначенной для этого кнопки. Конструкция и выбор теплового релеКонструкция тепловой защиты зависит от ее назначения, рабочего тока и способа установки реле. Производители выпускают сегодня тепловые реле как в составе автоматических выключателей и пускателей, так и в виде отдельных электроустановочных изделий. Есть возможность выбрать реле с ручным возвратом или с автоматическим самовозвратом в исходное положение.Выбор теплового реле для электродвигателя зависит от потребляемого тока. Регулируется величина срабатывания в небольшом диапазоне, поэтому подбирать реле нужно тщательно. Нагревается пластина при прохождении тока по специальной спирали, намотанной на пластину. При включении двигателя пусковой ток в несколько раз сильнее номинальной величины, но волноваться, что реле сработает не стоит. Нагревается пластина медленно и кратковременные мощные токи не успевают привести защиту в действие. Время срабатывания регулируется длиной токопроводящей спирали: чем оно больше, тем больше витков на пластине. В ряде случаев нагревательным элементом может выступить непосредственно биметаллическая пластина. Выбор реле производится либо по марке двигателя, на который она будет установлена, либо по специальным таблицам, учитывающим номинальный ток.

Источник