Гондуров
С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г., НТЦ «Механотроника»,
С-Петербург
Новый алгоритм защиты электродвигателей от перегрузки
В соответствии с требованиями ПУЭ [1] защита от
перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, перегрузка которых возможна из-за:
- технологических особенностей работы приводимого ими
механизма;
- особо тяжелых условий пуска и самозапуска
(длительность прямого пуска непосредственно от сети не менее 20 с);
- чрезмерного увеличения продолжительности пуска при
понижении напряжения в сети.
На электродвигателях, подверженных перегрузке по
технологическим причинам, вызванным особенностью работы приводимого им
механизма, защита, как правило, должна действовать на сигнал и обеспечивать
автоматическую разгрузку механизма.
Защита от перегрузки может действовать на отключение
электродвигателя при:
- невозможности его своевременной разгрузки без
останова;
- отсутствии постоянного
обслуживающего персонала;
- тяжелых условиях запуска и самозапуска.
На электродвигателях, имеющих принудительную
вентиляцию, следует устанавливать защиту, действующую на сигнал и отключение электродвигателя
при повышении температуры или прекращении действия вентиляции.
Согласно требованиям ПУЭ для защиты электродвигателей
от перегрузки следует предусматривать контроль тока в одной фазе. Защита должна иметь зависимую
или независимую от тока выдержку времени, отстроенную от длительности пуска
электродвигателя в нормальных условиях и самозапуска
после действия АВР и АПВ.
Выдержка времени защиты от перегрузки синхронных
электродвигателей, во избежание излишних срабатываний при
длительной форсировке возбуждения,
должна быть по возможности близкой к наибольшей
допустимой по тепловой характеристике электродвигателя.
В схемах управления электродвигателями, защищаемыми от
токов КЗ предохранителями, не имеющими вспомогательных контактов для
сигнализации об их перегорании, необходимо контролировать ток в двух фазах
питающей сети.
Обычно для защиты электродвигателей от перегрузки в
микропроцессорных устройствах цифровой защиты используют одну из ступеней
алгоритма максимальной токовой защиты МТЗ, обеспечивающую контроль тока в двух
или трёх фазах. Однако времятоковая характеристика такой защиты не всегда
совпадает с перегрузочной характеристикой электродвигателя.
В основу работы нового алгоритма защиты от перегрузки
положена математическая модель, графически представленная на рис. 1.
|
|
|
Рис. 1. Характеристика алгоритма защиты
от перегрузок |
Первая ступень алгоритма имеет независимую
характеристику и срабатывает при протекании тока Iс.з.1 в
течение промежутка времени t2.1 . Эта
ступень алгоритма реагирует на механическую блокировку ротора двигателя,
обеспечивая быстрое отключение двигателя от источника питания. Одновременно эта
ступень выполняет функцию ближнего резервирования алгоритма максимальной
токовой отсечки [2].
Ток срабатывания этой ступени должен быть отстроен от
пускового тока электродвигателя, а его значение вычисляют по формуле (1):
|
|
,
А
(1) |
Где 
- кратность пускового тока электродвигателя;
- коэффициент возврата алгоритма.
Вторая ступень алгоритма защиты выполняется с
инверсной характеристикой и работает с действием на отключение
электродвигателя. Время срабатывания защиты определяется по формуле (2):
|
|
,с (2) |
где А - тепловая постоянная
времени охлаждения статора;
- кратность тока относительно номинального тока
электродвигателя
В общем случае значение постоянной А должен указывать производитель
электродвигателя.
Если в документации значение этой величины
отсутствует, то можно воспользоваться формулой (3), приведенной в работе [3]:
|
|
,с (3) |
где 
- допустимое время работы при кратности тока 
.
Эта формула позволяет оценить минимально допустимую
постоянную времени охлаждения статора А.
Например, согласно требованиям стандартов [4, 5], трёхфазные двигатели отечественного
производства мощностью не менее 0,55 кВт с косвенным охлаждением обмоток
статора, должны в течение 2 мин выдерживать ток, равный 1,5 Iном.
В
зависимости от типа и мощности защищаемого электродвигателя значение А может находиться в диапазоне от 60 до 300 с.
Ток
срабатывания второй ступени защиты от перегрузок определяют по формуле (4):
|
|
, А
(4) |
где
kотс – коэффициент отстройки
kв -
коэффициент возврата.
Третья
ступень рассматриваемой защиты имеет независимую характеристику и действует на
сигнализацию. Таким образом, данную ступень защиты следует применять на
объектах с дежурным персоналом. Ток срабатывания третьей ступени алгоритма определяют
по формуле:
|
|
(5) |
где kотс -
коэффициент отстройки защиты от симметричных перегрузок;
kв -
коэффициент возврата.
Предлагаемый алгоритм защиты обладает следующими
несомненными преимуществами по сравнению с алгоритмами, используемыми в
настоящее время:
- быстро отключает питание электродвигателя при
блокировке ротора;
- максимально использует перегрузочную способность
электродвигателя;
- не использует информации о предыдущем тепловом
состоянии электродвигателя;
- не предусматривает корректировки защитной характеристики
в зависимости от температуры окружающей среды.
Литература
1.
Правила устройства электроустановок. М.: Госэнергонадзор
России, 1998, 608 с.
2.
Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров
О.Г. Расчет уставок
для цифровых устройств релейной защиты. Токовая отсечка. //Материал размещен на
странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/to.htm
3. Корогодский В.И., Кужеков С.Л.,
Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – М.:Энергоатомиздат, 1987
4. ГОСТ
183-74. Межгосударственный стандарт. Машины электрические вращающиеся. Общие
технические условия, изд. июль 2001 г. (отменен 01.07.2010 г)
5. ГОСТ 52776-2007. Национальный стандарт РФ. Машины электрические
вращающиеся. Номинальные данные и характеристики.
(введен
01.01.2008 г.)
© ЗАХАРОВ О.Г. 2010-2016::: 2017
© ЗАХАРОВ О.Г. правка 2020::: правка 2024
Города и страны. Здесь читают мои сайты
11.04.2024_14-42
