Модернизированный алгоритм защиты от перегрузки

Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г., НТЦ «Механотроника», С-Петербург

Новый алгоритм защиты электродвигателей от перегрузки

Под названием " Модернизированный алгоритм защиты электродвигателей от перегрузки" статья опубликована в журнале «Энергетик» № 12 за 2012 год

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 I_с.з.1 в течение промежутка времени t_2.1 . 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 I_ном.

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