Выбор защиты электрических машин

Правильный выбор и настройка защиты электрических машин позволяют увеличить их рабочий ресурс, обеспечить безаварий­ную работу и повысить эксплуатационную надежность. Защита может действовать на отключение и на сигнал. В первом случае при недопустимом отклонении режимных параметров происхо­дит отключение электрической машины от сети, во втором — подается звуковой или световой сигнал о недопустимом отклоне­нии параметров обслуживающему персоналу, который и прини­мает решение о необходимости отключения машины.

Применение защиты удорожает машину, поэтому выбор типа и числа защит определяется не только технической, но и эконо­мической целесообразностью их установки.

В ПУЭ оговариваются следующие типы защит для электричес­ких двигателей. Для двигателей напряжением до 1000В предусмотрены:

•для двигателей переменного тока — защита от многофазных коротких замыканий и минимального напряжения, а в сетях с глухозаземленной нейтралью дополнительная защита однофазных замыканий;

•для двигателей постоянного тока — защита от коротких замыканий и недопустимого повышения частоты вращения;

•для синхронных двигателей — защита от асинхронного режима;

•для всех двигателей — защита от перегрузки.

Для двигателей переменного тока напряжением свыше 1000 В предусмотрены дополнительные виды защит:

-для двигателей, имеющих принудительную смазку подшипни­ков, - защита (на сигнал и на отключение) от повышения тем­пературы смазки или прекращения се циркуляции;

-для двигателей, имеющих принудительную вентиляцию, — защита (на сигнал и на отключение) от повышения температуры охлаждающего газа или прекращения вентиляции;

-для двигателей с водяным охлаждением обмоток и активной стали и имеющих встроенные воздухоохладители, охлаждаемые водой, — защита на сигнал от снижения циркуляции воды и защита на отключение от прекращения ее циркуляции;

-для блоков «трансформатор—двигатель» общая защита от многофазных коротких замыканий;

-для синхронных электродвигателей - автоматическое гашение поля в аварийных режимах (как правило, для двигателей мощно­стью свыше 500 кВт).

Для защиты от коротких замыканий применяются предохранители или автоматические выключатели.

Защита от перегрузки должна выполняться с выдержкой времени и может быть построена с использованием тепловых реле. Эта защита должна действовать на отключение или на сигнал, и, если возможно — на разгрузку двигателя. Защита от перегрузки устанавливается при тяжелых условиях пуска (для ограничения длительности пуска при пониженном напряжении) и в тех случаях, когда по технологическим причинам возможна перегрузка механизма.

Защита от минимального напряжения применяется: для двигателей постоянного тока, не допускающих прямого пуска при напряжении сети' для двигателей тех механизмов, самозапуск которых после останова недопустим по технологическим соображениям- для многоскоростных двигателей тех механизмов, самозапуск которых допустим и целесообразен, при этом защита должна автоматически переключать двигатель на низшую скорость.

Защита от асинхронного режима синхронных двигателей напряжением до 1000 В должна осуществляться с помощью защиты от перегрузки по току статора, а для двигателей напряжением свыше 1000 В защита может осуществляться с помощью токового реле, реагирующего на увеличение тока статора и отстроенного от дей­ствия пускового тока и тока в режиме форсирования возбуждения.

Для генераторов переменного тока мощностью свыше 1 МВт предусмотрены следующие виды защит:

-от многофазных коротких замыканий в обмотке статора и на ее выводах. Для генераторов мощностью свыше 1 МВт выполняется в виде дифференциальной токовой защиты, которая должна дей­ствовать на отключение генератора от сети, на гашение поля и на останов приводного двигателя. Для генераторов мощностью до I МВт для этих целей может быть использована защита от вне­шних коротких замыканий, действующая на отключение генера­тора и гашение поля возбуждения;

-от однофазных замыканий на землю в обмотке статора. При емкостном токе замыкания на землю не менее 5 А выполняется в виде токовой защиты, действующей на отключение генератора и гашение поля возбуждения;

-от двойных замыканий на землю (одно возникло в обмотке статора, другое — во внешней цепи);

-от замыканий между витками одной фазы в обмотке статора. Выполняется в виде поперечной дифференциальной токовой за­щиты без выдержки времени. Она должна действовать на отклю­чение генератора и гашение поля;

-от внешних коротких замыканий. Выполняется в виде максималь­ной токовой защиты, действующей на отключение генератора;

-от перегрузки токами обратной последовательности (применя­ется для генераторов мощностью свыше 30 МВт);

-от симметричной перегрузки обмотки статора. Выполняется в виде максимальной токовой защиты, действующей на сигнал с выдержкой времени;

-от перегрузки обмотки ротора током возбуждения;

-от асинхронного режима с потерей возбуждения. Может дей­ствовать на сигнал, если генератор допускает работу в этом режи­ме (после гашения поля возбуждения), или на отключение, если асинхронный режим для генератора является недопустимым;

-от замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения.

В настоящее время электрические машины снабжаются комп­лексными защитными устройствами, выполняющими одновре­менно функции не одной, а нескольких защит. При этом наибо­лее универсальной остается тепловая защита электрических ма­шин, позволяющая наиболее полно использовать их возможности.

Планирование ремонтов электрических машин

При планировании структуры ремонтного цикла, под которой понимаются виды и последовательность чередования плановых ремонтов, исходят из длительности ремонтного цикла в соответ­ствии с кривой жизни технического изделия (см. рис. 1.3). Период времени между двумя плановыми капитальными ремонтами Тпл определяется продолжительностью ремонтного цикла Ттабл.В свою очередь Ттабл определяется при нормальных условиях эксплуата­ции при двухсменной работе электрических машин. Значения Ттабл для ряда характерных производств приведены в Приложении 7.

В промежутке времени между двумя капитальными ремонтами проводят несколько текущих. Период времени между двумя пла­новыми текущими ремонтами tплопределяется продолжительнос­тью межремонтного периода tтабл, значения которого также при­ведены в Приложении 7.

Плановая продолжительность работы между двумя капитальны­ми и текущими ремонтами определяется по следующим формулам:

;(5.1)

(5.2)

где — коэффициенты, косвенно учитывающие реальный характер на­грузки электрической машины: = 0,75 для коллекторных машин и1,0 для остальных машин; — коэффициент, учитывающий сменность ра­боты машины, он определяется числом смен Ксм; = 1,0 для элек­трических машин, отнесенных к вспомогательному оборудованию, для машин основного оборудования = 0,85; = 0,7; — коэффициент использования, определяемый в зависимости от отношения коэффици­ента Кфс фактического спроса к нормируемому Кс; = 1,0 для электри­ческих машин, установленных на стационарных установках, а для машин передвижных электрических установок = 0,6.

Ниже приведены значения коэффициентов и :

Кфс/Кс ……………….. 0,5 0,75 1,0 1,1 1,2 1,3

…………………… 1,3 1,1 1,0 0,9 0, 0,7

Ксм …………………… 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3

……………………. 2 1,6 1,35 1,13 1 0,8 0,67

Под коэффициентом спроса Кс понимается отношение макси­мальной нагрузки предприятия (цеха, отдельного производства) Рmax к суммарной установленной на нем мощности электроприем­ников Ру (электродвигатели, электротехнологические процессы, освещение и др.). Под Ртах понимается получасовой максимум на­грузки предприятия, заложенный в его технический проект и за­являемый предприятием при составлении договора с энергоснабжаюшей организацией. По значению Pmax определяется, в частно­сти, необходимая суммарная мощность связывающих его с электрической системой трансформаторов. Таким образом,

; (5.3)

Реальная нагрузка предприятия может отличаться от расчетной, также как и суммарная мощность установленных на нем приемников электрической энергии. Поэтому наряду с коэффициентом Кс (его значения приведены в Приложении 7) вводится коэффици­ент фактического спроса Кфс, который определяется опытным пу­тем по фактическому среднечасовому максимуму нагрузки Рфmax и фактической установленной мощности электроприемников Рф.у. Коэффициент фактического спроса может существенно отличаться от первоначально принятого. Чем больше Кфс, тем больше средняя нагрузка электрических машин, установленных на предприятии:

(5.4)

По указанной методике для каждой электрической машины, установленной на предприятии, можно рассчитать промежуток времени между капитальными и текущими ремонтами и составить календарный график проведения этих ремонтов, согласовав его с графиком ремонтов основного технологического оборудования. На базе графиков ремонта по отдельным участкам и цехам составляется свободный график ремонта электрических машин по предприятию в целом.

Пример расчета.Определить продолжительность ремонтного цикла и межремонтного периода для асинхронного рольгангового двигателя с короткозамкнутым ротором типа АР, который установлен на прокатном стане металлургического завода, имеет трехсменный график работы (непрерывное производство) и коэффициент фактического спроса, равный 0,6.

Из приложения 7 находим, что для горячих цехов Tтабл = 4 года, tтабл = 6месяцев при Кс = 0,45. Далее определяем значение соответ­ствующих коэффициентов: = 1 (у двигателя отсутствует кол­лектор); = 0,67 при Ксм = 3; = 0,7 (для Кфс/ Кс = 0,6/0,45 =1,33); = 0,85; =0,7(двигатель относится к основному обору­дованию); =1 (установка стационарная). Тогда в соответствии с формулами (5.1), (5.2) рассчитываем время между двумя капи­тальными Тпл и текущими tпл, ремонтами:

Тпл =4,0∙1,0∙0,67∙0,7∙0,85∙1,0 = 1.6 (года); tпл =6,0∙1,0∙0,67∙0,7∙0,7∙1,0 =2 (месяца).

Срок 2 месяца соответствует 0,167 года, поэтому между двумя ка­питальными ремонтами двигатель должен пройти 8 текущих (Тпл / tпл =1,6/0,167=9, но поскольку очередной капитальный ремонт совпада­ет с текущим, то последний текущий ремонт заменяется на очеред­ной капитальный).