Лекция 7

7.1 Ненормальные режимы работы и повреждения электродвигателей

Особенность защиты электродвигателей заключается в том, что во время работы протекают электромеханические процессы. Электродвигатели критичны к небольшим перегрузкам из-за компактности и малых габаритов. Вследствие постоянной вибрации изоляция ускоренно стареет, а при несинхронных режимах у синхронных электродвигателей возможна поломка вала.

А

Рисунок 7.1. Тепловая характеристика двигателя

нализ повреждений электродвигателей (ЭД) указывает на возможные ненормальные режимы работы и повреждения. К ненормальным режимам работы относятся:

― перегрузка. В соответствии с МЭК допустимое время t_ДОП перегрузки можно рассчитать по формуле

, (7.1)

где , I_ПР ― ток перегрузки, I_Н,ДВ – номинальный ток двигателя, А ― тепловая постоянная (для мощных машин А=250, для остальных А=150);

― понижения напряжения. Для неответственных потребителей допускается снижение напряжения до (0,65…0,75)Uном, а для ответственных ― до 0,5Uном, а при дальнейшем снижении надо отключать асинхронный двигатель (так как при снижении напряжения увеличивается ток);

― несимметрия возникает в результате неодинаковой фазной нагрузки сети, происходит перекос питающего напряжения. При работе двигателя от несимметричного напряжения возникает обратная последовательность, которая ведет к нагреву статора и ротора. Рекомендуют [1] отключать двигатель при I₂0,1I_Н,ДВ. К ненормальному режиму причисляется обрыв фазы. Двигатель может быстро перегреться и повредиться, если не отключить при возникновении такого режима (в этом случае I₂=0,5I₁).

К повреждениям относятся:

― междуфазные КЗ ― двух- (К⁽²⁾) и трехфазные (К⁽³⁾), сопровождаются сверхтоками, из-за чего происходят необратимые процессы ― выгорание изоляции, оплавление обмоток, их деформации в лобовых частях и т. д.;

― однофазное замыкание обмотки К^(З) статора на землю или на корпус может происходить у двигателей, работающих в сетях с изолированной нейтралью или заземленной через дугогасящий реактор (для сетей с напряжениями 3, 6, 10 кВ). При таком повреждении к фазной изоляции прикладывается линейное напряжение. Как известно, в процессе эксплуатации изоляция стареет, поэтому велика вероятность электрического пробоя изоляции и возникновения двойного замыкания на землю. Из-за горения дуги возможно также сваривание магнитопровода;

― однофазное КЗ К⁽¹⁾ в сети с заземленной нейтралью (с напряжениями 0,4 кВ или 0,66 кВ) сопровождается сверхтоком, из-за чего происходит выгорание изоляции, расплавление обмоток и т. д;

― витковое замыкание в обмотке сопровождается местным нагревом короткозамкнутого витка с дальнейшим повреждением изоляции и перерастанием в междуфазные КЗ [23, 24];

― замыкание обмотки ротора на землю в общем случае не считается опасным, и двигатель в таком режиме может работать сколь угодно долго, если не считать, что повышается вероятность двойного замыкания на землю, которое необходимо отключать без выдержки времени;

― обрыв одной фазы двигателя сопровождается большими токами обратной последовательности, возникновением двойной частоты ротора, нагревом магнитопровода и обмоток двигателя;

― исчезновение напряжения возбуждения у синхронных машин. Двигатель работает в асинхронном режиме [25];

― асинхронный ход синхронной машины возможен при перегрузке и потере устойчивости. В этом режиме ротор вращается медленнее поля статора, возникают пульсирующие токи, сравнимые с пусковыми и токами КЗ;

― разрыв стержня ротора (для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором). Возникает перерасход электрической энергии, при расширении повреждения и нарушении контактов всей обмотки – останов ЭД;

― эксцентриситет ― смещение оси ротора относительно статора. Чаще всего это повреждение возникает у высоковольтных двигателей, когда смещаются подшипники вала, и ротор может при вращении в наихудшем случае задевать статор.