статора водой, а ротора водородом – ТВВ и ТГВ-200М; статора маслом, а ротора водой – ТВМ; статора и ротора водой – ТГВ-

500 и ТГВ-800.

8.3 Допустимая длительность перегрузки по статору

Это время зависит от способа охлаждения. Перегрузка статора до 30 % на генераторах с непосредственным охлаждением и до 50 % на генераторах с косвенным охлаждением допускается в течение 2 мин и более, поэтому при таких перегрузках не требуется немедленного автоматического отключения генератора. Во многих случаях перегрузки ликвидируются сами до истечения предельного времени tдоп. При авариях в энергосистеме с дефицитом генераторной мощности автоматически или вручную оперативным персоналом принимаются меры по разгрузке перегруженных генераторов.

Несимметрия токов в фазах генераторов возникает при двух- и однофазных КЗ вне генератора, при обрывах одной или двух фаз цепи, связывающей генератор с нагрузкой, и при неполно – фазном режиме работы в сети. Несимметрия токов статора приводит к дополнительному нагреванию ротора и механической вибрации машины. Несимметрия сопровождается появлением в обмотке статора токов ОП I2. Эти токи создают магнитное поле, вращающееся в сторону, противоположную вращению ротора. В результате этого магнитный поток, созданный токами I2, пересекает корпус ротора с двойной частотой. Он индуцирует в металлических частях ротора значительные вихревые токи двойной частоты и создает дополнительный, пульсирующий с двойной частотой электромагнитный момент. Вихревые токи вызывают повышенный нагрев ротора, пульсирующий момент – вибрацию.

К электрическим повреждениям относятся однофазные и многофазные замыкания в обмотках статора и замыкания на землю. Опасность для генератора при повреждениях в обмотке статора – это дуга. Дуга, перекинувшись на корпус статора,

54

вызывает оплавление активной стали корпуса. Может потребоваться серьезный ремонт. Замыкание на землю в одном месте цепи возбуждения непосредственной опасности не представляет, однако возникновение пробоя во втором месте приводит к тяжелому повреждению. В этом случае необходима быстрая ликвидация аварии. Основные ненормальные режимы работы: сверхток и внешних КЗ, перегрузка, потеря возбуждения, недопустимое увеличение напряжения (для гидрогенераторов). Особенно опасны для генераторов внешние несимметричные КЗ и несимметричные перегрузки.

8.4 Защита от многофазных КЗ в обмотке статора

В качестве основной РЗ от междуфазных КЗ в генераторе применяется быстродействующая продольная дифференциальная РЗ. Эта РЗ, выполняемая по схеме с циркулирующими токами, подключается к ТТ, установленным со стороны линейных выводов и со стороны нулевой точки генератора; в зону ее действия входят обмотки, выводы статора, а для генераторов, работающих на сборные шины, – кабели или шины, соединяющие генератор с его выключателем.

8.5 Оценка дифференциальной защиты

Дифференциальная защита является быстродействующей, чувствительной и простой защитой от междуфазных КЗ. На мощных генераторах 200 МВт и выше, особенно на генераторах 500-800-1200 МВт, необходимо стремиться к высокой чувствительности и быстродействию дифференциальной защиты для уменьшения объема повреждения, учитывая высокую стоимость крупных машин. Основными условиями надежной работы защиты при внешнем КЗ и высокой чувствительности при КЗ в зоне защиты являются: выбор трансформаторов тока и их нагрузки таким образом, чтобы погрешность трансформаторов тока не превышала 10%; применение дифференциальных реле с торможением; надежная

55

отстройка тока срабатывания защиты от тока небаланса.

Контрольные вопросы

1.Защита от замыканий между витками обмотки одной фазы генератора.

2.Защита от замыканий обмотки статора на корпус (на землю).

3.Защита генератора от сверхтоков при внешних коротких замыканиях и перегрузках.

4.Защита ротора генератора.

5.Защита синхронных компенсаторов.

6.Защита блока генератор-трансформатор.

56

Лекция 9. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

План

9.1Виды повреждений

9.2Особенности защиты синхронных электродвигателей

9.1 Виды повреждений

Наибольшее распространение как в промышленности, так и особенно на собственных нуждах электрических станций имеют асинхронные электродвигатели. Поэтому их защите уделяют особое внимание.

Релейная защита электродвигателей так же как и защита генераторов и трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и ненормальные режимы.

К наиболее частым и опасным видом повреждений возникающим в обмотках двигателей переменного тока, относятся многофазные КЗ на выводах и в обмотках статора, сопровождающиеся прохождением больших токов, что приводит к значительным разрушениям обмоток и стали электродвигателя. Многофазные КЗ, так же приводит к снижению напряжения в питающей сети, что негативно влияет на работу других токоприемников системы электроснабжения. Такие КЗ должны отключаться без выдержки времени.

Другим видом повреждения менее опасным чем многофазные КЗ, является однофазное замыкание обмотки статора на землю, так как сети, от которых питаются электродвигатели, как правило выполняются с изолированными нейтралями. В таких сетях напряжение 3-10 кВ, токи однофазного замыкания на землю не велики (обычно не превосходят 20-30 А). В результате специальная защита от замыканий на землю устанавливается лишь в случаях, когда ток превышает 10 А (для двигателей мощностью до 2000 кВт) или 5 А (для двигателя мощностью более 2000 кВт). При меньших токах замыкания, допустимо действие защиты только на сигнал (при условиях соблюдения требований техники безопасности).

57

Тяжелым видом повреждения является замыкание витков в одной фазе обмотки статора, так как значение тока в месте повреждения может быть соизмеримо со значениями тока при многофазных КЗ. Специальных защит от витковых замыканий в одной фазе статора не предусматривается.

Если в изоляции обмоток статора имеются ослабленные места, то в режиме однофазного замыкания в сети, когда напряжение на неповрежденных фазах возрастает до значения линейного, возможны пробои изоляции статорной обмотки и возникновение двойного замыкания на землю (одна точка замыкания – в сети, а другая – в одной из фаз статорной обмотки). Чаще всего функции защиты от двойных замыканий на землю выполняет защита от однофазных замыканий.

Для синхронных двигателей кроме указанных возможны также повреждения цепи возбуждения: обрыв и замыкания на землю в одной или двух точках. При обрыве цепи возбуждения синхронный двигатель переходит в асинхронный режим, продолжительное существование которого недопустимо, для защиты от этого режима применяется защита от обрыва цепи возбуждения. Замыкание на землю в одной точке цепи возбуждения может привести (при возникновении замыкания во второй точке) к КЗ, способному вызвать большие разрушения, а так же вибрацию ротора.

Основным видом ненормального режима электродвигателей является прохождение в статоре токов, превышающих номинальный. Допустимое время перегрузки ориентировочно можно оценить следующим выражением:

t = A /(K 2 −1) ,

где К – кратность тока перегрузки к его номинальному значению,

А – коэффициент зависящий от типа и исполнения двигателя.

Так ориентировочно для двигателей с большим весом и размерами закрытого исполнения, А = 250, открытого

58

исполнения А = 180. Поэтому защита от перегрузки имеет выдержку времени и может действовать на автоматическую разгрузку механизма, на сигнал или на отключения двигателя. Причинами токовых перегрузок являются: технологические перегрузки приводимых во вращение механизмов; понижение напряжения при КЗ в питающей сети и последующее его восстановление; обрыв одной фазы статора.

•Технологические перегрузки, которые могут устраняться автоматически или обслуживающим персоналом без остановки механизма (перегрузка вентилятора) или только после его остановки (например, завал угля в дробилке).

•Понижение питающего напряжения, приводит к повышению тока двигателя и к снижению его вращающего момента (при определенном значении которого двигатель может остановиться). Последующее восстановление напряжения приводит к самозапуску электродвигателей. К одновременному самозапуску многих двигателей, подключенных к одной сети, это может вызвать снижение напряжения сети, что затруднит восстановление их нормальной работы. Поэтому для обеспечения самозапуска двигателей наиболее ответственных механизмов, и запрета самозапуска двигателей не подлежащих самозапуску по условиям технологичности или безопасности персонала, а так же предотвращения несинхронного включения синхронных двигателей, применяется защита от потери питания, в качестве которой используется минимальная защита напряжения, действующая на отключение.

•Перегрузки, вызываемые обрывом фазы, наиболее часто возникают при защите электродвигателя плавкими предохранителями, а так же вследствие потери контакта в одном полюсе коммутационного аппарата. Такой режим работы двигателя сопровождается уменьшением его вращающего момента и увеличением токов неповрежденных фаз. Защита от обрыва фазы устанавливается редко (в тех случаях когда это оправдано,

59