Напишіть нам
Передзвоніть мені

Захист від аварійних режимів роботи асинхронних електродвигунів

Дата публікації: 10.01.2012
(Голосів: 211, Рейтинг: 5)

I. Вступ.

     Перетворення електричної енергії в механічну за допомогою електродвигунів дозволяє легко і економічно вигідно приводити в рух різноманітні робочі механізми: конвеєри, підйомно-транспортне обладнання, насоси, вентилятори, компресори, металорізальні верстати, прокатні стани, швейне обладнання, та інш.

     Завдяки простоті конструкції, високій надійності і невисокій вартості, асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором (далі по тексту АД), є найбільш поширеним електродвигуном. Понад 85% всіх електричних машин - це трифазні асинхронні електродвигуни.

     АД зазвичай розраховані на термін служби 15-20 років без капітального ремонту, за умови їх правильної експлуатації. Під правильною експлуатацією АД розуміється його робота відповідно до номінальних параметрів, зазначених в паспортних даних електродвигуна. Однак в реальному житті має місце значний відступ від номінальних режимів експлуатації. Це, в першу чергу, погана якість напруги живлення і порушення правил технічної експлуатації: технологічні перевантаження, умови навколишнього середовища (підвищені вологість, температура), зниження опору ізоляції, порушення охолодження. Наслідком таких відхилень є аварійні режими роботи АД. В результаті аварій щорічно виходять з ладу до 10% застосовуваних електродвигунів. Наприклад, 60% скважних електронасосних агрегатів ламаються частіше ніж один раз на рік. Вихід з ладу АД призводить до важких аварій і великого матеріального збитку, пов'язаного з простоєм технологічних процесів, усуненням наслідків аварій і ремонтом електродвигуна. Ремонт електричної машини потужністю до 1 кВт обходиться в 5-6 $ США. Щоб оцінити, у що обійдеться ремонт більш потужної машини, треба просто помножити цю цифру на потужність двигуна. Крім цього, робота на аварійних режимах веде до підвищеного енергоспоживання в мережі, збільшення споживаної реактивної потужності.

     Цілком очевидно, що застосування надійного й ефективного захисту від аварійних режимів роботи значно скоротить кількість і частоту аварійних ситуацій і продовжить термін служби АД, скоротить витрату електроенергії та експлуатаційні витрати. Але для того, щоб вибрати цей захист, необхідно знати, як і від чого необхідно захищати АД, а також специфіку процесів, що протікають в ньому в разі аварій.

II. Аварійні режими АД.

    Аварії АД. Аварії АД поділяються на два основних типи: механічні і електричні. Механічні аварії - це: деформація або поломка вала ротора, ослаблення кріплення осердя статора до станини, ослаблення опресування сердцевинника ротора, виплавлення бабіту в підшипниках ковзання, руйнування сепаратора, кільця або кульки в підшипниках, поломка крильчатки, відкладення пилу і бруду в рухомих елементах, та ін.

    Причиною більшості механічних аварій є радіальні вібрації через асиметрію мережі живлення (т. з. перекіс фаз), механічні перевантаження на валу електродвигуна, брак комплектуючих елементів або допущений при складанні. До 10% всіх аварій АД мають механічне походження. При цьому 8% припадає на частку аварій, пов'язаних з асиметрією фаз і тільки 2% на аварії, пов'язані з механічним перевантаженням. Частка аварій, пов'язаних з браком, мала, і тому її можна не брати до уваги в цьому розгляді. Оцінка ймовірностей виникнення механічних аварій відсутня, велика їх частина носить прихований характер і виявляється тільки після відповідних випробувань або розбирання двигуна, однак постійний контроль напруги і навантаження на валу АД дозволяє в більшості випадків звести цю ймовірність до мінімуму.

Електричні аварії АД, в свою чергу, діляться на три типи:

  • мережеві аварії (аварії за напругою), пов'язані з аваріями в електромережі;
  • струмові аварії, пов'язані з обривом провідників в обмотках статора, ротора або кабелю, межвиткового та міжфазного замикання обмоток, порушенням контактів і руйнуванням з'єднань, виконаних пайкою або зварюванням; аварії, що призводять до пробою ізоляції в результаті нагрівання, викликаного протіканням струмів перевантаження або короткого замикання;
  • аварії, пов'язані зі зниженням опору ізоляції внаслідок її старіння, руйнування або зволоження.

    Мережеві аварії АД. Якість електро-енергії на території України визначає ГОСТ 13109-97 Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення . ГОСТ визначає відповідність стандартам цілого ряду показників, в першу чергу таких, як відхилення напруги і частоти, коефіцієнт гармонійної складової парного і непарного порядку, коефіцієнти зворотної та нульової послідовності напруги, та ін. Через аварії підстанціях, на які подають, КЗ в розподільних мережах, комутаційних і грозових збурень, нерівномірності розподілу навантаження по фазах, фактичні значення ряду показників, які перевищують допустимі, що веде до аварійних режимів роботи АД. За статистичними даними, до 80% аварій електродвигуна безпосередньо або побічно пов'язані саме з аваріями напруги.

    Аналіз показників якості електричної енергії (ПЯЕ) щодо умов роботи АД показує, що, наприклад, при зменшенні напруги в мережі зростає струм статора, що приводить до інтенсивного нагріву ізоляції АД і скорочення терміну служби внаслідок прискореного старіння ізоляції і її пробою, а підвищення напруги призводить до збільшення магнітного потоку статора, струму намагнічування, нагрівання сердечника (аж до «пожежі» в сталі), споживаної з мережі реактивної потужності, що знижує коефіцієнт потужності.

    Слід зазначити, що існує ще кілька типів мережевих аварій, які відбуваються найбільш часто, але безпосередньо ГОСТом не регламентуються, т. як. є крайніми випадками прояву несиметричних режимів роботи АД. Це обрив однієї з фаз, порушення послідовності фаз і «злипання» фаз.

    Обрив фаз, як правило, пов'язаний з обривом жили живильного кабелю, запобіжником або відключенням автомата в одній з ліній або обривом самої лінії. При з'єднанні обмоток двигуна зіркою напруга в двох фазах ділиться порівну і становить половину лінійного Uф = Uл / 2, у третій відсутня. Такі режими призводять до підвищеного енергоспоживання з мережі, перегріву обмоток статора. Поле з обертового перетворюється в пульсуюче, ток в обірваної фазі буде відсутній, в двох інших збільшиться на 50%. Двигун не розгортається навіть на холостому ходу. У деяких типах двигунів в разі, якщо обрив стався під час роботи двигуна, на обірваній фазі генерується т. з. напруга «рекуперації», близька по фазі та амплітуді до мережевої, двигун переходить в гальмівній режим роботи і, якщо його не відключити, згоряє протягом декількох хвилин.

    Аварійний режим «злипання» фаз відбувається в разі обриву однієї з живильних фаз і замиканні її з боку двигуна на іншу фазу. При цьому одна й таж сама фазна напруга подається на дві фази двигуна, на третій залишається в нормі. При незначній амплітудній несиметрії спостерігається значна фазная несиметрія, що приводить до появи значних напруг зворотної послідовності, що викликає перегрів двигуна і вихід його з ладу.

    Порушення закріпленої ГОСТом послідовності фаз А-В-С (В-С-А, С-А-В) на будь-яку іншу обумовлює реверсивний режим роботи - обертання двигуна в іншу сторону, що часто неприпустимо за умовами технологічного процесу, т. як. викликає обертання приводного механізму в інший бік і може привести, крім аварії самого двигуна, до важких, часом катастрофічних наслідків.

Повернення до списку