Эксплуатация электродвигателей в сельском хозяйстве — повышение эксплуатационной надежности электродвигателей, используемых в сельском хозяйстве

Защита электродвигателя по току обратной последовательности

Ток обратной последовательности (I2) в обмотке статора возникает при несимметричном питании, при обрыве фазы обмотки статора, при несимметричном коротком замыкании. Как электрическая машина с вращающимся ротором, двигатель имеет значительно меньшее сопротивление для составляющих токов обратной последовательности. Поэтому составляющая тока обратной последовательности, возникающая в обмотке ротора и имеющая более высокую частоту ввиду обратного направления вращения относительно поля статора, приводит к увеличению тепловых потерь и разогреву двигателя. Принцип выполнения защиты основан на измерении симметричных составляющих рабочего тока.

Принцип работы

При протекании электрического тока по обмоткам статора в нём возникает магнитное поле. Его линии напряжённости направляются к середине конструкции, прямо к валу. Они пересекают проводники ротора почти под прямым углом. Вал вращается в поле статора. Движение ротора происходит по часовой стрелке. Характеристики асинхронных моторов улучшаются посредством использования фазного ротора. Он обеспечивает большее тяговое усилие.

«Эффект скольжения» — явление, когда роторная энергия силовых потоков отталкивается от подвижных магнитных полей статора. Электрический ток может возникнуть во вращающейся катушке только в случае пересечения ею силовых линий магнитного поля статора на определённой скорости. Частота вращения ротора зависит от силы трения подшипников. Индукционное поле опережает его по скорости вращения.

Электрическая энергия от источника питания превращается в кинетическую посредством вращения вала электродвигателя.

Перерывы питания при самозапуске

Время перерыва питания при самозапуске состоит из времён:

  • снижения напряжения до величины срабатывания уставки
  • отключения рабочего выключателя
  • уставка АВР
  • включения выключателя резервного питания

Перерыв питания при отключении рабочего источника питания действием быстродействующих защит или ошибочном отключении ввода персоналом допускается не более 0,7с.

Перерыв питания при отключении рабочего источника питания действием его максимальной токовой защитой допускается не более 1,5с.

Перерыв питания при отключении рабочего трансформатора СН действием МТЗ, установленной на стороне высшего напряжения допускается не более 2,0с.

Перерыв питания при отключении выключателя рабочего питания действием его защитой минимального напряжения допускается не более 3,5с. Этот перерыв допускается в основном для электростанций с поперечными связями.

Более длительные перерывы питания должны быть подтверждены расчетом и экспериментальными проверками, а также утверждены главным инженером электростанции с утверждением соответствующим документом.

Время самозапуска должно сокращаться за счет:

  1. Уменьшения до минимально возможного значения величины выдержек времени МТЗ основных трансформаторов.
  2. Исключения лишних ступеней выдержек времени защит.
  3. Пуска АВР непосредственно от блок-контактов отключающегося выключателя.
  4. Пуска АВР действием ЗМН секций с уставкой по напряжению порядка 0,25 номинального напряжения и выдержкой равной выдержке максимальной защиты ввода рабочего питания секции.
  5. Применения более быстродействующих вакуумных и элегазовых выключателей

При экспериментальной проверке самозапуска нормальной будет считаться следующая продолжительность:

  1. 35с – для электростанций среднего давления (по условиям предельного нагрева основных электродвигателей).
  2. 25с – для электростанций высокого давления с поперечными связями по пару (по условиям устойчивого режима работы котельных агрегатов).
  3. 20с – для блочных электростанций с агрегатами мощностью выше 150МВт (по условиям сохранения технологического режима блока).

Согласно ПТЭ, время перерыва питания, определяемое выдержками технологических и резервных электрических защит, должно быть не более 2,5с. В порядке исключения допускается большее время перерыва питания, если обеспечивается самозапуск электродвигателей, который должен быть подтвержден расчетно-экспериментальным путем.

Список источников

  1. Правила устройства электроустановок. Разд. 1 «Общие правила». Утв. Приказом Министерства энергетики РФ от 08.07.2002 № 204 «Об утверждении глав Правил устройства электроустановок». – СПб.: ДЕАН, 2002. – 176 с.
  2. Костенко М.В., Богатенков И.М., Михайлов Ю.А., Халилов Ф.Х. Перенапряжения при дуговых замыканиях на землю, включениях и отключениях индуктивных элементов. – Итоги науки и техники / ВИНИТИ. – Т. 17. – 105 с. (Электрич. станции и сети).
  3. Руководство по защите электрических сетей 6–1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Под науч. ред. Н.Н. Тиходеева. – 2-е изд. – СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. – 153 с.
  4. Зильберман В.А., Эпштейн И.М., Петрищев А.С, Рождественский Г.Г. Влияние способа заземления нейтрали сети собственных нужд блока 500 МВт на перенапряжения и работу релейной защиты. – М.: Электричество, 1987. – № 12.
  5. Васюра Ю.Ф., Гамилко В.А., Евдокунин Г.А., Утегулов Н.И. Защита от перенапряжений в сетях 6–10 кВ. – М.: Электротехника,1994. – № 5/6.
  6. Объем и нормы испытаний электрооборудования: РД 34.45–51.300–97 / Под ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, Л.Г. Мамиконянца. – 6-е изд. – М.: НЦЭНАС, 1998. – 256 с.
  7. Сирота И.М., Богаченко А.Е., Каневский Я.М. Опыт работы защиты от замыканий на землю статорных цепей генераторов, работающих непосредственно на сборные шины, и электродвигателей высокого напряжения. – М. – Электрические станции, 1993. – № 7.
  8. О частичном заземлении нейтрали в электрических сетях напряжением 6–10 кВ: ЦП–980–89 / Мингазпром, ПО «Союзоргэнергогаз», СУ «Леноргэнергогаз», 1989.
  9. Евдокунин Г.А., Гудилин СВ., Корепанов А.А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6–10 кВ. – Электричество. – № 12, 1998.
  10. О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС: (Циркуляр Ц–01–97(Э)). – М.: Росэнергоатом,1997.
  11. Методические указания по повышению надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков (частичное заземление нейтрали). – М.: Атомэнергопроект, 1997.
  12. Евдокунин Г.А. Основные характеристики различных способов заземления нейтрали сетей 6–35 кВ. Защита от однофазных замыканий на землю в электроустановках 6–35 кВ: Сб. статей. – СПб., 1999.
  13. Евдокунин Г.А., Коршунов Е.В., Сеппинг В.А., Ярвик Я.Я. Метод расчета на ЭВМ электромагнитных переходных процессов в ферромагнитных устройствах с произвольной структурой магнитной и электрической цепей. – Электротехника, 1991. – № 2.
  14. Комплекс программ МАЭС для расчета переходных процессов в сложных электроэнергетических системах: Отчет / Сибирский НИИ энергетики; рук. темы И.Е. Наумкин, отв. исп. А.А. Челазнов, Новосибирск, 1981. – 200 с.
  15. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Махинда Сильва. Анализ процессов дуговых замыканий на землю в сетях собственных нужд ТЭС и АЭС. – Сб. научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, вып. 17: – Донецк: ДонГТУ, 2000. – с. 129–133.

Параметры, за которыми следует следить при самозапуске ЭД

В ходе протекания процесса самозапуска электродвигателей следует особое внимание уделять параметрам основного и вспомогательного оборудования схемы:

  • уменьшение расхода воды в корпусе котла;
  • снижение уровня воды в барабане котла;
  • снижение разрежения в топке котла;
  • снижение давления на всасывающей и напорной стороне питательных насосов;
  • уменьшение расхода циркуляционной воды в конденсаторах турбины;
  • падение давлений масла в системе смазки генератора и агрегата питательного насоса;
  • снижение производительности питателей пыли;
  • повышение давления в обратной магистрали сетевой воды теплофикационного блока.

Из всех технологических защит, главную роль играют те, которые действуют на отключение блока с выдержками меньшими, чем время самозапуска механизмов собственных нужд

Необходимо обращать внимание на отдельные технологические системы, глубокое снижение параметров в которых может привести к отключению основного оборудования (система регулирования турбин) или к расстройству основных функций системы (система уплотнений вала ротора с отдельно стоящими насосами уплотнений)

К электрическим защитам, которые должны рассматриваться в первую очередь, при протекании процесса самозапуска, следует отнести те, которые отстраиваются от пусковых токов отдельных агрегатов или от режимов группового самозапуска. К таким защитам относятся токовые отсечки, защиты от перегрузки, максимальные токовые защиты, уставки АВР вводов питания с пуском по напряжению. Отдельно необходимо контролировать изменение напряжения и тока на рабочих и резервных вводах до и после процесса самозапуска, пусковые токи ответственных механизмов. Уровень начального напряжения при самозапуске определяется расчетно-экспериментальным путем, подробнее об этом в статье про расчет самозапуска.

Правильный выбор уставок технологических защит и их согласование с электрическими защитами позволит предотвратить отключение оборудование и оставить нагрузку блока неизменной после самозапуска электродвигателей.

Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью магистерской работы является обзор существующих методов диагностики асинхронного электродвигателя и определение наиболее простого и качественного из них.

Основные задачи исследования:

  1. Обзор литературных источников и определение существующих методов диагностирования асинхронных двигателей.
  2. Выделение достоинств и недостатков этих методов на стадии разработки и при практическом применении.
  3. Выявление оптимального метода диагностики и разработка схемы его практической реализации.

Планируемые результаты:

  1. Определение наилучшего метода диагностики асинхронного двигателя в процессе эксплуатации.
  2. Разработка схемы практической реализации этого метода.
  3. Расчет и выбор всех необходимых компонентов.
  4. Практическая реализация этой схемы.

Параметры электромотора

При выборе асинхронного двигателя необходимо учитывать его энергетические и механические характеристики. К первым относятся коэффициенты мощности и полезного действия. Ко второй группе показателей можно причислить взаимоотношение скорости движения вала и усилия, которое заставляет его вращаться.

Преимущества асинхронного электромотора:

  • надёжное устройство;
  • универсальная конструкция;
  • экономный расход электроэнергии;
  • высокая востребованность моторов в быту и в промышленности.

Асинхронный тип моторов отличается экологичностью. Их работа не приносит вреда окружающей среде. Чтобы увеличить срок службы двигателя, производители совершенствуют его конструкцию. Использование внешних вентиляторов позволяет существенно снизить температуру катушек. Это положительно влияет на долговечность мотора, однако повышает уровень шума.

Особенности устройства

Двигатель асинхронный состоит из двух основных частей: ротора и статора. Первый преобразует силу магнитного поля в механическую энергию. Конструкцию ротора составляет вал и сердечник. Последний предназначен для взаимодействия с внешним вращающимся магнитным полем статора. Его энергия переходит на вторичную обмотку после прохождения электрического тока по катушкам статора. Ротор имеет форму цилиндра с проводниками. Внешне конструкция напоминает беличье колесо.

Статор состоит из нескольких элементов:

  • корпуса, изготовленного из чугуна, алюминия или стали;
  • сердечника, встроенного в корпус. Эта деталь улучшает качество магнитной индукции;
  • обмотки, состоящей из проволочных мотков. Этот элемент статора помещают в пазы сердечника.

От исправности всех отдельных частей двигателя зависит работоспособность всей машины.

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

При расчете мощности двигателя для привода конкретного механизма учитывают режим работы и величину нагрузки. Исходные данные для расчета определяют либо путем анализа сил, действующих при выполнении технологического процесса, либо по результатам экспериментальных исследований. При этом в основу берут так называемые нормальные расчетные условия. Если в ходе технологического процесса возникают перегрузки, то должны быть предусмотрены и меры по их устранению.

В условиях эксплуатации реальные нагрузки отличаются от расчетных. При проектировании машины невозможно предусмотреть все разнообразие тех явлений, которые происходят при работе электропривода. Частично непредвиденные перегрузки преодолеваются за счет запаса мощности двигателя. Однако создание большого резерва мощности экономически невыгодно. При редких случайных перегрузках, при которых возникает опасность повреждения двигателя, его целесообразно отключать.

Различают три вида повреждения двигателя: сгорание изоляции из-за перегрева обмоток, пробой изоляции и механические повреждения. Чаще всего встречаются повреждения первых двух видов. Механические повреждения (главным образом износ подшипников) возникают, как правило, после длительной эксплуатации. Технические средства защиты предназначены для предупреждения повреждений первого вида. Соответствующие профилактические мероприятия позволяют исключить выход двигателей из строя по причине увлажнения и механической неисправности.

Причинами перегрева обмоток могут быть следующие аварийные режимы:    

1) перегрузка рабочей машины;

2) работа в однофазном режиме при отключении одной фазы (потеря фазы);

3) затяжной пуск;

4) работа под пониженным напряжением;

5) работа при асимметрии напряжения;

6) высокая частота включения;

7) ухудшение охлаждения.

Первые шесть режимов сопровождаются повышением тока во всех или двух фазах. При ухудшении охлаждения перегрев может произойти при токах ниже номинального значения.

Пробой изоляции при ее увлажнении возникает из-за неблагоприятного действия окружающей среды.

Приведенный выше перечень свидетельствует о разнообразии аварийных режимов, в которых может оказаться асинхронный двигатель в условиях эксплуатации. Для того чтобы проанализировать работу различных технических средств защиты, необходимо прежде всего ознакомиться с характеристиками и свойствами электрической изоляции; с физическими явлениями, происходящими при нагреве двигателя; с процессами, возникающими при аварийных режимах; с устройством и работой технических средств защиты. Только в результате совместного рассмотрения всех этих явлений и характеристик можно судить о достоинствах и недостатках различных устройств защиты и правильно выбирать их, с учетом реальных условий.

Разновидности асинхронных электромоторов

В последнее время набрали популярность системы, работающие от переменного тока, с возможностью регулировки. Выделяют несколько разновидностей двигателей с короткозамкнутым ротором:

  1. Однофазный — имеет 1 обмотку, на которую поступает ток. Для подключения мотора применяется дополнительная (пусковая) катушка. Её временно подключают к сети через конденсатор.
  2. Двухфазный — оснащён 2 обмотками. Одну из них напрямую подключают с сети переменного тока, а вторую — при помощи фазосдвигающего конденсатора. Последний приводит ротор в движение.
  3. Трёхфазный — состоит из 3 катушек. Когда конструкция подключается к сети, в статоре возникает вращающееся магнитное поле, приводящее ротор во вращение.

Трёхфазный электромотор с фазным ротором снабжён 3 катушками, вмонтированными в пазы. Такой ротор лишён алюминиевых стержней, а его обмотка выполнена в виде «звезды».

Выводы

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. В сложившихся условиях постоянного снижения изолирующей способности электрической изоляции распределительных сетей и отсутствия средств на замену или качественный ремонт электрооборудования, отсутствия надежных средств защиты от перенапряжений эффективное решение проблемы надежности систем электроснабжения следует искать в оптимизации режима нейтрали сети.

2. Основной причиной высокой повреждаемости электрооборудования в сетях среднего класса напряжения являются дуговые перенапряжения, возникающие при перемежающемся характере горения дуги в месте пробоя фазной изоляции на землю.

3. Проблема повышения надежности работы распределительных сетей напряжением 6–10 кВ складывается из целого комплекса задач, эффективное решение которых может быть найдено для каждой конкретной сети индивидуально с учетом характерных ее особенностей на основе комбинированного использования средств релейной защиты, совершенствования режима заземления нейтрали, применения ограничителей серии ОПН с разными порогами ограничения и системы быстрого и автоматического шунтирования поврежденной фазы.

4. Эффективное решение проблемы повышения надежности работы распределительных сетей напряжением 6–10 кВ может быть найдено на основе проведения большого объема научных и экспериментальных исследований.

*При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя в июле 2017 года.

Ссылка на основную публикацию