Повышение эффективности защиты асинхронных двигателей сельскохозяйственных электроустановок от ненормальных и аварийных режимов работы

• Автор: Сомов, Иван Яковлевич
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 340 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ВЫВОДЫ, НАПРАВЛЕНИЕ РАБОТЫ

1.1 Обзор литературы

1.2 Выводы

1.3 Анализ основных работ в избранном направлении

1.4 Научная концепция решения проблемы

2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ

2.1 Устройства защиты с одной контролируемой величиной

2.1.1 Блоксхема, уравнения срабатывания и возврата 3

2.1.2 Показатели измерительных свойств определения

2.1.3 Показатели измерительных свойств устройств максимальной токовой

защиты с линейным преобразованием контролируемой величины
2.1.4 Показатели измерительных свойств МТЗ с нелинейным
преобразованием тока
2.2 Устройства защиты с двумя контролируемыми величинами
2.2.1 Вводные замечания
2.2.2 Уравнения срабатывания и возврата, области и характеристики
устройств защиты
2.2.3 Режимы срабатывания УЗ с двумя контролируемыми величинами
2.2.4 Дифференциальное уравнение множества линий максимальной
чувствительности
2.2.5 Устройство с суммированием двух линейно преобразуемых величин
2.2.6 Устройство с возведением в квадрат одной величины
2.2.7 Устройство с возведением в квадрат двух величин
2.3 Электротегшовые устройства защиты
2.3.1 Состояние и перспективы развития
2.3.2 Классификация реле. Системы дифференциальных уравнений в
исходном и общем виде.
2.3.3 Распределение и накопление энергии в реле
2.3.4 Устройства защиты с реле первого порядка
2.3.4.1 Уравнения срабатывания
2.3.4.2 Энергетический КПД и мощность срабатывания реле
2.3.4.3 Времятоковые характеристики реле и устройств защиты
2.3.5 Устройства защиты с реле второго порядка
2.3.5.1 Уравнения срабатывания
2.3.5.2 Врсмятоковая характеристика
2.3.5.3 Определение параметров реле
2.3.5.4 Свободный процесс
2.3.5.5 Возможность возникновения последствия
2.3.5.6 Распределение и накопление энергии в реле второго порядка
2.3.6 Использование теории при разработке устройств защиты с реле второго
порядка
2.3.6.1 Постановка задачи
2.3.6.2 Обсуждение подходов к решению задачи
3 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
3.1 Общие замечания
3.2 Преобразование дифференциальных уравнений двух электромагнитно
связанных контуров и теория трансформатора
3.3 Двухобмоточный электромагнит как исполнительный орган
бесконтактных устройств защиты
3.4 Фильтровые нелинейные преобразователи
3.5 О задаче расчета трансреактора
3.6 Методика расчета
3.7. Пример получения функции преобразования нелинейного
преобразователя
4 НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
4.1 Исходные положения
4.2 Известные способы определешы сопротивления обратной
последовательности асинхронных двигателей
4.3 Предлагаемый способ
4.4 Работа двигателя при допустимых показателях качества электрической энергии
4.5 Технический ресурс двигателей и чувствительность устройств защиты
4.5.1 Симметричная перегрузка по току и превышение расчетного значения
температуры перегрева обмотки статора
4.6 Классификация ненормальных режимов
4.7 Внешние факторы, свойства двигателя, граничные характеристики
4.8 Двухфакторные режимы
4.9 Трехфакторный режим
4. Четырехфакторный режим
4. Устройства защиты асинхронных двигателей от ненормальных
режимов
4. Ток отстройки, показатель отстройки, чувствительность
4. Трехфазнос тепловое реле
4. Трехрелейное токовое устройство защиты
4. Устройства защиты с трехфазными сумматорами
4. Трехфазный однорелейный измерительный орган для устройств защиты асинхронных двигателей от симметричных и несимметричных
ненормальных режимов
Описание и вывод выражения функции преобразования
Уравнения срабатывания
Обобщенные характеристики токов и потерь мощности в обмотке
статора
Анализ действия устройств защиты в несимметричных режимах
.1 Устройства с тремя однофазными тепловыми реле и с тремя токовыми реле с нелинейными преобразователями
.2 Устройства с двумя однофазными тепловыми реле и с двумя токовыми
реле с нелинейными преобразователями токов
.3 Устройство с трехфазным однорелейным измерительным органом 9
5 АВАРИЙНЫЕ режимы работы асинхронных
ДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
5.1 Вводные замечания
5.2 Описание установки для экспериментальных исследований аварийных
режимов асинхронных двигателей
5.3 Режимы работы двигателя при пробое изоляции одной фазы на корпус
5.3.1 Анализ данных эксперимента
5.4 Витковые замыкания в обмотках асинхронного двигателя
5.4.1 Анализ экспериментальных данных
5.4.2 Анализ виткового замыкания с одновременным замыканием на корпус
5.5 Равноплечее двухфазное замыкание
5.6 Равноплечее двухфазное замыкание с одновременным замыканием на
корпус
5.6.1 Анализ данных эксперимента
5.7 Неравноплечес двухфазное замыкание
5.7.1 Анализ данных эксперимента
5.8 Неравноплечее двухфазное замыкание с одновременным замыканием
на корпус
5.9 Устройства защиты, ограничивающие объем повреждения обмотки
6 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЗАЩИТЫ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
6.1 Вводные замечания
6.2 Экономическая эффективность защиты асинхронных двигателей от
ненормальных режимов работы
6.3 Подход к обобщенному экономическому анализу вопроса защиты
асинхронных двигателей сельскохозяйственных электроустановок
7 ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
8 ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ


Каждый электродвигатель был защищен шестью термисторами, три из которых с уставкой 0С действовали на сигнал и три с уставкой 5С на отключение. Кроме того, была предусмотрена обычная защита от перегрузок, действующая на сигнал. Для измерения действительных температур срабатывания в обмотки были заложены термопары. Испытания дали возможность определить температуры срабатывания защиты 2. В нашей стране для защиты двигателей широко применяются трехполюсные автоматические выключатели автоматы. Недостатки защиты с помощью автоматов серии А описаны в 3. Такие случаи наблюдались при пуске двигателей, самозапуске их после действия АВР на шинах 0 В, восстановлении напряжения на шинах 0 В после понижений, вызванных короткими замыканиями в сети. Далее автор анализирует причины неправильного срабатывания автоматов и делает вывод о необходимости совершенствования их. Оригинальная схема температурнотоковой защиты двигателей описана в 4. Эта схема одновременно контролирует величину тока, потребляемого двигателем, и температуру двигателя. Для этого на железе статора укреплена биметаллическая пластинка с нагревательным элементом. Нагревательный элемент получает питание от двух трансформаторов тока, соединенных параллельно через дроссель и активное сопротивление. Схема, кроме прочих элементов, содержит электронную лампу. При малых перегрузках биметаллическая пластинка нагревается непосредственно от железа статора и защита срабатывает. При больших перегрузках срабатывание защиты вызывается быстрым нагреванием биметаллической пластинки током, протекающим через нагревательный элемент. Ввиду сложности практического осуществления такой схемы защиты она не нашла применения, однако, принцип одновременного контроля тока и температуры был в дальнейшем использован в других схемах. В году вышла работа В. Н. Имшенецкого 5, в которой автор дал обоснование и метод построения круговой диаграммы трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме. Диаграмма позволяет найти приближенные значения ряда величин, представляющих интерес для целей релейной защиты. Позже анализу рассматриваемого режима были посвящены роботы и других авторов, в которых более подробно рассматривались узкие вопросы. В году в нашей стране велась плодотворная работа по созданию новых устройств защиты, результатом которой явились четыре авторских свидетельства 6, 7, 8, 9. К сожалению, ввиду определенных недостатков, присущих каждому из этих устройств, ни одно из них не нашло широкого практического применения. Схема защиты с центробежным реле и ряд других схем описаны в 2, 3, 4. В 5 и 6 указывается, что по статистическим данным до повреждений в обмотках трехфазных двигателей малой и средней мощности, вызваны их работой в однофазном режиме на двух фазах. Поэтому защита трехфазных двигателей от однофазного режима, особенно в необслуживаемых установках, приобретает особое значение. Далее приводится описание защитного устройства, работающего на новом, так называемом фазном принципе. Сущность фазного принципа заключается в том, что при разрыве одного из линейных проводов в цепи двигателя, токи в двух других проводах будут сдвинуты по фазе на угол 0. Это дает возможность выделить однофазный режим из других несимметричных режимов путем измерения угла сдвига по фазе линейных токов электродвигателя. Приведенная схема устройства является достаточно сложной и, как следует из се принципа работы, она, как и схема с тремя реле минимального тока, не будет реагировать на обрыв фазы заточкой разветвления при наличии нескольких работающих двигателей. Со временем в литературе накопилось достаточное количество статистических данных о причинах выхода двигателей из строя, которые позволили оценить серьезность рассматриваемой проблемы. Например, в Украинской республике на ремонте электродвигателей занято 0 тысяч человек, а в одной Полтавской области человек. За год на сельскохозяйственных и промышленных предприятиях Полтавской области из 8 установленных двигателей вышло из строя общей мощностью 0 кВт, в том числе от работы в неполнофазном режиме , или . Подсчитано, что только за один год предприятия области понесли ущерб свыше 0 тысяч рублей.