УДК 621.316
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ПИТАНИЯ И РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЙ ФАЗЫ НА ЗЕМЛЮ ДВУХСКОРОСТНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Петров А.В., магистр, Сивокобыленко В.Ф., проф., д.т.н., Лебедев В.К., доц., к.т.н.
Донецкий национальный технический университет, Донецк, Украина
Двухскоростные асинхронные электродвигатели большой мощности широко применяются на промпредприятиях, электрических станциях, металлургических и химических заводах и др.
Типовая схема подключения двухскоростного асинхронного двигателя показана на рис.1а. Каждая статорная обмотка двигателя соединена с питающими шинами 6 кВ двумя группами параллельных кабелей KL1-KL5, которые подключены к установленным в ячейках комплектных распределительных устройств (КРУ) силовым выключателям Q1 и Q2. На кабели надеты трансформаторы тока нулевой последовательности (ТТНП) ТА1-ТА 5, вторичные обмотки которых включены между собой последовательно. При работе двигателя один из выключателей находится во включенном состоянии, а другой должен быть обязательно отключен, т.е. рабочий ток нагрузки протекает всегда только по одной группе параллельных кабелей, в то время как вторая группа кабелей находится под напряжением. Описанной выше схеме свойственны следующие недостатки: дороговизна; нечеткие действия защиты от замыканий фазы на землю; отсутствие контроля нарушения контактного соединения групп питающих кабелей.
Для повышения надежности и уменьшения стоимости схемы подключения двухскоростных двигателей приводов, предлагается усовершенствовать схему, преобразовав её к более простому виду, показанному на рисунке 1б. Как видно из рисунка 1б, обе статорные обмотки двухскоростного электродвигателя привода питаются от шин 6 кВ через одну группу параллельных кабелей KL1-KL3, подключенных к установленному в ячейке КРУ силовому выключателю Q1. Питание между статорными обмотками осуществляется за счет переключения вакуумных контакторов Q2 и Q3 с взаимоблокировкой, способных выполнять переключения пусковых токов двигателя.
Рисунок 1 – Схемы подключения двухскоростного электродвигателя и цепей РЗ
Проведя экономический анализ двух схем подключения, приведенных на рисунках 1а и 1б, при условии выбора одинакового оборудования было определено, что вариант б почти в два раза экономичнее чем вариант а за счет экономии дорогостоящего кабеля и другого оборудования.
В предлагаемой усовершенствованной схеме для существенного улучшения характеристик защиты от ОЗЗ вторичные обмотки ТТНП ТА1-ТА3 соединяют параллельно так как в таком случае зона несрабатывания защиты при одинаковых трансформаторах тока существенно меньше чем в случае последовательного соединения [1].
Изменение схемы соединения ТТНП также объясняется тем, что при нарушении одного из контактных соединений в кабельном пучке (например, фаза А), ток в соответствующей фазе А кабеля уменьшается. Но поскольку суммарный ток в поврежденной фазе А потребителя определяется в основном сопротивлением двигателя, а не кабеля (сопротивление кабеля слишком мало по сравнению с сопротивлением двигателя), суммарный ток в фазе А двигателя практически остаётся прежним. Следовательно, возрастает на соответствующую величину ток в фазе А оставшегося исправным кабеля. Предполагается, что ток в фазе А поврежденного кабеля продолжает протекать, но его величина уменьшилась по сравнению с током в фазах В и С т.е. сумма токов в фазах уже не равна нулю и появляется ток нулевой последовательности. Причем появившийся ток нулевой последовательности соизмерим с фазным током нагрузки. В результате ток в фазе неповрежденного кабеля увеличивается и становится больше токов в фазах В и С. Магнитные потоки, создаваемые токами нулевой последовательности направлены встречно и, соответственно, токи во вторичных цепях ТТНП тоже разнонаправлены. При одинаковых первичных токах во вторичных обмотках ТТНП появляются разные по величине и электрическому углу электродвижущие силы, что приводит к появлению в защите от ОЗЗ тока небаланса. Проведенные эксперименты по определению влияния тока небаланса на действие защиты при различных схемах соединений их обмоток в основном совпали с указанными в [1].
Для улучшения работы защиты от ОЗЗ предложено выполнить защиту «комбинированной», имеющей кроме токового органа, также пусковой орган по напряжению и действующей на отключение лишь при одновременном срабатывании обеих пусковых органов (рис.1в). При длительном срабатывании токового органа, и не сработавшем состоянии пускового органа по напряжению, предусмотрена выдача сигнала персоналу о неисправности в цепях, соединяющих электродвигатель привода с питающими шинами 6 кВ.
Для ограничения перенапряжений, возникающих во время дуговых или металлических замыканиях фазы на землю, на присоединение электродвигателя в ячейке КРУ (рис.1а) устанавливают ограничители перенапряжений (ОПН). Однако, моделирование перенапряжений на выводах электродвигателя показало, что величина перенапряжений на питающих шинах при дуговых замыканиях фазы на землю значительно ниже величины перенапряжений на выводах двигателя.
Поэтому для более эффективного ограничения перенапряжений рекомендуется устанавливать ОПН непосредственно на выводах электродвигателя (рис. 1б).
Выводы:
Для устранения недостатков предлагаются следующие мероприятия: 1) переход от схемы с двумя группами питающих кабелей (рис. 1а) к схеме с одной группой, что позволит снизить затраты на подключение двухскоростного двигателя; 2) соединить вторичные обмотки ТТНП параллельно для уменьшения зоны несрабатывания релейной защиты от замыканий фазы на землю; 3) выполнить защиту «комбинированной», т.е. имеющей кроме токового органа также пусковой орган по напряжению; 4) установить ОПН на выводах электродвигателя (рис. 1б).
Перечень ссылок:
1. Шалин А.И., Хабаров А.М. Электродвигатели 6–10 кВ. Защита от замыканий на землю при подключении несколькими кабелями. // информационно-справочное издание «Новости электротехники» http://www.news.elteh.ru/arh/2007/46/09.php