Зателефонуйте нам: 095 348 9731, ‎068 993 1998

Зелений тариф

Електрична тепла підлога Nexans

СТЕМ - продаж та монтаж сучасного електрообладнання.

Хочете придбати товар, який вам сподобався по найкращій ціні - відвідайте наш

інтернет магазин

ВКПП АНОЯ Матеріали для електромонтажу
Untitled Document

Новини

 

Сонячні батареї

Комплекти для зеленого тарифу

 

Untitled Document

Види пошкодженнь асинхронних двигунів

Соркінд Михайло, ст. менеджер ТОВ «Новатек-Електро»

Ціна на пристрої захисту двигунів

1. Введення.

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 ін.

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, зазначеними в паспортних даних електродвигуна. Однак у 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. У результаті аварій щорічно виходять з ладу до 10% застосовуваних електродвигунів. Наприклад, 60% свердловинних електронасосних агрегатів, ламаються частіше одного разу на рік. Вихід з ладу АД призводить до важких аварій і великого матеріального збитку, пов'язаного з простоєм технологічних процесів, усуненням наслідків аварій та ремонтом пошкодженого 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 з 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 і експлуатаційні витрати. Але, для того, щоб вибрати цей захист необхідно знати, як і від чого необхідно захищати АД, а також специфіку процесів протікають в ньому у разі аварій.

2. Аварійні режими АД.

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

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

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

- мережеві аварії (аварії по напрузі), пов'язані з аваріями в електромережі;
- струмові аварії, пов'язані з обривом провідників в обмотках статора, ротора, або кабелю, міжвиткове та міжфазне замикання обмоток, порушення контактів і руйнування 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. ДСТУ 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, пр. Через аварії на подавальних підстанціях, КЗ в розподільних мережах, комутаційні і грозові збурення, нерівномірності розподілу навантаження по фазах, фактичні значення ряду показників більше допустимих, що веде до аварійних режимам роботи АД. За статистичними даними до 80% аварій електродвигуна безпосередньо або опосередковано пов'язані саме з аваріями мережевої 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 приводить до збільшення магнітного потоку статора, струму намагнічування, нагріванню сердечника (аж до «пожежі» у сталі), споживаної з мережі реактивної потужності, що знижує коефіцієнт потужності. У таблиці № 1 наведено узагальнені дані про вплив основних показників якості електричної енергії на режими роботи АД.

Вид ПЯЕ Допустимі норми

Характер зміни ПЯЕ, зміни в роботі АД

Відхилення напруги + 10% Зниження на 10% від U н Перевищення на 10% від U н
Момент двигуна змінюється пропорційно квадрату напруги
Момент двигуна знижується на 19%.
Температура підвищується на 7С. Збільшується час пуску. Ковзання підвищується на 27,5%, струм ротора - на 14%, струм статора - на 10%
Збільшений момент двигуна служить причиною перевантаження валів, ремінних передач, збільшується пусковий удар. Пусковий струм підвищується на 12%, що обертає момент на 21%, коефіцієнт потужності знижується на 5%
Несиметрія напруг в 3-фазній системі (перекіс фаз) К-т зворотній послідовності U 4% Допустимий перекіс напруг по фазах викликає ті ж процеси, що і при відхиленні напруг. Призводить до виникнення магнітних полів, що обертаються зустрічно обертанню ротора. Обертове магнітне поле з КРУВ перетворюється на еліптичне, що призводить до радіальних вібрацій і руйнувань підшипників, обмоток. Призводить до струмового перекосу і сильного нагрівання. Тривала робота на межах коефіцієнтів при навантаженні менше номінальної знижує термін служби на 10-15%, при номінальному навантаженні - удвічі. Якщо перекіс становить 50%, термін служби знижується в 5-10 разів.
К-т нульової послідовності U 4%
Несинусоїдальність напурги К-т спотворення синусоидальності U 12% Впливає на стан ізоляції обмоток, призводить до їх пробою на корпус. Зростають сумарні втрати електричної енергії. При Ku = 10%, сумарні втрати зростають на 10-15%. Зростає к-ть гармонік зворотній послідовності, знижується коефіцієнт потужності.
К-т n -ої гармоніки складової U № n гарм Знач %


Перевищення допустимих значень коефіцієнтів 2, 5 і 8 гармонік веде до значного зростання напруги зворотної послідовності, що призводять до перегріву двигуна і швидкого виходу його з ладу, виникненню обратновращающіхся магнітних полів, що створюють паразитні моменти, які погіршують механічну характеристику.

Перевищення допустимих значень гармонік кратним 3: 3 і 9 призводить до зростання напруги нульової послідовності, що викликають асиметрію напруг по фазах. При асиметрії більше 15%, робітник і пусковий момент знижується на 25%, зростає споживання з мережі реактивної потужності на 3-7%.

Зростання допустимих значень гармонік прямої послідовності 4 і 7 призводить до зростання активного опору ротора і погіршення механічної характеристики.


Слід зазначити, що існує ще кілька типів мережевих аварій, які відбуваються найбільш часто, але, безпосередньо ДСТУ не регламентуються, тк як є крайніми випадками проявами 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, згорілим 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 лінійної Uф = Uл / 2, у третій відсутня. Такі режими призводять до підвищеного енергоспоживання з мережі, перегріву обмоток статора. Поле з обертового перетворюється в пульсуюче, струм в обірваній фазі буде відсутній, у двох інших збільшиться на 50%. Двигун не розгортається навіть на холостому ходу. У деяких типах двигунів у випадку, якщо обрив стався під час роботи двигуна, на обірваній фазі генерується т. Н. напруга «рекуперації», близька по фазі і амплітуді мережевій, двигун переходить в гальмівній режим роботи і, якщо його не відключити, згорає в протягом декількох хвилин.

Аварійний режим «злипання» фаз відбувається у випадку обриву однієї з живильних фаз і замиканні її з боку двигуна на іншу фазу. При цьому одна і та ж фазна напруга подається на дві фази двигуна, на третій залишається в нормі. При незначній амплітудної несиметрії, спостерігається значна фазна несиметрія яка веде до появи значних напруг зворотної послідовності, що викликають перегрів двигуна і вихід його з ладу.

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

Постійний контроль наявності та якості мережевої напруги, включаючи гармонійний аналіз, обчислення діючих або середніх значень напруги до включення двигуна, контроль за його станом під час роботи асинхронного двинуна , в т. ч. За змінами параметрів фазних напруг викликаних режимами роботи самого двигуна, дозволять, найчастіше , уникнути причин виникнення аварійних режимів, запобігти появі режимів короткого замикання і струмового перевантаження.

Струмові аварії АД.Напруга на затискачах АД і фазні струми, що протікають по його обмотках тісно взаємопов'язані і будь-які, навіть невеликі, зміни мережевої напруги викликають значні зміни фазних струмів (див. Табл. № 1). Для ефективного захисту асинхронного двигуна необхідно вимірювати фазні струми якомога точніше. Згідно з останніми дослідженнями, тривала робота двигуна з струмовим перевантаженням всього лише на 5% від номінального, скорочує термін його служби в 10 разів. У зв'язку з сильною несинусоїдальністю кривої струму, особливо під час пусків, в ній присутня велика кількість гармонік вищого порядку, що роблять істотний вплив на величину діючого значення струму. Тому, якщо приймати рішення про роботу асинхронного двигуна не за обчисленими діючих значеннь струму, а за деякими усередненими сигналами або, ще гірше, за піковихми значеннями, це може призвести до помилкових висновків про наявність або відсутність струмового перевантаження.

Розрізняють два види струмового перевантаження асинхронного двигуна: симетричний і несиметричний. Симетричне струмове перевантаження, як правило, пов'язане з механічними перевантаженнями на валу двигуна. Їх значення прямо пов'язане з режимами роботи АД і тепловим перевантаженням, про які йтиметься нижче.

Велика частина струмових аварій АД, пов'язана, в першу чергу, з ушкодженнями усередині самого двигуна, що приводять до несиметричного струмового перевантаження. Розглянемо основні види таких аварій (табл. № 2).

Таблиця № 2. Вплив внутрішніх пошкоджень на роботу АД.

Вид аварії Зміна струмів Характер змін в роботі двигуна

Обрив 1 фази в обмотці статора
З'єднання обмотки зіркою Струм в обірваній фазі відсутній. У двох інших I = 1,5 I н Двигун гудить і не розгортається навіть на х.х. Поле з обертового перетворюється в пульсуюче. У працюючому двигуні при навантаженні = 1/2 номінальної, робочі струми збільшаться на 15-20%, частота знижується незначно. У разі великих навантажень двигун зупиниться і, якщо не спрацює захист, швидко вийде з ладу.
З'єднання обмотки трикутником Струм в обірваній фазі відсутній. У двох інших значно більше номінального. Обмотки підключені до мережі за схемою відкритого трикутника. Струми, що протікають по обмотках статора, створюють обертове магнітне поле, двигун добре бере з місця і розвиває нормальну швидкість. Енергоспоживання з мережі значно більше, ніж у нормальному режимі. Момент близький до номінального, але при сильному нагріванні двох робочих обмоток. I л в одному з живильних проводів буде в 1,7 разів більше, ніж у двох інших.
Міжвітковие замикання у фазі обмоток статора Iф, що підходить до пошкодженої фазі зростає в багато разів (його величина визначається кількістю закорочених витків). Двигун починає незвично гудіти, а якщо працює під навантаженням, обертається зі зниженою швидкістю. Через деякий час двигун починає горіти.

Міжфазні замикання обмоток статора
Приводять до протікання по обмотках, мережі струмів короткого замикання,що в 10-100 разів перевищують номінальні струми Обмотки статора швидко нагріваються і, якщо не спрацьовує захист, нагріваються і згоряють.

У всіх випадках внутрішніх аварій електродвигуна спостерігається значна асиметрія фазних струмів, що перевищує в кілька разів асиметрію напруг. Тому постійний контроль струмів, співвідношення струмового перекосу з перекосом напруг, дозволяють приймати досить достовірні висновки про наявність таких аварій та оперативно відключати двигун.

Режими роботи АД.В Залежно від характеру зміни навантаження розрізняють чотири основних номінальних режими роботи АД: тривалий, короткочасний, повторно-короткочасний і змішаний. Не будемо детально зупинятися на описі цих режимів, зауважимо тільки, що основною характеристикою навантажувальних режимів є теплова характеристика електродвигуна. Робота АТ завжди супроводжується його нагріванням, процесами, що обумовлено відбуваються у ньомуі втратами енергії. Нормативний термін служби електродвигуна визначається, в кінцевому рахунку, допустимою температурою нагріву його ізоляції. У сучасних двигунах застосовується кілька класів ізоляції, допустима температура нагріву яких становить для класу А - 105 ° С, Е - 120 ° С, В - 130 ° С, F - 155 ° C, H - 180 ° C, С понад 180 ° С . Перевищення допустимої температури веде до передчасного руйнування ізоляції і істотного скорочення терміну його служби.

В експлуатації, в основному, доводиться зустрічатись з режимами, ненормованими ДСТУ. Найбільш характерним є режим з навантаженням, що швидко змінюється, коли двигун періодично входить в режим перевантаження, повертаючись потім на номінальний режим або опускаючись в режим роботи з навантаженням менше номінального. Якщо машина працює в тривалому режимі, але зі змінним навантаженням (Р1, Р2, Р3 ...), має місце несталий теплової процес ., Так як в різні проміжки часу: t1, t2, t3, t4 і т. д. в ній виникають різні втрати потужності, а отже, різні теплові втрати. Для ефективного контролю кількості тепла, накопиченого двигуном в процесі роботи, необхідно з'ясувати закони нагрівання та охолодження асинхронного електродвигуна.

Рівняння теплового балансу АД.В зв'язку з труднощами проведення такого аналізу, приймаються наступні допущення: двигун розглядається як однорідне тіло, що має нескінченно велику теплопровідність і однакову температуру у всіх своїх точках. Теплоємність двигуна і його коефіцієнт тепловіддачі не залежить від навантаження на валу двигуна. Температура двигуна залежить не тільки від навантаження, але і від температури навколишнього середовища. Середня температура t пропорціональна кількістю теплаQ, накопиченому двигуном

t = Q / C, (1)

Де С- теплоємність двигуна. Втрати тепла двигуном пропорційні його температурі

dQ / dt = -A * t = -A * Q / C, (2)

Де A- тепловіддача двигуна. Якщо припустити, що до включення двигун був холодним основне теплове рівняння при роботі двигуна можна записати у вигляді

dQ / dt = -A * Q / C + I2 * R, (3)

Де I2 * R- потужність втрат, що виділяється в двигуні при протіканні струму I по обмоткам з активним опором R.

Рішення рівняння (3) при постійному струмі I

Q (t) = Qo * (1-е-t * A / C), (4)

Де q о = I2 * R * C / A, - усталена кількість тепла в двигуні при dQ / dt = 0.

Гранично допустимому струму двигуна Iном відповідаює гранично допустима кількість тепла

Q ном = I2ном * R * C / A (5)

і гранично допустима температура (щодо навколишнього середовища)

t ном = Q ном / C = I2ном * R / A (6)

При включенні двигуна на постійному струмі вNраз перевищуючому I ном час виходу на гранично допустиму кількість теплаQ ном

TN = {lnN2-ln (N2-1)} / (A / C) (7)

Псевдотеплові математичні моделі електродвигунів покладені в основу більшості захистів АД від теплового перевантаження. Постійний розрахунок I2 з урахуванням швидкості нагріву і охолодження двигуна при, як можна більшою мірою дискретизації вимірювань, дають найбільш повну картину про кількість тепла, накопиченого двигуном і небезпечному, з точки зору допустимого нагріву ізоляції. При перевищенні допустимого нагріву для даного класу ізоляції відбувається так зване прискорене «старіння» ізоляції: знижується механічна міцність, з'являється крихкість, розломи і тріщини, що призводить до зниження її електричної міцності і пробою.

Зниження опору ізоляціі.В процесі експлуатації АД його ізоляція неминуче «старіє». Основними причинами, що викликають ці процеси є: нагрівання обмоток робочими і пусковими струмами, струмами короткого замикання і перевантаження, теплотою від сторонніх джерел; динамічними зусиллями, які виникають при взаємодії провідників зі струмом, комутаційними перенапруженнями. На стан ізоляції великий вплив мають також умови навколишнього середовища - температура і вологість повітря, забрудненість і запиленість.

Стан ізоляції визначає ступінь безпечної експлуатації електроустановок. Електродвигун допускається експлуатувати, якщо опір його ізоляції на корпус не менше 0,5 МОм. Імовірність пробою ізоляції зростає на порядок, якщо опір ізоляції в два рази менше допустимого. При зниженні опору ізоляції висока ймовірність появи такої важкої аварії АД, як пробій обмотки статора на корпус (коротке замикання на корпус), небезпечною не тільки для самого електродвигуна, а й для обслуговуючого персоналу. По мережі починають протікати струми короткого замикання, що в 10-100 разів перевищують номінальні, а на корпус електроустановки може бути винесена висока напруга, небезпечна для життя людини. Не менш важливим є безперервний контроль опору ізоляції обмоток статора під час роботи електродвигуна, так як. діелектричні властивості ізоляції, виміряні до включення асинхронного двигуна, можуть раптово змінитися під впливом електричної напруги і температури. Для цього використовується вимірювання струму витоку на «землю» за допомогою диференціального трансформатора струму, що реагує на появу диференційного струму вище деякої уставки, заданої користувачем.

Методи захисту від аварійних режимів. Прагнучи захистити двигуни від аварійних режимів, ще з середини минулого століття в енергетиці стали застосовувати різний релейний захист: тепловий, струмовий, температурний, фільтровий і комбінований. Багаторічний досвід експлуатації асинхронних двигунів показав, що більшість існуючих захистів не забезпечують безаварійну роботу асинхронних двигунів. Так, наприклад, теплові реле розраховують на тривале перевантаження 25-30% від номінальної. Але, найчастіше, вони спрацьовують при обриві однієї фази при навантаженні 60% від номінальної. При меншому навантаженні реле не спрацьовує і АД продовжує працювати на двох фазах і виходить з ладу в результаті перегріву ізоляції обмоток. Правильний вибір захисного пристрою - це важливий фактор у забезпеченні безпечної експлуатації АД.

Прилади захисту асинхронних двигунів від аварійних режимів можна розділити на кілька видів:

а) теплові захисні пристрої: теплові реле, розщеплювачі;

а) Струмозалежні захисні пристрої: плавкі запобіжники, автомати;

в) термочутливі захисні пристрої: термістори, термостати;

г) захист від аварій в електромережі: реле напруги і контролю фаз, монітори мережі;

д) прилади МТЗ (максимального струмового захисту), електронні струмові реле;

е) комбіновані пристрої захисту.

У другій частині нашої статті спробуємо детальніше описати принципи дії, переваги і недоліки існуючих захистів, а також спроби створення універсальних захисних пристроїв АД.

Ціна на пристрої захисту двигунів

Ми відправляємо службами доставки в будь-який куточок України

Кабельний підігрів трубопроводів

стабілізатор напруги Частотний перетворювач

Кабельний обіргів, альтернативна енергетика - 095 820 5556

Електромонтаж 050 373 9418 Інтернет-магазин - 067 177 8308