ОБЗОР ВИДОВ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И КОМПЛЕКСАХ
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-4-107-115Ключевые слова:
асинхронные двигатели, аварийные режимы, асимметрия напряжения, фазные обмотки, межвитковое замыкание, поток рассеяния, измерительная катушкаАннотация
Рассмотрены неисправности электрических машин, которые имеют место вследствие коротких замыканий, перегрузок, изменения напряжения питающей сети. Особое внимание уделено повреждению изоляции обмоток статора и межвитковым замыканиям. Дан обзор применения релейной защиты для предотвращения неисправностей электрических машин при возникновении аварийных режимов. Установлено, что существующие виды защит – мгновенная релейная защита, токовая защита, защита от межфазных коротких замыканий, защита от перегрузки, защита от минимального напряжения – не гарантируют сбережения машины при межвитковых замыканиях. Эти виды защит не обладают достаточной избирательностью, чувствительностью и быстродействием, не учитывают существующую асимметрию напряжения питающих сетей и способны приводить к ложным срабатываниям.
Рассмотрены предпосылки возникновения коротких замыканий: тяжелые условия работы, недостаточная стабильность электрических свойств изоляционных материалов, несовершенная технология укладки обмоток. Установлено, что основными причинами возникновения коротких замыканий в обмотках машин являются: повреждение изоляции под влиянием внешних воздействий, продолжительная работа электродвигателя при повышенной температуре обмоток, естественное старение изоляции.
Рассмотрены особенности физических процессов, происходящих при витковых замыканиях в отдельной фазе статора, при различном соединении катушечных групп обмотки, сопровождающихся образованием электрической дуги и повреждением изоляции.
Особое внимание уделено внедрению релейной защиты для предупреждения межвитковых замыканий в статорных обмотках, следствием которых является неремонтопригодное состояние электрических машин.
Установлено, что перспективным видом является защита, реагирующая на изменение магнитных потоков рассеяния статорных обмоток двигателя, чувствительным элементом которой является кольцевая измерительная катушка, расположенная внутри двигателя у лобовой части обмотки, а ее выводы подключены к реагирующему органу. Однако это изобретение имеет существенные недостатки, а именно: при асимметрии питающего трехфазного напряжения данная защита срабатывает на отключение двигателя подобно срабатыванию при витковом замыкании между секциями одной фазы.
Авторы рекомендуют применять специальный трансформатор, включенный между питающей сетью и выходом измерительной катушки. Вследствие этого асимметричные составляющие компенсируют друг друга, и защита срабатывает только при межвитковом замыкании в фазе обмотки статора.Библиографические ссылки
Воробьев А. Э., Фатьянов С. О. Анализ причин отказов в работе асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве и в промышленном производстве // Вестник совета молодых ученых Рязанского государственного агротехнологического университета имени П. А. Костычева. 2017. № 2 (5). С. 169–174.
Браун М., Раутани Д., Пэтил Д. Электрические цепи и электротехнические устройства. Диагностика неисправностей. Саратов : Додека XXI век, 2017. 327 с.
Беляев П. В., Головский А. П. Анализ методов обнаружения неисправностей на работающих асинхронных двигателях // Современные проблемы электроэнергетики и пути их решения : материалы III Всероссийской научно-технической конференции / Дагестанский государственный технический университет. Махачкала, 2018. С. 38–41.
Методика диагностики и идентификации неисправностей обмоток асинхронного двигателя в режиме его функционирования / Р. Г. Мугалинов, А. Р. Мугалинова, Ю. А. Калугин, К. Э. Одинцов // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 3 (40). С. 70–78.
Привалов Е. Е. Диагностика асинхронных двигателей электроэнергетического оборудования. М. : Директ-Медиа, 2015. 70 с.
Сафин Н. Р., Прахт В. А., Дмитриевский В. А. Диагностика неисправностей обмотки статора асинхронных двигателей // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. 2015. Т. 1. С. 139–146.
Greg С. Stone, Ian Culbert, Edward A. Boulter, Hussein Dhirani. Electrical insulation for rotating machines: design, evaluation, aging, testing, and repair: second edition. IEEE Press Series on Power Engineer-ing. Wiley, 2014, 672 р. DOI: 10.1109/MEI.2004.1307097.
Guedesa S., Sovas M. Insulation protection and online stress agent identification for electric machines using artificial intelligence. Electric Power Applications, 2019, vol. 13, no. 4, рр. 559-570.
Gazyrin V.E., Osintsev A.A., Librinov L.L., Frobva E.I. Verification of distance relay of relay protection and emergency control automation equipment in asynchronous mode by standard devices of the retom test complex. Power Technology and Engineering, 2018, vol. 52, no. 2, рр. 242-247.
Волобуев С. В. Технико-экономическая оценка повышения эффективности защиты асинхронных двигателей от ненормальных режимов работы тепловыми реле // Эколого-мелиоративные аспекты рационального природопользования : материалы Международной научно-практической конференции (Волгоград, 31 января – 3 февраля, 2017). С. 234–238.
Волобуев С. В. Повышение эффективности защиты асинхронных двигателей при их работе на пониженном напряжении тепловыми реле // Мировые научно-технологические тенденции социально-экономического развития АПК и сельских территорий : материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию окончания Сталинградской битвы (Волгоград, 31 января – 2 февраля, 2018). С. 485–490.
Брейдо И. В., Сеныкина И. Ю., Нурнаганбетова Г. С. Способ косвенной защиты от перегрева для электроприводов горношахтных установок // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329, № 2. С. 65–73.
Анисинов К. В., Попов А. Е. Сравнение аналоговой и микропроцессорной релейных защит // Ключевые проблемы и передовые разработки в современной науке : сборник научных трудов по материалам I Международной научно-практической конференции (Смоленск, 31 октября, 2017). С. 107–111.
Захаров О. Г. Надежность цифровых устройств релейной защиты. Показатели. Требования. Оценки : монография. М. : Инфра-Инженерия, 2014. 128 с. ISBN 978-5-9729-0073-2.
Гуревич В. И. Уязвимости микропроцессорных реле защиты. Проблемы и решения. М., 2014. 256 с.
Типикина А. П., Певцова Л. С. Оценка программной надежности микропроцессорных релейных защит // Науковедение. 2015. Т. 7, № 2 (27). С. 121–122.
Богдан А. В., Соболь А. Н. Информационные признаки повреждения обмотки статора для построения релейной защиты автономного асинхронного генератора // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2017. Т. 60, № 6. С. 72–76.
Andreev A.M., Andreev I.A., Lyakhovsky Y.Z. Choosing expert evaluations of diagnostic tests of elec-tric insulation for high-voltage electric machines. Russian Electrical Engineering, 2018, vol. 89, no. 5, рр. 318-321.
Мосалев В. А. Основные направления совершенствования релейной защиты для электродвигателей // Сборник статей ФГБОУ ВО «Ижевская ГСХА». Ижевск, 2015. С. 59–60.
Юдаев И. В., Волобуев С. В., Феклистов А. С. Повышение эффективности тепловых устройств за-щиты асинхронных двигателей // Вестник аграрной науки Дона. 2018. Т. 4, № 44. С. 94–98.
Наумов И. В., Шевченко М. В., Белоусова Е. А. Управление режимами работы асинхронного двигателя в условиях несимметрии напряжений питающей сети // Энергетика и информационные технологии : сборник научных трудов / отв. ред. О. А. Пустовая. Благовещенск, 2017. С. 89–96.
Masoum M.A.S., Fudis E.F. Power quality in power systems and electrical machines: second edition. Elsevier. Academic Press, 2015, 635 р. DOI: 10.1016/
B978-0-12-369536-9.X5001-3.
Antonov V.I., Naumov V.A., Fomin A.I., Soldatov A.V. Adaptive structural analysis of input signals of digital and relay protection and automation. Russian Electrical Engineering, 2015, vol. 86, no. 7, рр. 391-397.
