Overview of Types of Protection of Asynchronous Motors Used in Power Systems and Complexes
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-4-107-115Keywords:
asynchronous motors, emergency modes, voltage asymmetry, phase windings, inter-turn closure, scattering flow, measuring coilAbstract
Faults of electric machines that occur due to short circuits, overloads, changes in the voltage of the supply network are considered. Special attention is paid to damage to the insulation of the stator windings and inter-turn faults. The review of application of relay protection for prevention of malfunctions of electric machines at occurrence of emergency modes is given. It is established that the existing types of protection: instantaneous relay protection, current protection, protection against interfacial short circuits, overload protection, protection against minimum voltage - do not guarantee the saving of the machine in case of inter-turn circuits. These types of protections do not have sufficient selectivity, sensitivity and speed, do not take into account the existing asymmetry of the voltage supply networks and can lead to false positives.
The prerequisites for the occurrence of short circuits are considered: severe working conditions, insufficient stability of electrical properties of insulating materials, imperfect technology of laying windings. The main causes of short circuits in the windings of the machines are the damage to the insulation under the influence of external influences, long lasting operation of the motor with high temperature windings, and the natural aging of the insulation.
Features of the physical processes occurring at turn circuits in a separate phase of the stator, at various connection of coil groups of the winding accompanied by formation of an electric arc and damage of isolation are considered.
Special attention is paid to the introduction of relay protection to prevent inter-turn faults in the stator windings, which result in non-maintainable condition of electric machines.
It is established that a promising type is a protection that reacts to changes in the magnetic flux scattering of the stator windings of the engine, the sensitive element of which is an annular measuring coil located inside the engine at the frontal part of the winding, and its terminals are connected to the reacting organ. However, this invention has significant drawbacks, namely, in the case of asymmetry of the three-phase supply voltage, this protection is triggered by switching off the motor, similar to the operation of a loop circuit between sections of one phase.
The authors recommend the use of a special transformer included between the supply network and the output of the measuring coil. As a result, the asymmetric components compensate for each other, and the protection is triggered only at the inter-winding circuit in the phase of the stator winding.References
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.
