Микропроцессорная защита электродвигателей: функции и контроль
При больших перепадах электроэнергии в сети, которые случаются не так уж и часто, но не настолько редко, чтобы о них можно было забыть и не учитывать вообще, очень важную роль играет правильное устройство защиты электродвигателя.
Полноценная и комплексная защита двигателя прекрасно обеспечивается при помощи микропроцессорной защиты электродвигателей. Такая защита необходима так же для соответствующего управления работой системы. Свои защитные функции она выполняем с помощью аварийного отключения всего комплекса или же – в случае появления неисправностей и повреждений – предотвращая непосредственное включение двигателя.
В процессе своей работы микропроцессорная защита электродвигателей осуществляет полный и непрерывный контроль за питающей сетью и всем током, который проходит через двигатель. Кроме того, можно обеспечить контроль над:
- постепенным нагревом двигателя;
- попаданием воды внутрь картера насоса;
- и прочими устройствами, которые приводятся в действие с помощью двигателя.
Все это так же позволяет выполнить обработку внешнего сигнала аварии.
Электронный блок защиты формирует схему предварительных команд, которые предстоит выполнить для запрета включения в случае различных повреждений.
Блок защиты на микропроцессорах выполняет все необходимые функции защиты автоматики, которая имеется в аппаратуре, и подает сигналы об ее состоянии. Н необходим для того, чтобы осуществлять управление работой рядом систем, может применяться в качестве основного и главного устройства, при этом работая как полноценная система.
Кроме того, блок защиты может использоваться для присоединения следующих устройств:
- компактных механизмов распределения;
- электрических распределительных подстанций.
Это часто востребовано в больших сетевых и промышленных предприятиях и в некоторых других сферах.
Для всех, кто интересуется современными средствами РЗА, компания «Эстра» предлагает ознакомиться с продукцией своего производства.
Управление и защита двигателя — Цифровые реле (Микропроцессорные устройства) (Продукты и решения для автоматизации распределительной сети)
- Главная
- Продукция
- Оборудование среднего напряжения
- Продукты и решения для автоматизации распределительной сети
- Цифровые реле (Микропроцессорные устройства)
- Управление и защита двигателя
- Europe
- Americas
- Middle East and Africa
- Asia and Oceania
ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Ключевые слова: микропроцессорные устройства релейной защиты электродвигателей, проблемы, достоинства, недостатки.
Прогресс цифровой техники нашло широкое распространение ее во всех отраслях автоматизации энергообъектов не только в энергетике, но и в различных направлениях промышленности. Устаревшие устройства релейной защиты автоматики (РЗА), выполненные на традиционной элементной базе, уже не могут обеспечить решение ряда актуальных эксплуатационных и технических проблем.
Микропроцессорные устройства релейной защиты автоматики (МПУ РЗА) стали применяться в практике более двух десятилетий тому назад, постепенно заменяя не только электромеханические части устройств, но и электронную аналоговую технику. После перехода на цифровую обработку информации в РЗА не привело к новым принципам построения защит, но определило оптимальную и выгодную структуру построения аппаратной части усовершенствованных цифровых устройств и упростило работу РЗА.
Многие специалисты считают, что переход на МПУ РЗА не только неизбежен, но и необходим, так как он поднимает управление энергосистемой на новый уровень. Разумно, прежде чем вводить МПУ РЗА в работу, необходимо усовершенствовать или заменить старую, изношенную аппаратуру, которую уже нельзя эксплуатировать на традиционную аппаратуру, выровнять состояние энергосистем и после этого можно приступить к плавному переходу на релейную защиту на микропроцессорной базе.
Исходя из практики, необходимо подходить к этому процессу весьма осторожно и вдумчиво. При решении задачи переоснащения РЗА не может быть применен алгоритм «по шаблону», поскольку все индивидуально. Следует учитывать то, что любое устройство имеет свои особенности и при решении задачи переоснащения.
В настоящее время МПУ РЗА являются основным направлением развития релейной защиты синхронных двигателей.
Ниже перечислены основные задачи релейной защиты электродвигателя (ЭД):
1. выявление электрического повреждения и опасных ненормальных режимов на первоначальных стадиях возникновения и развития в ЭД и пусковой аппаратуре;
2. формирование и выдача управляющих воздействий на коммутационные аппараты, системы возбуждения, приводные механизмы и пусковую аппаратуру, которые могут позволить уменьшить масштабы разрушений, отключить линию с поврежденным ЭД от питающей сети не допустить развития опасного ненормального режима.
3. обеспечение меньшего простоя и быстрое восстановление нормальной работы технологических линий и отдельных механизмов.
Основное преимущество микропроцессорных терминалов защит синхронных ЭД – это их многофункциональность. Для защиты ЭД и автоматических устройств, в микропроцессорном терминале производится замер электрических величин.
Большое количество реле и аналоговые измерительные приборы присутствуют на устарелых защитах оборудования. В случае использования микропроцессорных защит основные значения электрических величин фиксируется на жидкокристаллическом дисплее терминалов защит, что значительно улучшает конструкцию МПУ РЗА, так как нет необходимости утапливать дополнительные измерительные приборы.
Рисунок 1. Устройство МПУРЗА БМРЗ-100
Приборы эксплуатируются не один десяток лет (на данный момент в таком состоянии находятся большинство электроустановок и измерительных приборов), фиксировать показания не всегда удобно, да и точность существенно снижена. На Рис.1 мы видим еще одно преимущество МПУ РЗА – точность измерения. Аналоговый прибор позволяет измерить величину с определенной погрешностью.
Контролировать отключенное(включенное) положение всех полюсов выключателей, позволяют точные значения электрических величин (пофазно), которые выводятся на дисплее терминала.
Очевидно перед нами еще одно достоинство МПУ РЗА, конечно же речь идет об его формах, а то есть устройство очень компактно. Практически вдвое сокращается общее количество панелей для защит, автоматики и управления оборудованием, установленных на общеподстанционном пункте управления, при использовании микропроцессорных технологий.
Например, при использовании микропроцессорных защит, два небольших терминала, установленных на одной панели выполняют все необходимые функции для защиты, работы автоматических устройств, управления выключателями силового трансформатора. В то время как на устарелых устройствах устанавливалось три панели с электромеханическими защитами.
МПУ РЗА оперативно фиксирует возникшие неисправности, что очень удобно в работе. На терминале загораются светодиоды, которые сигнализируют о той или иной неисправности при возникновении отклонений от нормального режима работы электродвигателя.
Схема-макет не используется в микропроцессорных терминалах защит. Потому что, на дисплеях терминалов защит каждого присоединения изображается мнемосхема присоединения, на которой в автоматическом режиме осуществляется изменение положений коммутационных аппаратов в соответствии с их фактическим положением.
Перейдем к недостаткам микропроцессорных устройств. Начать, пожалуй следует со стоимости устройства. Ни для кого не секрет, что МПУ РЗА имеют высокую стоимость. И дело не только в этом, для бесперебойной работы микропроцессорных терминалов необходимо иметь усовершенствованное оборудование, а как всем известно, оно не из дешевых. Помимо того необходимы специалисты с соответствующей квалификацией.
Если оборудование модернизировано либо новое, то этот недостаток в дорогостоящем обслуживании микропроцессорных устройств не является существенным в том случае.
Узкий диапазон рабочих температур — еще один недостаток микропроцессорных устройств. Традиционные защитные устройства, выполненные на обычных реле работают в широком диапазоне рабочих температур, они достаточно неприхотливы. В то время как для обеспечения корректной работы микропроцессорных устройств необходимо устанавливать дополнительное климатическое оборудование.
Периодические сбои программного обеспечения микропроцессорных устройств электродвигателя значительно усложняют исправную работу, этот недостаток является основным. О бесперебойной и стабильной работе заявляют производители микропроцессорных защит, но как показывает практика, на производствах все же сталкиваются с такой проблемой. Такой существенный недостаток может привести к серьезным проблемам, например, если во время сбоя программного обеспечения произойдет короткое замыкание, то это может привести к серьезному повреждению синхронного электродвигателя и как следствие к затратам на ремонт или покупку нового двигателя.
Зачастую производители неполно излагают в технической и эксплуатационной документации технические характеристики микропроцессорных устройств, что приводит к затруднению потребителя выбрать устройства по критериям технического совершенства и надежности.
Подводя итоги всего вышеперечисленного, можно сказать, что недостатки уступают многочисленным преимуществам микропроцессорных устройств синхронных ЭД. Например, установив надежное программное обеспечение и потратив один раз значительную сумму, вы практически исключаете возможность возникновения ошибок или сбоев в их работе.
В заключении можно сделать вывод, что внедрение микропроцессорных релейных защит синхронных электродвигателей целесообразно и обоснованно множеством неоспоримых преимуществ. Производители отмечают повышение эффективности и безопасности электрообъектов.
Список литературы:
- Данилов В.Н. Защиты электродвигателей. Челябинск, 2006.
- Рожкова А.В., Петров С.Я., Рудман А.А., Новикова О.Н., Юркова О.П. Опыт проетирования и перспективы использования микропроцессорных защит // Энергетик. – 2009. – № 4.
- Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей / М. А. Шабад. — СПб: ПЭИПК. — 2012. — 350 с.
Защита и автоматика асинхронного двигателя 6(10) кВ
В данной статье мы разберем РЗА стандартного асинхронника малой и средней мощности, т.е. такого, где по нормам не требуется продольной дифференциальной защиты (ДЗТ, ДТО).
Согласно ПУЭ дифф. защита требуется для двигателей мощностью 5 МВт и выше, либо для двигателей 2 МВт и выше, если обычная токовая отсечка оказывается нечувствительной. Такие двигатели мы рассмотрим в следующей статье.
Кроме того, мы не будем касаться каких-то специальных защит вроде защиты от колебаний нагрузки (помпажа) или минимальной токовой защиты. Они нужны далеко не везде и начинающему специалисту не стоит делать упор на их изучении. Это позже.
Токовая отсечка (МТЗ)
По сути это стандартная МТЗ, которая отстраивается от максимального тока двигателя и работает без выдержки времени. Но в ПЭУ и технической литературе ее почему-то упорно называют отсечкой. Почему именно — я сказать не могу, но давайте придерживаться общепринятого обозначения.
Отсечка — это основная защита двигателя потому, что защищает весь двигатель и срабатывает быстрее остальных защит. Отстраивается от тока самозапуска двигателя с учетом апериодики. Выполняется без выдержки времени.
Защита от перегрузки
Защищает двигатель от длительных симметричных перегрузок, которые могут возникнуть по технологическим причинам или при снижении напряжения сети. Работает на измерении фазных токов (одного и более). Выполняется с выдержкой времени, на сигнал или отключение двигателя (в зависимости от условий работы)
Это простая и надежная защита, но она не учитывает температуру окружающей среды и полученный двигателем тепловой импульс от токов нормального режима (когда защита не пускается). Для устранения данных недостатков в микропроцессорных защитах используют тепловую модель двигателя
Защита по тепловой модели
Это еще один вариант защиты от перегрузок, только более технологичный. Основная опасность при перегрузке двигателя — это перегрев обмоток статора. Если температуру обмоток нельзя измерить непосредственно, при помощи термозондов, то пытаются предсказать температуру двигателя по заранее заданной характеристике.
Эта характеристика учитывает постоянные времени нагрева и охлаждения конкретного типа двигателей и эквивалентный ток, который состоит из геометрической суммы фазного тока и тока обратной последовательности с различными коэффициентами.
В общем алгоритм сложный, расчет уставок сложный, найти исходники на двигатель еще сложнее. Но если все получается, то вы сможете защищать двигатель от перегрузки более эффективно, чем в случае использовать максимальной токовой защиты
Защита по тепловой модели имеет несколько ступеней — на сигнализацию и на отключение. После достижения определенной точки перегрева на характеристике защита блокирует дальнейшие пуски на время охлаждения двигателя, с учетом его постоянной времени охлаждения.
Защита от неполнофазного режима
Защита на принципе замера токов обратной последовательности. Эти токи появляются при обрыве фазы/двух фаз или ослаблении контактого соединения.
В принципе эта защита полезна для любого присоединения, но для двигателя она особо важна потому, что токи обратной последовательности, даже при малом значении, разогревают двигатель. Напишите в комментариях если знаете “почему?”
Защита от блокировки ротора и затянутого пуска
По сути это одна защита, которая может различать пусковое и рабочее состояния двигателя. Делает она это при помощи фиксации начального тока статора, перед его увеличением.
Если увеличивается от нуля, то затянутый пуск. Если от номинального тока, то механическая блокировка ротора.
В общем это еще один тип защиты от перегрузки двигателя
Токовая защита от ОЗЗ
Стандартная функция работающая по 3Io, однако, при больших токах замыкания на землю, действует на отключение двигателя (ПУЭ п.5.3.48.)!
Если мощность двигателя до 2 МВт, то отключение следует производить мгновенно, при уровне токов ОЗЗ 10А и более. Если двигатель более 2 МВт, то при 5 А.
Как мы уже говорили ранее, ОЗЗ для двигателя — это очень опасное явление. Особенно при неустойчивых и близких замыканиях. Виной всему дуговые перенапряжения, возникающие при подобных анормальных режимах.
Защита минимального напряжения
Обычно применяется на неответственных двигателях, когда нужно их отключить для обеспечения самозапуска ответственных. Аналогична групповой ЗМН в ТН 6(10) кВ, только выполняется индивидуальной.
Если говорить прямо, то даже в асинхронном двигателе 6(10) кВ может быть просто куча разных защит, в том числе и технологических (вентиляция, давление масла и т.д.) Все зависит от технологического процесса, который он обслуживает. Рассматривать их все мы не будем, ограничимся только самыми базовыми.
В следующей статье рассмотрим РЗА синхронных двигателей 6(10) кВ большой мощности
На рисунке
Терминал защиты и автоматики двигателя 6(10) кВ типа БМРЗ-152-ЭД.
Разработчик НТЦ «Механотроника», www.mtrele.ru
Терминал содержит все перечисленные в статье защиты и автоматику