УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 1998 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к релейной защите и предназначено для защиты трехфазных электродвигателей.

Известны устройства, состоящие из токовых реле для защиты электродвигателей, реагирующие на превышение пускового тока двигателей (Ю.Г. Барыбин, Л.Е.Федоров и др.Справочник по проектированию электроснабжения.- М.: Энергоатомиздат,1980,с. 486-487).

Однако такие защиты имеют низкую чувствительность к повреждениям внутри двигателя и позволяют защищать двигатель только при замыкании 65-70% витков его обмотки.

Известны устройства для защиты электродвигателей, основанные на пофазном сравнении комплексных значений (или их фаз) токов со стороны питания двигателя и со стороны его нулевых выводов (В.И.Корогодский и др.Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ.- М.: Энергоатомиздат, 1987,с.142-147).

Однако для осуществления таких защит необходимо, чтобы каждая фаза обмотки статора имела по два вывода - начало и конец, причем концы обмоток фаз были бы выведены каждый на свой, а не на один общий зажим в коробке выводов, что усложняет конструкцию двигателя, требует дополнительной установки трансформаторов тока, и, следовательно, приводит к увеличению его стоимости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является устройство для защиты трехфазного электродвигателя от внешних, внутренних коротких замыканий и анормальных режимов, содержащее промежуточные трансформаторы тока, подключенные к фильтрам тока прямой и обратной последовательности, один из которых подключен к одному выпрямительному мосту, а другой через разделительный трансформатор - к другому выпрямительному мосту, выходы обоих мостов подключены к трем, параллельно включенным исполнительным реле, одноименные концы которых разделены двумя диодами (а.с. N 729729,кл. H 02 H 7/08). Известное устройство позволяет осуществлять защиту двигателя от коротких замыканий (исполнительное реле отсечки), симметричных перегрузок (исполнительное реле перегрузки) и повреждений, сопровождаемых малыми токами обратной последовательности - обрывами фаз, витковых замыканий (исполнительное реле обратной последовательности).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкая чувствительность к витковым замыканиям (В.И.Корогодский и др. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. - М.: Энергоатомиздат,1987, с. 191), а также отстройка срабатывания исполнительного реле обратной последовательности по времени от внешних коротких замыканий, что приводит к увеличению размеров повреждения двигателя при витковых замыканиях.

Указанные недостатки обусловлены тем, что исполнительное реле обратной последовательности подключено на выход своего выпрямительного моста и реагирует на абсолютную величину тока обратной последовательности.

Целью изобретения является повышение чувствительности защиты и уменьшение времени ее срабатывания, а следовательно,и уменьшение размеров повреждения двигателя при витковых замыканиях.

Цель обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем фильтр тока обратной последовательности, исполнительные реле токовой отсечки и перегрузки, выход фильтра тока обратной последовательности подключен к одному выпрямительному мосту, согласно изобретению, фильтр напряжения обратной последовательности, выход которого подключен к другому выпрямительному мосту, одни однополюсные выходы обоих мостов соединены между собой, а между другими однополюсными выходами установлено исполнительное реле, чувствительное к равновесию напряжения.

Наличие в схеме вместо фильтра тока обратной последовательности фильтра напряжения обратной последовательности, выход которого подключен к другому выпрямительному мосту, а одни однополюсные выходы обоих мостов соединены между собой, а между другими однополюсными выходами включено исполнительное реле, чувствительное к равновесию напряжений, позволяет повысить чувствительность защиты к витковым замыканиям и уменьшить время ее срабатывания при таких повреждениях, а следовательно,и уменьшить размер повреждения двигателя, в сравнении с прототипом.

Это доказывается следующим:
- на выходе выпрямительного моста, подключенного к выходу фильтра напряжения обратной последовательности, выделяется напряжение, пропорциональное напряжению обратной последовательности:
;
- на выходе выпрямительного моста, подключенного к выходу фильтра тока обратной последовательности, выделяется напряжение, пропорциональное току обратной последовательности: .

Если пренебречь чувствительностью исполнительного реле, чувствительного к равновесию напряжения, то уравнение его срабатывания запишется:

поделив обе части уравнения на U₂ • K_I, получим:
,
где - заданная уставка срабатывания защиты при витковых замыканиях. Следовательно, уставку срабатывания исполнительного реле, реагирующего на витковые замыкания, не нужно отстраивать от внешней несимметрии напряжения, как в прототипе, так как при появлении внешней несимметрии происходит увеличение тока обратной последовательности I₂, но соответственно происходит и увеличение напряжения обратной последовательности и их отношение останется меньше уставки срабатывания. Данную уставку не нужно согласовывать по времени с временем срабатывания защит, действующих при внешних двухфазных КЗ (В. И. Корогодский и др.Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. - М.: Энергоатомиздат.1987,с.188-191).

Соответствие технического решения критерию "существенные отличия" доказывается следующим. Известно техническое решение (а.с. N 898549 МКл.³ H 02 H 7/08) с тремя блоками выделения наибольшего и наименьшего из сигналов датчиков напряжения, нелинейным элементом и измерительным органом, к трем выходам которого подключены выходы блоков выделения наибольшего и наименьшего из сигналов датчиков тока; выходы блоков выделения наибольшего и наименьшего из сигналов датчиков напряжения; выход блока выделения наибольшего из сигналов датчиков тока, подключенного через нелинейный элемент. Таким образом, уставка срабатывания измерительного органа автоматически загрубляется при пуске двигателя в условиях несимметрии питающего напряжения до номинального тока двигателя, что существенно снижает чувствительность работы данного устройства. Кроме того, оно сложно в выполнении, что снижает надежность его работы.

В заявляемом решении вместо блока выделения наибольшего и наименьшего из сигналов датчиков напряжения вводится фильтр напряжения обратной последовательности, выпрямительный мост и исполнительное реле, чувствительное к равновесию напряжения, которое реагирует на отношение тока обратной последовательности к напряжению обратной последовательности, т. е. по существу происходит замер величины обратной сопротивлению обратной последовательности двигателя, т. е. и, следовательно, уставка его срабатывания не зависит от величин тока (пускового) и сохраняет свою чувствительность в различных режимах работы. Кроме того, заявляемое устройство проще в исполнении и, следовательно, надежнее в работе.

Таким образом, введение в устройство фильтра напряжения обратной последовательности, выпрямительного моста и исполнительного реле, чувствительного к равновесию напряжения, позволяет избавиться от загрубления уставки срабатывания при пуске двигателя, т.е. у заявляемого технического решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами решения по а.с. N 898549,М. Кл.³ H 02 H 7/08, а одна и та же цель достигается разными техническими неэквивалентными средствами.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит исполнительное реле токовой отсечки 1, исполнительное реле перегрузки 2, фильтр тока обратной последовательности 3, к выходу которого подключен выпрямительный мост 4, фильтр напряжения обратной последовательности 5, к выходу которого подключен выпрямительный мост 6. Одни одноименные выходы выпрямительных мостов 4 и 6 соединены между собой, а между другими одноименными выходами выпрямительных мостов 4 и 6 включено исполнительное реле 7, чувствительное к равновесию напряжения. Реле 1,2 и 7 имеют следующие назначения: исполнительное реле 1 срабатывает при трехфазных (симметричных) коротких замыканиях (КЗ) в защищаемом двигателе без выдержки времени; исполнительное реле 2 срабатывает при перегрузке двигателя с независимой выдержкой времени; исполнительное реле 2 срабатывает при витковых замыканиях в обмотке статора двигателя, несимметричных (двухфазных) КЗ, а также при обрыве одной из фаз практически без выдержки времени (задается небольшое, по времени срабатывания, замедление защиты для затухания переходных процессов в элементах схемы защиты).

Напряжение, выделяющееся на выходе выпрямительного моста 4, пропорционально току обратной последовательности, т.е. , где K_I - комплексный коэффициент пропорциональности фильтра тока обратной последовательности; I₂ - ток обратной последовательности.

Напряжение, выделяющееся на выходе выпрямительного моста 6, пропорционально напряжению обратной последовательности, т.е. , где K_U - комплексный коэффициент пропорциональности фильтра напряжения обратной последовательности; U₂ - напряжение обратной последовательности.

Устройство работает следующим образом. При возникновении симметричных КЗ в питающем кабеле (линии) или на вводах двигателя (симметричные КЗ в обмотке статора двигателя исключены вследствие конструктивного ее выполнения) срабатывает реле 1 без выдержки времени (токовая отсечка). При возникновении перегрузки двигателя срабатывает реле 2 с независимой выдержкой времени.

При возникновении неполнофазного режима или витковом замыкании в обмотке статора двигателя на выходе выпрямительного моста 4 возникает напряжение , а на выходе выпрямительного моста 6 возникает напряжение .

Если пренебречь чувствительностью исполнительного реле 7, то уравнение его срабатывания можно записать как: , поделив обе части этого уравнения на , получим: ,
где - заданная уставка срабатывания защиты, независящая как от величины абсолютного значения тока обратной последовательности, так и нетребующая загрубления при пуске двигателя, так как она зависит только от величины, обратно пропорциональной сопротивлению обратной последовательности двигателя:

Описанное устройство для защиты трехфазного электродвигателя обеспечивает его защиту от симметричных и несимметричных КЗ, защиту от витковых замыканий в обмотке статора двигателя и его неполнофазного режима, а также защиту от перегрузки.

Предлагаемое устройство прошло лабораторные испытания, которые показали, что дополнительное введение фильтра напряжения обратной последовательности 5, выпрямительного моста 6 и исполнительного реле 7 выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как позволяет повысить коэффициент чувствительности защиты от витковых замыканий и неполнофазных режимов в 2-2,5 раза, снизить выдержку времени срабатывания защиты практически до нуля, что существенно снижает размер повреждения обмотки двигателя.

Использование: изобретение относится к релейной защите. Используется с целью повышения чувствительности работы и уменьшения времени срабатывания защиты при витковых замыканиях и неполнофазных режимов работы электродвигателя. Сущность изобретения: технический результат достигается за счет введения в устройство фильтра напряжения обратной последовательности, выпрямительного моста и исполнительного чувствительного реле, реагирующего на равновесие напряжений. 1 ил.

Устройство для защиты трехфазных электродвигателей, содержащее трансформаторы тока, подключенные к входам фильтра тока обратной последовательности, выход которого подключен к выпрямительному мосту, другой выпрямительный мост, исполнительные реле токовой отсечки и перегрузки и исполнительное чувствительное реле, один вывод которого подключен к одному из выходов выпрямительного моста, отличающееся тем, что исполнительные реле токовой отсечки и перегрузки включены последовательно в нулевой провод трансформаторов тока, введен фильтр напряжения обратной последовательности, подключенный к контролируемой сети, а его выход подключен к другому выпрямительному мосту, при этом другой вывод исполнительного чувствительного реле подключен к одноименному выходу другого выпрямительного моста, другие одноименные выходы обоих мостов соединены между собой.