Способ защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов Советский патент 1987 года по МПК H02H7/08 

113

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазных электродвига-, талей от аварийных режимов, а также контроля их технического состояния в условиях эксплуатации в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью.

Для срабатывания защиты от замы- кания на землю необходимо, чтобы напряжение rfa выходе фильтра (напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности - ТТНП) было достаточным для нормальной работы исполнительного реле. Напряжение на вторичной обмотке ТТНП равно,

и 4, Ф 4,44w,jf,

.(1

R M

где v, w - соответственно число

витков первичной и вторичной обмоток;

f - частота тока;

Ф - магнитный поток, возбуждаемый в магнитопро- воде магнитодвижущей силой (МДС) 1„м,) I-, - ток нулевой после- довательности, возникающий в момент замыкания одной жилы силового кабеля через резистор на зем- лю;

Б - магнитное сопротивление магнитопрово- да ТТНП.

Из формулы (1) видно, что при постоян ных w , Wj , R м и f напряжение U пропорционально величине тока замыкания на землю I. Другими словами, для надежного срабатывания защиты необходимо увеличить величину тока IPJ, что приводит к росту мощности, массы и габаритов ограничивающего резистора и коммутационного устройства.

Целью изобретения является повы- шение чувствительности защиты,

На фиг, 1-6 приведены осциллограммы напряжений и токов при нормальном и аварийном режимах электродвигателя на фиг, 7 - принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ защиты.

Способ защиты осуществляется сле- дуюшлм образом.

5

0

5

0 35

0 5

g

g

132

Современные трехфазные асинхронные электродвигатели характеризуются высокой степенью использования ак:тив- ных материалов, в том числе электротехнической стали. Это обстоятельство приводит к тому, что практически синусоидальная волна магнитодвижущей силы в нелинейной ферромагнитной среде возбуждает несинусоидальную волну магнитной индукции, спектр которой содержит нечетные пространственные гармоники. При неизменной форме вращающейся волны магнитодви- жущейся силы не изменяется форма пространственной кривой магнитной индукции и все гармоники вращаются синхронно, В фазах обмотки статора индуктируются ЭДС, содержащие нечетные гармоники 5 в том числе и кратные трем. Гармоники ЭДС кратные трем, направлены в одну и-ту же сторону во всех фазах обмотки статора двигателя и имеют соответствующую кратную частоту, .Поэтому при изолированной нейтральной точке обмотки статора двигателя, соединенной в звезду, между землей и нейтральной точкой присутствует напряжение в основном третьей и девятой гармоник.

На фиг, 1 и 2 приведены осцилло-.--. граммы тока двигателя Ig и напряжения и„, между изолированной нейтральной точкой обмотки статора электродвигателя и землей при симметричном режиме и отсутствии аварии. Потребляемый двигателем ток является практически синусоидальным, напряжение Ugj имеет частоту 150 Гц.(на практике на кривую UQ накладывается девятая гармоника с частотой 450 Гц, которой пренебрегают), В аварийном реясиме, замыкают на землю нулевую точку обмотки статора. Появляются гармоники тока, кратные трем, которые протекают по контуру силовой кабель - фазы обмотки статора - земля - заземленная нейтраль силового трансформатора - силовой кабель. Осциллограмма тока 1. одной из фаз обмотки двигателя (фиг,4) и тока I между нулевой точкой двигателя и землей (фиг, 5) подтверждают это,

Из силового тока фильтруют и фиксируют гармоники, кратные трем. Появление на выходе-фильтра гармоник напряжения, кратных трем, служит критерием наступления аварийного ре- жиМа, В дальнейшем выделенный сигнал

3 13

напряжения используют дпя отключения двигателя от сети или для сигнализации о техническом состоянии контролируемого двигателя.

На фиг, 3 и 6 показана осцилло- . грамма сигнала после фильтра Uj соответственно в нормальном и аварийном режимах, В нормальном режиме на выходе фильтра напряжение равно нулю так как в токе двигателя не содержатся гармоники, кратные трем а в аварийном режиме амплитуда напряжения на выходе фильтра достигает десятки вольт. Мощность сигнала для электродвигателей 1-15 кВт составляет 10-50 Вт и может быть, использована непосредственно без предварительного усиления.

Устройство состоит (фиг, 7) из датчика 1 контроля технического состояния (например, терморезистор, датчик влажности, датчик сухого хода сильфонное реле и др,), установленного в электродвигателе 2, коммутационного устройства 3 (например, симистор, геркон, контакт температурного реле и др,), трансформатора тока нулевой по следовательности (ТТНП) 4, выпрямителя 5, промежуточного реле 6, контактора 7, лампы 8 и резистора 9, На фиг,7 показана только вторичная обмотка 10 трансформатора питания,.

Защита электродвигателя от аварийных режимов по предложенному способу осуществляется следующим образом,

Датчик 1 контролирует техническое состояние электродвигателя 2, В нормальном режиме (без аварии) коммутационное устройство 3 разомкнуто и нейтральная точка обмотки : статора изолирована от земли, В аварийном режиме датчик 1 подает команду на включение коммутационного устройства 3, Последнее замыкает нейтральную точку обмотки статора с заземленным корпусом, В силовом ка- беЛе появляется ток нулевой последовательности, имеющей частоту 150 Гц, ТТНП 4 фиксирует появление этого тока и на его. вторичной обмотке появляется напряжение, йод действием которого срабатывает реле 6, Последнее своим размыкающим KOHTiak- том размыкает цепь катушки контактО ра 7, а замыкающим контактом замыкает цепь сигнальной лампы 8, Таким образом, электродвигатель отключает

ся от сети и сигнализирует о наступлении аварийного режима.

Согласно формуле (1) напряжение на выходе фильтра ТА равно

и; 4,44w,3f,

(2)

Сравнивая формулы (2) и (1) легко заметить, что при прочих равных условиях (идентичные трансформаторы 4 и одинаковые действующие значения токов замыкания на землю в схеме известного и предлагаемого способа) напряжение Uj в три раза больше, чем U2 , так как частота информацион - ного сигнала в три раза выше.

Кроме того, устройство, реализующее предлагаемый способ защиты, меньше по габаритам и массе, так как коммутируемое напряжение третьей гармоники между нейтральной точкой обмотки статора и землей приблизительно на порядок меньше, чем фазное напря- жение, которое коммутируется в известном устройстве. Следовательно, в предлагаемом способе защиты коммутационное устройство может быть выбрано на меньшее номинальное напряжение, отпадает необходимость в применении добавочного резистора.

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Способ защиты трехфазного электродвигателя от аварийных режимов, при котором выявляют наличие возникновения аварийных режимов, после чего автоматически производят искусственное замыкание на землю одной фазы трехфазного электродвигателя, выявляют в питающем силовом кабеле трехфазного электродвигателя информационный сигнал в виде тока нулевой последовательности, по наличию которого производят отключение трехфазного электродвигателя от питающей сети, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, после выявления наличия возникновения аварийных режимов автоматически Производят искусственное замыкание на землю нейтральной точки обмотки статора, фиксируют появившийся при этом ток нулевой последовательности утроенной частоты, по наличию которого производят отключение трехфазного электродвигателя от питающей сети.

Нормальный

Абарийньш режим

Составитель К.Шилан Редактор О,Головач Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5123/48Тираж 617Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазных электродвигателей от аварийных режимов, а также контроля их технического состояния в условиях эксплуатации в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью. Целью изобретения является повышение чувствительности. Цель достигается тем, что после выявления, наличия возникновения аварийных режимов автоматически производят искусственное замыкание на землю нейтральной точки обмотки статора,фиксируют появившийся при этом ток нулевой последовательности утроенной частоты, по наличию которого производят отключение трехфазного электродвигателя от питающей сети. 7 ил. сл со 4;: