11. Zabezpieczenia silników

Silniki do 1 kV

Zakłócenie Indukcyjny

Synchroniczny Działanie

Zwarcie w
uzwojeniach i
przewodach
zasilających

I>, 3-faz

bezpieczniki lub wyzwalacze lub

przekaźniki

Bezzwłoczne

wyłączenie

Przeciążenie

I>, t

zależne lub niezależne

Sygnalizacja lub

wyłączenie

Obniżenie lub zanik
napięcia

U<

zwłoczne lub bezzwłoczne

Wyłączenie

Wypadnięcie z
synchronizmu

-

I> lub Q>

lub I

∼ w obw. wzb.

Odwzbudzenie lub

wyłączenie

Zabezpieczenia od skutków zwarć w uzwojeniach silnika i przewodach zasilających


• Bezpieczniki lub wyzwalacze elektromagnesowe wyłączników samoczynnych

Nie powinny działać podczas rozruchu

α

= rs

I

b

I

I

rs

- prąd rozruchowy

α - współczynnik zależny od rodzaju wkładki, częstości i rodzaju rozruchu

Wartości współczynników

α

Kilka rozruchów na dobę

Więcej niż kilka

rozruchów na dobę

Rozruch

Wkładka

szybka

Wkładka

zwłoczna

Wkładka

szybka

Wkładka

zwłoczna

Lekki

M

h

=(0÷0.3)·M

n

2.5 3 2 2.5

Średni

M

h

=(0.3÷0.6)·M

n

2 2.5 1.8 2

Ciężki

M

h

=(0.6÷1)·M

n

1.6 1.6 1.5 1.5

M

n

- moment znamionowy

M

h

- moment hamujący urządzenia napędzanego

1

Wartości prądów rozruchowych (współczynniki k

r

)

k

r

= I

r

/I

n

Rodzaj silnika

Szybkobieżny Wolnobieżny

Pierścieniowy 1.7÷2

1-klatkowy 5.5÷7.5

4÷5

1-klatkowy z przeł. Y/D

1.8÷2.5

1.3÷1.7

2-klatkowy (lub głębokożł.) 3.5÷4.5

2.8÷3.3

I

r

- prąd rozruchowy silnika

I

n

- prąd znamionowy silnika

• Wyzwalacze elektromagnesowe zwarciowe

sz

I

1

.

1

r

I

⋅

=

I

sz

- największy prąd szczytowy jaki może wystąpić w czasie normalnej pracy i w czasie

rozruchu silnika

Zabezpieczenie od skutków przeciążeń

Nie stosuje się gdy: I

n

< 4 A

P

n

<10 kW gdy przeciążenia mało prawdopodobne (np. wentylatory)

Stosuje się:

• Czujniki temperatury w uzwojeniach stojana (t < t

dop

+ 5ºC)

• Wyzwalacze termobimetalowe lub przekaźniki termiczne współpracujące ze stycznikiem

lub wyłącznikiem - (nastawa 1÷1.1 I

n

)

Zabezpieczenia od skutków zaniku napięć

Stosuje się gdy:

- samorozruch jest niedopuszczalny ze względu na pracę samego silnika (duży prąd rozruchu
I

r

), na proces technologiczny lub bezpieczeństwo obsługi,

- należy zapewnić dobre warunki samorozruchu (po powrocie napięcia) innym silnikom bez
zabezpieczeń zanikowych.

Funkcję takiego zabezpieczenia może spełniać stycznik (U

p

= ok. 50% U

n

)

Przykład zabezpieczenia silnika nn:

U

n

= 400 V, S

n

= 11 kW, cos φ = 0.88, η = 0.9, k

r

= 6.5

A

1

.

20

9

.

0

88

.

0

400

3

3

10

11

cos

n

U

3

n

S

n

I

=

⋅

⋅

⋅

⋅

=

ϕ

⋅

η

⋅

⋅

=

2

A

131

5

.

6

1

.

20

r

I

=

⋅

=

1. Zabezpieczenie od zwarć wewnętrznych

Prąd znamionowy bezpiecznika:

α

= r

I

b

I

wkładka szybka

2

=

α

A

66

2

131

b

I

=

=

Przyjęto bezpiecznik 80 A

2. Zabezpieczenie od przeciążeń

Wyzwalacz termobimetalowy:

A

1

.

22

1

.

20

1

.

1

n

I

1

.

1

nast

I

=

⋅

=

⋅

=

3

Silniki o napięciu powyżej 1 kV

Zakłócenie

<1 MW 1÷2 MW

>2 MW

Nastawy

Bezpieczniki 3-fazowe z

rozłącznikiem

α

≥ rs

I

b

I

Wyzwalacze

pierwotne z

wyłącznikiem

-

rs

I

5

.

1

r

I

⋅

≥

;

5

.

1

r

I

min

z

I

c

k

≥

=

Nadprądowe bezzwłoczne 2-faz

lub 3-faz

i

rs

I

b

k

r

I

ϑ

⋅

=

;

2

i

r

I

min

z

I

c

k

≥

ϑ

⋅

=

2

4

.

1

b

k

÷

=

Zwarcia
wewnętrzne
międzyfaz.

-

Różni-

cowe

(wyprow. 6

końców)

i

n

I

5

.

0

r

I

ϑ

⋅

=

;

2

i

r

I

min

z

I

c

k

≥

ϑ

⋅

=

s

5

.

0

t

≤

Zwarcie
doziemne

Zerowoprądowe

0

i

l

0

I

b

k

3

r

I

ϑ

⋅

⋅

≥

;

2

0

i

r

I

l

0

I

3

s

0

I

3

c

k

≥

ϑ

⋅

−

=

s

5

1

t

÷

=

;

5

.

1

b

k

=

Nadprądowe zwłoczne termiczne

(P > 400 kW)

s

τ

=10 min. dla siln. o bud. otw.

30-60 min dla siln. o bud. zamkn.

i

n

I

b

k

r

I

ϑ

⋅

≥

;

2

)

In

k

(

2

I

2

I

ln

s

t

⋅

−

⋅

τ

=

1

.

1

k

;

1

.

1

b

k

=

=

Przeciążenia

Nadprądowe zwłoczne

(charakterystyka zależna lub

niezależna) (P<400 kW)

i

p

k

n

I

b

k

r

I

ϑ

⋅

⋅

≥

;

r

t

t

;

1

.

1

b

k

>

=

Zanik lub
obniżenie
napięcia

Podnapięciowe zwłoczne lub

bezzwłoczne

u

p

k

b

k

n

U

r

U

ϑ

⋅

⋅

≤

;

15

.

1

p

k

;

2

.

1

b

k

=

=

Nadmierny
wzrost
temperatury

Pomiar temperatury łożysk i

uzwojeń

Dodatkowo dla synchronicznych

Wypadnięcie
z synchro-
nizmu

-

Nadprądowe

zwłoczne lub

biernomocowe

i

p

k

n

I

s

k

b

k

r

I

ϑ

⋅

⋅

⋅

≥

;

t

max

t

t

Δ

+

=

Praca
prądnicowa

-

Kierunkowe +

podczęstotliwościowe

48 Hz

Zanik pradu
stałego w
obw. wzb.

Zanikowo prądowe

4

I>

Układ krzyżowy

M

I>>

M

I

0

>

t

U<

U<

t

5

I>>

M

ΔI

t

U<

t

I

0

>

t

6

6

Przykład zabezpieczenia silnika WN:

S

n

= 400 kW, U

n

= 6 kV, cos φ = 0.8, k

r

= 3.5, linia kablowa 300 m

S

k

6kV

= 200 MVA, 3I

0s

= 5 A (cała sieć)

Składowa początkowa prądu zwarciowego przy zwarciach na szynach

kA

4

.

19

6

10

6

3

6

10

200

n

U

3

k

S

f

3

k

I

=

⋅

⋅

⋅

=

⋅

=

6

Prąd zwarcia 2-faz

kA

8

.

16

f

3

k

I

2

3

f

2

k

I

=

⋅

=

Prąd znamionowy

A

48

cos

kV

6

3

kW

400

n

I

=

ϕ

⋅

⋅

=

1. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne zależne

Człon zwłoczny - zabezpieczenie od przeciążeń

Charakterystyka zależna

A

3

.

5

10

48

1

.

1

i

n

I

b

k

r

I

=

⋅

=

ϑ

⋅

=

Człon bezzwłoczny - od zwarć międzyfazowych

A

5

A

50

i =

ϑ

n

I

5

.

3

rs

I

⋅

=

A

5

.

23

10

48

5

.

3

4

.

1

i

rs

I

b

k

r

I

=

⋅

⋅

=

ϑ

⋅

=

Czułość

2

72

10

5

.

23

3

10

8

.

16

i

r

I

f

2

k

I

c

k

>>

=

⋅

⋅

=

ϑ

⋅

=

2. Zabezpieczenie podnapięciowe - od obniżenia napięcia

60

3

/

V

100

3

/

kV

6

u

=

=

ϑ

V

73

60

15

.

1

2

.

1

3

10

6

u

p

k

b

k

n

U

r

U

=

⋅

⋅

⋅

=

ϑ

⋅

⋅

=

s

5

.

0

t

=

3. Zabezpieczenie zerowoprądowe - od skutków zwarć z ziemią

l

0

I

3

b

k

r

I

⋅

=

A

6

.

0

km

/

A

2

m

300

l

0

I

3

=

⋅

=

(prąd pierwotny)

A

9

.

0

6

.

0

5

.

1

r

I

=

⋅

=

(prąd pierwotny)

7

2

45

.

0

9

.

0

5

r

I

l

0

I

3

s

0

I

3

c

k

>>

−

=

−

=

s

2

t

=

[1] Wyrzykowska S. Pomiary i automatyka w elektroenergetycznych sieciach

przemysłowych. Projektowanie. WNT, Warszawa, 1988

8