11. Zabezpieczenia silników Silniki do 1 kV

Zakłócenie Indukcyjny

Synchroniczny Działanie

Zwarcie w

I>, 3-faz

uzwojeniach i

Bezzwłoczne

bezpieczniki lub wyzwalacze lub przewodach

wyłączenie

przekaźniki

zasilających

I>, t

Sygnalizacja lub

Przeciążenie

zależne lub niezależne

wyłączenie

Obniżenie lub zanik

U<

Wyłączenie

napięcia

zwłoczne lub bezzwłoczne

Wypadnięcie z

I> lub Q>

Odwzbudzenie lub

-

synchronizmu

lub I∼ w obw. wzb.

wyłączenie

Zabezpieczenia od skutków zwarć w uzwojeniach silnika i przewodach zasilających

• Bezpieczniki lub wyzwalacze elektromagnesowe wyłączników samoczynnych Nie powinny działać podczas rozruchu I

I = rs

b

α

Irs - prąd rozruchowy

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

Więcej niż kilka

Kilka rozruchów na dobę

rozruchów na dobę

Rozruch

Wkładka

Wkładka

Wkładka

Wkładka

szybka

zwłoczna

szybka

zwłoczna

Lekki

2.5 3 2 2.5

Mh=(0÷0.3)·Mn

Średni

2 2.5 1.8 2

Mh=(0.3÷0.6)·Mn

Ciężki

1.6 1.6 1.5 1.5

Mh=(0.6÷1)·Mn

Mn - moment znamionowy

Mh - moment hamujący urządzenia napędzanego 1

Wartości prądów rozruchowych (współczynniki kr) kr = Ir/In

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

Ir - prąd rozruchowy silnika In - prąd znamionowy silnika

• Wyzwalacze elektromagnesowe zwarciowe I = 1

.

1 ⋅

r

sz

I

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

Zabezpieczenie od skutków przeciążeń Nie stosuje się gdy: In < 4 A Pn<10 kW gdy przeciążenia mało prawdopodobne (np. wentylatory) Stosuje się:

• Czujniki temperatury w uzwojeniach stojana (t < tdop + 5ºC)

• Wyzwalacze termobimetalowe lub przekaźniki termiczne współpracujące ze stycznikiem lub wyłącznikiem - (nastawa 1÷1.1 In) Zabezpieczenia od skutków zaniku napięć Stosuje się gdy:

- samorozruch jest niedopuszczalny ze względu na pracę samego silnika (duży prąd rozruchu Ir), 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 (Up = ok. 50% Un) Przykład zabezpieczenia silnika nn: Un = 400 V, Sn = 11 kW, cos φ = 0.88, η = 0.9, kr = 6.5

3

11⋅10

n

S

I =

=

= 20.1 A

n

3 ⋅ U ⋅ η⋅cosϕ

3 ⋅ 400 ⋅0.88⋅ 0.9

n

2

I =

1

.

20 ⋅ 5

.

6 = 131 A

r

1. Zabezpieczenie od zwarć wewnętrznych Prąd znamionowy bezpiecznika: I

I = r

b

α = 2

wkładka szybka

α

131

I =

= 66 A

b

2

Przyjęto bezpiecznik 80 A

2. Zabezpieczenie od przeciążeń Wyzwalacz termobimetalowy: I

= 1

.

1 ⋅ I = 1

.

1 ⋅

1

.

20 =

1

.

22 A

nast

n

3

Silniki o napięciu powyżej 1 kV

Zakłócenie

<1 MW 1÷2 MW

>2 MW

Nastawy

Bezpieczniki 3-fazowe z

I ≥ Irs

rozłącznikiem

b

α

Wyzwalacze

I

pierwotne z

-

I ≥ 5

.

1 ⋅ I

z min

r

rs ; k =

≥ 1.5

c

I

wyłącznikiem

r

Zwarcia

k ⋅ I

b rs

Iz min

wewnętrzne

Nadprądowe bezzwłoczne 2-faz Ir =

; k =

≥ 2

ϑ

c

I ⋅ ϑ

międzyfaz.

lub 3-faz

i

r

i

k = 4

.

1 ÷ 2

b

Różni-

0.5⋅ In

I

I

z min

r =

; k =

≥ 2

c

-

cowe

i

ϑ

Ir ⋅ i

ϑ

(wyprow. 6

końców)

t ≤ 0.5 s

3⋅ k ⋅ I

b 0l

I

3

− I

3

s

0

l

0

Zwarcie

Ir ≥

; k =

≥ 2

c

Zerowoprądowe

ϑ

I ⋅ ϑ

doziemne

i0

r

i0

t = 1÷ 5 s ; k = 5

.

1

b

Nadprądowe zwłoczne termiczne k ⋅ I

2

I

(P > 400 kW)

b n

Ir ≥

; t = τ ⋅ln

s

i

ϑ

2

2

I − (k ⋅ In)

s

τ =10 min. dla siln. o bud. otw.

Przeciążenia

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

k =

;

1

.

1

k = 1

.

1

b

Nadprądowe zwłoczne

k ⋅ I

b n

(charakterystyka zależna lub Ir ≥

; k =

;

1

.

1

t > t

k ⋅ϑ

b

r

niezależna) (P<400 kW)

p

i

Zanik lub

Podnapięciowe zwłoczne lub Un

obniżenie

Ur ≤

; k =

;

2

.

1

k = 15

.

1

b

p

bezzwłoczne

k ⋅ k ⋅ϑ

napięcia

b

p

u

Nadmierny

Pomiar temperatury łożysk i wzrost

uzwojeń

temperatury

Dodatkowo dla synchronicznych Wypadnięcie

Nadprądowe

k ⋅ k ⋅ I

b

s n

z synchro-

-

zwłoczne lub

Ir ≥

; t = t

+ Δt

k ⋅ϑ

max

nizmu

biernomocowe

p

i

Praca

Kierunkowe +

-

48 Hz

prądnicowa

podczęstotliwościowe

Zanik pradu

stałego w

Zanikowo prądowe

obw. wzb.

4

I>

Układ krzyżowy

M

U<

U<

I>>

t

t

I

0>

M

5

t

ΔI

U<

6

t

I>>

t

I0>

M

6

Przykład zabezpieczenia silnika WN: Sn = 400 kW, Un = 6 kV, cos φ = 0.8, kr = 3.5, linia kablowa 300 m S 6kV

k

= 200 MVA, 3I0s = 5 A (cała sieć) Składowa początkowa prądu zwarciowego przy zwarciach na szynach 6

f

3

200⋅10

k

S

I

=

=

=

4

.

19 kA

k

3 ⋅ U

6

n

3 ⋅6⋅10

6

Prąd zwarcia 2-faz 2f

3

f

3

I

=

⋅ I

= 16.8kA

k

k

2

Prąd znamionowy

400 kW

I =

= 48A

n

3 ⋅ 6kV ⋅ cos ϕ

1. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne zależne

Człon zwłoczny - zabezpieczenie od przeciążeń Charakterystyka zależna

k ⋅ I

1.1⋅ 48

b n

I =

=

= 5.3A

r

ϑ

10

i

Człon bezzwłoczny - od zwarć międzyfazowych 50 A

i

ϑ =

5A

I = 5

.

3 ⋅ I

rs

n

k ⋅ I

1.4 ⋅3.5⋅ 48

b rs

I =

=

= 23.5A

r

ϑ

10

i

Czułość

2f

3

I

16.8⋅10

k

k =

=

= 72 >> 2

c

I ⋅ ϑ

23.5⋅10

r

i

2. Zabezpieczenie podnapięciowe - od obniżenia napięcia 6 kV / 3

ϑ =

60

u

=

100 V / 3

3

U

6⋅10

n

U =

=

= 73V

r

k ⋅ k ⋅ϑ

2

.

1 ⋅ 15

.

1

⋅60

b

p

u

t = 0 5

. s

3. Zabezpieczenie zerowoprądowe - od skutków zwarć z ziemią I = k ⋅ I

3

r

b

l

0

I

3

= 300m ⋅ 2A / km = 6

.

0 A

l

0

(prąd pierwotny)

I = 5

.

1 ⋅ 6

.

0 = 9

.

0 A

r

(prąd pierwotny)

7

I

3

− I

3

5 − 0.9

s

0

0l

k =

=

>> 2

c

I

0.45

r

t = 2s

[1] Wyrzykowska S. Pomiary i automatyka w elektroenergetycznych sieciach przemysłowych. Projektowanie. WNT, Warszawa, 1988

8