Анализ аварийных режимов и отказов оборудования. Выбор аппаратуры защиты

Анализ отказов и неноминальных режимов работы электрических машин позволяет выделить следующие типы аварий, часто встречающиеся на практике:

· короткое замыкание (КЗ) на зажимах машины либо в обмотке

· статора;

· заторможенный ротор при пуске двигателя (режим КЗ двигате­ля, особенно часто встречается при его прямом пуске);

· обрыв фазы обмотки статора (часто встречается при защите обмоток плавкими предохранителями);

· технологические перегрузки, возникающие при набросе на­грузки в процессе работы двигателя;

· нарушение охлаждения, вызванное неисправностью системы принудительной вентиляции двигателя;

· уменьшение сопротивления изоляции, происходящее в резуль­тате старения изоляции из-за циклических температурных перс грузок.

Аварийные режимы в цепи асинхронного двигателя могут выз­вать либо кратковременное увеличение тока в 12... 17 раз по срав­нению с номинальным, либо длительное протекание тока, в 5...7 раз превышающего его номинальное значение.

Для защиты электрических цепей от режима КЗ широко при­меняются автоматические выключатели, токовые реле и предох­ранители. При перегрузке по току требуется другое защитное обо­рудование. Так, при обрыве одной из фаз асинхронного двигателя наиболее эффективными являются минимальная токовая и тем­пературная зашиты; менее эффективной, но работоспособной — тепловая защита (тепловые реле). При заторможенном роторе весь­ма эффективны максимальные токовые реле и температурная за­щита, менее эффективна — тепловая зашита. При перегрузке луч­шие результаты дает температурная зашита. Эффективны также тепловые реле. При нарушении охлаждения двигателя только тем­пературная зашита может предотвратить аварию.

Уменьшение сопротивления изоляции статорной обмотки дви­гателя может спровоцировать как перегрузку в цепи, так и КЗ. Защита при такой аварии осуществляется специальными устройствами контроля сопротивления изоляции обмотки двигателя.

Основным аварийным режимом в осветительных установках является КЗ. Защита от перегрузки требуется только для осветительных установок, эксплуатируемых внутри помещений и во взрыво- и пожароопасной среде. Наиболее распространенным аппаратом защиты осветительных установок является автоматический выключатель. При включении ламп накаливания появля­ется кратковременный бросок тока, в 10...20 раз превышающий номинальный ток. Примерно за 0,06 с ток снижается до номи­нального. Значение броска тока определяется мощностью ламп. При выборе типа зашиты ламп накаливания необходимо учиты­вать особенности их пусковых характеристик.

В связи с широким распространением силовой полу­проводниковой техники для ее защиты требуется применение эффективных устройств. Одним из главных недостатков силовых полупроводниковых приборов является их низкая перегрузочная способность по току, что накладывает жесткие условия на аппаратуру защиты (по быстродействию, селективности и надежности срабатывания). В настоящее время для защи­ты силовых полупроводниковых приборов от КЗ (как внешних, так и внутренних) применяются быстродействующие автомати­ческие выключатели, полупроводниковые выключатели, ваку­умные выключатели, импульсные дуговые коммутаторы, быст­родействующие плавкие предохранители и др. Целесообразность применения той или иной защиты силовых полупроводнико­вых приборов определяется конкретными условиями их эксп­луатации.

Особое место занимает защита электрических цепей. В на­стоящее время широко используются сети напряжением от 0.4 до 750 кВ. Основными, наиболее опасными и частыми видами по­вреждений в сетях являются КЗ между фазами и замыкание фазы на землю.

Основная масса потребителей получает питание от распреде­лительных сетей напряжением 0,4; 6 и 10 кВ (в последнее время нашли широкое применение сети напряжением 0,66 кВ). Для питания стационарных силовых потребителей и осветительных уста­новок общего назначения применяются трехфазные четырехпроводные сети напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтра­лью. Силовые потребители подключены к линейным напряжениям сети, а осветительные приборы — к фазным. Мощные силовые потребители, например электродвигатели мощностью 160 кВт и выше, имеют напряжения 0,66; 6 и 10 кВ.

Основными аварийными режимами в таких сетях являются: однофазное КЗ (до 60% аварий), трехфазное КЗ (до 10%), двухфазное КЗ на землю (до 20%), двухфазное КЗ (до 10%).

Зашита электрических сетей напряжением до 1000 В осуществля­ется, как правило, аппаратами зашита, а сети напряжением свыше 1000 В имеют релейную защиту.

Самыми распространенными аппаратами зашиты сетей явля­ются автоматические выключатели и предохранители. Если тре­буется иметь защиту с высоким быстродействием, чувствитель­ностью или селективностью, то применяют релейную защиту. выполненную на базе реле и автоматических выключателей.

Электрические сети напряжением до 1000 В внутри помеще­ний должны иметь также защиту от перегрузки, выполненную, как правило, на базе автоматических выключателей с тепловым или комбинированным расцепителями.

Основной задачей, стоящей при выборе аппаратуры защиты потребителей и электрических сетей, является согласование ха­рактеристик устройств зашиты с предельными нагрузочными ха­рактеристиками (зависимостями допустимого тока от длительно­сти его протекания) различных потребителей и сетей (проводов и кабелей). Для каждого конкретного типа потребителей наиболее полное согласование может быть достигнуто при использовании определенного типа аппаратов зашиты. В случае полного согласо­вания вольт-амперные и временные характеристики аппарата за­шиты на графике проходят выше и как можно ближе к нагрузоч­ной характеристике потребителя.