Пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення

Реферат: Пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення містить ланцюг з'єднання фазних обмоток статора двигуна у трифазну схему, у якому послідовно до кожної фазної обмотки статора приєднаний силовий розмикаючий контакт виконавчого комутаційного апарату, до входу якого підключений вихід реагуючого органу, приєднаного послідовно між металевим корпусом асинхронного двигуна і катодом діода, анод якого приєднаний до анода стабілітрона. Пристрій містить три резистори, які приєднані першими виводами до вхідних виводів статора першої, другої і третьої фази. Другі виводи з'єднані між собою і приєднані до катода стабілітрона. UA 71661 U (54) ПРИСТРІЙ ЗАХИСТУ ВІД ВПЛИВУ ЗВОРОТНОГО ЕНЕРГЕТИЧНОГО ПОТОКУ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА НА ТОЧКУ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ В КАБЕЛІ ЖИВЛЕННЯ UA 71661 U UA 71661 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки та призначена для підвищення безпеки експлуатації електротехнічних комплексів гірничих технологічних установок у разі виникнення коротких замикань. Для захисту електротехнічних комплексів технологічних установок від коротких замикань поширеним є застосування автоматичних вимикачів, захисна дія яких обумовлена роботою максимальних розчеплювачів. Функціонування останніх базується на застосуванні способу формування магнітного потоку в магнітопроводі розчеплювача пропорційної величини відносно струму його робочої обмотки і переміщенні якоря розчеплювача за умови, якщо магнітнорушійна сила, що обумовлена магнітним потоком, буде перевищувати силу опору механізму якоря [Справочник энергетика угольной шахты: В 2 т./В.С. Дзюбан и др.; Под общ. ред. канд. техн. наук Б.Н. Ванеева. - Изд. 2-е доп. и перераб. - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд.», 2001. Т.2: 461-466 с]. Недоліками цього технічного рішення є незручність і неточність встановлення проміжних параметрів спрацьовування максимального розчеплювача (в діапазоні струмів електротехнічного комплексу, менших за найбільший струм спрацьовування розчеплювача). Крім того, в системах електропостачання промислових і, зокрема, гірничих підприємств як пристрої захисту від коротких замикань силових електричних приєднань застосовують пристрої, дія яких основана на формуванні вторинного струму, пропорційного до величини струму мережі, що знаходиться під контролем і формування команди на відключення мережі від джерела живлення в разі, якщо величина вторинного струму перевищила наперед встановлену припустиму величину [Справочник энергетика угольной шахты: В 2 т./В.С. Дзюбан и др.; Под общ. ред. канд. техн. наук Б.Н. Ванеева. - Изд. 2-е доп. и перераб. - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2001. - Т.2: 405-412 с]. Відпрацьовування команди на захисне відключення виконується, як правило, автоматичним вимикачем технологічної дільниці або контактором пускача відповідного кабельного приєднання до асинхронного двигуна. Крім того, функцію випереджувального відключення аварійного приєднання від джерела живлення при пошкодженні ізоляції навіть однієї фази виконує дільничний апарат захисту від витоків струму на землю, застосування якого в шахтних дільничних електромережах є обов'язковим [Аппараты защиты от токов утечки рудничные для сетей напряжением до 1200 В. Общие технические условия (ГОСТ 22929-78). - [действ, с 26.03.1978 г.]. - М.: Гос. ком. стандартов СССР. 1978. - 16 с]. Оскільки трифазне коротке замикання при пошкодженні гнучкого екранованого кабелю розпочинається з пошкодження і замикання на землю (заземлюючу жилу кабелю) однієї або двох фаз, апарат захисту від витоків струму на землю здатен виявити цей аварійний процес і сформувати команду на захисне відключення мережі. Ці технічні рішення дозволяють виявити коротке замикання у силовому електричному приєднанні електротехнічного комплексу і відключити останній від джерела електроживлення, але не дозволяють припинити струм у точці короткого замикання, який певний час буде підтримуватись дією зворотного енергетичного потоку (електрорушійної сили обертання) асинхронного двигуна, що був ввімкнений в аварійному приєднанні. Така підтримка струму короткого замикання після захисного відключення мережі може спричинити пожежу і є вкрай небезпечною за умов виникнення короткого замикання у вибухонебезпечному середовищі (зокрема у вугільній шахті). Найбільш близьким за технічною суттю до пристрою, що заявляється, є пристрій відокремлення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна від точки короткого замикання в кабелі живлення [Маренич К.Н. Синхронное двустороннее обесточивание поврежденного кабеля шахтной участковой электросети / К.Н. Маренич, И.В. Ковалева // Уголь Украины. - 2011. - №5. - С. 53-54]. Він містить ланцюг з'єднання фазних обмоток статора двигуна у трифазну схему шляхом підключення до виводу кожної фазної статорної обмотки першого виводу розмикаючого контакту виконавчого комутаційного апарату, при тому, що другі виводи цих розмикаючих контактів з'єднані за схемою "зірка" і приєднані до катода стабілітрона, анод якого через резистор приєднаний до анода діода, який своїм катодом через реагуючий орган (блок захисного відключення) підключений до заземлення асинхронного двигуна. Засобами найближчого аналога неможливо досягти нижченаведеного технічного результату по наступним причинам: має місце обмеженість області застосування, що полягає у відсутності його адаптації до асинхронних двигунів, фазні обмотки статорів яких з'єднані в «трикутник». В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення, в якому за рахунок утворення штучної зірки обмоток статора забезпечується захисне відокремлення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна від точки короткого 1 UA 71661 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 замикання в кабелі живлення при будь-якій конфігурації з'єднання фазних обмоток статора у трифазну схему («зірка» чи «трикутник»). Поставлена задача вирішується за рахунок того, що пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення містить ланцюг з'єднання фазних обмоток статора двигуна у трифазну схему, у якому послідовно до кожної фазної обмотки статора приєднаний силовий розмикаючий контакт виконавчого комутаційного апарату, до входу якого підключений вихід реагуючого органу, приєднаного послідовно між металевим корпусом асинхронного двигуна і катодом діода, анод якого приєднаний до анода стабілітрона, згідно з корисною моделлю пристрій додатково оснащений трьома резисторами, які приєднані першими виводами до вхідних виводів статора першої, другої і третьої фази, а другі виводи з'єднані між собою і приєднані до катода стабілітрона. Оснащення пристрою трьома резисторами дозволяє створити штучну зірку обмоток статора, чим забезпечується визначення наявності ланки підвищеної провідності між фазою кабеля живлення асинхронного двигуна і землею, формування команди реагуючим органом на подальше роз'єднання трифазної схеми статора двигуна засобами комутації обмотки кожної його фази. При цьому реагування на факт виникнення короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна буде відбуватися шляхом одночасного відключення напруги живлення електричної мережі за командою засобу максимального струмового захисту та (або) загально дільничного захисту від витоків струму на землю з боку живильної трансформаторної підстанції і припинення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна в схемі аварійного кабельного приєднання шляхом роз'єднання трифазної статорної обмотки цього двигуна в результаті спрацьовування захисного пристрою, що заявляється. Ця функція буде виконуватись незалежно від конфігурації з'єднань фазних обмоток статора асинхронного двигуна у трифазну схему (за схемою "зірка", або "трикутник"). На фіг. 1 наведена схема підключення гнучкого екранованого кабелю електричного живлення до силових затисків у відсіках кабельних вводів магнітного пускача і асинхронного двигуна гірничої машини; на фіг. 2 - електрична схема пристрою, що заявляється, при застосуванні його стосовно асинхронного двигуна, фазні обмотки статора якого з'єднані за схемою "трикутник"; на фіг. 3 - розподіл струмів замикання однієї фази на землю в кабельному приєднанні живлення асинхронного двигуна за умови застосування шахтного екранованого кабелю, з урахуванням схеми підключення апарата захисту від витоків струму на землю до електричної мережі. До складу шахтного силового гнучкого екранованого кабелю 1 входять три силові жили 2, мідна заземлююча жила 3, гумові ізоляційні оболонки 4 силових жил та гумові провідникові екрани 5. Схема підключення гнучкого екранованого кабелю містить затиски 6 у пристроях кабельних вводів 7 (магнітного пускача) і 8 (асинхронного двигуна гірничої машини), заземлювач 9, заземлюючі болти 10 (магнітного пускача) і 11 (асинхронного двигуна гірничої машини). Пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення містить три силових розмикаючих контакти 12, 13, 14, кожен з яких підключений послідовно з відповідною фазною обмоткою 15, 16, 17 статора двигуна, утворюючи трифазне з'єднання статора за схемою "трикутник", або "зірка", резистори 18, 19, 20, підключені до вводів фазних обмоток 15, 16, 17 статора, з'єднані своїми другими виводами між собою, стабілітрон 21, діод 22, реагуючий орган 23, виконавчий комутаційний апарат 24. Електрична мережа живлення асинхронного двигуна також містить апарат захисту від витоків струму на землю 25, живильну трансформаторну підстанцію 26 та автоматичний вимикач 27. Особливістю шахтного гнучкого екранованого кабалю 1 є наявність гумового провідникового екрана 5, який накладений поверх гумової ізоляційної оболонки 4 кожної силової жили 2. Між екранами 5 силових жил кабелю міститься мідна заземлююча жила 3. Таким чином, пошкодження ізоляції силової жили призводитиме до появи електричного зв'язку між цією силовою жилою 2 і заземлюючою жилою 3. Всі силові жили кабелю приєднуються до відповідних затисків 6 у пристроях кабельних вводів магнітного пускача 7 і асинхронного двигуна 8 гірничої машини. Пристрій кабельного вводу магнітного пускача (як частина його металевої оболонки ) є приєднаним до заземлювача 9. Заземлююча жила 3 у пристроях кабельних вводів 7 і 8 приєднується до заземлюючих болтів, відповідно, 10 і 11, які є частинами металевих корпусів, відповідно, пускача та асинхронного двигуна. Цим забезпечується заземлення асинхронного двигуна гірничої машини, яка є рухомим об'єктом. 2 UA 71661 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення містить три силових розмикаючих контакти 12, 13, 14, кожен з яких підключений послідовно з відповідною фазною обмоткою 15, 16, 17 статора двигуна, утворюючи трифазне з'єднання статора (за схемою "трикутник", або "зірка" відповідно до умов експлуатації асинхронного двигуна), резистори 18, 19, 20, підключені до вводів фазних обмоток 15, 16, 17 статора, з'єднані своїми другими виводами між собою і з катодом стабілітрона 21, анод якого з'єднаний з анодом діода 22, реагуючий орган 23, підключений між катодом діода 22 і заземлюючим болтом 10 металевого корпуса асинхронного двигуна, виконавчий комутаційний апарат 24 управління контактами 12, 13, 14, до входу якого приєднаний вихід реагуючого органа. Дія пропонованого пристрою пояснюється наступним. Процес міжфазного короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна розпочинається з пошкодження ізоляції 4 однієї або двох фаз, що за умови застосування гнучкого екранованого кабелю 1 призводить до металевого контакту жил 2 цих пошкоджених фаз із заземлюючою жилою 3. З одного боку, це призводить до спрацьовування максимального струмового захисту живлячої підстанції 26 та апарату захисту від витоків струму на землю 25 і відповідного відключення пошкодженого кабелю від живлячої трансформаторної підстанції автоматичним вимикачем 27. У той же час, в момент виникнення однофазного або двофазного замикання на землю створюється ланка протікання струму з живлячої трансформаторної підстанції 26 через резистори 18-20, стабілітрон 21, діод 22, реагуючий орган 23, заземлюючу жилу 3 кабелю та його пошкоджену жилу 2 (пошкоджені жили). В разі виникнення короткого замикання в кабелі після відключення мережі за умови знаходження асинхронного двигуна споживача в стані вільного вибігу струм буде визначатися ЕРС обертання асинхронного двигуна і протікати від його статора. Це також призводитиме до виникнення струму з обмоток 15-17 статора асинхронного двигуна через резистори 18-20, стабілітрон 21, діод 22, реагуючий орган 23, заземлюючу жилу 3 кабеля та його пошкоджену жилу 2 (пошкоджені жили). За наявності струму в ланцюзі реагуючого органу 23 останній формує команду виконавчому комутаційному апарату 24 на відключення його силових контактів 12, 13, 14, що призводить до роз'єднання трифазної схеми статорної обмотки двигуна і припинення струму в точці короткого замикання кабелю живлення асинхронного двигуна, обумовленого дією зворотного енергетичного потоку останнього. Відповідно до схеми (фіг. 2) силові контакти утворюють з'єднання фазних обмоток статора за схемою "трикутник". Ці ж контакти можуть утворювати з'єднання фазних обмоток статора за схемою "зірка". Застосування цього пристрою захисту має бути узгоджене з функціонуванням дільничного апарату захисту від витоків струму на землю 25 (фіг. 3), який створює у трифазній електромережі і ланці заземлення постійний оперативний струм і впливає на відключення автоматичного вимикача 27 в разі перевищення оперативним струмом встановленої припустимої величини. Схема приєднання анодів стабілітрона 21 та діода 22 між собою за умови, що катод діода 22 приєднаний до ланцюга, підключеного до заземлюючого болта 10 металевого корпуса асинхронного двигуна (що є підключеним до заземлюючої жили 3 кабелю), виключає вплив пристрою, що заявляється, на роботу дільничного апарату захисту від витоків струму на землю 25. Проходженню постійного оперативного струму через заземлюючу жилу 3, з'єднані за схемою «зірка» резистори 18, 19, 20 у трифазну мережу електроживлення асинхронного двигуна перешкоджатиме діод 22. Таким чином, діод 22 і стабілітрон 21 відокремлюють силові ланцюги електроживлення двигуна від його заземленого корпуса, що відповідає принципу ізоляції обмотки статора двигуна від елементів заземлення мережі у робочому режимі експлуатації. В разі виникнення короткого замикання в кабелі живлення асинхронного двигуна, через наявність електричного зв'язку між фазою (фазами) кабелю та заземлюючою жилою (в місці замикання) матиме місце суттєве підвищення різності потенціалів між заземлюючою жилою та загальною точкою приєднання резисторів 18, 19, 20. Через це станеться відкриття стабілітрона 21 у зворотному напрямі і протікання струму через реагуючий орган 23, що приведе до спрацьовування виконавчого пристрою 24. Наведений пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення забезпечує поширення функції відокремлення зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна від точки короткого замикання в кабелі живлення на двигуни, статорні обмотки яких з'єднані за схемою «трикутник» або «зірка». 3 UA 71661 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій захисту від впливу зворотного енергетичного потоку асинхронного двигуна на точку короткого замикання в кабелі живлення, що містить ланцюг з'єднання фазних обмоток статора двигуна у трифазну схему, у якому послідовно до кожної фазної обмотки статора приєднаний силовий розмикаючий контакт виконавчого комутаційного апарату, до входу якого підключений вихід реагуючого органу, приєднаного послідовно між металевим корпусом асинхронного двигуна і катодом діода, анод якого приєднаний до анода стабілітрона, який відрізняється тим, що пристрій додатково оснащений трьома резисторами, які приєднані першими виводами до вхідних виводів статора першої, другої і третьої фази, а другі виводи з'єднані між собою і приєднані до катода стабілітрона. 4 UA 71661 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5