Nadproud. Teplota vinutí elektromotoru.

Analýza poškození asynchronních motorů ukazuje, že hlavním důvodem jejich selhání je zničení izolace v důsledku přehřátí.

Teplota ohřevu vinutí elektromotoru závisí na tepelných charakteristikách motoru a parametrech prostředí. Část tepla generovaného v motoru jde na ohřev vinutí a zbytek se uvolňuje do životního prostředí. Proces ohřevu je ovlivněn takovými fyzikálními parametry, jako jsou: tepelná kapacita и přenos tepla.

V závislosti na tepelný stav elektromotoru a okolního vzduchu míra jejich vlivu se může lišit. Pokud je teplotní rozdíl mezi motorem a okolím malý a uvolněná energie je významná, pak většinu z ní pohltí vinutí, ocel statoru a rotoru, tělo motoru a jeho další části. Děje se to intenzivní nárůst teploty izolace.

S postupujícím ohřevem se stále více projevuje vliv přenosu tepla. Proces je ustaven poté, co je dosaženo rovnováhy mezi vytvořeným teplem a teplem odevzdaným do okolí.

Zvýšení proudu nad přípustnou hodnotu nevede okamžitě k havarijní stav. Než stator a rotor dosáhnou maximální teploty, nějakou dobu to trvá. Proto není potřeba, aby ochrana reagovala na každý nadproud. Stroj by měl vypínat pouze v případech, kdy hrozí rychlé opotřebení izolace.

Z hlediska ohřevu izolace má velký význam velikost a doba trvání průtoku proudu překračujícího jmenovitou hodnotu. Tyto parametry závisí především na charakteru technologického procesu.

Přetížení elektromotorů technologického původu

Zvážit přetížení elektromotorů způsobené periodickým zvyšováním točivého momentu na hřídeli pracovního stroje. U takových strojů a zařízení se výkon elektromotoru neustále mění. Je těžké si všimnout nějakého dlouhého časového úseku, během kterého by proud zůstal nezměněn na velikosti. Na hřídeli motoru periodicky vznikají krátkodobé vysoké momenty odporu, které vytvářejí proudové rázy.

U jiných strojů může docházet k relativně malým, ale dlouhodobým přetížením. Vinutí elektromotoru se postupně zahřeje na teplotu blízkou maximální přípustné hodnotě. Obvykle má elektromotor nějakou rezervu na zahřívání a malé proudové rázy i přes dobu působení nemohou vytvořit nebezpečnou situaci. V tomto případě není deaktivace nutná.

Nouzové přetížení elektromotoru

Ale přetížení technologického původu, může být nouzová přetížení, vznikající z jiných důvodů (porucha elektrického vedení, zaseknutí pracovních částí, pokles napětí atd.). Vytvářejí jedinečné provozní režimy asynchronního motoru a předkládají své vlastní požadavky na ochranné prostředky.

Přetížení při dlouhodobém provozu s konstantní zátěží

Obvykle jsou elektromotory vybírány s určitou rezervou výkonu. Navíc většinu času stroje pracují pod zatížením. V důsledku toho je proud motoru často výrazně nižší než jmenovitá hodnota. K přetížení obvykle dochází v důsledku porušení technologie, poruch, zaseknutí a zaklínění v pracovním stroji.

Pozor. Ochrana musí vypnout elektromotor při přetížení, které způsobuje nebezpečné přehřátí vinutí.

Z hlediska vlivu dlouhodobých nadproudů na izolaci je třeba rozlišovat:

— relativně malá přetížení (až 50 %);

— velká přetížení (více než 50 %).

Účinek prvního se nedostavuje hned, ale postupně, zatímco následky druhého se dostavují po krátké době. Pokud je nárůst teploty nad přípustnou hodnotu malý, dochází ke stárnutí izolace pomalu. Malé změny ve struktuře izolačního materiálu se kumulují postupně. S rostoucí teplotou se proces stárnutí exponenciálně zrychluje.

Poznámka: Z Arrheniova zákona vyplývá, že přehřátí nad povolené limity za každých 8–10 °C snižuje životnost izolace vinutí elektromotoru na polovinu. To znamená, že Přehřátí o 40 °C snižuje životnost izolace 32krát!

Při vysokém přetížení (více než 50 %) se izolace vlivem vysoké teploty rychle zhoršuje.

Závislost dovoleného trvání přetížení na jeho velikosti se nazývá přetížení

přesné vlastnosti elektromotoru. Termofyzikální vlastnosti elektromotorů různých typů mají určité rozdíly a liší se také jejich vlastnosti. Na Obr. 21 plná čára ukazuje jednu z takových charakteristik.

Obr. 21. Přetěžovací charakteristika elektromotoru (plná čára) a požadovaná ochranná charakteristika (tečkovaná čára)

Z uvedených charakteristik můžeme formulovat jeden z hlavních požadavků k ochraně proti přetížení, která funguje v závislosti na proudu. Měl by fungovat v závislosti na velikosti přetížení. To umožňuje eliminovat falešné poplachy při proudových rázech, které nejsou nebezpečné, ke kterým dochází například při spouštění motoru. Ochrana by měla být spuštěna pouze tehdy, když proud a doba jejího toku spadají do rozsahu nepřijatelných hodnot. Jeho požadovaná charakteristika, znázorněná na obr. 21 tečkovaná čára, by měla být vždy umístěna pod charakteristikou přetížení motoru.

Přetížení při trvalém střídavém provozním režimu

Některá pracovní tělesa a mechanismy vytvářejí zátěž, která se mění v širokých mezích, jako například u drticích a brusných strojů. Zde jsou periodická přetížení doprovázena nedostatečným zatížením, a to až do bodu volnoběhu.

Každé zvýšení proudu odebrané samostatně nevede k nebezpečnému zvýšení teploty. Pokud je jich ale hodně a dostatečně často se opakují, vliv zvýšené teploty na izolaci se rychle kumuluje.

Poznámka. Přerušovaný provozní režim можно отнести к nejnepříznivější z pohledu ochranné akce. Pravidelné zapínání znamená možnost krátkodobého přetížení motoru. Hodnota přetížení musí být omezena podmínkou ohřevu vinutí ne vyšším, než je přípustná hodnota.

Ochrana, která „monitoruje“ stav ohřevu vinutí, musí obdržet odpovídající signál. Vzhledem k tomu, že proud a teplota si v přechodových podmínkách nemusí odpovídat, ochrana založená na měření proudu nemůže správně plnit svou roli.

Regulace teploty ohřevu elektromotoru

Přípustné zahřívání elektromotorů závisí na třídě izolace vinutí. Přechod na vyšší třídu izolace elektromotoru lze provést pouze při generální opravě.

Pozor. Je důležité vědět, že když se teplota vinutí elektromotoru zvýší nad přípustné hodnoty, životnost izolace se prudce sníží.

Za okolní teplotu, při které může elektromotor pracovat při jmenovitém výkonu, se považuje 40 °C. Při zvýšení okolní teploty nad 40 °C je třeba snížit zatížení elektromotoru tak, aby teplota jeho jednotlivých částí nepřekročila přípustné hodnoty. Maximální přípustný nárůst teploty aktivních částí elektromotorů při okolní teplotě 40 °C by neměl překročit:

— 65 °C — pro izolaci třídy A;

— 80 °C — pro izolaci třídy E;

— 90 °C — pro třídu izolace B;

— 110 °C — pro izolaci třídy G;

— 135 °C — pro izolaci třídy H.

U asynchronních motorů s klesajícím napájecím napětím klesá výkon na hřídeli motoru. Pokles napětí pod 95 % jmenovité hodnoty navíc vede k výraznému zvýšení proudu motoru a zahřívání vinutí.

Nárůst napětí nad 110 % jmenovité hodnoty vede také ke zvýšení proudu ve vinutí motoru a vlivem vířivých proudů se zvyšuje zahřívání statoru.

Pozor. Bez ohledu na pokles okolní teploty není dovoleno zvýšit proudové zatížení o více než 10 % jmenovité hodnoty.

Způsoby sledování ohřevu elektrických zařízení za provozu

Způsoby regulace ohřevu elektrických zařízení

K řízení ohřevu elektrického zařízení se používá následující metoda:

řízení ohřevu elektrických zařízení metodou teploměru

Teploměrová metoda slouží k měření teploty přístupných povrchů. Používají se rtuťové (vyvarujte se, toxické!), lihové a toluenové skleněné teploměry, ponořené ve speciálních pouzdrech, hermeticky zabudovaných do krytů a plášťů zařízení.

Rtuťové teploměry mají vyšší přesnost, ale nedoporučuje se je používat v podmínkách elektromagnetických polí z důvodu vysoké chyby vnesené dodatečným ohřevem rtuti vířivými proudy.

Pokud je potřeba přenést měřicí signál na vzdálenost několika metrů (například z výměníku v krytu transformátoru do úrovně 2–3 m od země), použijte teploměry manometrického typu, například tepelné alarmy TSM-10.

Tepelný alarm TSM-10 sestává z termobaňky a duté trubice spojující žárovku s pružinou indikační části zařízení. Tepelný alarm je naplněn kapalným metylem a jeho parami. Při změně teploty se mění tlak par metylchloridu, který se přenáší na šipku přístroje. Výhodou manometrických přístrojů je jejich odolnost vůči vibracím.

Řízení ohřevu elektrického zařízení teploměrem s manometrickým ukazatelem

Odporová metoda je založena na zohlednění změny hodnoty odporu kovového vodiče v závislosti na jeho teplotě. Používají se pro výkonné transformátory a synchronní kompenzátory teploměry s manometrickým ukazatelem typu. Schéma zapojení dálkového elektrického teploměru je na Obr. 22.

Obr. 22. Dálkový elektrický teploměr manometrického typu

U dálkového elektrického teploměru mají šipky dva kontakty pro signalizaci teploty nastavené instalací. Když jsou kontakty sepnuté, aktivuje se příslušné relé v obvodu alarmu.

Pro měření teploty v jednotlivých bodech synchronních kompenzátorů (v drážkách pro měření oceli, mezi tyčemi vinutí pro měření teploty vinutí a dalších bodech), termistory. Odpor rezistorů závisí na teplotě v bodech měření.

Termistory jsou vyrobeny z platinového nebo měděného drátu, jejich odpory jsou kalibrovány.

Schéma pro měření teplot pomocí termistoru je na Obr. 23.

Obr. 23. Obvod měření teploty pomocí termistoru

Takový termistor R4 je obsažen v rameni odporového můstku. Na jednu z úhlopříček můstku je připojen zdroj energie a na druhou měřicí zařízení. Odpory R1-R4 v ramenech můstku jsou voleny tak, aby při jmenovité teplotě byl můstek v rovnováze a v obvodu zařízení nebyl žádný proud.

Při odchylce teploty v kterémkoli směru od jmenovité hodnoty se změní odpor termistoru R4, naruší se rovnováha můstku a vychýlí se šipka zařízení ukazující teplotu měřeného bodu. Před měřením musí být šipka přístroje v nulové poloze.

Řízení ohřevu elektrických zařízení pomocí odporových teploměrů

Prostředky dálkového měření teploty vinutí a statorové oceli generátorů, synchronních kompenzátorů, teploty chladicího vzduchu, vodíku jsou odporové teploměry, které využívají i závislosti odporu vodiče na teplotě.

Konstrukce odporových teploměrů se liší. Ve většině případů se jedná o tenký měděný drát navinutý bifilárně na plochém izolačním rámu se vstupním odporem 53 Ohm při teplotě 0 °C. Jak měřicí část, pracující ve spojení s odporovými teploměry, využívají automatické elektronické můstky a logometry vybavené teplotní stupnicí.

Instalace odporových teploměrů do statoru stroje se provádí při jeho výrobě ve výrobě. Měděné odporové teploměry jsou umístěny mezi navíjecími tyčemi a na dně štěrbiny.

Řízení ohřevu elektrických zařízení metodou termočlánku

Metoda termočlánku je založena na využití termoelektrického jevu, tj. teplotní závislosti EMF, ke kterému dochází na koncích elektrického obvodu rozdílných vodičů za podmínky rozdílu teplot mezi bodem jejich přechodu a volnými konci těchto vodičů. Nejčastěji používané termočlánky pro měření jsou měď-konstantan, chromel-copel a platina-rhodium.

Pokud naměřená teplota nepřesáhne 100–120 °C, pak existuje přímo úměrná závislost mezi termoEMF a teplotním rozdílem mezi vyhřívaným a studeným koncem termočlánku.

Kalibrované termočlánky se připojují na měřicí přístroje kompenzačního typu, stejnosměrné potenciometry a automatické potenciometry, které jsou předem kalibrovány. Termočlánky se používají k měření teplot konstrukčních prvků turbogenerátorů, chladicího plynu a aktivních částí, jako je například aktivní ocel statoru.

Řízení ohřevu elektrických zařízení metodou infračerveného záření

Metoda infračerveného záření je základem pro zařízení, která měří teplotu intenzitou nebo spektrem infračerveného záření vyzařovaného zahřátými povrchy.

V energetice našly uplatnění např termokamery (termokamery)A radiační pyrometry. Termokamery poskytují možnost získat obraz tepelného pole studovaného objektu a jeho teplotní analýzu. Pomocí radiačního pyrometru se zjišťuje pouze teplota testovaného objektu.

Velmi často se používá termokamera ve spojení s pyrometrem. Nejprve se pomocí termokamery identifikují předměty se zvýšeným zahříváním a následně se pomocí pyrometru zjišťuje jeho teplota. Přesnost měření teploty je tedy dána především parametry použitého pyrometru.

Stanovení teploty vinutí střídavých elektromotorů

svým odporem

Odporová metoda

Odporová metoda — stanovení teploty vinutí jejich stejnosměrným odporem se často používá k měření teploty vinutí. Metoda je založena na vlastnosti kovů měnit elektrický odpor v závislosti na teplotě.

K určení nárůstu teploty se měří odpor vinutí ve studeném a zahřátém stavu a provádějí se výpočty. Je třeba vzít v úvahu, že od vypnutí motoru do začátku měření uplyne určitý čas, během kterého má vinutí čas na ochlazení. Proto pro správné určení teploty vinutí v okamžiku vypnutí, tj. v provozním stavu motoru, se po vypnutí stroje pokud možno ve stejných časových intervalech (pomocí stopek) provádí několik měření. Tyto intervaly by neměly přesáhnout dobu od okamžiku vypnutí do prvního měření. Poté extrapolujte měření vynesením grafu. R = f(t).

Metoda ampérmetr-voltmetr

Metoda ampérmetr-voltmetr změřte odpor vinutí. První měření od okamžiku vypnutí motoru se provede nejpozději:

— 1 min pro stroje s výkonem do 10 kW;

— 1,5 min — pro stroje s výkonem 10–100 kW;

— 2 min — pro stroje s výkonem nad 100 kW.

Pokud je první měření odporu provedeno ne více než 15–20 minut po vypnutí, pak se jako odpor bere nejvyšší z prvních tří měření. Pokud je první měření provedeno více než 20 sekund po vypnutí stroje, nastaví se korekce chlazení.

K tomu se provede 6–8 měření odporu a vynese se do grafu. graf změny odporu při chlazení:

l podél ordináty zakreslete odpovídající naměřené odpory;

l podél osy x — čas (přesně v měřítku) uplynulý od okamžiku vypnutí elektromotoru do prvního měření, intervaly mezi měřeními a křivka znázorněná v grafu jako plná čára.

Poté pokračujte touto křivkou doleva a zachovávejte povahu její změny, dokud se neprotne s osou. Úsek na svislé ose od počátku k průsečíku s tečkovanou čarou určuje s dostatečnou přesností požadovaný odpor vinutí motoru v horkém stavu.

Hlavní řada motorů instalovaných v průmyslových podnicích zahrnuje izolační materiály tříd A a B. Pokud je například pro izolaci štěrbin použit materiál na bázi slídy třídy B a pro vinutí je použit drát PBD s bavlněnou izolací třídy A, pak motor patří z hlediska tepelné odolnosti do třídy A. Pokud je teplota chladicího média pod 40 °C, pak je u všech tříd izolace přípustné zvýšení teploty o více než 40 stupňů chlazení. 10 °C. Je-li teplota chladicího média 40–45 °C, pak se maximální přípustné nárůsty teploty snižují pro všechny třídy izolačních materiálů o 5 °C a při teplotách chladicího média 45–50 °C o 10 °C. Teplota okolního vzduchu se obvykle bere jako teplota chladicího média.

U uzavřených strojů s napětím nejvýše 1 500 V je maximální přípustný nárůst teploty statorových vinutí elektromotorů s výkonem menším než 5000 1 kW nebo s délkou jádra menší než XNUMX m, jakož i

Při měření teplot odporovou metodou je možné zvýšit vinutí tyčí rotorů o 5 °C. Při měření teploty vinutí metodou měření jejich odporu se zjišťuje průměrná teplota vinutí. Ve skutečnosti, když motor běží, mají jednotlivé oblasti vinutí obvykle různé teploty. Proto je maximální teplota vinutí, která určuje trvanlivost izolace, vždy o něco vyšší než průměrná hodnota.