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>>
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
