1 

11. Zabezpieczenia silników 
 
Rozruch i wybieg silnika asynchronicznego 
 
 

Dane silników     Un = 6 kV 

Typ silnika 

- 

Sf 315 XK2 

Sf 355 Y2B 

Sf 315 X4 

Moc 

kW 

160 

315 

200 

Prędkość 

obr/min 

3000 

3000 

1500 

cos 

ϕ

 

- 

0.9 

0.9 

0.9 

kr 

- 

6 

5 

5 

In 

A 

18.4 

35.2 

23.7 

Dane modeli silników (EMTP) 

R_obc/D

-1 

Ω

 

0.62 

0.32 

0.123 

R_jał/D

-1 

Ω

 

20.58 

10.45 

4.12 

Io 

kgm

2

 

2 

3.7 

4.8 

Io_zewn 

kgm

2

 

17 

25 

117 

Q_komp 

kvar 

30.7 

51.3 

54.8 

 
 

Parametry mechaniczne 

Odpowiedniki elektryczne w ATP 

T - moment obciążenia             [Nm] 

i wartość prądu źródła prądowego         [A] 

ω

 - prędkość kątowa                 [rad/s] 

v napięcie na zacisku „M_Node”           [V] 

Θ

 - kątowa pozycja wirnika        [rad] 

q ładunek na pojemności                        [C]                                

J - moment bezwładności            [kgm

2

] 

C pojemność                                            [F] 

D - współczynnik tłumienia       [Nms/rad]  1/R konduktancja                                   [S] 

 

 

 

ω

=

P

T

  

moment siły obciążający silnik 

 

 

ω

=

T

D

  

współczynnik tłumienia 

 

 

D

1

R

=

  

rezystancja modelująca tłumienie 

 
 

 

2 

Q4

Q5

B

A

A4

B4

B5

Q2

100 m

51.3kvar

30.7kvar

54.8kvar

70 MVA

315 kW

M2

Q6

T - jalowy

200 kW

M3

T - znam

A5

160 kW

M1

T - znam

Q3

70 MVA Q1

6 kV

6 kV

100 m

100 m

 

3 

(f ile SZR_WN.pl4; x-v ar t)  

u1:OMEGM     

u2:OMEGM     

u3:OMEGM     

0

5

10

15

20

25

30

[s]

0

50

100

150

200

250

300

350

rd/s

 

Prędkości obrotowe silników 

(f ile SZR_WN.pl4; x-v ar t)  

u1:IPA     

0

5

10

15

20

25

30

[s]

-200

-100

0

100

200

[A]

 

Prąd silnika M1 

(f ile SZR_WN.pl4; x-v ar t)  

u2:IPB     

0

5

10

15

20

25

30

[s]

-300

-200

-100

0

100

200

300

[A]

 

Prąd silnika M2 

(f ile SZR_WN.pl4; x-v ar t)  

u3:IPC     

0

5

10

15

20

25

30

[s]

-200

-100

0

100

200

[A]

 

Prąd silnika M3 
 

 

4 

Charakterystyka momentu silnika indukcyjnego w funkcji poślizgu 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 - moment silnika przy napięciu znamionowym Un 
2 - moment silnika przy napięciu U = 0,7 Un 
3 - moment hamujący 
 
 
 
Prąd stojana (wartość skuteczna składowej sinusoidalnej) w funkcji poślizgu 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 - moment silnika przy napięciu znamionowym Un 
2 - moment silnika przy napięciu U = 0,7 Un 

M 

1 

2 

3 

s 

1 

0 

s

kr

 

s

u

 

ω

=0 

ω

=

ω

s

 

s 

1 

0 

1 

2 

I 

I

M_70%

 

I

M_100%U

 

 

5 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I

Mr

 –   wartość skuteczna prądu rozruchowego (prawie niezmienna w całym okresie 

 

rozruchu 0 

÷

 t

r

) 

I'

Mr

 –   wartość skuteczna prądu rozruchowego w początkowej fazie rozruchu o wartości 

 

(1,5 

÷

1,7)I

Mr

. Zwiększenie jest spowodowane obecnością składowej nieokresowej 

I

M

 –   ustalony prąd obciążenia 

 
Rodzaje zakłóceń: 
 
- Zwarcia w uzwojeniach stojana i wirnika 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Utknięcie silnika, 
- Przegrzanie uzwojeń stojana lub wirnika na skutek zbyt długiego rozruchu, 
- Przegrzanie uzwojeń silnika na skutek pracy niepełnofazowej, 
- Przegrzanie uzwojeń silnika na skutek wystąpienia niesymetrii napięć zasilających, 

t 

0 

I 

I'

Mr

 

I

Mr

 

I

M

 

t

Mr 

 

6 

- Przegrzanie uzwojeń silnika na skutek obniżenia napięcia zasilającego, 
- Przegrzanie uzwojeń silnika na skutek wzrostu momentu hamującego, 
- Wzrost temperatury silnika spowodowany przyczynami mechanicznymi, 
- Wypadnięcie z synchronizmu silnika synchronicznego. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I> 

M 

Układ krzyżowy 
przekładników 

I>> 

M 

I

0

> 

t 

U< 

U<

t 

 

7 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Układ trójprzekładnikowy 

∆

I> 

M 
 ~ 

I>> 

M 

∆I 

t 

U< 

t 

I

0

> 

t 

6 

6 

I< 

t 

a 

b 

c 

 

8 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Układ dwuprzekładnikowy pełny 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Układ dwuprzekładnikowy uproszczony 

M 
 ~ 

∆

I> 

M 
 ~ 

∆

I> 

 

9 

 

 

 

 
 

 

10 

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 

 
 
 
 
 
 
 

 

11 

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

) 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

12 

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

⋅

⋅

=

 

 
 

A

131

5

.

6

1

.

20

r

I

=

⋅

=

 

 
1. Zabezpieczenie od zwarć wewnętrznych 
 
Prąd znamionowy bezpiecznika: 

 

α

=

r

I

b

I

 

 

2

=

α

   

wkładka szybka 

 

 

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

=

⋅

=

⋅

=

 

 

 

13 

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

n

I

2

,

1

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

3

b

k

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 

 

Niesymetria 
prądowa 

Pomiar składowej przeciwnej 

prądu 

 

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

∆

+

=

 

Praca 
prądnicowa 

- 

Kierunkowe + 

podczęstotliwościowe 

48 Hz 

Zanik pradu 
stałego w 
obw. wzb. 

Zanikowo prądowe 

 

In – prąd znamionowy 
Irs – prąd rozruchu 

 

14 

 
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

=

⋅

⋅

⋅

=

⋅

=

 

 
 
 
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 
 

 

15 

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) 

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