Диференційний захист двигуна (ANSI 87M) — чому великий двигун захищають швидше і чутливіше, ніж звичайним струмовим реле

Посібник про диференційний захист трансформатора (87T) описує принцип відсоткового диференційного захисту: струм, що входить у об'єкт захисту, безперервно порівнюється зі струмом, що виходить із нього, і будь-яка різниця понад уставку, яка слідує за струмом навантаження, вказує на внутрішнє пошкодження. Ця стаття присвячена тій самій філософії захисту, застосованій до великого або відповідального двигуна: диференційний захист двигуна, позначений кодом ANSI 87M.

Чому великому двигуну потрібно більше, ніж просто тепловий захист від перевантаження

Посібник про класи захисту двигунів (10/20/30) описує тепловий захист від перевантаження, який є практично у кожного двигуна: відносно повільну функцію, налаштовану на криву нагрівання двигуна, що захищає від тривалого перевантаження. Внутрішнє пошкодження обмотки — наприклад, міжвиткове замикання в межах однієї фази або міжфазне замикання — часто розвивається значно швидше теплового перевантаження і для великого чи відповідального двигуна (де витрати на ремонт чи заміну, а також наслідки затримки реагування є значними) може спричинити суттєву додаткову шкоду до спрацювання повільного теплового захисту. Диференційний захист двигуна призначений для виявлення таких внутрішніх пошкоджень значно швидше та чутливіше, ніж це можливо лише за допомогою струмового захисту чи захисту від перевантаження.

Два поширені варіанти вимірювання: балансування по осердю та сумування струмів

Для диференційного захисту двигуна необхідно порівнювати струм на обох кінцях кожної фазної обмотки. Це вимагає доступу до всіх шести виводів обмоток (а не до вже внутрішньо з'єднаної нейтральної точки двигуна) і може виконуватися двома способами:

• Самобалансуючий диференційний захист (по осердю): вхідний і вихідний провідник однієї й тієї ж фази прокладаються разом через один кільцевий трансформатор струму. За нормальної роботи два струми (що протікають у протилежних напрямках через осердя) повністю компенсують один одного в цьому осерді, тому трансформатор струму вимірює практично нульовий результувальний струм. При внутрішньому пошкодженні між двома струмами виникає дисбаланс, який трансформатор струму виявляє. Цей метод зазвичай використовує три трансформатори струму (по одному на фазу) і відносно простий у реалізації.
• Метод сумування струмів із шістьма трансформаторами струму: кожна фазна обмотка отримує власний трансформатор струму на обох кінцях (загалом шість трансформаторів струму), і реле відсоткового диференційного захисту порівнює вхідний і вихідний струм кожної фази окремо, як і в методі 87T. Оскільки кожен трансформатор струму тут має вимірювати повний струм двигуна, ці трансформатори струму зазвичай більші й розраховані на більшу потужність, ніж при методі балансування по осердю.

Чому застосовується уставка відсоткового диференційного захисту, а не фіксований поріг

Як і у випадку з 87T, невеликий неминучий струм небалансу може виникати через звичайні похибки вимірювання трансформаторів струму, особливо при високому пусковому струмі. Уставка відсоткового диференційного захисту (biased differential) дозволяє допустимому порогу небалансу слідувати за виміряним струмом навантаження (зазвичай налаштовується в діапазоні від кількох відсотків до кількох десятків відсотків), щоб реле залишалося достатньо чутливим при низькому навантаженні для виявлення реального, невеликого внутрішнього пошкодження, але не спрацьовувало хибно при високому пусковому чи робочому струмі через неминучу похибку вимірювання трансформаторів струму.

Примітка: вибір між методом балансування по осердю та шістьма ТС залежить від доступності всіх шести виводів обмоток і від потужності двигуна; точна уставка відсоткового диференційного захисту випливає із системного дослідження конкретного двигуна. Ця стаття описує принцип, а не готову уставку для кожного типу двигуна.

Практична значущість

Під час складання технічного завдання на захист великого або відповідального двигуна важливо заздалегідь перевірити, чи дійсно всі шість виводів обмоток двигуна виведені до клемної коробки — без цих шести точок підключення жоден із диференційних варіантів реалізувати неможливо, і доводиться повертатися до менш чутливої схеми, заснованої лише на струмовому захисті.

Типові помилки

1. Припущення, що звичайний тепловий захист від перевантаження (10/20/30) також достатньо швидко виявляє внутрішні пошкодження обмотки — ця функція розрахована на повільне, теплове перевантаження, а не на швидко розвинуте внутрішнє коротке замикання.
2. Застосування уставки відсоткового диференційного захисту, надто низької для фактичної похибки вимірювання використовуваних трансформаторів струму — це призводить до хибного спрацювання при нормальних пускових струмах.
3. Застосування методу балансування по осердю без перевірки того, що обидва провідники однієї й тієї ж фази дійсно проходять через кільцеве осердя в одному напрямку — неправильно прокладений провідник змушує трансформатор струму вимірювати позірний, постійний небаланс.
4. Складання технічного завдання на диференційний захист двигуна без попередньої перевірки доступності всіх шести виводів обмоток двигуна — виявлення цього під час монтажу, а не на етапі складання технічного завдання, може призвести до дорогих затримок.

Пов'язані матеріали

• Диференційний захист трансформатора (87T)
• Класи захисту двигунів (10/20/30)
• Диференційний захист шин (87B)
• Захист від зниження та підвищення напруги (ANSI 27/59)