Sự mất pha

Nguyên nhân phổ biến nhất gây mất cân bằng cho động cơ ba pha là mất pha do cầu chì hở, cầu dao, đầu nối hoặc dây dẫn bị hỏng. Sự mất cân bằng trong các tải được kết nối khác cũng có thể ảnh hưởng đến động cơ. Sự mất cân bằng điện áp 3,5% có thể làm nhiệt độ động cơ tăng 25% hoặc cao hơn.

Dòng điện này tạo ra từ thông trong khe hở không khí của động cơ quay theo hướng ngược lại với hướng thực tế của động cơ. Hiệu ứng tương đối về cơ bản là dòng điện tần số kép trong rôto. Hiệu ứng bề mặt dẫn đến điện trở cao hơn và trở kháng thứ tự âm về cơ bản vẫn ở giá trị khóa roto. Vì vậy, dòng điện cao và điện trở cao sẽ tạo ra hiệu ứng nhiệt.

Tổng nhiệt lượng trong động cơ tỉ lệ thuận với:

I12 + K22 * t

I1 và I2 lần lượt là thứ tự dòng điện dương và âm trong động cơ

K = Rr2 / Rr1 = ước lượng thận trọng là 175 / ILR2

Ở đây,

Rr2 và Rr1 là điện trở thứ tự dương và âm của roto động cơ

ILR dòng roto bị khóa trong mỗi đơn vị

Đối với bất kỳ trường hợp cụ thể nào, mạch này có thể được mở rộng để hiển thị chi tiết hơn về nguồn hoặc các tải khác. Ví dụ, máy biến áp nguồn có thể được biểu diễn bằng điện kháng (trở kháng) của nó Xt

Đối với pha hở giữa máy biến áp và động cơ, Xt sẽ được thêm nối tiếp với trở kháng nguồn để có giá trị tương đương của ZS1 và ZS2. Khi pha hở nằm giữa hệ thống và máy biến áp Xt sẽ không được tính vào nguồn tương đương mà được thêm nối tiếp với trở kháng động cơ.

Mạch này dành cho động cơ không nối đất.

Sự phân bố dòng điện cho pha hở sử dụng mạng ở Hình 1 được thể hiện trên Hình 2 trong một số trường hợp.

Các giá trị điển hình trên mỗi đơn vị của trở kháng được hiển thị đều dựa trên cơ sở kVA của động cơ, và là:

ZS1 * ZS2 = 0.05 ∠ 900 pu

ZL1 = ZL2 = 1.0 ∠ 150 đối với tải tĩnh ở động cơ

ZM1 = 0.9 ∠ 250

ZM2 = 0.15 ∠ 850

Các góc này đã được đưa vào tính toán, nhưng việc đơn giản hóa việc giả định tất cả các trở kháng ở cùng một góc sẽ mang lại kết quả gần đúng và không làm thay đổi xu hướng được hiển thị. Với tất cả các giá trị ở 90°, ví dụ  IS1  = 0.87 pu thay vì 0.96 pu trong hình 2.

Từ các dòng điện tuần tự này, người ta nhận thấy rằng ở hai phía của mạch hở Ia = I1 + (-I2) = 0 một cách chính xác, dòng điện pha âm thanh là khi I1 = (-I2)

Ib = a2I1 + aI2 = -j√3I1

Ic = aI1 + a2I2 = +j√3I1

Vì vậy, trong hình 2, Ib và Ic  dòng điện là 1.66 pu Vì vậy, người ta thấy rằng pha hở cung cấp dòng điện pha rất thấp so với dòng tải động cơ bình thường khoảng 1 pu. Do đó, rơle quá dòng không đủ để phát hiện pha mở.

Công suất được truyền qua khe hở không khí của động cơ và làm giảm công suất trục động cơ để có thể xảy ra hiện tượng kéo ra.

Một ví dụ được chỉ ra cho thấy rằng động cơ sẽ kéo ra ở mức 20% tải định mức với tải tĩnh lớn hơn ba lần tải động cơ; hoặc ở mức 50% tải định mức, với tải tĩnh bằng tải động cơ. Ngoài ra, giá trị thấp của âm động cơ – trở kháng thứ tự ngụ ý rằng một phần lớn dòng điện thứ tự âm chạy trong động cơ để tăng nhiệt độ.

Sự phân bổ này được minh họa trong Hình 3.

Dòng điện thứ tự âm của động cơ có thể thấp, như trong Hình 4, chỉ khi tải tĩnh là một pha.

Cơ sở của pha mở là dòng điện thứ tự dương và thứ tự âm bằng nhau và ngược chiều nhau miễn là không có thứ tự 0. Điều này rất hữu ích để phát triển dòng điện mất cân bằng thông qua máy biến áp wye-delta.

Những điều này, cũng như các tính toán trong Hình 2, 3 và 4 dành cho các điều kiện ngay sau khi mở pha và trước khi động cơ chạy chậm lại, chết máy hoặc trở kháng bên trong của nó thay đổi, v.v.

Hướng dòng điện thể hiện trong sơ đồ mạch của hai hình này là chính xác cho sơ đồ pha. Nếu không có các sơ đồ pha cụ thể này, Ib trong Hình 5 có thể được hiển thị trong động cơ như đã chỉ ra, nhưng ở cường độ √3 với IC ở √3 chảy vào nguồn. Đây thực sự là luồng và được biểu thị trong Hình 5 bằng sơ đồ pha, cho thấy luồng Ib như đã chỉ ra, nhưng Ic cách Ib 180 độ, cả hai đều có cường độ √3.

Nếu Ib và Ic được hiển thị theo hướng ngược nhau trong sơ đồ mạch, thì sơ đồ pha chính xác sẽ hiển thị Ib và Ic cùng pha. Những dòng điện này có thể được theo dõi qua máy biến áp với sự mất cân bằng được chỉ ra, nhớ lại rằng dòng điện 1,0 pu trong cuộn dây wye xuất hiện dưới dạng dòng điện 0,577 pu trong cuộn dây tam giác.

Điện áp thứ tự âm có thể được sử dụng để phát hiện sự mất cân bằng trong mạch động cơ. Theo định nghĩa cơ bản V2 = -I2Z2 tham khảo ví dụ ở hình 2 3 4 điện áp thứ tự âm trên mỗi đơn vị ở hai phía của pha mở đối với tình huống a và b xảy ra sau đó.

Cho các tình huống V2S = V2M vì không có pha hở giữa nguồn và động cơ

Khi pha mở ở hạ lưu hoặc giữa phép đo V2 và động cơ, rơle điện áp thứ tự âm sẽ ” nhìn thấy ” V2S, có thể khá thấp do nguồn trở kháng thấp. Khi pha mở ngược dòng hoặc giữa phép đo V2 và nguồn cung cấp rơ le sẽ nhìn thấy V2M thường lớn hơn.

Do đó, điện áp thứ tự âm hữu ích nhất cho các pha mở phía thượng nguồn, so sánh dòng điện pha cho các pha phía hạ lưu.

Bảo vệ mất cân bằng và xoay pha

Có một số cách xử lý có sẵn để phát hiện sự mất cân bằng:

1. Độ lớn chênh lệch giữa dòng điện ba pha

2. Sự hiện diện của dòng điện thứ tự âm

3. Sự hiện diện của điện áp thứ tự âm. Cả ba đều được sử dụng để bảo vệ

Loại số dư hiện tại (46), so sánh cường độ dòng pha và hoạt động khi dòng điện một pha có độ lớn khác nhau đáng kể so với một trong hai dòng điện pha còn lại. Điều này rất hiệu quả bảo vệ cho từng cấp động cơ để phát hiện các pha hở hoặc mất cân bằng trong mạch đó.

Nếu các tải khác được cung cấp bởi mạch mà bảo vệ này được kết nối vào, cần cẩn thận để đảm bảo rằng bất kỳ pha hở hoặc mất cân bằng nào sẽ không bị ngụy trang bởi dòng điện cân bằng với tải âm thanh. Một rơle nên được áp dụng cho mỗi tải hoặc bộ cấp nguồn. Độ nhạy tối thiểu điển hình của các rơle này là khoảng 1A trong một pha với dòng điện bằng 0 ở pha kia, hoặc 1.5 pu ở một pha và 1 pu ở pha kia.

Loại khác (46) phản ứng với dòng điện thứ tự âm, ngay lập tức với thời gian trễ cố định được thêm vào hoặc theo sau I22t = K đặc trưng, được sử dụng để bảo vệ máy phát điện. Những loại rơle này không được ứng dụng rộng rãi để bảo vệ động cơ.

Như đã trình bày ở phần trước, điện áp V2 thường có đủ cho pha hở trong nguồn hoặc hệ thống thượng nguồn. Chúng không nên được áp dụng cho hạ lưu pha mở hoặc giữa rơ le và động cơ, như đã chỉ ra điện áp V2  này có thể khá thấp.

Khi các giai đoạn bị đảo ngược, 1 pu v1 thành 1 pu v2 vì vậy rơle thứ tự âm chắc chắn phản ứng với sự đảo pha. Rơle đảo pha cũng có sẵn tương đương với một động cơ nhỏ. Việc quay pha bình thường tạo ra mômen hãm hoặc mômen mở tiếp điểm, trong khi đó sự đảo pha gây ra mômen hoạt động hoặc mômen đóng tiếp điểm.