SU1410175A1

SU1410175A1 - Arrangement for protecting submersible three-phase motor against overload, phase failure and dry running

Info

Publication number: SU1410175A1
Application number: SU864132592A
Authority: SU
Inventors: Иван Васильевич Собор; Валентин Яковлевич Гелас; Александр Николаевич Левко; Василий Петрович Донцу; Вячеслав Иванович Шаповалов
Original assignee: Кишиневский политехнический институт им.С.Лазо
Priority date: 1986-07-14
Filing date: 1986-07-14
Publication date: 1988-07-15

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл защиты трехфазных погружных электродвигателей от перегрузки, обрыва фазы и «сухого хода в услови х эксплуатации их в электрических сет х с глухо заземленной нейтралью. Цель изобретени - повышение надежности путем исключени кабел св зи между датчиком «сухого хода и станн о f Л J ,Т цией управлени и чувствительности зашиты при обрыве фазы. При перегрузке электродвигател выпр мленное напр жение на потенциометре 20, пропорциональное напр жению третьей гармоники, возрастает и при достаточной продолжительности перегрузки через пороговые элементы 21, 22 и 25, 26, а также врем задаюший конденсатор 23 на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28 подаетс единичный сигнал. При обрыве одной из двух фаз напр жени третьей гармоники на клеммах 12, 13 и 13, 14 и выпр мленное напр жение на резисторе 20 отсутствуют , поэтому на входе инвертора 31 будет нулевой сигнал, а на входе 32 элемента ИЛИ-НЕ 28 единичный сигнал. При снижении уровн воды в скважине ниже допустимого контакт 35 датчика «сухого хода замыкаетс и нейтральна точка обмотки статора 36 заземл етс , а на клеммах 13, 14 по вл етс суммарна ЭДС всех вторичных обмоток. На вход 34 элемента ИЛИ-НЕ 28 поступает единичный сигнал. При по влении на любом входе элемента ИЛИ-НЕ 28 единичного сигнала на выходе последнего по вл етс нулевой сигнал. Тиристор 29 открываетс , реле 30 срабатывает и своим размыкающим контактом 39 отключает катушку магнитного пускател 40, отключа электродвигатель. 4 ил. i (Л 58 сд Ш 2SJ7 г Риг.1The invention relates to electrical engineering and can be used to protect three-phase submersible electric motors from overloading, phase failure and dry running under the conditions of their operation in electric networks with a deafly grounded neutral. The purpose of the invention is to increase reliability by eliminating the communication cable between the dry running sensor and the control cable and sensitivity is protected during a phase failure. When an electric motor is overloaded, the rectified voltage on the potentiometer 20, proportional to the third harmonic voltage, increases even if the overload duration is sufficient, threshold elements 21, 22 and 25, 26 as well as the setpoint capacitor 23 to the input 27 of the OR-28 element are fed to the unit signal. If one of the two phases of the third harmonic voltage breaks at terminals 12, 13 and 13, 14 and the rectified voltage on resistor 20 is absent, therefore the input signal of the inverter 31 will be zero, and the input 32 of the element OR NOT 28 is a single signal. When the water level in the well drops below the allowable contact 35 of the dry-running sensor closes and the neutral point of the stator winding 36 is grounded, and at terminals 13, 14 the total emf of all the secondary windings appears. At the input 34 of the element OR NOT 28 receives a single signal. When a single signal appears at any input of an OR-HE 28 element, a zero signal appears at the output of the latter. The thyristor 29 is opened, the relay 30 is activated and by its disconnecting contact 39 turns off the coil of the magnetic actuator 40, turning off the electric motor. 4 il. i (L 58 sd W 2SJ7 g Rig.1

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл защиты трехфазных погружных электродвигателей от перегрузки , обрыва фазы и «сухого хода в услови х эксплуатации их в сет х с глухо заземленной нейтралью.The invention relates to electrical engineering and can be used to protect three-phase submersible electric motors from overload, phase failure and dry running under conditions of operation in networks with a deafly grounded neutral.

Целью изобретени вл етс повышение надежности путем исключени кабел св зи между датчиком «сухого хода и станцией управлени и чувствительности защиты при обрыве фазы.The aim of the invention is to increase reliability by eliminating the communication cable between the dry-running sensor and the control station and the sensitivity of protection in the event of a phase failure.

На фиг. 1 приведена принципиальна электрическа схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эскиз магнито- провода с расположенными на нем обмоттел 40, силовые контакты 41 которого включены в цепь обмотки 36 статора электродвигател , а замыкающий контакт 42 щунтирует кнопку 43 включени , подсоединенную последовательно с кнопкой 44 отключени в цель катушки магнитного пускател 40.FIG. 1 shows the basic electrical circuit of the proposed device; in fig. 2 is a sketch of a magnetic conductor with a winding 40 arranged on it, the power contacts 41 of which are included in the stator winding circuit 36 of the electric motor, and the closing contact 42 bypasses the on button 43 connected in series with the button 40 of the opening of the magnetic actuator 40.

В основу принципа действи устройства заложено вление генерации высших гармоник магнитной индукции в нелинейнойThe principle of operation of the device is based on the phenomenon of generating higher harmonics of magnetic induction in a nonlinear

магнитной среде. Причем дл организации защиты от перегрузки и обрыва фазы используетс вление генерации третьей гармоники в трансформаторе тока, а от «сухого хода - вление генерации третьейmagnetic environment. Moreover, for the organization of protection against overload and phase failure, the phenomenon of third harmonic generation in the current transformer is used, and from the "dry run" - the phenomenon of third generation

ками и картина направлени токов и маг- с гармоники в самом электродвигателе,Kami and the picture of the direction of currents and magi with harmonics in the motor itself,

нитных потоков при симметричном режимеУстройство работает следующим образом,nitrate flows in symmetric mode. The device operates as follows.

работы двигател ; на фиг. 3 - то же,В симметричном режиме при токах элекпри обрыве одной из фаз; на фиг. 4 - притродвигател , не превышающих номиналь25engine operation; in fig. 3 - the same, In the symmetric mode with electric currents at the break of one of the phases; in fig. 4 - pritrodvigatel not exceeding the nominal25

замкнутом состо нии контакта датчика «сухого хода.closed contact state of the dry run sensor.

Устройство состоит из трансформатора 1 тока, через центральное окно которого проход т все три жилы силового кабел 2 (фиг. 1), а через три других симметрично расположенных под углом 120° окна проход т жилы 3-5 фаз А, В и С (фиг. 2). На внешних и внутренних рмах трансформатора 1 намотаны вторичные обмотки 6-8 и 9-11 соответственно, образующие первый и второй разомкнутые треугольники, соединенные между собой последовательно и согласно , между средней точкой 12 которых о и их выводными клеммами 13 и 14 подключены выпр мители 15 и 16, а между клеммами 13 и 14 подключен третий выпр митель 17. Емкость 18 подключена к выходам выпр мителей 15 и 16, а емкостьThe device consists of a current transformer 1, through the central window of which all three cores of power cable 2 pass (Fig. 1), and the cores of 3-5 phases A, B and C pass through three other symmetrically angled 120 ° windows. 2). Secondary windings 6-8 and 9-11 are wound on the external and internal frames of the transformer 1, respectively, forming the first and second open triangles interconnected in series and according to, between the middle point 12 of which o and their output terminals 13 and 14 are connected rectifiers 15 and 16, and between terminals 13 and 14 a third rectifier 17 is connected. Capacitance 18 is connected to the rectifier outputs 15 and 16, and capacitance

ного значени , и при наличии воды в скважине (контакт 35 датчика «сухого хода- 20 разомкнут) суммарна магнитодвижуща сила всех трех жил 2 силового кабел , проход щего через центральное окно, равна нулю, а магнитодвижущие силы жил 3-5, проход щих через другие окна, возбуждают три магнитных потока ФА, ф в, фс (фиг. 2). Магнитопровод насыщаетс и в магнитном потоке каждой фазы помимо основной гармонической возникает значительна треть гармоническа , навод ща в обмотках каждой фазы ЭДС тройной частоты. Обмот- 6-8 и 9-11 соединены в разомкнутые треугольники, поэтому на их зажимах 12, 13 и 12, 14 действуют напр жени тройной частоты в противофазе, так как обмотки, расположенные на двух противоположных рмах (например, 6 и 9), пере19 - к выходу выпр мител 17. Выхо-35 секаютс магнитным потоком (Фл) в проды выпр мителей 15 и 16 через потенцио-тивоположных направлени х. При последометр 20, первый пороговый элемент, состо -вательном и согласном соединении трещий из тиристора 21 и стабилитрона 22,угольников на их зажимах 13, 14 ЭДСIf there is water in the well (contact 35 of the dry run-20 sensor is open), the total magnetomotive power of all three cores 2 power cables passing through the central window is zero, and the magnetomobile forces of cores passing through other windows, excite three magnetic fluxes of FA, fv, fs (Fig. 2). The magnetic core is saturated and in the magnetic flux of each phase, in addition to the main harmonic, a significant third harmonic arises, leading to the windings of each phase of the triple-frequency voltage. Winding 6-8 and 9-11 are connected in open triangles, therefore, at their terminals 12, 13 and 12, 14 there are triple frequency voltages in antiphase, since the windings located on two opposite plumes (for example, 6 and 9) re-19 to the output of the rectifier 17. Out-35 are cut by a magnetic flux (FL) in the supply of rectifiers 15 and 16 through potential-opposite directions. With a postometer 20, the first threshold element, consisting of a final and consonant connection, is a triac of a thyristor 21 and a zener diode 22, squares at their terminals 13, 14 EMF

врем задающий конденсатор 23, потенцио-отсутствует, на выходе выпр мител 17 наметр 24, второй пороговый элемент, состо -пр жение равно нулю, на входе 34 элещий из тиристора 25 и стабилитрона 26, мента ИЛИ-НЕ 28 сигнал отсутствует, подключен на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28,the time setting capacitor 23 is potential-missing, the output of rectifier 17 is 24 meters, the second threshold element, the state is zero, the input 34 contains an eirushy from thyristor 25 and a zener diode 26, OR-NOT 28 signal is absent, is connected to the input 27 elements OR NOT 28,

Выпр мители 15 и 16 соединены последовательно и согласно. При номинальных токах двигател выпр мленное напр жение, пропорциональное напр жению третьей гар15 и 16 через инвертор 31 соеди- 45 моники, снимаемое с потенциометра 20,The rectifiers 15 and 16 are connected in series and according to. With a nominal motor current, the rectified voltage is proportional to the voltage of the third power 15 and 16 through the inverter 31 connected to the monica, removed from the potentiometer 20,

регулируетс так, чтобы оно было ниже напр жени порогового элемента 21, 22, поэтому на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28 подаетс нулевой сигнал. Сигнал, снимаемый с потенциометра 20, преобразуетс щий контакт 35, разомкнутый при нали- 50 инвертором 31 в нулевой и подаетс на чии воды и замкнутый при ее отсутствии, вход 32 элемента ИЛИ-НЕ 28. Таким об- одним выводным концом соединен с землей, разом, в нормальном режиме на все вхо- а другим - с нейтральной точкой обмот- ды элемента ИЛИ-НЕ 28 поступают ки 36 статора электродвигател . Катушка ре- нулевые сигналы, а на выходе будет сиг- ле 30 шунтирована диодом 37, а в цепь нал «Ь, тиристор 29 заперт и реле 30 управлени тиристора 29 включен резис- 55 обесточено.is adjusted so that it is below the voltage of the threshold element 21, 22, therefore, a zero signal is applied to the input 27 of the element OR-NOT 28. The signal taken from the potentiometer 20 converts the contact 35, which is open when there is 50 inverter 31 into zero and is fed on the water and closed at its absence, the input 32 of the element OR NOT HE 28. This output end is connected to ground, at the same time, in normal mode, the input of the OR-NOT 28 element is received by the stator 36 of the electric motor. The coil has reset signals, and the output will be a signal 30 shunted by a diode 37, and in the “b” circuit, the thyristor 29 is locked and the thyristor control relay 30 is turned on, the resistor 55 is de-energized.

При перегрузке электродвигател напр жение на потенциометре 20 возрастает иWhen the motor is overloaded, the voltage on the potentiometer 20 increases and

выход которого соединен с исполнительным элементом, состо щим из тиристора 29 и реле 30. Дополнительно выход выпр мителейthe output of which is connected to an actuating element consisting of a thyristor 29 and a relay 30. Additionally, the output of rectifiers

нен с входом 32 элемента ИЛИ-НЕ 28. Кроме того, выход выпр мител 17 через потенциометр 33 соединен с входом 34 элемента ИЛИ-НЕ 28. Датчик «сухого хода, наход щийс в скважине и имеютор 38. Размыкающий контакт 39 реле 30 включен в цепь катушки магнитного пускаIt is not connected to the input 32 of the element OR NOT 28. In addition, the output of the rectifier 17 is connected via potentiometer 33 to the input 34 of the element OR NOT 28. The sensor has a dry run in the well and has a 38. The opening contact 39 of the relay 30 is included in magnetic start coil circuit

ного значени , и при наличии воды в скважине (контакт 35 датчика «сухого хода- разомкнут) суммарна магнитодвижуща сила всех трех жил 2 силового кабел , проход щего через центральное окно, равна нулю, а магнитодвижущие силы жил 3-5, проход щих через другие окна, возбуждают три магнитных потока ФА, ф в, фс (фиг. 2). Магнитопровод насыщаетс и в магнитном потоке каждой фазы помимо основной гармонической возникает значительна треть гармоническа , навод ща в обмотках каждой фазы ЭДС тройной частоты. Обмот- 6-8 и 9-11 соединены в разомкнутые треугольники, поэтому на их зажимах 12, 13 и 12, 14 действуют напр жени тройной частоты в противофазе, так как обмотки, расположенные на двух противоположных рмах (например, 6 и 9), пересекаютс магнитным потоком (Фл) в пропри достижении значени порога элемент 21 (22) открываетс и начинает зар жатьс конденсатор 23. Если по длительности перегрузка электродвигател кратковремен- на, конденсатор 23 не успевает зар дитьс до напр жени порога второго гюрогового элемента 25, 26, а если перегрузка продолжительна , пороговьж элемент 25, 26 открываетс , на вход 27 элемента ИЛИ-НЕ 28 поступает сигнал на выходе - сигток и их соединение между собой позвол ют использовать вление генерации высших гармоник магнитной индукции в нелинейной магнитной среде дл выполнени в одном устройстве трех видов защит, дающих воз- можность исключить кабель св зи между датчиком «сухого хода и станцией управлени , что повышает надежность работы электродвигател , а также чувствите.тьность защиты при обрыве фазы благодар In the presence of water in the well (contact 35 of the dry-run-open sensor), the total magnetomotive force of all three cores 2 power cable passing through the central window is zero, and the magnetomobile forces of cores 3-5 passing through other windows, excite three magnetic fluxes FA, fv, fs (Fig. 2). The magnetic core is saturated and in the magnetic flux of each phase, in addition to the main harmonic, a significant third harmonic arises, leading to the windings of each phase of the triple-frequency voltage. Winding 6-8 and 9-11 are connected in open triangles, therefore, at their terminals 12, 13 and 12, 14 there are triple frequency voltages in antiphase, since the windings located on two opposite plumes (for example, 6 and 9) intersect by the magnetic flux (FL) when the threshold value is reached, the element 21 (22) opens and the capacitor 23 starts charging. If the motor overload is short-term, the capacitor 23 does not have time to charge before the voltage of the threshold of the second gyrog element 25, 26, and if the overload is long the horn cell 25, 26 is opened, the input 27 of the element OR HEY 28 is received at the output signal, a sigtok, and their connection with each other allows the phenomenon of generating higher harmonics of magnetic induction in a nonlinear magnetic medium to be used to carry out three types of protection in one device - it is possible to exclude the communication cable between the sensor of the dry run and the control station, which increases the reliability of the motor, as well as the sensitivity of the protection in case of phase failure due to

гическии характер и не завис щей от загрузки электродвигател .is of a physical nature and independent of the load of the electric motor.

нал «О, тиристор 29 открываетс , реле 30 10 использованию информации, имеющей ло- срабатывает и своим размыкающим контактом 39 обесточивает цепь катущки магнитного пускател 40. Электродвигатель отключаетс от сети силовыми контактами 41. При обрыве одной из фаз, например В, токи в первичных обмотках трансформатора 1 и магнитные потоки направлены в со- ofвeтcтвии с фиг. 3. Магнитные потоки в оставщихс двух фазах, например А и С, пересекают вторичные обмотки на внещнихThe "O thyristor 29 is opened, the relay 30 10 uses information that has a fault, and its disconnecting contact 39 de-energizes the coil circuit of the magnetic starter 40. The electric motor is disconnected from the network by the power contacts 41. If one of the phases breaks, for example, the currents in the primary windings of transformer 1 and magnetic fluxes are directed in accordance with FIG. 3. The magnetic fluxes in the remaining two phases, for example, A and C, intersect the secondary windings on the outer

1515

Claims

Invention Formula

Device to protect a three-phase submersible motor against overload. phase failure and "dry run" containing saturated current transformers.

and the inner frames of the magnetic circuit (6, 9 and, 20 of the primary windings of which are provided with terminal and correspondingly, 8, 11) in opposite directions and in case of series connection of the latter, there are no third harmonic voltages at the terminals 12, 13 and 13, 14 and the rectified voltage to the resistor 20, so the input signal of the inverter 31 will be a cool signal, and the input 32 of the element OR NOT 28 will have a single signal, the output will have a zero signal, the thyristor 29 will open, the relay 30 will operate and the electric motor will be disconnected from the network.

If the water level in (the well falls below the allowable, contact 35 of the dry-running sensor closes and the neutral point of the stator winding 36 is grounded. Third-harmonic currents flow through the motor windings, power cable, secondary windings of the power supply transformer and the neutral wire. zero sequence. Fig. 4 shows the directions of these currents in the primary windings of the transformer 25

to include the motor in the stator winding phases, and the secondary windings are connected in series and form the first open triangle, three rectifiers, two threshold elements, a delay element, a voltage divider, a dry-running sensor, one terminal of which has a terminal for connection to ground, and an executive relay, characterized in that, in order to increase reliability by eliminating a communication cable between the dry-running sensor and the control station and the protection sensitivity during a phase failure, an inverter is inserted into the device, the OR-NOT element and the thyristor, the second output of the dry-running sensor has a terminal for connection to the neutral point of the stator winding, the current transformer magnetic circuit is single and has a central window through which all three cores of the power cable pass, and three windows symmetrically located under 120 ° angle

35

torus 1 and the directions of the magnetic flux 40 through which they pass respectively along

Φ 3 produced by the third harmonic currents (the directions of the currents IA, IB, 1c of the first harmonic, not shown in Fig. 4, create a picture similar to that in Fig. 2). The magnetic flux Фз, closing along the internal and external roma of the magnetic circuit of transformer 1, induces in the secondary windings 6-8 and 9-11 the emf of tripled frequency and, since the windings 6-8 and 9-11 are connected in series and in accordance with

45

one core of the power cable, the external secondary windings are located on the outer frames, forming the first open triangle, and on the inner frames there are three secondary windings that form the second open triangle connected to the first open triangle in series and according to each of the two open triangles connected respectively to first (Fig. 1), then at terminals 13, 14 to the selected and second mentioned rectifiers, the total emf of all the secondary ones, which are interconnected windings. At the input 34 of the element are OR NOT BEFORE and according to, and the output of the rectifiers

28 a single signal appears, the output through a voltage divider is connected to an inverter, the output of which is connected to an OR-NOT element, as well as two ways So, the combined design of the 55 specified threshold elements and the element of the current transformer magnetic circuit are connected to the second input of the ele- mentary arrangement of the primary and secondary breakdowns OR NOT, in addition, the output of two is run, the thyristor 29 is opened and the electric motor is disconnected from the network.

the current and their interconnection make it possible to use the phenomenon of generating higher harmonics of magnetic induction in a nonlinear magnetic medium to perform three types of protection in one device, making it possible to eliminate the communication cable between the dry run sensor and the control station, which increases the reliability of the motor , and also feel. protection at break of a phase thanks

10 use of information that has

is of a physical nature and independent of the load of the electric motor.

use of information that has

10 use of information that has

15

Invention Formula

20 primary windings of which are supplied clamps5

to include the motor in the stator winding phases, and the secondary windings are connected in series and form the first open triangle, three rectifiers, two threshold elements, a delay element, a voltage divider, a dry-running sensor, one terminal of which has a terminal for connection to ground, and an executive relay, characterized in that, in order to increase reliability by eliminating the communication cable between the dry run sensor and the control station and the protection sensitivity during a phase failure, an inverter is inserted into the device, the OR-NOT element and the thyristor, the second output of the dry-running sensor has a terminal for connection to the neutral point of the stator winding, the current transformer magnetic circuit is single and has a central window through which all three wires of the power cable pass, and three windows symmetrically located under 120 ° angle

five

0 through which passes respectively

40 through which pass respectively

45

one core of the power cable, the external secondary windings are located on the outer frames, forming the first open triangle, and on the inner frames there are three secondary windings that form the second open triangle connected to the first open triangle in series and according to each of the two open triangles connected respectively to the second and second mentioned rectifiers, which are connected to each other afterwards

open triangles are connected to the OR-NOT path connected by the output

To the aforementioned rectifier, the output of the k-to control thyristor and actuator is connected to the third input of the electronic relay.

12