Повреждаемость электродвигателя в 84% происходит из-за пробоя изоляции при перенапряжениях, связанных с операциями включения и отключения электродвигателей или при замыканиях на землю в сети. Большинство повреждений изоляции обмотки статора приводит к замыканию фазы на корпус и, как правило, через электрическую дугу.

Значение опасного для электродвигателя тока замыкания на корпус определяют по объему повреждения активной стали статора и возможности устранения его простыми средствами. В мировой практике не существует единого мнения о конкретном значении опасного тока замыкания. В России считается опасным ток более 5 А, критерий который был установлен еще в довоенные годы, хотя проведенные в последние десятилетия исследования показали, что токи замыкания в 1-1,5 А могут привести к значительным местным нагревом с последующим переходом однофазного замыкания в витковое. В то же самое время было показано, что замыкания на корпус через дугу с токами не превышающими 10А могут самоустранятся в течении первых 0,2 сек.

Принимая во внимание большое количество электродвигателей малой мощности, ПУЭ предлагает для электродвигателей мощностью до 2000 кВт устанавливать защиту от однофазных замыканий на землю только при токах замыкания 10 А и более при отсутствии компенсации, а при наличии компенсации - если остаточный ток в нормальных условиях превышает это значение.

Для электродвигателей мощностью более 2000 кВт защита от замыканий на землю должна предусматриваться при токах 5 А и более.

Первичный ток срабатывания защит от замыкания на землю должен быть не более:

для электродвигателей мощностью до 2000 кВт - 10А;

для электродвигателей мощностью свыше 2000 кВт - 5А.

Рекомендуются меньшие значения токов срабатывания, если это не усложняет выполнение защиты.

Защиту следует выполнять без выдержки времени с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности и с действием на отключение электродвигателя. В зону действия защиты должен входить и питающий кабель.

Чувствительность защиты разрешается не проверять. Если по условию отстройки от переходного режима потребуется значительное загрубление защиты, то следует ввести в защиту выдержку времени, но для обеспечения быстрого отключения двойного замыкания на землю необходимо установить в цепи трансформатора тока нулевой последовательности дополнительное токовое реле с первичным током срабатывания 50¸100 А.

Первичный расчетный ток срабатывания защиты от замыкания на землю в обмотке статора электродвигателя определяется по условию отстройки от броска собственного емкостного тока присоединения при внешнем замыкании на землю:

,

где:

к_отс - коэффициент отстройки равный 1,2;

к_б- коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока присоединения в начальный момент внешнего замыкания на землю. к_б = 2 ¸ 3.

I_с∑ - утроенное значение собственного емкостного тока.

I_с∑ = I_c.дв + I_с.л

где:

I_с.дв - собственный емкостный ток электродвигателя;

I_с.л. - собственный емкостный ток кабельной линии, входящей в зону защиты.

Утроенное значение собственного емкостного тока электродвигателя определяется:

 ,

где:

f - частота сети;

с_дв - емкость фазы статора электродвигателя, Ф;

U_ном - номинальное линейное напряжение сети, В.

Ориентировочно емкость электродвигателя можно рассчитать по формуле:

 ,

где:

S_ном.дв. - полная номинальная мощность электродвигателя, МВА;

U_ном - номинальное напряжение электродвигателя, кВ.

Для двигателей 10 кВ.:

Фа.

.

Утроенный емкостный ток двигателя 10 кВ:

А или 0,72 мА.

Утроенное значение собственного емкостного тока кабельной линии, входящей в зону защиты, определяется по выражению:

 где:

I_с.уд. - утроенное значение собственного емкостного тока одного километра кабельной линии 10 кВ.;

l - длинна линии, км;

m - число кабелей в линии.

Тогда:

А;

I_с∑ = 0.204+0.72·10^-3 = 0,20472 А;

I_{пер.с.дв..}= 0,20472 ·1.2 ·2 = 0,4913 A.

Вторичный ток трансформаторов тока нулевой последовательности зависит от величины вторичной нагрузки и от числа трансформаторов тока, подключенных к реле, поэтому коэффициент трансформации таких трансформаторов не является постоянным.

По (Л7, табл. 6.2) находим минимальное значение первичного тока срабатывания реле при подключении к одному трансформатору тока нулевой последовательности типа ТЗЛ.

I_с.з.min = 0,49 А.

Принимаем ток срабатывания защиты I_с.з. = 0,5 А.

В сетях с изолированной нейтралью чувствительность земляной защиты не рассчитывается

 Принятое значение первичного тока срабатывания защиты удовлетворяет условию чувствительности к однофазным замыканиям на землю и в линии к электродвигателю, и в обмотке статора:

I_{пер.с.з..} ≥ I_с.з ≥ I_с∑

4 ≥ 0,5 ≥ 0,20472

В схеме предусмотрено замедление земляной защиты для отстройки от переходных процессов. t_с.з = 0,5 сек. Защита работает на отключение с выдержкой времени 0,5 сек.

Данное значение уставок тока срабатывания реле установить возможно так как значение тока может быть выбрана в диапазоне от 0,05 до 2,5 А, с дискретностью 0,001 А.

Защита работает с выдержкой времени t = 5 секунд

Значение выдержек времени срабатывания реле устанавливается в диапазоне от 0,05 до 99 с, дискретностью 0,01 с.