 |
Расчет параметров пуска и самозапуска электродвигателей
|
|
|
|
1.4.1. Общие положения
При коротких замыканиях в СЭС ПП или в электрических сетях энергосистемы резко понижается напряжение, при этом отключают поврежденные элементы СЭС и вновь восстанавливают ее питание благодаря действию устройств послеаварийной автоматики (АПВ, АВР) [2,7]. При этом в питании электроприемников получается перерыв или снижение напряжения на время 0.
0,2…5 с.
При значительном снижении напряжения на зажимах электродвигателей (ЭД) и тем более при полном его отключении происходит выбег ЭД, т.е. снижение частоты его вращения. При восстановлении напряжения в сети, если ЭД не отключен выключателем, происходит его самозапуск, т.е; восстановление частоты вращения. Во время выбега сопротивление ЭД ZДВ уменьшается. Чем дольше длится бестоковая пауза, тем ближе ZДВ к пусковому значению, а ток самозапуска – к пусковому току, превышающему номинальный ток ЭД в 5…7 раз.
Групповой самозапуск, в котором участвуют несколько ЭД, приводит к возрастанию тока самозапуска в той же кратности по отношению к сумме номинальных токов двигателей всей группы. Такой большой ток создает повышенные потери напряжения в цепи источник – двигатели и вызывает понижение напряжения в СЭС. При определенной величине снижения напряжения наступает предел, при котором самозапуск не происходит, т.к. момент вращения ЭД, пропорциональный квадрату напряжения на зажимах, становится меньше момента нагрузки на его валу, и электродвигатели затормаживаются. Это значит, что при кратковременном перерыве питания нужно оставлять включенными только выключатели наиболее ответственных ЭД. Остальные ЭД отключают и в процессе самозапуска они не участвуют.
|
|
|
Самозапуск ЭД можно считать успешным, если напряжение на шинах и частота вращения ЭД восстановились за время, в течение которого технологический процесс еще не нарушен и нагрев ЭД не вышел за допустимые пределы. Успешность самозапуска оценивается по минимальному допустимому напряжению в момент восстановления питания, при котором вращающий момент ЭД достаточен для самозапуска. Самозапуск асинхронного двигателя напряжением до I кВ при его загрузке на 80% и более обычно бывает успешным, если перерыв питания не превышает 3 с и напряжение не снижается ниже 0,7UНОМ. При перерыве питания на время 0,5…0,7 с минимальное напряжение самозапуска может составлять 0,65UНОМ. При загрузке асинхронного двигателя на 70% допускается минимальное напряжение UМIN =0,6UНОМ при перерыве до 2,5 с и UМIN =0,55UНОМ, если перерыв питания составляет 0,5…0,7 с.
Самозапуск синхронных двигателей имеет особенности, обусловленные действием системы возбуждения. На их выбеге автоматические регулятора и форсировка возбуждения поддерживают ток возбуждения на максимальном уровне и поэтому на выводах двигателей и на сборник шинах, к которым они подключены, долго удерживается напряжение. Это затрудняет действие АВР. Для устранения возникающей задержки применяют отключение тока возбуждения в момент резкого понижения или исчезновения напряжения в контролируемой точке. Это позволяет снизить токи пуска и ресинхронизации в процессе самозапуска синхронных двигателей. Другим способом уменьшения задержки в срабатывании АВР является применение пуска АВР от реле частоты, поскольку частота в отключенной части сети снижается быстрее, чем напряжение.
Самозапуск синхронного двигателя, как и пуск, производят в два этапа: сначала без возбуждения (как асинхронный двигатель) при замкнутой на сопротивление гашения обмотке возбуждения, затем при достижении частотой вращения подсинхронного значения включают возбуждение и происходит автоматическая самосинхронизация.
|
|
|
При запуске ЭД допускают следующие понижения напряжения [2, 7]:
1. На шинах питающих подстанций до 80 % номинального напряжения при питании число силовой резкопеременной нагрузки напряжением 6,10 кВ.
2. На шинах цеховых подстанций при редком пуске подключенных к ним ЭД (1 раз в смену) до 75 % номинального напряжения.
3. При питании осветительной и смешанной нагрузок до 85…90 % номинального напряжения.
1.4.2. Определение остаточного напряжения при пуске или самозапуске
Сверхпереходный ток, возникающий в момент подачи (восстановления) напряжения питания и определяющий электродинамическое воздействие на двигатель, затухает в течение I…3 периодов промышленной частоты до значения, близкого к пусковому, и на дальнейший процесс никакого влияния не оказывает. Разгон двигателей, участвующих в пуске (самозапуске), происходит под воздействием полного электромагнитного момента, главная часть которого – асинхронный момент – зависит от квадрата напряжения [2, 31, 32] Условием разворота ЭД в любой момент времени пуска t проверяют следующим соотношением:
,
где Mn(t) - пусковой момент; UΔ t – напряжение на зажимах ЭД; Mc(t) -статический момент на валу ЭД.
В связи с этим анализ процесса разгона ЭД невозможен без определения напряжения на его зажимах.
В общем случае расчет напряжения на зажимах ЭД, подключенных к той или иной точке сети, выполняют по схеме замещения составляемой для расчета режимов КЗ или электрических расчетах сети. Как правило, активными сопротивлениями можно пренебречь и элементы СЭС (трансформаторы, реакторы, линии и т.д.) представляют своими индуктивными сопротивлениями, приведенными к базисным значениям:
- для линии: 
,
где Х0 – удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км; l – длина линии, км; Sb - базисная мощность, MBA; U b - базисное напряжение, кВ;
- для трансформаторов: 
,
где S Т.НОМ – номинальная мощность трансформатора, МВА;
- для реакторов: 
,
где XР% - индуктивное сопротивление, %, реактора при его номинальном токе IР.НОМ, A; 
- базисный ток, А.
- для двигателей, участвующих в пуске: 
, (1.2)
где SП - расчетная пусковая мощность ЭД, МВА, при заданном скольжении:
|
|
|
, (1.3)
где РНОМ, cosφ НОМ, ηНОМ - номинальные параметры ЭД; КП - кратность пускового тока ЭД при скольжении S в момент подачи (восстановления) питания.
Если в пуске участвует группа ЭД, подключенных к одной и той же секции сборных шин, то сначала по (1. 3) определяют пусковую мощность Sn i каждого из них, а затем, суммарную пусковую мощность S ПЭ эквивалентного двигателя (путем суммирования пусковых мощностей отдельных ЭД), по которой аналогично (1.2) определяют эквивалентное расчетное сопротивление:
.
Кроме ЭД, участвующих в пуске, к шинам может быть подключена и другая нагрузка – различные печи, трансформаторные подстанции, освещение и т.д. Эту нагрузку нужно учитывать условным понятием «пусковой нагрузки»:
,
где РН, Q Н - активная и реактивная нагрузки других электроприемников.
Суммарная эквивалентная пусковая нагрузка узла будет равна:
.
Тогда эквивалентное сопротивление узла определяют выражением:
.
При определении cyммарной реактивной нагрузки (
) необходимо учитывать знак мощности: АД, электротехнологические установки, освещение и т.д. суммируют со знаком плюс, а мощности СД, статических конденсаторов и других источников реактивной мощности суммируют со знаком минус.
Остаточное напряжение на сборных шинах, к которым подключены ЭД, определяют по одному из выражений:
или 
,
где UC - напряжение питающей сети, кВ; ХС - -суммарное сопротивление питающей сети до сборных шин, к которым подключен ЭД.
На рисунке 1.8 показаны варианты преобразования схем замещения для расчета напряжения на зажимах ЭД при запуске: а) – одиночном; б) – групповом; в) – -групповом и наличии прочей нагрузки.
Рисунок 1.8
Очень часто в самозапуске одновременно участвуют ЭД различных ступеней CЭС. Рассмотрим этот случай на примере схемы (рисунок. 1.9, а.) При повреждении трансформатора T1 отключаются выключатели Q4 и Q3, а все питающиеся от него потребители устройством АВР будут подключены через выключатель Q5 к трансформатору Т2, при этом ЭД Мl и МЗ кратковременно (на время действия АВР) потеряют питание и при восстановлении натяжения начнется их самозапуск. ЭД М2 и М4 по время действия ABР питание не потеряют и при запуске ЭД M1 и МЗ будут представлять обычную нагрузку для СЭС. В соответствии с этим conpотивления схемы замещения (рисунок. 1.9 б) будут определяться: ХП.Э.1 – с учетом пусковой мощности ЭД Ml и нагрузки М2, HI, Н2; ХП.Э.2 – с учетом пусковой нагрузки ЭД МЗ и нагрузки НЗ; ХП.Э.3 – с учетом нагрузки М4 и Н4. Определение понижения напряжения нужно проводить последовательно: сначала в точке 1, а затем в точке 2. Условные пусковые нагрузки в точках 1 и 2 (рисунок. 1.9, в, г) соответственно будут равны:
|
|
|
;
.
Напряжение во время самозапуска ЭД М1 и МЗ в точке 2 будет равно:
,
где UС1 - напряжение в точке 1 при пуске этих же ЭД.
Рисунок 1.9
|
|
|
