Пуск при пониженном напряжении

Этот способ пуска применяется для двигателей средней и большой мощности при ограниченной мощности сети.

Рассмотрим некоторые способы понижения напряжения при пуске.

Переключение обмотки статора двигателя с пусковой схемы звезда на рабочую схему треугольник
Для лучшего понимания способа пуска разберем схемы соединения обмоток двигателей и влияние этих схем на величину фазного напряжения двигателя при заданном линейном напряжении.

Обмотки двигателей могут соединяться звездой или треугольником. Тип соединения определяет соотношение между напряжением на зажимах двигателя и напряжением на фазах его обмотки, т. е. номинальным напряжением двигателя. Напряжение на зажимах двигателя измеряется между его зажимами и называется линейным, и на фазе обмотки — между ее началом и концом и называется фазным.

27. Режимы работы и механические характеристики синхронных двигателей. Способы Принцип действия синхронного двигателя. Режимы работы синхронной машины

Режим двигателя

В двигательном режиме к обмотке статора синхронной машины подводят напряжение от трехфазной сети, в обмотке возникает переменный ток I.

К обмотке ротора через два контактных кольца и щетки подводят постоянный ток, который создает магнитный поток ФВ. Взаимодействие магнитного потока ротора ФВ и тока обмотки статора I создает электромагнитный момент, воздействующий на ротор.

Постоянный ток подводится к обмотке возбуждения от специально предназначенного для этой цели генератора постоянного тока (возбудителя), вал которого соединен с валом ротора синхронной машины.

Поток ФВ создается постоянным током поэтому не меняет знак, а ток статора переменный и знак его меняется через каждые полпериода. Следовательно, чтобы знак момента не менялся, частота вращения ротора должна быть равна синхронной частоте вращения поля статора.

,

где n – частота вращения ротора, об/мин;

n0 – синхронная частота вращения магнитного поля статора, об/мин;

f – частота тока в сети, Гц;

р – число пар полюсов.

Генераторный режим

Если к обмотке ротора подвести постоянный ток и ротор вращать первичным двигателем (паровой или гидравлической турбиной), то магнитный поток обмотки возбуждения Фв будет пересекать обмотку статора (якоря) и создавать в каждой ее фазе ЭДС. Наведенная в обмотке статора трехфазная система ЭДС имеет частоту

,

где n0 — частота вращения магнитного поля статора.

Включение генератора на параллельную работу с сетью

В современных условиях электрификации всей страны генерирование электрической энергии особо рационально при совместной работе многих синхронных генераторов. Такая работа обеспечивает бесперебойное снабжение потребителей энергией и делает энергосистему более гибкой и экономичной. Поэтому изучение свойств генератора при параллельной работе приобретает первостепенное значение.

При включении генератора на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать бросков тока в статорной цепи и возникновения ударных электромагнитных моментов на валу, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу энергосистемы. Чтобы этого не происходило необходимо определенным образом отрегулировать режим работы генератора на холостом ходу и в определенный момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.

Для того чтобы включить два синхронных генератора (или один генератор с сетью) на параллельную работу, необходимо соблюсти ряд условий:

1.Порядок чередования фаз А, В, С одного и другого генераторов (или сети) должен совпадать;

2. Напряжения генераторов должны быть одинаковыми и находиться в противофазе;

3.Частоты напряжений генераторов также должны быть одинаковыми.

Так как синхронная машина обладает свойством обратимости, конструкция двигателя практически не отличается от конструкции синхронного генератора. Однако взаимодействие элементов теперь отвечает принципу действия двигателя. Электрическая активная мощность Р потребляется из сети, в результате чего по обмоткам статора протекает ток . Ток , как и в генераторе, создаёт МДС F _ст, а она – потоки Ф _d и Ф_{р, я}, наводящие в обмотке статора ЭДС и .

По обмотке ротора протекает ток возбуждения I _в, её МДС F _в создаёт магнитный поток ротора Ф₀. Вращаясь вместе с ротором, поток Ф₀ в соответствии с законом электромагнитной индукции (ЭМИ) индуцирует в обмотке статора ЭДС , которая направлена против напряжения сети . Сумма ЭДС с учётом падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора уравновешивает напряжение сети . Магнитные потоки Ф₀, Ф _d и Ф_{р, я} образуют результирующий магнитный поток двигателя Ф_рез.

Вал двигателя сцеплён с валом рабочей машины РМ (например, со шпинделем металлорежущего станка), потребляющей механическую энергию и создающей момент сопротивления М _с. В результате действия тормозящего момента М _с полюсы ротора отстают от полюсов результирующего поля статора (см. рис. 4.6). В двигательном режиме результирующий магнитный поток двигателя Ф_рез является ведущим; вращаясь, он увлекает за собой ротор, создавая вращающий момент М двигателя, преодолевающий тормозной момент М _с механической нагрузки

Угловая и механическая характеристики. Зависимость момента синхронной машины от угла нагрузки при U _c = const называется угловой характеристикой машины. Угловая характеристика (рис. 4.15) в соответствии с (4.5) имеет вид синусоиды. В двигательном режиме угол положительный, поэтому на графике двигательному режиму соответствует положительная полуволна синусоиды. В генераторном режиме угол отрицательный, ему соответствует отрицательная полуволна синусоиды. В диапазоне угла нагрузки -90°< < +90° (ветвь синусоиды показана сплошной линией) работа машины, как в двигательном, так и в генераторном режиме устойчива, а на участках кривой, изображённых штриховой линией, – неустойчива.

На устойчивом участке характеристики машина обладает свойством саморегулирования, т.е. при изменении момента нагрузки автоматически изменяется в том же направлении момент машины, причём так, что в новом установившемся режиме между ними достигается равновесное устойчивое состояние. Так, в двигательном режиме при увеличении механической нагрузки М _с ротор притормаживается, угол нагрузки увеличивается и в соответствии с угловой характеристикой увеличивается вращающий момент двигателя М. При равенстве М= М _с наступит новый установившийся режим, причём частота вращения ротора останется неизменной и равной частоте вращения магнитного поля статора; только при этом равенстве существует электромагнитное взаимодействие полюсов ротора и статора, обусловливающее момент М машины.

Максимальный момент М_max машины является и критическим. Если нагрузить двигатель так, что М _с> М_max, то угол нагрузки станет больше 90°, рабочая точка перейдёт на неустойчивый участок угловой характеристики. Вращающий момент двигателя М начнёт уменьшаться, ротор тормозиться, двигатель выйдет из синхронизма и может остановиться. Аналогичные явления происходят и в генераторном режиме. Выход («выпадение») машины из синхронизма – явление недопустимое, оно может привести к тяжёлой тобы в номинальном режиме угол нагрузки и запас по моменту и активной маварии в электрической сети. Поэтому синхронные машины проектируются так, чощности составлял не менее 1, 65.

Механической характеристикой синхронного двигателя называется зависимость частоты вращения от момента двигателя. В синхронном двигателе частота вращения ротора постоянна и от нагрузки не зависит. Поэтому механическая характеристика n(M) (рис. 4.18) – прямая, параллельная оси абсцисс.

облегчения пуска синхронного двигателя. Синхронный двигатель не имеет начального пускового момента. Если его подключить к сети переменного тока, когда ротор неподвижен, а по обмотке возбуждения проходит постоянный ток, то за один период изменения тока электромагнитный момент будет дважды менять свое направление, т. е. средний момент за период будет равен нулю. При этих условиях двигатель не сможет прийти во вращение, так как ротор его, обладающий определенной инерцией, не может быть в течение одного полупериода разогнан до синхронной частоты вращения. Следовательно, для пуска в ход синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вр­щения, близкой к синхронной.

Пуск синхронных двигателей синхронного двигателя может быть осуществлен при помощи вспомогательного асинхронного двигателя. Однако этот способ ввиду его сложности и высокой стоимости используется очень редко. Обычно применяют так называемый асинхронный пуск синхронного двигателя.

Для этой цели в полюсных наконечниках полюсов ротора укладывается дополнительная короткозамкнутая обмотка типа «беличьей клетки». Обычно эту клетку изготовляют из латуни с целью увеличения сопротивления стержней.

Так как во время пуска в обмотке возбуждения 1 (рис.№1) двигателя наводится большая э. д. с. и напряжение на зажимах оказывается весьма значительным, то по соображениям безопасности она замы­кается рубильником на сопротивление 5 в 8-12 раз превышающее активное сопротивление.

При подаче напряжения трехфазной сети к обмотке статора 4 синхронного двигателя возникает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая короткозамкнутую (пусковую) обмотку 2, заложенную в полюсных наконечниках ротора, индуктирует в пей токи. Эти токи, взаимодействуя с вращающимся полем статора, приведут ротор во вращение. При достижении ротором наибольшей скорости (95—97% синхронной скорости) рубильник переключают так, чтобы обмотку ротора включить в сеть постоянного напряжения. В результате чего ротор втягивается в синхронизм. Выполнять пуск синхронного двигателя с разомкнутой ОВ нельзя, т.к. может произойти пробой изоляции.

Если двигатель включается без нагрузки можно применить более простую схема (в). в ней ОВ постоянно подключена к возбудителю сопротивление которого очень мало, поэтому эту обмотку можно считать к.з. в режиме пуска.

28. Выбор и проверка электрических аппаратов. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ И ПРОВЕРКЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

1.1 Расчетные условия для выбора электрических аппаратов и токоведущих частей по продолжительным режимам работы
Электрические аппараты и токоведущие части любой электроустановки должны быть выбраны так, чтобы могли надежно работать как в нормальном режиме работы, так и при отклонении от него.
Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей электроустановок производят по условиям работы в нормальном режиме и проверяют на термическую и динамическую устойчивость при коротком замыкании. Выбранные электрические аппараты и токоведущие части по условию длительного нагрева должны удовлетворять форсированному режиму работы электроустановки.
Рассмотрим некоторые конкретные случаи определения расчетных токов нормального и форсированного режимов работы электроустановки.
а) Цепь генератора.
Наибольший ток нормального режима определяется по выражению:
, (1.1)
где - номинальный ток генератора, кА,
- номинальная мощность генератора, МВт,
- номинальное напряжение генератора, кВ,
- номинальный коэффициент мощности генератора.
Ток форсированного режима определяется при условии работы генератора при снижении напряжения на пять процентов по выражению:
. (1.2)
б) Цепь двухобмоточного трансформатора.
Ток нормального режима определяется при номинальной мощности трансформатора и номинальном напряжении по выражению:
, (1.3)
где - номинальная мощность трансформатора, МВА,
- номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ.
Ток форсированного режима определяется при условии отключения параллельно работающего трансформатора, когда оставшийся в работе трансформатор может быть перегружен по правилам аварийных длительных или систематических перегрузок, т.е.
, (1.4)
где - коэффициент аварийной допустимой или систематической перегрузки трансформатора.
в) Цепь трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора.
Загрузка обмоток высшего, среднего и низкого напряжений трансформаторов электростанции зависит от графиков нагрузки, на низком и среднем напряжении, и схемы соединения электростанции на низком напряжении. При блочном соединении генератора с трансформатором на стороне низкого напряжения ток нормального и форсированного режимов определяется по выражениям (1.1) и (1.2).
При поперечных связях между генераторами ток нормального и форсированного режимов на стороне высшего и низшего напряжений определяется по номинальной мощности трансформатора с учетом его перегрузки по выражениям (1.3) и (1.4). На стороне среднего напряжения, если отсутствует связь с энергосистемой, ток нормального и форсированного режимов определяется по выражениям:
, (1.5)
где - мощность нагрузки на стороне среднего напряжения, МВА.
. (1.6)
Если к шинам среднего напряжения присоединена энергосистема и возможны перетоки мощности между высшим и средним напряжениями, то ток нормального и форсированного режимов определяется по выражениям (1.3) и (1.4).
Ток нормального и форсированного режимов обмоток трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора подстанции определяются с учетом фактической максимальной нагрузки каждой обмотки.
г) Цепь линии.
Если линия одиночная, то определяется по максимальной нагрузке линии.
Для двух параллельно работающих линий ток нормального и форсированного режимов определяется по выражениям:
, (1.7)
где - наибольшая мощность потребителей, присоединенных к линиям.
. (1.8)

Для параллельных линий ток нормального и форсированного режимов определяется по выражениям:
, (1.9)

. (1.10)

д) Цепь секционных, шиносоединительных выключателей, сборные шины.
Ток нормального режима определяется с учетом токораспределения по шинам при наиболее неблагоприятном эксплуатационном режиме [1]. Обычно ток, проходящий по сборным шинам, секционному и шиносоединительному выключателям, не превышает максимального тока самого мощного генератора или трансформатора, присоединенного к этим шинам.

29.Защитное заземление и его эффективность. Назначение, сущность и область применения защитного заземления

Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Оно представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (в дальнейшем землей) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Соединение металлических нетоковедущих частей оборудования с землей осуществляется с помощью заземляющего устройства, представляющего собой совокупность конструктивно объединенных заземляющих проводников и заземлителей. Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляющие части с заземлителем, представляющим собой проводник или совокупность металлически соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей.

В качестве заземляющих проводников рекомендуется использовать проводники, специально предназначенные для этой цели, а также металлические строительные, производственные и электромонтажные конструкции.

Применяют естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных заземлителей используют электропроводящие части строительных и производственных конструкций и коммуникаций /I/:

а) проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;

б) обсадные трубы скважин;

в) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей;

г) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

д) рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

В качестве искусственных заземлителей рекомендуется применять /2/:

а) углубленные заземлители - полосы или круглая сталь, укладываемые горизонтально на дно котлована по периметру фундаментов;

6} вертикальные заземлители - стальные стержни или угловая сталь (длина стержневых электродов должна быть 4, 5-5 м, электродов из угловой стали - 2, 5-3 м);

в) горизонтальные заземлители - круглая сталь в стальные полосы.

Количество, геометрические размеры и способ расположения заземлителей должны обеспечить при данном сопротивлении грунта необходимую величину сопротивления заземления.

Принцип действия защитного заземления заключается в снижении напряжения до малого значения между защищаемым элементом оборудования, оказавшимся под напряжением, и землей.

Все электрические установки до 1000 в обязательно заземляются и зануляются. Зануление в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью по сути своей является заземлением, так как нулевой провод при воздуш­ной проводке от подстанции через каждые 250 м заземляется.Расчет заземления сводится к определению сопротивления одного заземлителя и если его сопротивление превышает допустимое R_q ≥ 4... 10 Ом. То определяется необходимое количество заземлителей.Требования к заземлению. Весь контур заземления выполняется из полосовой стали сваркой. Сами заземлители выполняются из круглой стали диаметром d = 0.03…0.06 м или из равнобокой уголковой стали с шириной полки - В, тогда в формулах расчета сопротивления заземления необходи­мо подставить d = 0.95 В.Заземлители могут быть вертикальные и горизонтальные.Горизонтальные заземлители, представляют собой полосу длиной l и шириной b, расположенной на ребре на глубине h от поверхности земли (рис.5 б)

Рис.5. Вертикальный (а) и горизонтальный (6) заземлители: 1. 2. 3 - полоса стальная. Ь = 30 мм