Самозапуск электродвигателей 380 В

Под явлением самозапуска электродвигателей понимается следующее: при к.з. на линии она отключается релейной защитой и электродвигатели, питающиеся от нее останавливаются. Затем линия снова включается в работу и остановившиеся электродвигатели одновременно начинают разворачиваться. За счет этого резко возрастает ток по линии, могущий вызвать повторное, неправильное отключении линии защитой. Такое явление в современных сетях при массовом применении АПВ и АВР следует учитывать при расчете уставок релейной защиты.

Ток самозапуска электродвигателей определяется по выражению:

где:

• U – расчетное линейное напряжение, В;
• ∑х – суммарное пусковое индуктивное сопротивление электродвигателя и питающих линий и трансформаторов.

Сопротивление энергосистемы обычно можно не учитывать. Активные сопротивления для упрощения расчетов также не учитываются.

Сопротивление электродвигателя при пуске определяется по выражению:

где:

• Uном. – номинальное напряжение электродвигателя, В;
• Iном. – номинальный ток, А;
• Iп=k* Iном. – пусковой ток, А;
• k – кратность пускового тока к номинальному при номинальном напряжении.

Все эти данные помещаются на щитке электродвигателя, в каталогах и других справочных материалах.

Пример определение тока самозапуска электродвигателей при АПВ

Требуется определить ток самозапуска электродвигателей при АПВ питающей линии. От трансформатора 6/0,4 кВ мощностью 400 кВА, Uк% = 4,5% питаются следующие электродвигатели серии А, 1000 об/мин:

Время АПВ в распределительных сетях по условию готовности привода выключателя линии к действию и для повышения успешности АПВ обычно принимается не менее 1-1,5 с. За это время пускатели электродвигателей 22 кВт отпадут, и в процессе самозапуска эти электродвигатели не участвуют.

Электродвигатели 40 и 75 кВт в соответствии с рекомендациями [Л2] имеют магнитные пускатели, реконструированные для обеспечения самозапуска. Электродвигатели 10 кВт в соответствии с [Л1] пускаются обычными рубильниками; персонал предприятия за время АПВ отключить эти электродвигатели не успевает.

Таким образом, в процессе самозапуска участвуют электродвигатели мощностью 10, 40 и 75 кВт.

Пользоваться выражением (2), определять сопротивление каждого электродвигателя в отдельности и затем определять сопротивление параллельно включенных электродвигателей в данном случае неудобно из-за громоздких вычислений. Поэтому выражение (1) приводится к более удобному виду:

где:

• ∑Iном.*k – сумма пусковых токов всех электродвигателей, участвующих в процессе самозапуска.
• хт =0,018 Ом – индуктивное сопротивление трансформатора, принято по ГОСТ 12022-76.

Подставим в формулу (3) числовые значения, получим:

Что в 4,35 раза больше номинального тока 580 А трансформатора 400 кВА.

Действительный ток самозапуска будет меньше, так как не были учтены сопротивления сети 0,4 кВ и питающей сети 6 кВ.

Если учесть сопротивление сети 6 кВ и принять его равным 5 Ом, то ток самозапуска будет равен:

Сравнительно небольшое уменьшение тока самозапуска вызвано тем, что даже достаточно большое сопротивление сети 6 кВ 5 Ом, пересчитанное на напряжение 0,4 кВ, равно всего 0,022 Ом. По сравнению с сопротивлением трансформатора и электродвигателей (0,018+0,063 = 0,081 Ом) эта величина незначительна. В то же время этот пример показывает, что в распределительных сетях, выполненных воздушными линиями с достаточно большим сопротивлением, всегда следует проверять влияние этой сети на ток самозапуска, так как им определяется ток срабатывания защиты и ее чувствительность.

В кабельных сетях крупных городов или промышленных предприятий индуктивное сопротивление кабелей 6-10 кВ очень мало и обычно может не учитываться. Токи к.з. в таких сетях обычно достаточны для обеспечения чувствительности защиты.

Напряжение на шинах 0,4 кВ определяется по выражению:

Uш=√3*хсз*Iсз = 1,73*0,063*2530 = 275 В или 275/400 = 0,69 номинального

Такое напряжение обычно достаточно для обеспечения самозапуска самих двигателей, но может оказаться недостаточным для срабатывания магнитных пускателей электродвигателей (в данном примере электродвигателей мощностью 40 и 75 кВт). Хотя схема этих пускателей и обеспечивает подачу на них напряжения при самозапуске, но значение его мало, так как напряжение срабатывания пускателей составляет около 0,7-08 номинального, или (0,7-0,8)*380 = 265 – 305 В, а напряжение на них будет меньше напряжения на шинах 400 В из-за потери напряжения в сети 400 В.

В данном примере и подобных следует обратить внимание на значения номинальных напряжений: для электродвигателей и пускателей оно равно 380 В, для трансформаторов – 400 В.

Литература:
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
2. Сборник директивных материалов. Электрическая часть. 1971 г.

Пуск и самозапуск асинхронных электродвигателей

Основным способом пуска АД является прямой пуск от полного напряжения электрической сети. Из пусковых характеристик АД (см. рис. 9.2) следует, что при разгоне вплоть до скольжений, меньших критического, двигатель потребляет из сети значительную реактив­ную мощность. За счет реактивной мощности существенно увеличива­ется ток статорной обмотки. Это приводит к увеличению падения напряжения в элементах системы электроснабжения, находящихся в цепи питания АД, следовательно, к снижению напряжения на выводах АД в период пуска.

Снижение напряжения на шинах РУ, от которых питается запускае­мый АД, оказывает неблагоприятное влияние как на двигатель в свя­зи с уменьшением электромагнитного момента, так и на другие потре­бители электроэнергии, подключенные к этому РУ.

Самозапуском АД узла промышленной нагрузки называется ре­жим, возникающий после кратковременного перерыва и автоматиче­ского восстановления электроснабжения. Самозапуск АД необходим

для обеспечения устойчивости технологических процессов непрерывных производств при аварийных ситуациях в системе электроснабжения, вызванных, например, короткими замыканиями или отключением выключателя в цепи питания узла нагрузки. Двигате­ли, участвующие в самозапуске, при кратковременных перерывах электроснабжения от электричес­кой сети не отключаются.

Длительность перерыва в электроснабжении в зависимости от кон­кретных условий составляет от десятых долей секунды до одной-двух секунд, и большинство АД не успевает затормозиться до полной оста­новки. Поэтому после автоматического восстановления электроснаб­жения разгон АД начинается с некоторой остаточной частоты враще­ния. В отличие от режима пуска в режиме самозапуска может участво­вать несколько двигателей, т. е. самозапуск является групповым. Сни­жение напряжения в узле промышленной нагрузки при самозапуске больше, чем при пуске АД. Поэтому необходимо определение расчет­ных условий группового самозапуска. Общая схема узла промышлен­ной нагрузки для определения расчетных условий пуска или группово­го самозапуска АД приведена на рис. 9.3. Узел промышленной комплексной нагрузки моделируется секцией распределительного устрой­ства, к которой подключены АД и несиловая нагрузка, учитываемая статическими характеристиками P_nр,Q_nр.

Двигатели в общем случае удалены от секции РУ за комплексными сопротивлениями Z_вд, отражающими сопротивления, находящиеся между выводами АД и секцией РУ. Система электроснабжения отно­сительно узла промышленной нагрузки может быть представлена схе­мой замещения, состоящей из эквивалентной ветви с комплексным сопротивлением Z_c = R_c + jх_с и источника ЭДС е_с бесконечной мощ­ности.

Расчеты пуска или группового самозапуска АД целесообразно осуществлять в относительных единицах. Независимыми базисными величинами являются базисная мощность S_б, принимаемая равной номинальной мощности ближайшего трансформатора, и базисное напряже-

ние, принимаемое равным номинальному напряжению узла нагрузки. Параметры режима АД целесообразно определять в относительных единицах, когда за базисную мощность принята полная номинальная мощность двигателя.

Параметры режима узла промышленной нагрузки (рис. 9.3) опреде­ляются уравнениями, характеризующими режим:

где U_у и I_у — напряжение на шинах РУ и узловой ток; I_a, I_nр — токи АД прочей нагрузки; U_в.д. — напряжение на выводах АД; S_hom.a — полная номинальная мощность АД.

Уравнения, характеризующие параметры режима АД:

где Р_а, Q_а, М_а — активная и реактивная мощности и электромагнитный момент АД; Z (s) — входное комплексное сопротивление АД, опреде­ляемое выражением (9.8); Р_ном.а — номинальная мощность на валу АД

Уравнение электромеханических переходных процессов АД имеет вид:

где Т_ja – электромеханическая постоянная времени агрегата АД –

механизм; w_а — частота вращения ротора АД; М_мех — момент сопротивления механизма.

Уравнение, характеризующее момент сопротивления механизма, имеет вид:

где М — момент сопротивления механизма при w_а = 0; М_у — момент сопротивления механизма в установившемся режиме АД при w_а = w_уi; g_а — показатель степени, характеризующий зависимость момента со­противления механизма от частоты вращения ротора. Выбором соот­ветствующих значений М и g_а можно достаточно точно характеризо­вать большинство промышленных механизмов.

Система уравнений (9.23)-(9.32) характеризует узел промышлен­ной нагрузки с АД как в переходных процессах, так и в установив­шемся режиме. Расчетам процессов пуска или группового самозапус­ка АД предшествует расчет установившегося режима узла нагрузки. Исходными данными для расчета установившегося режима помимо параметров схемы замещения узла нагрузки (рис. 9.3) и параметров схемы замещения АД, определенных по каталожным данным, явля­ются: коэффициенты загрузки АД по моменту на валу двигателя; прочая нагрузка р_н.пр, Q_н.пр; напряжение на шинах РУ узла нагруз­ки. В установившемся режиме АД уравнение (9.31) примет вид М_а = М_мех.

В установившемся режиме, предшествующем пуску или групповому само запуску АД, определяются параметры установившегося режима АД, узла нагрузки в целом и ЭДС е_с электрической системы.

При расчетах переходных процессов, соответствующих режиму пус­ка АД, систему уравнений (9.23) —(9.30) следует дополнить началь­ными условиями к дифференциальным уравнениям электромеханиче­ских переходных процессов в АД [см. (9.31)]. Для запускаемого дви­гателя начальным значением частоты вращения ротора является w_а(0) = 0, для остальных, подключенных к шинам РУ, w_а(0) = w_у. Решение системы алгебраических уравнений (9.23) —(9.30) осуществляется на каждом шаге интегрирования уравнений (9.31) электромеханических переходных процессов в АД.

Начальными значениями частоты вращения роторов при расчетах группового самозапуска являются w_а(0) = w_ост где остаточная частота АД в момент восстановления электроснабжения w_ост зависит от вре­мени перерыва в электроснабжении Т_п узла нагрузки и может опреде­ляться путем интегрирования (9.31) на этапе перерыва в электроснаб­жении.

Самозапуск асинхронных двигателей

Для повышения устойчивости и надежности электроснабжения ряда наиболее ответственных установок при кратковременных сни­жениях или отключениях напряжения источника питания применя­ется система самозапуска электродвигателей. Самозапуск — это процесс восстановления нормальной работы двигателей после крат­ковременного отключения питающего напряжения.

При самозапуске значение остаточного напряжения на шипах или зажимах электроприемников должно быть таким, чтобы враща­ющий момент электродвигателей превышал статический момент со­противления механизмов. Для этого в режиме самозапуска остав­ляют включенными только часть электродвигателей наиболее от­ветственных механизмов. Электродвигатели, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности, обязательно отключаются защитой.

Для осуществления самозапуска определяют допустимое коли­чество и суммарную мощность неотключаемых электродвигателей при работе которых остаточное напряжение обеспечивает вращаю­щий момент, превышающий статический момент механизма.

Считают самозапуск обеспеченным, если при пониженном пита­ющем напряжении избыточный момент электродвигателей достаточен для доведения механизмов до номинальной частоты вращения и если за время разгона нагрев обмоток электродвигателей не превы­шает допустимого.

По условиям самозапуска электроприемники условно делятся на две группы:

1. Электроприемники с постоянным моментом сопротивления. Двигатели этих электроприемников при кратковременном переры­ве в электроснабжении быстро теряют частоту вращения и медлен­но разгоняются (шаровые мельницы, конвейеры, прокатные станы и т. п.). Для обеспечения самозапуска приводов таких электропри­емников необходимо, чтобы при восстановлении напряжения двига­тель обладал моментом, равным ,а время перерыва в электроснабжении должно быть сокращено до минимума, чтобы не произошло значительное снижение частоты вращения.

Рис. 5.9. Подключение электроприемников без секционирования (а) и с двумя межсекционными выключателями (б)

Рис.5.10. Схема питания двигательной нагрузки (а) и ее схема замеще­ния (б)

2. Электроприемники, обладающие вентиляторными механиче­скими характеристиками (центробежные насосы, вентиляторы, цент­рифуги и т. д.). Самозапуск двигателей этой группы электропри­емников обеспечивается легче, поскольку их момент сопротивления уменьшается со снижением частоты вращения.

Самозапуск группы электроприемников (рис. 5.9, а) может быть облегчен путем секционирования РУ (рис. 5.9, б) и умень­шения мощности двигателей, участвующих в самозапуске. Прак­тическая задача самозапуска состоит в том, чтобы не допустить массового отключения электродвигателей и обеспечить беспере­бойную работу электроприемников.

Расчет самозапуска асинхронных двигателей заключается в про­верке возможности их самозапуска. Для этого необходимо выяс­нить, достаточен ли момент вращения при сниженном питающем напряжении, и установить допустимый нагрев при увеличении вре­мени разгона двигателя.

Наиболее характерные схемы питания двигательной и смешан­ной нагрузок с осуществлением самозапуска показаны на рис. 5.10,а 5.11, а.

Из схемы замещения, изображенной на рис. 5.10, б, следу­ет, что остаточное напряжение на зажимах двигателей при самоза­пуске определяется выражением

(5.24)

где , , , — эквивалентные активные и реактивное сопротивления двигателей при скольжении, соответствующем началу самозапуска.

Для схемы замещения, показанной на рис. 5.11, б, в которой нагрузка представлена двигателями и неизменным сопротивлением , остаточное напряжение при самозапуске определяется так:

(5.25)

Рис. 5.11. Схема питания смешанной нагрузки (а) и ее схема замеще­ния (б)

где поскольку сопротивления двигателей и нагрузки включены параллельно.

Следовательно, между напряжениями и при самозапуске должно соблюдаться соотношение

(5.26)

Зная минимально допустимое напряжение при самозапуске, можно определить допустимое значение неотключаемой мощности двигателей.

Сопротивление двигателя в момент самозапуска определяется выражением

(5.27)

где — базисная мощность; — номинальное питающее на­пряжение электродвигателя; — базисное напряжение; — рас­четная мощность двигателя при номинальном напряжении и сколь­жении, соответствующем моменту самозапуска.

Приняв в соотношении (5.26) знак равенства и подставив в него (5.27), получим

(5.28)

Из (5.28) находим мощность самозапуска:

или (5.29)

Мощность самозапуска можно определить также по номинальной мощности двигателя:

(5.30)

где -кратность тока двигателя при скольжении , соответст­вующем началу самозапуска; — номинальные cosφ и к. п. д. двигателя.

Величина определяется выражением

где -кратность пускового тока.

Приравняв правые части (5.29) и (5.30), можно получить вы­ражение для определения допустимого значения неотключаемой мощности двигателя.

Неотключаемую мощность электроприемников, питаемых по схеме, изображенной на рис. 5.10, а, можно рассчитать по формуле

(5.31)

а в случае их питания по схеме, показанной на рис. 5.11, а, — по формуле

(5.32)

Минимально допустимое напряжение на зажимах двигателя находят, исходя из условия возможности осуществления самоза­пуска:

для механизмов с постоянным моментом сопротивления

(5.33)

для механизмов с вентиляторной характеристикой момента «сопротивления

(5.34)

где и — минимальный и максимальный моменты

вращения двигателя; — статический момент приводного механизма.

Дата добавления: 2015-12-08 ; просмотров: 5403 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ