книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

ю. м. голодное

А. X. ХОРЕНЯН1

САМОЗАПУСК ЭЛЕКТРО­ ДВИГАТЕЛЕЙ

«Э Н Е Р Г И Я» М О СК ВА 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Директивами XXIV съезда КПСС предусматривается широкое внедрение устройств автоматизации систем электроснабжения. Это позволит значительно повысить надежность электроснабжения. Для потребителей первой (а иногда и второй) категории автоматизация обеспечи­ вает должный эффект лишь при осуществлении самозапуска электродвигателей.

Теория самозапуска в настоящее время разработана до уровня, позволяющего решать задачи, предъявляемые практикой. Имеется достаточный опыт по внедрению са­ мозапуска. Большой вклад в теорию и практику само­ запуска электродвигателей внес И. А. Сыромятников, разработавший многие аспекты проблемы. Многие теоре­ тические и практические вопросы разработали Л. Г. Мамиконянц, Л. С. Линдорф и другие исследователи.

Однако, несмотря на высокую эффективность и до­ статочный опыт, накопленный к настоящему времени, самозапуск применяется далеко не во всех необходимых случаях. В практике еще встречается ряд ненужных ограничений в отношении условий самозапуска, неоправ­ данно усложняются схемы электроснабжения и устрой­ ства автоматизации. Основная причина таких ограниче­ ний— неправильные, устаревшие представления о про­ цессах, происходящих при самозапуске, чему способст­ вует неполнота освещения вопроса в технической лите­ ратуре и разбросанность сведений по очень многим источникам.

Авторы стремились охватить комплекс основных во­ просов, которые могут возникнуть в процессе Практиче­ ских работ по самозапуску. Подробно рассматривается выбег асинхронных и синхронных электродвигателей, приводящих различные механизмы, и величина э. д. с. двигателей при выбеге, вопросы определения тока вклю­ чения двигателей, процессы разгона асинхронных и

3

синхронных двигателей, вхождения в синхронизм син­ хронных двигателей, особенности самозапуска различных производственных механизмов, взаимосвязь между самозапуском электродвигателей и системой электроснабже­ ния, способы ресинхронизации синхронных двигателей.

Учитывая, что применение статических возбудителей для синхронных двигателей представляет собой само­ стоятельный вопрос, авторы ограничились рассмо­ трением самозапуска синхронных двигателей с машин­ ными возбудителями, жестко связанными с валом воз­ буждаемой машины либо приводимыми во вращение посторонним двигателем.

Дается обоснованный выбор способов ресинхрони­ зации синхронных двигателей и указания по решению возникающих при этом вопросов. Составление конкрет­ ных схем управления синхронными двигателями с уче­ том изложенных рекомендаций может быть выполнено на основании типовых схем Тяжпромэлектропроекта и других организаций.

Книга предназначена для широкого круга читателей, которым приходится заниматься вопросами самозапуска в разных аспектах и на разном уровне. В первую оче­ редь книга может быть полезна инженерам-электрикам, работающим в области проектирования, наладки и экс­ плуатации электрооборудования и устройств электро­ снабжения промышленных предприятий и собственных нужд электростанций, а также аспирантам и студентам электроэнергетических специальностей и факультетов высших учебных заведений.

При работе авторами были использованы теоретиче­ ские и научные отчеты о выполненных работах наладоч­ ных предприятий треста Энергочермет, ВНИИЭ, МЭИ. Глава 4 и § 5-3 написаны А. X. Хореняиом, § 5-2 напи­

и сделавшим ряд ценных замечаний.

Авторы будут благодарны читателям за присланные замечания и пожелания по улучшению содержания кни­ ги. Замечания и пожелания следует направлять в адрес издательства: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая набе­ режная, 10.

4

Г л а в а п е р в а я

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА САМОЗАПУСКА

1-1. ПРИМЕНЕНИЕ С А М О ЗА П У С К А

Самозапуском называется восстановление нормаль­ ной работы электропривода без вмешательства персона­ ла после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокой посадки напряжения. Самозапуск счита­ ется обеспеченным, если после восстановления электро­ снабжения по рабочей или аварийной схеме агрегат разогнался до нормальной скорости и продолжает дли­ тельно работать с нормальной производительностью приводимого механизма и нагрузкой электродвигателя.

Применение самозапуска электродвигателей позволя­ ет наиболее полно использовать средства автоматизации систем электроснабжения. Если повреждение, вызвавшее прекращение питания или глубокое понижение напряже­ ния, быстро ликвидировано действием релейной защиты и устройств автоматики, то при обеспеченном самозапуске это не является аварией или браком в работе систе­ мы электроснабжения. Ущерба практически не возника­ ет. Если же самозапуск не обеспечен, двигатели оста­ навливаются, и, хотя устройства автоматики сработали, ущерб может быть весьма значительным, особенно при расстройстве сложного технологического цикла (напри­ мер, в химической промышленности).

Самозапуск может происходить после кратковремен­ ного глубокого снижения напряжения вследствие близ­ кого короткого замыкания (к. з.), отключаемого релей­ ной защитой. При этом в самозапуске будут одновре­ менно участвовать те двигатели, у которых напряжение снизилось до величины, вызвавшей снижение скорости.

5

Двигатели все время остаются подключенными к источ­ никам питания.

Другим случаем является самозапуск после кратко­ временного перерыва электроснабжения, ликвидируемо­ го устройствами АВР или АПВ. Здесь в самозапуске участвуют одновременно все двигатели, которые при по­ вреждении отключались от источников питания и были вновь подключены к ним после действия автоматики.

Выключатели электродвигателей напряжением выше 1 000 В, подлежащих самозапуску, в большинстве случа­ ев во время перерыва электроснабжения остаются вклю­ ченными. Двигатели, самозапуск которых ие может быть обеспечен или не требуется по условиям производства, должны до восстановления напряжения отключиться от сети своими выключателями с помощью реле минималь­ ного напряжения, частотных реле и т. д.

Двигатели напряжением до 1000 В, включенные че­ рез обычные магнитные пускатели либо контакторы, в самозапуске не участвуют. Если самозапуск таких дви­ гателей необходим, применяются либо устройства АПВ контактора (магнитного пускателя), действующие при восстановлении напряжения, либо различного рода за­ держки, сохраняющие включенное положение контак­ тора.

В настоящее время самозапуск асинхронных и син­ хронных двигателей применяется для всех основных механизмов собственных нужд электростанций и получа­ ет все более широкое распространение для ответствен­ ных механизмов промышленных предприятий. Обосно­ ванное применение самоза-пуска в сочетании со средст­ вами автоматики всегда приводит к повышению надеж­ ности электроснабжения и уменьшению простоев меха­ низмов. В некоторых случаях, кроме того, обеспечивает­ ся снижение эксплуатационных расходов (за счет умень­ шения персонала, снижения потерь электроэнергии и др.) и капитальных затрат. Например, применение самозапуска электродвигателей насосных агрегатов, питающих водой доменные и сталеплавильные лечи, позволяет от­ казаться от сооружения резервного привода (паротур­ бинного, газотурбинного и пр.) и многообъемиых резерв­ ных напорных баков (конечно, при наличии системы электроснабжения с требуемой надежностью).

Самозапуск двигателей постоянного тока в настоя­ щее время не получил широкого распространения и может

6

применяться лишь в некоторых, частных случаях [Л. 20]. Обеспечение самозапуска требует комплексного ре­ шения вопросов, связанных с работой электродвигателя и его системы управления, электрической сети, а также самого приводимого механизма. В некоторых случаях самозапуск может быть запрещен по условиям техники безопасности или технологии производства, Например, при самозапуске двигателей главного привода чистовой линии прокатного стана, бумагоделательных машин,

втекстильном производстве и т. п. происходит разрыв или неисправимая деформация ленты, полосы или нити. Устройства автоматического регулирования скорости двигателей не могут обеспечить согласования скоростей

впереходном процессе.

Самозапуск может оказаться недопустимым для ком­ прессорных установок, работающих со взрывоопасными агентами. Нецелесообразен самозапуск крановых меха­ низмов и т. д.

В зависимости от длительности перерыва электро­ снабжения возможны два основных случая самозапуска: либо двигатель имеет какую-то остаточную скорость к моменту восстановления напряжения, либо он успева­ ет остановиться. Во втором случае персонал может не понять причин остановки двигателя и, если время пере­ рыва питания велико, начать какие-либо работы на ме­ ханизме, что в свою очередь может привести к несчаст­ ному случаю. Поэтому необходимо обеспечить после на­ рушения электроснабжения автоматическое отключение выключателя с выдержкой времени при полной останов­ ке двигателя или невозможность приближения персона­ ла к механизму (с помощью ограждений и блокировок), если двигатель не отключен от сети. Указанная выдерж­ ка времени должна быть больше, чем время действия всех устройств автоматики. Случаи самозапуска некото­ рых механизмов рассмотрены в гл. 5.

Обычно самозапуск выполняется одноступенчатым, т. е. к сети оказываются подключенными сразу все дви­ гатели. Если сеть не позволяет осуществить самозапуск всех двигателей, то часть из них (менее ответственных механизмов) отключается и либо вообще не участвует в самозапуске, либо автоматически включается после окончания разгона первой группы (двухступенчатый самозапуск).

7

ников питания двигателей велико, такой выбег называ­ ется групповым. В основном процесс выбега определяет­ ся механическими характеристиками агрегатов.

Выбег при подпитке двигателями близкого короткого замыкания происходит по более крутой характеристике за счет возникновения дополнительного тормозного мо­ мента.

Всякий двигатель, отключенный от источника пита­ ния, развивает при выбеге э. д. с. в обмотке статора. У асинхронных двигателей э. д. с. невелика, у синхрон­ ных— значительна. Величина э. д. с. £ д зависит от си­ стемы возбуждения синхронных двигателей (с глухим подключением возбудителя или через разрядное сопро­ тивление), наличия форсировки, параметров машин (ха­ рактеристики холостого хода, постоянных времени и др.), схемы подстанции (одиночный или групповой выбег), механических характеристик механизмов, вида повреж­ дения сети (короткое замыкание или отключение). Чем больше величина э. д. с., тем больше будет ток включе­ ния при восстановлении напряжения (при неблагоприят­ ной фазе включения). С этой точки зрения желательно иметь достаточно большой промежуток времени до вос­ становления напряжения, т. е. увеличить время действия АВР или АПВ, с тем чтобы обеспечить достаточное сни­

жение £ д и получить допустимое значение тока 1" [см. формулу (1-1)].

Самозапуск синхронных двигателей со статическими возбудителями (полупроводниковыми и ионными) имеет некоторые специфические особенности, которые в настоя­ щей книге не рассматриваются.

Второй, этап — разгон и восстановление рабочего ре­ жима. Разгон происходит при сниженном напряжении. Величина напряжения зависит от параметров сети, раз­ гоняющихся двигателей и прочей присоединенной на­ грузки.

Асинхронный момент, развиваемый двигателем в про­ цессе разгона, пропорционален квадрату напряжения. Самозапуск можно считать обеспеченным, если при по­ ниженном напряжении избыточный момент двигателя достаточен для доведения механизма до номинальной скорости и если за время разгона температура нагрева обмоток не превысит допустимой величины. С этой точ­ ки зрения время перерыва электроснабжения должно быть как можно меньшим.

9