6. Стандартизованные технические характеристики синхронных генераторов

Технические характеристики синхронных генераторов определяются рассматриваемыми стандартами МЭК 60034-1, МЭК 60034-22, MG-1, ГОСТ Р 52776-2007, ГОСТ Р 53471-2009 при температуре окружающего воздуха 40°С и высоте над уровнем моря 1000 м.

В качестве номинальной, изготовителем может быть задана как кажущаяся мощность (S) в кВА, так и активная мощность (P) в кВт. При этом изготовитель должен определить номинальный коэффициент мощности (P.F.) синхронного генератора. Величины кажущейся мощности и активной мощности связаны следующим соотношением:

P = S x P.F.

 

Если техническими условиями на продукцию не задано другое, то в соответствии с МЭК 60034-1, MG-1, ГОСТ Р 52776-2007 за номинальное значение коэффициента мощности принимается величина 0,8.

В соответствии с ГОСТ Р 52776-2007, основной функцией синхронного генератора является «обеспечить выдачу номинальной полной (кажущейся) мощности (кВА) при номинальном коэффициенте мощности при возможности их раздельного контроля».

В качестве номинальной частоты выходного напряжения синхронного генератора ГОСТ Р 52776-2007, МЭК 60034-1 и MG-1 допускают 50 и 60 Гц. Однако в дальнейшем мы увидим, что если стандарты ГОСТ Р и МЭК ориентированы на 50Гц, то стандарт MG-1 ориентирован на частоту выходного напряжения 60Гц, что оказывает существенное влияние на соответствие национальной нормативной документации.

Из всей нормативной документации, только стандарт ГОСТ Р 53471-2009 задает требование по запыленности окружающего воздуха не более 2 мг/м³, другие стандарты данное требование не учитывают.

Далее мы рассмотрим специфические условия неноминальной работы синхронных генераторов.

6.1. Работа синхронных генераторов в несимметричных системах

Важное значение для эксплуатации имеет режим работы синхронного генератора с несимметричной нагрузкой фаз.

В городских и сельских сетях несимметричная нагрузка фаз вызывается неравномерным подключением к фазам осветительных и бытовых потребителей электроэнергии. Так как количество таких потребителей электроэнергии велико, они могут создавать значительный небаланс токов.

Основными источниками несимметричности нагрузки в промышленных сетях являются однофазные нагревательные и электротермические установки, печи, а также сварочные аппараты различной мощности.

Кроме того, несимметричная нагрузка фаз может быть вызвана аварийным функционированием электрической сети и ее потребителей: несимметричные короткие замыкания (однофазные на землю или на нулевой провод и двухфазные); обрыв фазы мощных трехфазных потребителей и т.п.

Следует так же учитывать, что при потере напряжения на основном вводе, число потребителей электроэнергии, подключаемых на шины резервного дизель-генератора резко ограничивается. Даже если в режиме нормальной эксплуатации однофазные потребители распределены по фазам симметрично, в режиме ограничения энергопотребления и питания только критически важных потребителей может возникнуть существенный небаланс фаз. Такая ситуация имеет место в школах, больницах и госпиталях, вахтовых поселках и многих других объектах.

При несимметричном режиме работы, в синхронных машинах кроме дополнительных потерь и нагрева статора и ротора могут начаться опасные вибрации.

Общим методом исследования несимметричных режимов является метод симметричных составляющих, при котором несимметричная система токов раскладывается на симметричные составляющие и действие последних учитывается по отдельности. Таким образом, токи и напряжения несимметричной системы представляются в виде симметричных систем токов прямой, нулевой и обратной последовательности.

При появлении в сети несимметрии (однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки), появляются отличные от нуля составляющие обратной последовательности.

Составляющие нулевой последовательности возникают при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания, составляющие нулевой последовательности (токи и напряжения) равны нулю.

Амплитуда тока обратной последовательности обозначается I₂. Соответственно режимы длительной работы в несимметричной системе определяются отношением длительно допустимой величины тока обратной последовательности к номинальному току (I₂/I_nom), а кратковременные аварийные режимы определяются тепловым интегралом (I₂/I_nom)²·t.

Соответственно, различными рассматриваемыми стандартами определяются предельное значение I₂/I_nom при длительной работе и предельное значение (I₂/I_nom)²·t для кратковременных режимов.

Так же ГОСТ Р 53471-2009 требует для синхронных генераторов мощностью более 100 кВт допускать длительную работу с несимметричной нагрузкой фаз при коэффициенте небаланса токов до 25%, при условии, что ни в одной из фаз величина тока не превышает номинального значения. С учетом соотношений, приведенных в [15], данное условие эквивалентно требованию к синхронному генератору допускать длительную работу при величине токов обратной последовательности I₂/I_nom до 0,175.

Сводя требования различных стандартов в единую таблицу, получаем  следующие предельные величины токов обратной последовательности при длительной работе и кратковременных аварийных режимах:

 

Таблица 1

Параметр	Требуемые значения согласно различным стандартам
	МЭК		NEMA	ГОСТ Р
	60034-1	60034-22	MG-1	52776-2007	53471-2009
I2/Inom	0,08	0,10	0,10	0,14	0,175
(I2/Inom)2·t	20	20	40	40	-

 

Из Таблицы 1 следует, что наиболее жесткие требования к работе с несимметричной нагрузкой фаз предъявляют к синхронным генераторам ГОСТ Р 52776-2007 и ГОСТ Р 53471-2009. Отметим, что именно эти стандарты отвечают сложившимся на территории Российской Федерации нормам и традициям проектирования и эксплуатации электрических сетей.