ОТВЕТ КР КСУСЭС НУРТАЗИН И

дисциплина

«КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

сУДОВОЙ ЭЛеКТРОСТАНЦИЕЙ»

для подготовки бакалавров по направлению

13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника»

по профилю «Электрооборудование и автоматика судов»

КОНТРОЛЬНая РАБОТа

Студент: Нуртазин И.

Дата: 21.04.2020

Вопрос 1: Системы возбуждения синхронных генераторов. Назначение, принцип действия.

Для получения напряжения на зажимах синхронного генератора необходимо создать в машине вращающееся магнитное поле (рис. 3.1). В генераторах, используемых на судах, наибольшее применение получили машины с полюсами на роторе, поле в которых создается обмотками полюсов, питаемыми постоянным током.

Для питания обмотки возбуждения необходим источник постоянного напряжения, в качестве которого вначале применялась машина постоянного тока – возбудитель Е (см. рис. 3.1, а). Возбудитель приводится во вращение от того же приводного движителя, что и генератор, через тот или иной вид передачи. Иногда он смонтирован на конце вала со стороны, противоположной приводному двигателю.

Питание от возбудителя подается к обмотке возбуждения генератора через скользящий контакт в виде колец на роторе и примыкающих к ним щеток.

В качестве источника энергии для питания обмотки возбуждения можно использовать и сам генератор. Тогда принято говорить о системах самовозбуждения. Создание полупроводниковых приборов позволило создать генератор с самовозбуждением (см. рис. 3.1, б).

Обмотка возбуждения генератора LG получает питание от выпрямителя V, который подключается через устройство Т к статорной обмотке генератора. Устройство Т обеспечивает получение необходимого напряжения для питания обмотки LG и поддерживает неизменным напряжение генератора при изменении тока нагрузки.

При запуске для генератора с самовозбуждением необходимо обеспечивать его начальное возбуждение за счет остаточного намагничивания стали полюсов ротора генератора. Магнитный поток полюсов при вращении ротора создает на зажимах статора генератора напряжение U_ост = (2÷5)%⋅U_ном.

Под действием напряжения U_ост в обмотке LG появляется ток, и если МДС обмотки LG совпадает по знаку с полем остаточного намагничивания, то происходит рост напряжения статорной обмотки генератора до величины, соответствующей точке пересечения характеристики холостого хода генератора U = F₁(i_в) и вольт-амперной характеристики i_в = F₂(U) цепи самовозбуждения (рис. 3.2).

Возможны три случая. В первом случае характеристика холостого хода 1 располагается так, что рост тока возбуждения заканчивается в точке С, соответствующей номинальному напряжению. Во втором случае характеристика цепи самовозбуждения 2 пересекается с характеристикой холостого хода 3 в точке А, и генератор будет работать с напряжением U_А, которое существенно ниже номинального. В третьем случае МДС обмотки LG размагничивает генератор полностью, и его напряжение становится равным нулю.

В системах возбуждения (СВ) – рис. 3.3 – используют следующие способы обеспечения начального самовозбуждения:

– повышают величину U_ост за счет подбора материала магнитопровода ротора или встраивают в магнитопровод постоянные магниты;

– уменьшают кратковременно величину сопротивления цепи СВ, подключая кнопку к зажимам 3, 4 либо используя явление резонанса (рис. 3.4).

При запуске генератора частота напряжения изменяется от нуля до номинальной. При некоторой частоте f < f_ном в цепи, включающей дроссель L и конденсатор С, возникает резонанс. Ток в этой цепи, без учета тока в обмотке LG из-за значительного сопротивления диодов V и щеточного контакта (ЩК), определяется по формуле

При резонансе, т.к. X_L=X_C, ток в цепи будет максимальным: I=U:R_L. При этом U_L=U_C, а величина U_C=I⋅X _С= U⋅X_C /R. Если X_С>R, то U_C >U. Увеличение напряжения на конденсаторе вызывает пробой окисной пленки ЩК, рост тока в обмотке LG и самовозбуждение генератора.

Вопрос 2: Назначение защиты СЭС. Требования к защите СЭС. Схема построения защиты СЭС. Аварийные режимы в СЭС.

При эксплуатации СЭЭС возможны случаи возникновения повреждений и анормальных режимов работы, последствиями которых могут быть аварии, затрагивающие всю систему или ее отдельные части. Для предотвращения возникновения и развития аварий в СЭЭС предусматриваются отдельные аппараты, устройства или системы взаимосвязанных устройств защиты, осуществляющие:

- отключение элементов СЭЭС в случае нарушений нормального режима эксплуатации или повреждений, представляющих непосредственную опасность для отдельных видов электрооборудования или для всей СЭЭС;

- сигнализацию о возникновении нарушений нормального режима работы или

повреждений, не представляющих такой опасности.

Система защиты занимает важное место в комплексе систем автоматизации СЭЭС.

В то время как системы контроля, управления и диагностики эффективны при медленно возникающих отказах, система защиты выполняет функции обеспечения безопасности эксплуатации и работоспособности электрооборудования в условиях внезапных отказов, которые могут привести к тяжелым последствиям, например при коротких замыканиях.

Роль защиты все более возрастает по мере усложнения ЭЭС, повышения их мощности.

Объектом защиты являются как СЭЭС в целом, так и отдельные виды электрооборудования: генераторные агрегаты, трансформаторы, электромашинные и статические преобразователи, ГРЩ и РЩ, кабельные трассы, электроприводы с аппаратурой управления, нагреватели, светильники и т.д. Указанные виды электрооборудования совместно с элементами связи и подключения образуют защищаемые участки СЭЭС.

В общем виде функции защиты можно представить следующим образом:

1. Защита должна:

- выявить повреждение или анормальный режим работы;

- определить место повреждения;

- произвести необходимые отключения или обеспечить сигнализацию.

2. Защита не должна срабатывать:

- при нормальных режимах, «похожих» на аварийные (при синхронизации, пуске двигателей и т.д.);

- при повреждениях элементов СЭЭС, защищаемых другими аппаратами защиты.

Эффективность функционирования защиты обеспечивается при условии, что она удовлетворяет ряду требований, основными из которых являются:

- полнота защищенности;

- избирательность;

- быстродействие;

- чувствительность;

- надежность;

- устойчивость к электродинамическому и термическому действию токов.

Полнота защищенности определяется степенью охвата средствами защиты элементов ЭЭС. Для выполнения этого требования целесообразно установить границы защищаемых участков и на каждом участке определить необходимый состав средств защиты.

В СЭЭС такими типовыми участками являются (рис. 9.1):

- источники с фидерами питания (участок I);

- секции ГРЩ (участок II);

- кабельные перемычки (участок III);

- РЩ с фидерами питания (участок IV);

- потребители с фидерами питания (участок V).

Разделение СЭЭС на типовые защищаемые участки – важный принцип построения защиты, позволяющий выбрать типовые системы защиты на каждом из участков и рационально организовать связи между защитами отдельных участков.

Избирательность (селективность) защиты – это свойство защиты отключать только поврежденные элементы или участки сети. Избирательность позволяет сохранить максимально возможную работоспособность ЭЭС, уменьшить до минимума резерв источников электроэнергии, повысить надежность питания потребителей.

Селективность можно обеспечить:

1. Настройкой защиты смежных участков сети на разный ток срабатывания (избирательность по току).

2. Настройкой защиты смежных участков сети на разное время срабатывания (введением ступеней выдержек времени). В основе его лежит принцип – обеспечения бесперебойности питания.

3. «Логической селективностью», которая обеспечивается блоками контроля и управления автоматами. Принцип логической селективности заключается в том, что срабатывание вышестоящего автоматического выключателя происходит только, если ток достигает значения уставки и отсутствует срабатывание нижестоящих автоматических выключателей. В противном случае, отключаемый нижестоящий АВ подает сигнал вышестоящему и он не отключается. Для реализации этого принципа автоматические выключатели соединяются между собой контрольными проводами.

Быстродействие в наибольшей степени характеризует эффективность защиты.

Однако требования к быстродействию защиты для разных видов повреждений

существенно различаются.

Относительно редкий, но самый опасный вид повреждения – короткое замыкание

(КЗ). Поскольку в месте КЗ выделяется большая энергия, возможны возгорания, пожары и разрушения электрооборудования. Особую опасность короткие замыкания представляют в ГРЩ, где токи КЗ достигают весьма больших значений. В случае КЗ < . Выбор значений времени срабатывания защиты ( ) и допустимого времени существования короткого замыкания ( ) определяется следующими факторами:

- .– пожароопасность и опасность для обслуживающего персонала; разрушающее действие дуги на электрооборудование; нарушение устойчивости работы ЭЭС и ухудшение качества электроэнергии.

- связано с обеспечением селективности, надежностью, массогабаритными показателями и стоимостью аппаратуры и т.д.

Важной характеристикой быстродействия защиты является зависимость времени срабатывания защиты от тока (время–токовая характеристика). При КЗ время срабатывания не должно зависеть от тока.

Значительно более вероятным, но менее опасным является режим перегрузки. Последствием длительной перегрузки, как правило, является выход электрооборудования из строя. В ряде случаев перегрузка может перейти в КЗ. Для более полного использования перегрузочной способности электрооборудования защита от перегрузки должна срабатывать с выдержкой времени, зависящей от величины перегрузки.

Под чувствительностью понимается свойство защиты выявлять повреждение или анормальный режим и быть отстроенной от ложных срабатываний в нормальных режимах. Чувствительность обеспечивается выбором уставки. Применительно к защите от КЗ это можно выразить следующим образом:

где - максимальное значение тока в режимах пуска или переключения нагрузки,

синхронизации или других режимах, характерных для защищаемого участка СЭЭС; –

минимальное значение тока в выбранной расчетной точке КЗ (при замыкании через электрическую дугу).

Чем больше разница между и , тем проще обеспечить необходимую чувствительность защиты и выбрать уставку, тем выше помехоустойчивость защиты.

Надежность защиты обычно оценивают двумя показателями: вероятностью срабатывания защиты при возникновении повреждения или анормального режима на защищаемом участке ЭЭС и вероятностью отсутствия ложных срабатываний в нормальных режимах и при повреждениях, возникающих вне зоны защиты.

Одним из основных требований, предъявляемым к аппаратам и устройствам

защиты, через которые могут протекать токи короткого замыкания, является устойчивость к электродинамическому и термическому действию токов КЗ.

Помимо указанных выше основных требований, к аппаратам и устройствам защиты

предъявляются также дополнительные требования, относящиеся к их массогабаритным показателям, условиям эксплуатации и т.д.

8