книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

Же от обеспеченности самозапуска ответственных поТрё* бнтелей. Наиболее часто используются следующие кри­ терии оценки надежности систем электроснабжения:'

1) среднее число аварийных перерывов электроснаб­ жения потребителей за определенный промежуток вре­ мени п;

2) средняя длительность восстановления питания Тор;

3)вероятность того, что время перерыва питания превысит заданное время;

4)длительность плановых, ремонтов, связанных с от­

ключением потребителей тпл.

При плановых ремонтах электрооборудования могут отключаться только неответственные потребители, как правило, третьей категории. Отключение производится при наличии одного ввода. При наличии двух вводов и плановом ремонте одного из них отключение части не­ ответственных потребителей производится в том случае, если оставшийся в работе ввод не может обеспечить питание всей нагрузки. Таким образом, длительность плановых ремонтов, связанных с отключением потреби­ телей, используется для оценки надежности электро­ снабжения малоответственных потребителей, для кото­ рых самозапуска не требуется. При ответственных по­ требителях плановый ремонт выполняется одновременно с плановым ремонтом основного технологического обо­ рудования. Следовательно, использование этого крите­ рия не связано с обеспеченностью самозапуска электро­ двигателей.

Для потребителей с необеспеченным самозапуском двигателей могут применяться три первых показателя надежности.

Если электрооборудование не связано единым техно­ логическим циклом и после перерыва питания может быть сразу пущено, что обеспечит выдачу продукции (на металлообрабатывающих предприятиях, сборочных заво­ дах и т. д.), основным критерием оценки надежности си­ стемы электроснабжения служит средняя длительность восстановления питания. Среднее время восстановления представляет собой математическое ожидание времени отыскания н устранения имеющейся неисправности. Учитывается среднее время ремонтных работ и среднее время, необходимое для проведения оперативных пере­ ключений по восстановлению электроснабжения.

130

Расчет ущерба в этом случае может быть выполнен по величине недоотпуска электроэнергии.

Вописанном случае не имеют большого значения количество отключений в год и длительность каждого отключения. Важно лишь суммарное время отключения за год.

Втех случаях, когда самозапуск электродвигателей

не обеспечен, но при перерыве электроснабжения не более ^доп не произойдет расстройства технологического цикла, помимо тср, необходим учет вероятности того, что время перерыва питания не превысит tROa- Допусти­ мое время перерыва питания может быть обусловлено запасом воды в резервной емкости, теплоемкостью на­ гревательного устройства и составляет от нескольких минут до нескольких часов. В этом случае важен не только суммарный перерыв питания за год, а длитель­ ность каждого отключения. При длительности каждого отключения не более <fRon перерывы электроснабжения не приводят к нарушению технологического процесса, и надежность системы электроснабжения может оцени­ ваться по Тср. Если длительность какого-то отключения превысила ^ДОш возможно расстройство единого техно­ логического цикла (например, в химическом производст­ ве) или авария (например, прекращение водоснабже­ ния и погасание доменной печи). Оценка ущерба по недоотпуску электроэнергии потребителю здесь практиче­ ски невозможна. После восстановления напряжения потребуются длительное время и расход электроэнергии на ремонтные работы, восстановление и отладку техно­ логического цикла. Для каждого предприятия ущерб при отключении, превышающем tRon, определяется инди­ видуально совместно с технологами.

Для описанного случая величина тср и соответствую­ щий ущерб определяются в обычном порядке. Если ве­ роятность того, что время перерыва питания не превы­ сит tROm составляет рдод, то вероятность более длитель­

Н д о п ^ Р д о п П .

Величина £2 определяется через параметры потока отказов каждого элемента <валВероятность того, что какой-то элемент проработает 1 год без отказа, состав-

132

ляет:

если (оЭл достаточно малая величина (до 0,1). Используя правило сложения и правило умножения

вероятностей, по формуле (6-10) определяем вероят­ ность безотказного электроснабжения потребителя в те­ чение года Р и вероятность отказа Q= 1—Р. Параметр потока отказов электроснабжения данного потребителя

расстройству технологического цикла, то среднее время перерыва электроснабжения за год вообще не имеет значения. Например, при прекращении питания химиче­ ского комбината на время 6 с (время срабатывания устройства автоматизации электроснабжения) и при от­ сутствии самозапуска произойдет расстройство техноло­ гического цикла на 12 ч и более. Здесь важно общее количество отключений за год £2, определяемое по (6-11) с учетом (6-ГО). Среднее время безаварийной работы потребителя (лет) составит:

Если самозапуск электродвигателей ответственных механизмов обеспечен по всем показателям, в том чи­ сле и по достаточности мощности одного источника пи­ тания при выходе из строя второго и после срабатыва­ ния АВР, количество отключений потребителя в течение года теряет свое значение. Оценка надежности электро­ снабжения может быть произведена по величине т.Ср. Ущерб будет значительно меньшим, чем при отсутствии самозапуска, так как не произойдет длительного рас­ стройства технологического цикла или аварии. В ряде случаев ущерб может определяться по недоотпуску электроэнергии.

Например, при кратковременном отключении обога­ тительной фабрики и отсутствии самозапуска ответст­ венных механизмов ущерб составляет 8—8,5 тыс. руб.

133

[Л. 12]. При обеспечении самозапуска этого ущерба не наблюдается (источники питания имеют резерв 100%).

Осуществление самозапуска ответственных шахтных агрегатов после кратковременного перерыва питания и глубокого снижения напряжения позволяет сократить их простои в среднем за год на 40—70% '[Л. 28].

ПРИЛОЖ ЕНИЕ 1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОННОЙ МАШ ИНЫ

Ux.x

xd^ z d

или в относительных единицах

*d~ /«У, ’

где Uи, / п — номинальные линейное напряжение, В, и фазный ток машины, А.

По мере насыщения машины х* уменьшается. По характеристи­ кам может быть найдено как насыщенное значение xd^ (по точке

характеристики холостого хода, соответствующей U—1), так и не­ насыщенное Xd (в прямолинейной части характеристики).

б) Метод скольжения.

Машина с разомкнутой обмоткой возбуждения приводится во вращение со скоростью, близкой к синхронной. К статору прикла­ дывается сильно пониженное напряжение. Измеряются минимальное значение тока Л и максимальное / 2 и соответствующие им линейные

Точность тем выше, чем меньше скольжение. Ток и напряжение могут быть измерены стрелочными приборами либо с помощью ос­ циллографа.

Если известно хл, то величина x q^ 0 fix d.

2. Сверхпереходные индуктивные сопротивления х"й и x"q мо­ гут быть определены при неподвижном роторе.

134

Обмотка возбуждения замыкается накоротко йлй через возбу­ дитель. К статору подводится однофазное пониженное напряжение поочередно ко всем трем парам фаз. Измеряются мощность, напря­ жение и ток. Для каждого измерения определяется значение сопро­ тивления в омах

У ич' — р*

2/2

или в относительных единицах

Уич* —'Р* ■/ а Уз

уточнения знака поправки <Дх в цепь возбуждения, включается ам­ перметр. Если наибольшему из измеренных сопротивлений х соот­ ветствует наименьшее значение тока возбуждения, то x"d< x"qi н наоборот.

Индуктивное сопротивление x'd может быть определено из опыта внезапного к. з. или опыта восстановления напряжения при отклю­ чении к. з. Выполнение обоих этих опытов для двигателей в усло­ виях эксплуатации чрезвычайно затруднено.

Для приближенных расчетов можно воспользоваться данными табл. Ш -1.

135

Примерные значения параметров сйпхрониых двигателей приве­ дены в табл. П 1-2.

П р и л о ж е н и е 2

Определение тока включения синхронного двигателя МС-322-8-6 с учетом фазы электродвижущей силы'

Исследование влияния фазы э. д. с. относительно напряжения сети на ток включения при самозапуске синхронного двигателя вы­ полним на примере двигателя типа МС-322-8-6, приводящего водя­ ной насос.

Ток включения с учетом изменения фазы э. д. с. двигателя от­ носительно напряжения сети определяется по формуле (1-1).

На рис. П2-1 приведена обработка осциллограммы выбега агре­ гата при нагруженном насосе (при открытой нагнетательной за­ движке). Нагрузка данного двигателя составляла перед отключением

136

0,76. Ыа рис. П 2-1 построены зависим ости

] Д /2+ 4 пр - 2У£Д.ПР cos S = f(t)

при нагрузке и холостом ходе насоса. Отсчет времени ведется от момента отключения. В наиболее тяжелом случае (хс=0) это будет также зависимостью действующего значения периодической слагаю­ щей тока включения (в долях от величины \1х"а, равной примерно начальному пусковому току, оти. ед.) от времени перерыва питания.

отн.ед.

Рис. П2-1. Экспериментальная зависимость V —Ек cos b=f{t) при выбеге синхронного двигателя МС-322-8-6.

1 — при разгруженном насосе; 2 — при нагружен­ ном насосе: зоны недопустимого включения зату­ шеваны.

Участки, иа которых ток включения получается выше допусти­ мого {\,7/x"d), заштрихованы.

Так как самозапуск может произойти при любом положении задвижки, надо учесть все участки недопустимого включения при любой нагрузке, что отражено в нижней части рис. П2-1.

Как видно из результатов, получается несколько интервалов времени, в которых включение теоретически допустимо: 0—0,19 с, 0,32—0,42 с, 0,54—0,59 с, 0,7—0,73 с и т. д,, а также после затуха­ ния э. д. с. двигателя до такого значения £ д.м, когда даже в случае

137

наиболее неблагоприятного включения (6= я ) ток не превысит допу­

стимой величины.

Если точность времени срабатывания реле, контакторов и масля­ ных выключателей обеспечит гарантированное срабатывание АВР или АПВ в пределах допустимого интервала, окажется возможным

0,37+0,05 с.

На практике нагрузка насоса может колебаться в более широ­ ких пределах. С помощью вычислительной машины «Мииск-2М» для указанного двигателя по методике и данным § 2-2 и 3-2 выполнен

ОМаксимальная

Произвольная

С целью определения влияния возможных погрешностей в экс­ периментальном или расчетном определении величин Xj и то была рассчитана серия кривых, аналогичных по смыслу рис. П2-‘1, при отклонениях Xj и то от своих основных значений на ±1, ±5, ±10%. Ток включения определялся при x"d=0,24 для случаяхо=0.

На рис. П2-2 приведены зоны недопустимого включения, в ко­ торых ток превышает величину 1"ЛОп—1,7 -4,16=7,08 для каждого из рассчитанных случаев.

Результаты показывают, что если нагрузка двигателя может колебаться от 0,51 (насос разгружен) до 1,0 (полная нагрузка дви­ гателя), то промежуточные интервалы допустимого включения при основных значениях т, и т 0 составят 0—0,18 и 0,35—0,38 с.

Возможная погрешность в определении то на результат не влияет, а погрешность в определении постоянной времени X} приво­ дит к дальнейшему уменьшению промежуточного интервала допу­ стимого включения. Если возможна ошибка в величине tj на ± 1 %>

138

to интервалы допустимого включения и необходимая точность устай­ ки времени аппаратуры будут: 0—0,18 и 0,37±0,01 с; при ошибке

5% 0—0,18 и 0,365±0,005 с и .при '10% 0—0,17 с, .причем второй ин­ тервал исчезает.

Таким образом, анализ выполненной серии расчетов показывает, что использование промежуточных интервалов допустимого тока включения с целью обеспечения безопасного включения при самозапуске синхронных двигателей невозможно.

П р и л о ж е н и е 3

Характеристики холостого хода синхронных машин и их возбудителей

При решении многих задач, связанных с переходными процес­ сами синхронных машин, требуется учет характеристик холостого хода как синхронных двигателей и генераторов, так и их возбуди­ телей. В некоторых случаях (например, при выводе уравнений Пар­ к а — -Горева) машина считается ненасыщенной, и тогда зависимость э. д. с. от тока возбуждения является линейной. При расчетах иа ЦВМ характеристики холостого хода могут' задаваться в виде таб­ лиц либо аппроксимироваться. Аппроксимация применяется и при расчетах на АВМ. Однако для получения различных зависимостей в общем виде наиболее целесообразно выразить характеристики холостого хода аналитически.

При анализе переходных процессов синхронных машин наиболее целесообразно пользоваться «нормальной» (стандартной) характе­ ристикой холостого хода [Л. 13, 26]. В указанных источниках при­ ведены величины отклонений характеристик холостого хода турбо- и гидрогенераторов от стандартной. Как показывают данные экс­ перимента, совпадение характеристик холостого хода синхронных двигателей со стандартной еще ближе, разница не превышает не­ скольких процентов. Нормальная характеристика холостого хода от­ носится к размагниченной машине и не учитывает влияния остаточ­ ного магнетизма.

Характеристики холостого хода электрических машин могут быть выражены в виде показательных функций, что связано, однако, с трудностями при аналитическом решении уравнений. Иногда эти характеристики в относительных единицах описываются в виде формулы

его величина', при которой машина, вращающаяся на холостом ходу с номинальной скоростью при помощи постороннего привода, разви­ вает э. д. с., равную единице (т. е. номинальному напряжению).

Исследования показывают, что более точно стандартная харак­ теристика холостого хода синхронного двигателя может быть выра­ жена формулой

139