книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

в первичном токе переходного режима апериодическая составляющая. Несколько возрастает І1]б и при понижении частоты первичного тока, с чем следует считаться в гребных электрических установках перемен­ ного тока.

Чтобы дифференциальная защита работала селективно, ее следует отстроить от тока небаланса, т. е. принять

^ср I нб-

На рис. 6.26, б приведена принципиальная схема дифференциальной защиты генератора. Предполагается, что в зону защиты включены ге­ нератор и кабель, соединяющий его с выключателем.

Защита срабатывает при двух- и трехфазных к. з. в зоне защиты. В системах с глухим заземлением нейтрали защита срабатывает также при однофазных к. з. на корпус судна.

В системах с незаземленной нейтралью однофазные к. з. на корпус исключены; в таких системах при замыкании на корпус одной из фаз ток замыкания очень мал (равен току утечки) и защита срабатывать не будет. В системах с изолированной нейтралью для защиты достаточ­ но четырех трансформаторов тока. При установке шести трансформато­ ров тока, как это показано на схеме, два их них должны рассматривать­ ся как резервные. Трансформаторы тока дифференциальной защиты мо­ гут одновременно использоваться для подключения измерительных приборов, так используются они, например, на дизель-электроходе «Россия».

Чтобы защита не срабатывала под действием тока небаланса и не срабатывала при обрыве провода вторичной цепи, когда в цепи реле может появиться ток, соответствующий номинальному току генератора, принято выбирать / сз ж 1,3/г. ном.

Гашение магнитного поля синхронных генераторов

Под гашением магнитного поля генератора понимают процесс не­ прерывного уменьшения поля машины до заданного значения с тем, чтобы понизить э. д. с. генератора до заданной величины.

При повреждении изоляции внутри генератора или на его выводах, что на судах, как известно, наблюдается, к месту повреждения устрем,- ляются токи короткого замыкания. В этих условиях важно не только отключить генератор от сети, но и погасить его поле, для того чтобы ограничить размеры аварии, спасти обмотку и железо генератора от полного сгорания.

Погасить поле ротора необходимо и тогда, когда в результате по­ вреждения изоляции ротора закорачивается часть витков его обмотки, магнитная симметрия нарушается и возникает вибрация машины.

К автоматическим устройствам, обеспечивающим гашение поля ге­ нераторов (автоматам гашения поля), предъявляют требования:

быстроты действия, чтобы возможно скорее снизить э.д.с. генерато­ ра до значения £ г.мин, при котором электрическая дуга в месте повреж­ дения, погаснув, не загорится вновь;

307

сохранения напряжения на кольцах ротора во время гашения поля в допустимых границах, безопасных для его изоляции.

Гашение поля электрических машин особенно широко используется

всхемах электродвижения судов, причем быстрое гашение поля машин

вэтих установках крайне необходимо не только при повреждениях в ма­ шинах, но и для ускорения маневренных режимов судов (реверс двига­ телей) .

Быстрое гашение поля генераторов может рассматриваться также как средство уменьшения отключаемого выключателем тока к. з., т. е. как средство уменьшения тока к моменту размыкания контактов вы­ ключателя, что облегчает работу его контактов и дугогасительных устройств, так как с уменьшением тока уменьшается время горения дуги и энергия, рассеиваемая дугой.

Известно довольно много способов гашения поля. Наиболее распро­ страненные из них: разрядом энергии на активное сопротивление, раз­ рядом энергии на дугогасительную решетку и гашение поля путем противоключения возбудителя (путем реверсирования возбуждения).

При гашении поля разрядом энергии на активное сопротивление в нужный момент, определяемый срабатыванием защиты генератора, замыкается контакт 1 (рис. 6.27, б) и размыкается с минимальным интервалом времени контакт 2. При этом обмотка возбуждения вклю­ чается на сопротивление R и отсоединяется от возбудителя. Ток

308

в обмотке начинаетуменьшаться (рис. 6-27, а). Свободный процесс затухания тока описывается уравнением

Ті = щ^~г-----постоянная времени контура цепи возбуждения, замк­

нутого на сопротивление R.

Из уравнения (6.4) непосредственно следует, что сопротивление R нельзя брать малым, так как тогда будет мала скорость спада тока в кон­ туре возбуждения и велико время гашения поля. Активное сопротивле­ ние нельзя взять и очень большим — тогда будет велико наибольшее

Принято брать R = (4 - е 5)гхд л я цепи возбуждения напряжением ПО—220 в и R = (7 -г- 8)/-х для цепей напряжением 24—48 в (гг — сопротивление обмотки возбуждения в горячем состоянии).

Гашение поля генераторов с самовозбуждением (рис. 6.27, б) воз­ можно как путем закорачивания блока вентилей на выходе (замыкание контакта 1), так и при помощи замыкания блока на входе (контакты 3) при одновременном размыкании как в первом, так и во втором вариан­ тах контакта 2.

В первом варианте обмотка возбуждения генератора лишается пи­ тания и включается на сопротивление R, во втором —она лишается пи­ тания, включается на сопротивление R и, кроме того, на нелинейное сопротивление вентилей, что дополнительно несколько сокращает вре­ мя гашения поля.

Время гашения поля можно существенно уменьшить, если подклю­ чить к зажимам обмотки ротора не постоянное сопротивление R, а не­ линейное сопротивление с характеристикой, зависящей от величины протекающего тока, например сопротивление типа вилита.

Еще лучших результатов можно добиться, подключая к обмотке воз­ буждения в нужный момент деионную решетку, как это показано на рис. 6.28, а. При срабатывании защиты замыкается контакт 1, размы­ кается контакт 2 и обмотка возбуждения отсоединяется от возбудителя, оставаясь на некоторое время замкнутой на небольшое сопротивление г.

309

После размыкания контакта 2 практически сразу размыкается и кон­ такт /; при этом образуется электрическая дуга, которая втягивается в деионную решетку и дробится в ней на ряд коротких (2—3 мм) элект­

уменьшающемся значении U, как это имеет место при разряде энергии

на сопротивление R.

В рассматриваемом случае изменение тока описывается уравнением

Рис. 6.29. Гашение поля генератора путем реверсирования тиристорного возбудителя:

а — схема реверсивного тиристорного возбудителя; б — осциллограмма гашения поля генератора МСА-72 при разомкнутой цепи статора; в — то же, но при цепи статора, замкнутой на сопротивление; U — напряжение на кольцах ротора; і — ток в цепи

возбуждения; Пет — напряжение на зажимах статора генератора

310

Г Л А В А 7

Параллельная работа источников электрической энергии

§ 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Питание потребителей электрической энергии возможно как при автономной, так и при параллельной работе генераторных агрегатов. В случае параллельной работы источников электрической энергии на судах уменьшается количество коммутационных аппаратов и кабель­ ных перемычек, уменьшаются вес и габариты распределительных устройств, упрощаются их схемы, обеспечивается бесперебойное снаб­ жение потребителей электрической энергией. Параллельная работа генераторных агрегатов позволяет переводить нагрузку с одного гене­ ратора на другой без перерыва питания, а при пиковом характере нагрузки уменьшаются отклонения напряжения от номинальной ве­ личины. Возможно также достигнуть лучшего использования установ­ ленной мощности генераторных агрегатов и тем самым снизить расход топлива судовой электрической станции. Все сказанное и привело к широкому применению параллельной работы судовых источников электрической энергии, несмотря на наличие некоторых присущих ей недостатков. К числу наиболее существенных из них следует отнести: необходимость более квалифицированного обслуживания агрегатов судовой электрической станции при их включении и работе, увеличе­ ние токов короткого замыкания и усложнение защиты. По мере износа первичных двигателей усложняется задача распределения нагрузки между машинами.

§ 7.2. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ИСТОЧНИКОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

На судах находят применение генераторы с параллельным, незави­ симым, смешанным возбуждением и генераторы с системами автомати­ ческого поддержания постоянства напряжения.

Рассмотрим параллельную работу таких генераторов. Генераторы с независимым возбуждением. Рассмотрим случай па­

раллельной работы двух одинаковых генераторов с независимым воз­ буждением, внешние характеристики которых приведены на рис. 7.1. Характеристики I я II имеют разные наклоны вследствие того, что при изготовлении у них получаются различными: магнитные характерис-

312

тики, обусловливаемые заводскими допусками на материалы, штампы и прочее; сопротивления цепи якорей; сдвиги щеток с физической нейт­ рали и, наконец, характеристики двигателей, приводящих во враще­ ние генераторы.

Допустим, что токи возбуждения генераторов 1 и 2 имеют такие зна­ чения, при которых электродвижущие силы при холостом ходе равны

не изменяя наклона характеристики генераторов, у одного из них, например у генератора 2, увеличить ток возбуждения, то новая ха­ рактеристика II этого генератора переместится вверх параллель­ но самой себе (рис. 7.2). Можно ток возбуждения этого генера­ тора подобрать так, что при общем токе нагрузки обоих генераторов, равном /н, он распределится между ними поровну: Г{ = Г2. Тогда при

313

меньших нагрузках ток по-прежнему будет распределяться неравно­ мерно, причем в этом случае меньшая нагрузка будет у генератора 1. При токе нагрузки, равном нулю, как можно видеть из рис. 7.2, пер­ вый генератор перейдет в двигательный режим и будет потреблять ток, равный —/'", в то время как второй генератор будет работать в генера­ торном режиме при токе нагрузки + / ' ! Напряжение на шинах будет

равно U'".

Для того чтобы нагрузка поровну распределялась между генерато­ рами при различных ее значениях, необходимо, чтобы внешние харак­ теристики генераторов совпадали. Добиться даже у одинаковых гене­ раторов полного совпадения характеристик по указанным выше при­ чинам не представляется возможным. Однако в известных пределах, достаточных для целей практики, распределение нагрузки можно улучшить. Для этого прежде всего необходимо добиться возможно более близкого совпадения внешних характеристик двигателей, приводящих во вращение генераторы. После этого, если характеристики генерато­ ров не слишком расходятся, доводку их можно осуществить поворо­ том щеток генераторов на углы, не влияющие существенно на комму­ тацию. Для сближения характеристик, т. е. получения одинакового наклона их, следует повернуть щетки у генератора 1 в сторону враще­ ния, а у генератора 2 — в противоположную сторону. При этом, как известно из теории электрических машин постоянного тока, продоль­ ная реакция якоря и реакция добавочных полюсов у генератора, у ко­ торого щетки будут повернуты в сторону вращения, увеличат падение напряжения в генераторе при увеличении нагрузки. У генератора же, у которого щетки будут повернуты против вращения, наоборот, уменьшится падение напряжения. Характеристики сблизятся между собой. На практике обычно этим способом удается сблизить ха­ рактеристики генераторов без существенного ущерба для их коммута­ ции. Правила Регистра СССР требуют, чтобы при параллельной работе генераторов нагрузка между ними распределялась пропорционально их мощностям, с отклонением, не превосходящим ± 10% номинальной мощности машин. Таким образом, при параллельной работе двух ге­ нераторов неодинаковой мощности необходимо получить пропорцио­ нальное их мощностям распределение нагрузки. Для этого внешние характеристики генераторов с учетом приводных двигателей должны иметь одинаковый в процентном отношении наклон при изменении на­ грузки от нуля до номинальной для каждого генератора.

Следует иметь в виду, что неравенство нагрузок и величины урав­ нительных токов при параллельной работе генераторов возрастают с уменьшением статизма, наклона внешних характеристик генераторов. При астатических характеристиках она становится невозможной без применения дополнительных мер.

Иногда, при жестких внешних характеристиках мощных генера­ торных агрегатов не удается осуществить хорошего распределения на­ грузки между ними при параллельной работе генераторов. В таких случаях существенную пользу могут оказать уравнительные соедине­ ния, включенные между якорями и добавочными полюсами генерато­ ров.

314

На рис. 7.3, а приведена принципиальная схема параллельной ра­ боты двух шунтовых генераторов без уравнительного провода (УП). Если генераторы одинаковой мощности и сопротивления цепи якорей их равны Rn1 = Rh2 = R n и если, кроме того, э. д. с. первого генера­ тора Ег будет несколько больше э. д. с. Е 2второго генератора,то между генераторами возникает уравнительный ток / ур, равный:

/

Еі —Е2

у р —

2/?я

Этот ток будет проходить через якоря и добавочные полюса машин так, как это показано стрелками на рис. 7.3, а.

Рис. 7.3. Уравнительный ток при параллельной работе двух шунтовых генераторов постоянного тока:

а — без УП; б — с УП между якорями и добавочными по­ люсами машин

При параллельной работе мощных машин, у которых сопротивле­ ния цепи якорей малы, даже при небольшой разности э. д. с. величина уравнительного тока / ур может достигать весьма большого значения. Тогда генератор с большей э. д. с. Еъ нагруженный суммой токов Іх =

При включении УП малого сопротивления (рис. 7.3, б) уравнитель­ ный ток пойдет по пути наименьшего сопротивления (через УП) и не будет заходить в обмотки добавочных полюсов машин. Благодаря это­

315

му ток якоря первого генератора окажется больше тока обмотки его добавочных полюсов, вследствие чего коммутация у этого генератора станет замедленной и возникшая реакция коммутационных токов вы­ зовет уменьшение потока Ф2 и э. д. с. Ег якоря машины.

У второго генератора, наоборот, ток якоря будет меньше тока до­ бавочных полюсов. Это вызовет ускоренную коммутацию у генератора и соответственно реакцию коммутационных токов, которая увеличит поток Ф2 и э. д. с.

личение нагрузки у одного генератора, например у первого, при соот­ ветствующем уменьшении ее у другого, приведет к увеличению электро­ движущей силы у первого генератора и к снижению у второго. Это, в свою очередь, приведет к еще большей неравномерности распределе­ ния нагрузки и т. д. Введение УП с малым сопротивлением, включенного между якорями машин и обмотками последовательного возбуждения (ОВП) (рис. 7.4), приводит к выравниванию нагрузки. Если прене­ бречь сопротивлением УП, то благодаря одинаковому сопротивлению ОВП ток между ними распределится поровну и неравенство токов яко­ рей генераторов никак не будет сказываться на токе последовательных обмоток.

Естественно, что при осуществлении параллельной работы генера­ торов со смешанным возбуждением необходимо соблюсти обязательное условие: сопротивление уравнительного соединения должно быть су­ щественно меньше сопротивления последовательных обмоток возбуж­ дения. В противном случае эффективность уравнительного соединения может оказаться недостаточной и не удастся достигнуть устойчивой параллельной работы генераторов со смешанным возбуждением.

Параллельная работа генераторов, снабженных автоматическими регуляторами напряжения. Внешние характеристики генераторов постоянного тока, снабженных АРН, имеют вид, представленный на рис. 7.5. Наклон этих характеристик к оси абсцисс определяется ве-

316