6.9 Методы определения изменения напряжения сг при набросе нагрузки

Основной целью определения изменения напряжения СГ при набросе нагрузки

является определение максимальной нагрузки, при включении которой провал

напряжения генератора не превышает допустимых норм. Обычно расчеты провалов

напряжения осуществляют для следующих режимов:

включения статической нагрузки;импульсной нагрузки;пуска асинхронного двигателя;переключения (включения) группы АД;грубой и точной синхронизации.

Определение изменения и провала напряжения осуществляют обычно с целым рядом

допущений, основные из них следующие.

1. До наброса нагрузки генератор работает вхолостую.. Это допущение оправдано различным влиянием на провал U предварительной нагрузки в зависимости от характера этой нагрузки. Работающие АД, увеличивая потребление от генератора реактивной мощности (вследствие их торможения), способствуют увеличению провала U, а включенная к моменту наброса статическая нагрузка, уменьшая потребление тока, способствует уменьшению провала.

2. Прямой пуск АД имитируют набросом постоянной по значению чисто индуктивной нагрузки. Это допущение приемлемо потому, что за весь период разгона двигателя до скольжения s«0,l ток, потребляемый им, остается примерно постоянным, а его реактивная составляющая равна 90—95% полного тока.

3. Частота вращения генератора (и частота тока) в переходном режиме не меняется. Это допущение правомерно, так как активная мощность, расходуемая при пуске двигателя, во много раз меньше активной мощности генератора, и приводной двигатель генератора обеспечивает практически постоянную частоту вращения.

Аналитический метод расчета провалов напряжения

Для расчета провалов напряжения этим методом необходимы следующие исходные данные: параметры генератора Xd, Xd', хД TV , T_dr", коэффициент к; параметр нагрузки х„.

В процессе пуска двигателя его ток 1д, имея индуктивный характер, изменяется мало и снижается лишь в конце разгона. Сопротивление двигателя г_д также неизменно в процессе разгона и лишь к его концу резко возрастает. Это позволяет рассматривать наброс асинхронной нагрузки как включение некоторого постоянного индуктивного сопротивления х_н. В этом случае явления в СГ аналогичны тем, которые имеют место при внезапном к. з. Постепенное проникновение потока реакции статора в ротор соответствует тому, что индуктивное сопротивление генератора в неустановившемся режиме не остается постоянным: вначале оно равно х/ (сверхпереходное продольное индуктивное сопротивление генератора), затем оно увеличивается до xj (переходный режим) и, наконец, достигает значения х^ (установившийся режим). В любой момент времени произведение тока на сумму индуктивного сопротивления генератора хд"

(или Xd¹ или Xd) и сопротивления нагрузки х_н будет равно э.д.с. генератора Е, а произведение тока I на сопротивление х_н будет равно напряжению на зажимах генератора Ur. В относительных единицах э. д. с. холостого хода синхронного генератора Е=1 и, значит напряжение генератора будет:

Поскольку набрасываемая нагрузка (асинхронный двигатель) принимается как чисто индуктивная (г_н=0) и равная х_ш то в относительных единицах x_H=l/Q_H=l/S_H (где Q_H, S_H — соответственно реактивная и полная мощности АД). Порядок расчета изменения напряжения следующие

1. Определяют U", U¹, Uy

2. Уточняют с учетом х_н значения T_d', T_d".

3. Подсчитывают ординаты кривых напряжения генератора для различных t

4. Строят график U(t) и определяют: мгновенный провал напряжения AUo=l-U", максимальный провал напряжения AU_m (если он больше мгновенного); время восстановления t_B напряжения до 0,95 U_H; время установления ty напряжения до 0,99Uн

Заметим, что провалы напряжения при пусках двигателей необходимо определять для наиболее тяжелых условий. К таким условиям относят случаи, когда на электростанции минимальное (из возможных) число параллельно работающих генераторов, а также когда пуск осуществляют от стояночного или аварийного генератора.

Дня уменьшения пусковых токов и, следовательно, снижения колебаний напряжения могут быть использованы специальные способы пуска АД: с активным сопротивлением в цепи статора, с переключением обмоток статора электродвигателя со «звезды» на «треугольник», с опережением перевозбуждения генераторов, с помощью реактора. Все эти способы уменьшают потребляемый АД ток при пуске, но требуют применения специальной коммутационной аппаратуры Существенного уменьшения провалов напряжения в СЭЭС достигают путем применения в СГ быстродействующих АРН (АРВ).

10. Назначение, структура и основные требования, предъявляемые к защите судовых электрических систем.

Объектами защиты в СЭЭС явл. как сама система так и отдельные ее элементы, генераторные агрегаты, преобразователи эл. энергии, распределительные щиты, кабельные трассы и т.д. Назначение – защита СЭЭС должна выявлять повреждение или ненормальный режим работы электроэнегретической системы, определять в ней место повреждения, производить необходимые отключения или обеспечить сигнализацию, при этом она не должна срабатывать при нормальных режимах СЭЭС (синхронизации, пуске ЭД), а также при повреждениях ее элементов. К защите предъявляют ряд требований:

-полнота защищенности, определяется обеспеченностью оборудования всеми видами защиты и степебю охвата ее частей средствами защиты. Для обеспечения этого требования устанавливают границы защищенных участков СЭЭС и на каждом из них определяют необходимый состав средств защиты.

- избирательность (селективность) защиты, состоит в том что защита отключает поврежденный элемент СЭЭС, а остальные части системы остаются включенными.

- быстродействие защиты необходимо для предотвращения вредных последствий к.з.

tс<tд.к. tс – время срабатывания, tд.к.- допустимое время существования к.з. Желательно чтобы tс=0, но при этом возможно ухудшение других свойств защиты – избирательность, надежность и т.д. Величину , tд.к. определяют след. факторы: пожароопасность и опасность для обслуж. персонала, разрушающее действие дуги на эл. оборудование, нарушение устойчивости работы СЭЭС и ухудшение качества эл. энергии

- чувствительность – свойство защиты выявлять повреждение или ненормальный режим и отстранение от ложных срабатываний в ненормальных режимах. Ее обеспечивает уставка аппарата защиты.

- надежность защиты оценивается вероятностью срабатывания защиты при повреждении или ненормальном режиме на защищаемом участке СЭЭС и вероятностью отсутствия ложного срабатывания срабатывания в ненормальном режиме, при повреждении вне зоны защиты.

Важнейшим требованием к аппаратам и устройствам защиты является устойчивость к электродинамическому и термическому действию токов к.з. К дополнительным требованиям относят компактность, удобство и т.д.

10. Объясните особенности построения системы алгоритмов управления судовыми электроэнергетическими системами, имеющими системы управления на базе микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Обычно структура управления СЭЭС осуществляется по иерархическому методу, включая от 3 до 5 уровней иерархии. Каждому уровню отводятся свои функции. Наибольшее применение получила 5 уровневая структура, содержащая 4,3,2,1,0 уровни. Самый высокий 4 уровень – управление всеми тех. средствами в целом.

Функции оператора – вахтенный судоводитель.

АУУ КСУ СТС – автоматическое управляющее устройство комплекной системой управления судовый технологических систем. ПУ – пульт управления. О – оператор. АУУ СУ СЭЭС – автомат. управляющее устройство СУ СЭЭС. СУ ГА1 – система управления генераторными агрегатами №1. АРЧ, АРН, АРЗ ГА1 – автомат. регулирование частоты, напряжения, защиты ГА№1. ЗОФН – блок защиты от обрыва фазы и сигнализации об исчезновении напряжения. 1- блок контроля и защиты приводного двигателя. 2,3- блоки управления (синхронизация, пуск, распределение нагрузки)

3 уровень – групповой, т.к. управление СТС обеспечивается в различных подсистемах. На нем обеспечиваются функции:

- выбор режима и поределение состава ГА в зависимости от режима работы судна

- определение приорететноссти ввода ГА, а также отключение электроприемников

- ввод судовой станции в работу

- автономный запуск аварийной эл. станции.

2 уровень – локальных систем управления, включает в себя управление отдельными элементами оборудования СЭЭС. На этом уровне обеспечивается управление ГА в блоках 1,2,3. Здесь СУ выполняется в виде функциональных блоков 1,2,3 или комплексное устройство процессов или контроля.

1 уровень – уровень локальных средств автоматизации, включающий в себя регуляторы защиты, блокировки и системы сигнализации.

0 уровень – определяет воздействие СУ на объект управления (СЭЭС) и обратное информация о состоянии поступает в СУ СЭЭС уровень взаимодействия. На этом уровне установнены ИМ и устройства отрабатывающие команды СУ, поступающие с более высоких уровней. Датчики и реагирующие органы, поставляющие информацию о состоянии СЭЭС в СУ СЭЭС. В соответствии с регистром объем автоматики на судах со знаком А1 предполагает наличие всех 5 уровней иерархии. На судах со знаком А2 – не менее 3 уровней. Реализована в виде системы управления СЭЭС ИЖОРА-М.

10. Защита генераторов от перегрузки, токов короткого замыкания, перехода в двигательный режим понижения напряжения и частоты.

Защита генераторов от перегрузки и токов КЗ осуществляется обычно с помощью селективных, универсальных и установочных выключателей имеющих соответствующее время, токовые характеристики.

Указанные АВ откл Г в зоне КЗ отключая их за время 0,005-1,0с. При значениях тока перегрузки до 2 Iн . АВ обеспечивают отключение защищаемого объекта за несколько минут.

Для Г мощностью до 50 кВт допускается применение плавких предохранителей .

Для большей части отечественных Г. и приводных турбин допускается время работы при перегрузке в 10,25 и 50 % составляет соответственно: 2 часа; 30 мин; 5 мин. Для вспомогательных дизелей допускается работа в течении 1 часа при перегрузке 10%.

Поэтому уставки параметров защиты и ее структура для дизель и турбо Г. могут различатся.

На судах отечественной постройки для защиты Г. с их приводными дизелями при перегрузке в зоне 0-30%, кроме АВ применяют устройства разгрузки генераторов типа УРГ и УРЗ.

Устройство УРГ срабатывает при нагрузке Г. на 10-15% его номинального значения.

Для исключения ложных срабатываний устройство при пуске асинхронных коротко замкнутых двигателей, генератор откл не сразу, а с выдержкой времени 3:10с для первой группы потребителей электроэнергии и 2:5с для последующих групп.

Потребители каждой группы подключаются к соответствующим шинам через АВ, на отключающую катушкуподается импульс от УРГ (рис1)

Устройство состоит из датчика активного тока ДАТ электронного реле режима ЭРР исполнительных реле Р1, Р2, Р3 трех ступеней отключения потребителей. К реле времени РВ1, РВ2, РВ3.

На структурной схеме УРГ,(рис.2) обозначены Ia, Iз выходного сигнала датчика активного тока с током уставки; t3, t31, t33 – временные задержки на включение реле Р и на отключение первой, второй, третьей группы потребителей электроэнергии.

В аварийных Г. целесообразно учесть сигнализацию о перегрузке

Защита генераторов от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью реле обратной активной мощности или реле обратного активного тока, которые подают питание на отключающий расцепитель АВ.

Выдержка времени реле устанавливается обычно ближе к максимальной во избежание ложных отключений генераторов при включении их на параллельную работу, когда могут быть кратковременныетоки обратной мощности. Выдержки времени реле обратной мощности составляют 0,7-1,5с для дизель генераторов и 3-5с для турбогенераторов.

Утавки по обратной мощности составляют 8-15% Pнг для ДГ и 2-6% Pнг для турбогенераторов.

Для отечественных ГА: для ДГ с наддувом 15% Pнг, для ДГ без наддува 10% Pнг; для ТГ 3-5% Pнг.

Мощность необходимая для привода турбины со стороны Г. с синхронной частотой вращения, меньше, чем для привода дизеля. Этим объясняется разница в настройке защиты по обратной мощности для ДГ и ТГ.

Следует отметить, что при переходе Г. в двигательный режим направление их вращения не изменяется.

Длительное снижение напряжения более чем на 10% или частоты на 5% генераторов СЭЭС недопустимо по условиям работы потребителей электрической энергии. В практике такие случаи редки, а снижение напряжения и частоты обычно происходит одновременно. С учетом последнего последнего обстоятельства генераторные АВ снабжаются нулевым расцепителем, который при снижении напряжения до 85% номинального срабатывает.

6.13 Судовые преобразователи электроэнергии.

В СЭЭС для питания отдельных потребителей, имеющих параметры, отличные от параметров ГРЩ, используются различные преобразователи энергии.

По исполнению их принято делить на 2 вида:

• вращающиеся (электромашинные)

• статические (неподвижные) преобразователи.

Рассмотрим наиболее распространенные на судах виды преобразователей электроэнергии:

Электромашинные преобразователи до сегодняшнего дня широко применяются, особенно на судах старой постройки. Они используются для преобразования постоянного тока в переменный ток, переменный ток одной частоты – в переменный ток другой частоты. В соответствии с назначением их принято делить на 4 группы:

• преобразователи электрического тока одного уровня напряжения в другое (трансформаторы)

• преобразователи переменного тока в постоянный (выпрямители)

• преобразователи частоты (делители и умножители частоты)

• преобразователи постоянного тока в переменный (инвертор).

Трансформаторы являются статическими электромагнитными аппаратами. На судах используются только понижающие трансформаторы. На очень ограниченном количестве судов – повышающие трансформаторы. (суда специального назначения). На судах используются только сухие трансформаторы, одно- и трехфазного исполнения. Масляные трансформаторы не применяются, и в случае необходимости требуют специального согласования Регистром.

Чаще всего на судах используется схема соединения  -  или  - . Другие схемы соединений также требуют согласования с Регистром. Трансформаторы бывают 2-х, 3-х и многообмоточные.

Выпрямители. Сегодня применяются в основном статические выпрямители. Электромашинные выпрямители, работающие по схеме мотор – генератор, имеют очень ограниченное применение. Только в качестве подзаряжающих агрегатов аккумуляторных батарей или сварочных агрегатов. Как правило, используются ГПТ смешанного или параллельного возбуждения.

Статические выпрямители используются с различными схемами соединения и выполнены на базе диодов. На судах старой постройки до сегодняшнего дня эксплуатируются селеновые мосты. На современных судах выпрямители выполняются на базе кремниевых и германиевых полупроводников.

При необходимости регулирования выхода тока и напряжения используют тиристоры или управляемые диоды, но их применение ограничивается только теми электроприемниками, которые не очень критичны к форме выпрямленного тока.

В зависимости от требований к питанию (качество постоянного тока) широко применяются различные схемы выпрямления.

• Однополупериодная схема выпрямления

• Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой.

• Двухполупериодная мостовая.

• Трехфазная (3-х диодная).

• Трехфазная (6-диодная) (схема Ларионова).

Тиристоры могут заменять диоды.

На рис. 18, 19, 20 представлены различные схемы выпрямления.

На рис. 22 представлена схема подзарядного агрегата, который используют не только для подзаряда, но и для электроснабжения постоянным током.

Преобразователи частоты: применяются электромашинные и электромеханические преобразователи.

В первом случае используется схема мотор – генератор, когда двигатель потребляет постоянный и переменный ток с одной частотой, а генератор вырабатывает переменный ток с другой частотой. Но чаще используются статические преобразователи частоты: делители и умножители частоты.

Инверторы – осуществляют обратную выпрямлению функцию.

Различают два вида инверторов: ведомые и автономные.

Ведомые – частота задается судовой сетью.

Автономные – используется задающий генератор.

На отечественных судах широкое применение получил выпрямительный агрегат ВАКЗ 1-40М (выпрямительный агрегат кремниевый зарядный морского исполнения, 40 – значение номинального выпрямленного напряжения).

Его параметры: Uпит.сети = 220 / 380 В, частота f = 50 Гц, потребляемая мощность 1.8 КВА, к.п.д. = 0.8, cos  = 0,72.

Номинальный вторичный ток = 25 А, точность стабилизированного выпрямленного напряжения U = 10 %.

Агрегат имеет брызгозащитное исполнение, естественное воздухоохлаждение, и рассчитан на длительный режим работы.

Функциональная и структурная схема представлена на рис. 24.

Конструктивно агрегат содержит следующие элементы:

1. Трехфазный трансформатор (редко однофазный), используемый для понижения напряжения и питания схемы управления СУ. Схема предусматривает возможность переключения обмотки из  в  и на оборот.

2. Тиристорный выпрямительный блок БВУ сделан по схеме Ларионова.

В схему управления входит датчик тока (представляет собой магнитный усилитель), блок автоматики БА, блок выходных каскадов БВК, диодный коммутатор ДК, 6 блоков формирующих импульсы БФИ, блок стабилизации БСТ и блок питания.

Диодный коммутатор ДК служит для формирования пилообразного напряжения. В нем используется заряд конденсатора постоянным током с последующим его разрядом через коммутирующие диоды. Это позволяет обеспечить независимость работы коммутатора от значения Uвых. и Uвход.

Блок БФИ представляет собой транзисторный формирователь импульсов на базе усилителя, вырабатывающий импульсы с подвижным передним фронтом. Блок БВК обеспечивает усиление по мощности управляющих импульсов, подаваемых в сеть тиристора.

Информация, поступающая от датчика тока, поступает в блок стабилизации тока. БСТ предназначен для регулирования значений выходного тока агрегата. Кроме этого, блок БСТ дополнительно несет функцию защиты от внешних и внутренних к.з., при этом значение требуемого выходного тока регулируется изменением коэффициента обратной отрицательной связи. Агрегат выполнен в виде шкафа, на лицевую панель которого выведены амперметры, вольтметры, лампочки, ручки потенциометра обратной связи и пакетный переключатель.

Схема подключения ВАКЗ к судовой сети нарисована на рис. 22. Внешний вид вращающегося преобразователя представлен на рис. 25.

6,14Обеспечение начального возбуждения СГ. У генераторов с самовозбуждением начальное возбуждение является одной из самых сложных задач. В тех случаях когда самовозбуждение генератора происходит нормально, без принятия дополнительных мер, САРН обычно оснащается только цепью подмагничивания ротора от постороннего источника на случай потери или снижения по каким-то причинам остаточного намагничивания ротора. Чаще всего это имеет место при сильных ударных воздействиях генератора, например: режим к.з.

Иногда потери начального намагничивания происходят из-за длительного простоя генераторов, поэтому все генераторы с самовозбуждением обычно дополняются различными средствами обеспечения начального возбуждения.

Например:

Первый способ (рис. 48): источник начального возбуждения подключается в виде ГНВ или аккумуляторной батареи. Наличие ГНВ определяется неустойчивым начальным возбуждением. Аккумуляторные батареи применяют только в тех случаях когда самовозбуждение, как правило, устойчивое, но потеряно в результате длительного простоя.

Второй способ. В САРН с электромагнитным суммированием используется резонансный контур LC (рис. 49). Параметры индуктивности и конденсатора подбираются таким образом, чтобы после пуска генератора и доведения частоты вращения до скорости, соответствующей резонансной частоте f = 47÷48 Гц, в данном контуре возникал резонанс напряжений. В результате значение напряжения на индуктивности или дросселе в условиях резонанса оказывается выше, чем соответствующее значение I_u, обусловленное обмоткой W_н в режиме х.х., т.е.

Uc = UL > Ехх,

таким образом, в суммирующей обмотке искусственно вызывается импульс искусственно повышенного напряжения, позволяющий пройти критическую зону АВ на кривой намагничивания (рис. 50).

Третий способ. Исключение из работы компаундирующего дросселя L из начального возбуждения (рис. 51). Так, при пуске генератора по ОВ протекает малый ток, не вызывающий срабатывания реле КА, и в результате размыкающий контакт КА замкнут, шунтируя дроссель L, за счет этого повышается составляющая Iu, т.к. из нее вычитается падение напряжения на дросселе.

После того как ЭДС в обмотке Wн поднимается в результате возбуждения генератора, ток в реле КА также возрастает, приводя к размыканию контакта КА, приводя к выведению (шунтирующего) дросселя.

Четвертый способ. В СГ, не имеющих СВАРН используется падение сопротивления цепи возбуждения с помощью тиристорного преобразователя, который включается между корректором и обмоткой возбуждения (рис. 52).

Так, при пуске генератора значение ЭДС холостого хода оказывается достаточным для открытия тиристора UZ2, преобразующего переменный ток генератора в постоянный ток возбуждения. В начальный момент пуска генератора напряжение на зажимах мало соответствует номинальному. UZ2 закрыт и корректор напряжения не участвует в работе, реле корректора напряжения также подключено и через его размыкающий контакт КА и выпрямитель UZ1 от генератора напрямую поступает управляющий импульс на UZ2. UZ2 открывается, приводя к самовозбуждению генератора.