Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое короткое замыкание в асинхронных двигателях

Что такое короткое замыкание в асинхронных двигателях

Цель исследования: разработка рекомендаций по учёту шунтирующего действия асинхронных электродвигателей при коротких замыканиях в низковольтных электроустановках переменного тока.

Актуальность задачи: Опыт эксплуатации низковольтных электроустановок на электроэнергетических объектах свидетельствует о периодически возникающих случаях несрабатывания защитных аппаратов при коротких замыканиях (КЗ). В результате, от продолжительного термического воздействия происходит возгорание кабелей, нарушается нормальная работа электроустановки.

Одной из причин несрабатывания защитных аппаратов при КЗ, не нашедшей отражения в действующей методике расчета КЗ, являются особенности электромеханических переходных процессов асинхронных двигателей (АД). Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что при КЗ АД может вызвать снижение тока КЗ, шунтируя короткозамкнутую ветвь. Этот эффект проявляется в случаях, когда остаточное напряжение на шинах, к которым подключен АД, не снижается до нуля. Разработка расчётной методики, позволяющей учесть эффект шунтирования, позволит повысить точность расчетов коротких замыканий, увеличить достоверность оценки чувствительности защитных аппаратов и увеличить надёжность работы электроустановки в целом.

Выбор проводников и аппаратов на основе рекомендаций действующей методики, не предполагающей учет шунтирующего эффекта АД, приводит к завышению требований по термической стойкости. Определение интеграла Джоуля для проверки проводников по термической стойкости с учетом шунтирующего действия АД позволит избежать образования неоправданного запаса при выборе сечения кабелей.

Учитывая широкое применение асинхронных двигателей в качестве электропривода, а также большую распространённость низковольтных электроустановок, проведённая работа по созданию методики учёта действия АД на снижение тока КЗ является актуальной.

Методы исследования:

методы математического моделирования исследуемой электроустановки на основе теории обыкновенных дифференциальных уравнений в форме Парка-Горева;

расчётно-теоретическое исследование процессов короткого замыкания с использованием реализованных в специализированной вычислительной среде MATLAB моделей;

натурные эксперименты на действующей электроустановке на базе ТЭЦ МЭИ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработаны рекомендации по учёту шунтирующего действия АД при расчёте тока КЗ в низковольтных электроустановках переменного тока для

проверки чувствительности защитных аппаратов;

проверки кабелей.на термическую стойкость и невозгораемость

Выявлены факторы, усиливающие и снижающие шунтирующий эффект АД. Предложенные рекомендации были реализованы в специализированной программе для расчёта токов КЗ в низковольтных электроустановках GUEXPERT , разработанной на кафедре «Электрические станции» Московского энергетического института (технического университета), которая широко применяется в ряде ведущих проектных организаций России и стран СНГ, таких как «Теплоэлектропроект», «Атомэнергопроект», «Мосэнергопроект» и др.

В работе получены следующие основные результаты

2. Разработана методика экспериментального исследования шунтирующего эффекта АД, которая использовалась для получения опытных данных на действующей электроустановке.

3. Произведена оценка шунтирующего эффекта АД. При этом было определено, что

асинхронные двигатели, работающие с малым коэффициентом загрузки, можно не учитывать при эквивалентировании двигателей сборки для учёта эффекта шунтирования, т.к. они практически не оказывают шунтирующего действия на ток КЗ;

шунтирующий эффект эквивалентного АД сборки при КЗ пропорционален остаточному напряжению на шинах сборки;

после окончания подпитки КЗ шунтирующий эффект эквивалентного АД сборки увеличивается по мере уменьшения его сверхпереходной ЭДС по зависимости, близкой к экспоненциальной

4. Разработаны рекомендации по учёту шунтирующего эффекта АД:

при проверке групповых кабельных линий на термическую стойкость и одиночных кабельных линий на невозгораемость, рекомендуется учитывать шунтирующий эффект АД в случаях, если

а) остаточное напряжение на питающих шинах при КЗ превышает 0,4* U НОМ;

б) мощность эквивалентного АД сборки составляет более 40 % от мощности трансформатора

При этом шунтирующий эффект учитывается определением тока шунтирования в статорной обмотке эквивалентного АД сборки по выражению (см. автореферат диссертации)

при оценке чувствительности защит со временем срабатывания более 20 мс рекомендуется учитывать шунтирующей эффект АД. При этом шунтирующий эффект рекомендуется определять по току шунтирования в статорной обмотке эквивалентного АД сборки по тому же выражению, приняв сверхпереходную ЭДС эквивалентного АД равной нулю через 20 мс с начала КЗ

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Гусев Ю.П., Чо Г.Ч. Исследование токов от асинхронных двигателей при дуговых коротких замыканиях в электроустановках напряжением 0,4 кВ // Радиоэлектроника, Энергетика и Электротехника: Тез. докл. Седьмой Междунар. науч. — техн. конф. студентов и аспирантов 27-28 февраля 2001 г.: — В 3 т. – М., 2001.- Т. 3. – С. 341.

Читать еще:  Газ 3309 евро 4 неисправности двигателя егр

Учёт подпитки синхронных и асинхронных электродвигателей при расчёте токов короткого замыкания

Страницы работы

Содержание работы

Точка КЗ в СЭС может питаться не только от ЭЭС или отдельных электростанций, но и от электродвигателей, которые при внезапном КЗ в СЭС продолжают по инерции вращаться, переходят в генераторный режим и генерируют ток к месту повреждения. В переходном процессе этот ток у синхронного двигателя спадает до установившегося значения (определяется током возбуждения), у асинхронного двигателя — до нуля. Увеличение тока в месте КЗ из-за перехода двигателей в генераторный режим может быть весьма существенным, если мощный двигатель или группа двигателей подключены вблизи точки КЗ, что характерно для сетей и электроустановок напряжением 6-10 кВ с двигателями мощностью 1000 кВт и более.

При расчете токов КЗ обычно учитывают только те двигатели, которые связаны с местом КЗ непосредственно через КЛ или токопроводы, линейные реакторы или двухобмоточный трансформатор. Не учитывают токи, генерируемые двигателями, подключенными к секции промышленной подстанции, которая связана с другой секцией, где имеется КЗ, через трансформатор с расщепленной обмоткой или через сдвоенный реактор. В этом случае надо учитывать токи только тех двигателей, которые присоединены ко второй секции.

Ток, генерируемый двигателями, учитывают при проверке аппаратов и проводников РУ 6-10 кВ по условиям КЗ, а также при расчете релейной защиты электроустановок. С этой целью определяют сверхпереходный ток двигателя , ударный ток , а также периодическую , и апериодическую , составляющие тока в любой момент t переходного процесса и в момент t отключения КЗ. При определении токов, генерируемых двигателями в случае КЗ, за базисные величины принимают номинальные напряжения и мощность (ток) двигателей.

Методика расчета токов КЗ с учетом электродвигателей зависит от места их размещения в расчетной схеме. Расчетные схемы могут быть двух видов:

1) радиальные, в которых каждый двигатель связан с точкой КЗ индивидуальным внешним сопротивлением (рис. 5.13, а);

2) сложные, в которых точка КЗ находится за общим сопротивлением группы двигателей (рис. 5.13, б) или за общим сопротивлением группы двигателей и системы (рис. 5.13, в).

При включении по радиальной схеме разнотипных двигателей их следует учитывать индивидуально. Остальная часть схемы должна быть преобразована относительно точки КЗ для определения ее результирующего сопротивления и расчета соответствующего тока КЗ /З.

В случае асинхронного двигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ с учетом внешнего сопротивления, через которое двигатель подключен к сборным шинам подстанции, определяется выражением

(5.21)

где — сверхпереходная э.д.с. двигателя, определяемая по формуле (5.1); — сверхпереходное сопротивление двигателя, определяемое по формуле (2.1). При отсутствии исходных данных приближенно считают, что = 0,9.

Полное внешнее сопротивление можно не учитывать при (сопротивление кабелей длиной не более 200-300 м и сечением не менее 50-70 мм 2 ). В этом случае при расчетах сверхпереходный ток находят по формулам:

Рис. 5.13. Расчетные схемы с электродвигателями

для асинхронных двигателей (кроме серий ВДД и ДВДА)

(5.22)

для таких же двигателей серий ВДД и ДВДА

(5.23)

Если внешнее сопротивление > то его необходимо учитывать в расчете. При этом сверхпереходный ток определяют по формулам:

для асинхронных двигателей (кроме серий ВДД и ДВДА)

(5.24)

для таких же двигателей серий ВДД и ДВДА

(5.25)

Периодическая составляющая тока КЗ, создаваемая асинхронным двигателем в произвольный момент времени переходного процесса, определяется выражением

(5.26)

где — расчетная постоянная времени периодического тока двигателя при КЗ на его зажимах (табл. 5.2). Для двигателей серии АТД

где — номинальное скольжение, %.

Если внешнее сопротивление, через которое двигатель подключен к сети, учитывают, то постоянную времени, входящую в (5.26),. определяют по формуле

(5.27)

Таблица 5.2. Значения постоянных времени и ударных коэффициентов асинхронных двигателей при КЗ на их зажимах

Читать еще:  Шевроле ланос глухой стук в двигателе

Режим короткого замыкания АД

Если теперь ротор оставить неподвижным, а его обмотку замкнуть, то будет иметь место короткое замыкание АД, подобное короткому замыканию трансформатора. Этот режим имеет место в первый момент пуска АД, когда ротор еще не пришел во вращение. Ток ста-тора АД при коротком замыкании составляет (4…7) ?н, поэтому во избежание чрезмерного нагревания и повреждения изоляции обмоток двигатель нельзя длительно оставлять при коротком замыкании под полным напряжением.
Часть картины распределения магнитных полей АД при коротком замыкании показана на рис.1 (б).

Рис. 1 — Распределение магнитных полей заторможенного асинхронного двигателя при коротком замыкании

Основной магнитный поток Фо создается в этом режиме совместным действием МДС статора F1 и ротора F2

т.е. выполняется равенство:

где m1 и m2 – число фаз обмотки статора и ротора соответственно, p –число пар полюсов.

Это равенство можно преобразовать к виду:

Уравнение носит название уравнения равновесия токов и справедливо для любого режима работы АД.

Если величиной тока ?о пренебречь, то будет иметь равенство:

Магнитный поток рассеяния Фрс2 создает в обмотке ротора ЭДС рассеяния Ерс2, величина которой определяется равенством:

где x2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора.

Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки ротора равно:

Уравнения равновесия ЭДС для обмоток статора и ротора имеет вид:

Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе представлена на рис. 2.

Рис. 2 — Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе

Ток ротора ?2 определяется из выражения:

Если в асинхронной машине с заторможенным ротором в цепь обмотки ротора включить сопротивление нагрузки, то ее можно использовать в качестве трансформатора.

Исследование работы группы асинхронных двигателей при кратковременных провалах напряжения для условий нефтяной промышленности

Полный текст:

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Провалы напряжения достаточно частое и опасное явление, которое может привести к нарушению технологического процесса производства. Обеспечение сохранения устойчивости асинхронных двигателей при провалах напряжения является важной задачей обеспечения непрерывности технологического процесса, а также снижения материальных убытков. ЦЕЛЬ. Привести основные причины провалов напряжения. Разработать имитационную модель, соответствующую типовой схеме электроснабжения нефтеперекачивающей насосной станции с группой асинхронных двигателей в качестве нагрузки. Выполнить две серии расчетов по определению параметров электрического режима при провалах напряжения и последующем восстановлении напряжения на шинах питающей подстанции. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся программный комплекс PSCAD. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, приведены основные причины провалов напряжения. Выполнено моделирование провалов напряжения, возникающих в результате короткого замыкания на оборудовании подстанции. Выполнены серии расчетов, отличающиеся друг от друга измененными исходными данными: место возникновения короткого замыкания (далее – КЗ), выдержка времени автоматического ввода резерва (далее – АВР). Выполнен анализ полученных результатов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. По результатам проведения испытаний видно, что снижение напряжения на шинах низшего напряжения подстанций после работы АВР тем ниже, чем больше выдержка времени АВР. В настоящей работе максимальная выдержка времени составляла 7 секунд, при этом, нарушения устойчивости асинхронных двигателей не возникло. Также определена необходимость исследования работы группы асинхронных двигателей при авариях во внешней электрич еской сети.

Ключевые слова

Об авторах

Саттаров Роберт Радилович – д-р техн. наук, профессор кафедры «Электромеханики»

Гарафутдинов Рустам Разифович – аспирант кафедры «Электромеханики»

Список литературы

1. Исмагилов Ф.Р., Максудов Д.В., Гареев А.Ш. и др. Негативное влияние провалов напряжения на потребителей и способы его уменьшения // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2014. V. 18. № 3 (64).

2. Liao H., Milanovic J., Rodrigues M., et al. Voltage Sag Estimation in Sparsely Monitored Power Systems Based on Deep Learning and System Area Mapping // IEEE Transactions on Power Delivery, 1–1.2018.

3. Felce A., Matas G., Da Silva Y. Voltage sag analysis and solution for an industrial plant with embedded induction motors // Conf. Rec. — IAS Annu. Meet. (IEEE Ind. Appl. Soc). 2004. V. 4. pp. 25732578.

Читать еще:  Выезд по запуску двигателя в автомобиле

4. Секретарев Ю.А., Меняйкин Д.А. Особенности расчетов последствий отказов электроснабжения в распределительных сетях с монопотребителем электрической энергии // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т. 22. №2. С. 43-50.

5. Garnica Lopez M. A., Garcia de Vicuna J. L., Miret J., et al. Control Strategy for Grid-Connected Three-Phase Inverters During Voltage Sags to Meet Grid Codes and to Maximize Power Delivery Capability // IEEE Transactions on Power Electronics, V. 33. N11. pp. 9360–9374.2018.

6. De Santis M., Noce C., Varilone P., et al. Analysis of the origin of measured voltage sags in interconnected networks // Electric Power Systems Research. 2018. V. 154. pp. 391–400.

7. Николаев А.А., Денисевич А.С., Ложкин И.А. и др. Исследование влияния провалов напряжения в системе электроснабжения завода MMK METALURJI на работу главных электроприводов стана горячей прокатки // Электротехнические системы и комплексы. 2015. № 3 (28).

8. Gomez J.C., Morcos M.M. A simple methodology for estimating the effect of voltage sags produced by induction motor starting cycles on sensitive equipment // Conf. Rec. — IAS Annu. Meet. IEEE Ind. Appl. Soc. 2001. Vol. 2, № C. pp. 1196–1199.

9. Золотов И.И., Шевцов А.А. Влияние потребителей электроэнергии на форму питающего напряжения автономных систем электроснабжения // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019. Т. 21 № 1-2. С. 131-140.

10. Wang Z., Zhu K., Wang X. An analytical method to calculate critical clearance time of symmetrical voltage sags for induction motors // Dianwang Jishu. Power Syst. Technol. 2014. V. 38. № 2. pp. 509–514.

11. Ojaghi M., Faiz J., Shahrouzi H. et al. Induction motors performance study under various voltage sags using simulation // Journal of International Conference on Electrical Machines and Systems. 2012. V.1. N.3. pp.32- 39.

12. Sattarov R. R., Morozov P. V. Physical approach to analysis of induction motor braking under machinery load // Journal of Physics: Conference Series 2020. рр.1-5.

13. Bollen M.H.J., Yalcinkaya G., Hazza G. The use of electromagnetic transient programs for voltage sag analysis // Proc. Int. Conf. Harmon. Qual. Power, ICHQP. 1998. V. 1. P. 598–603.

14. Гарафутдинов Р.Р., Саттаров, Р.Р. Моделирование усовершенствованной автоматики ограничения перегрузки оборудования // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2020. Т. 20. № 1. С. 30–37.

15. Sattarov R.R. et al. Application of PSCAD in Practical Studies of Electrical Power Engineering Students // 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS). IEEE, 2019. P. 1–6.

16. Gomez J.C., Morcos M.M., Reineri C.A. et al. Behavior of induction motor due to voltage sags and short interruptions // IEEE Trans. Power Deliv. 2002. V. 17. № 2. P. 434–440.

17. Файбисович Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. 4-е изд., перераб. и доп. М.:ЭНАС. 2012. 376 с.: ил.

18. Petronijevi´c M., Mitrovi´c N., Kosti´c V., Bankovi´c B. An Improved Scheme for Voltage Sag Override in Direct Torque Controlled Induction Motor Drives // Energies. 10(5). С. 663–2017.

19. Галеев Л.М. Исследование напряжения в линейно нагруженной электрической сети, образованного плоской электромагнитной волной // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т. 22. № 4. С. 54-63.

Для цитирования:

Саттаров Р.Р., Гарафутдинов Р.Р. Исследование работы группы асинхронных двигателей при кратковременных провалах напряжения для условий нефтяной промышленности. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020;22(6):92-100. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-6-92-100

For citation:

Sattarov R.R., Garafutdinov R.R. Research of the operation of a group of asynchronous motors at short-term voltage slopes for the conditions of the oil industry. Power engineering: research, equipment, technology. 2020;22(6):92-100. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-6-92-100


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector