Контроль генераторной установки

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Рабочие параметры генераторной установки должны контролироваться при подсоединенных специальных нагрузках.

Рабочие характеристики генератора отличаются от рабочих характеристик трансформатора:

  • Номинальная активная мощность генератора выдается при коэффициенте мощности не менее 0,8.
  • При меньшем значении коэффициента мощности нагрузки максимальная активная мощность, выдаваемая генератором, снижается.


Блок конденсаторов

Подключение конденсаторов к ненагруженному генератору может вызывать его самовозбуждение и, следовательно, увеличение напряжения.

Поэтому, конденсаторы, используемые для регулирования коэффициента мощности, должны отсоединяться. Такая операция может обеспечиваться путем подачи команды остановки на регулятор, управляющий переключением секций КБ, или посредством отключения питания конденсаторов.


Повторный запуск двигателя

Генератор может кратковременно быть нагружен на ток, который в 3-5 раз больше своего номинального значения.

Двигатель потребляет около 6 In в течение 2-20 с пуска.

Если суммарная мощность двигателей, питающихся от генератора, велика, то их одновременный запуск с высокими пусковыми токами может вызывать нарушения нормального режима работы: большие колебания напряжения из-за больших значений переходного и сверхпереходного реактивных сопротивлений генераторной установки (20-30%) с риском:

  • незапуска двигателей;
  • повышения температуры: пониженное напряжение приведет к увеличению времени пуска;
  • отключения тепловой защитой.

Кроме того, нарушается работа сети и приводов из-за падения напряжения.

Пример (см. рис. N7):
Генератор питает ряд двигателей.
Характеристики КЗ генератора: Sn = 130 кВА при коэффициенте мощности 0,8, In = 150 А
x’d = 20% (например), следовательно, Isc = 750 А.

  • ΣP двигателей равна 45 кВт (45% мощности генератора).

Расчет падения напряжения при запуске:
Σ двигателей = 45 кВт, Im = 81 А, следовательно, пусковой ток Id = 480 А в течение 2-20 с.
Падение напряжения на сборных шинах при одновременном запуске двигателей:


\frac {\Delta U}{U}=\left ( \frac{Id-In}{Isc-In} \right ) in\ %\ ,


∆U = 55%,что неприемлемо для двигателей (отказ при пуске).

  • ΣP двигателей равна 20 кВт (20% мощности генератора).

Расчет падения напряжения при пуске:
Σ двигателей = 20 кВт, Im = 35 А, следовательно, пусковой ток Id = 210 А в течение 2-20 с.
Падение напряжения на сборных шинах:


\frac {\Delta U}{U}=\left ( \frac{Id-In}{Isc-In} \right ) in\ %\ ,


∆U = 10%,что приемлемо (в зависимости от типа нагрузок), хотя это и высокое значение.


Рис N07.jpg


Рис. N7 : Повторный запуск приоритетных двигателей (ΣP > 1/3 Pn)


Рекомендации по повторному запуску

  • Если Pmax наибольшего двигателя  > \frac{1}{3}Pn , на двигателе должно устанавливаться устройство плавного пуска.
  • Если ΣP двигателей  > \frac{1}{3}Pn , групповой повторный запуск двигателей должен управляться с помощью ПЛК.
  • Если ΣP двигателей  > \frac{1}{3}Pn , нет проблем с повторным запуском.


Нелинейные нагрузки

Нелинейные нагрузки:

  • Насыщенные магнитные цепи.
  • Разрядные лампы, флуоресцентные лампы.
  • Электронные преобразователи.
  • Системы компьютерной обработки: ПК, компьютеры и т.д.

Такие нагрузки генерируют гармонические токи: при питании от генераторной установки это может приводить к большим искажениям напряжения из-за низкой мощности КЗ генератора.

Источник бесперебойного питания (ИБП)

(см. рис. N8)

Сочетание ИБП и генераторной установки – оптимальное решение для обеспечения качественного питания с длительным автономным питанием чувствительных нагрузок.

ИБП является нелинейной нагрузкой из-за наличия входного выпрямителя. При переключении источника питания автономная работа ИБП на батарее должна обеспечивать питание нагрузки на время пуска генераторной установки.


Рис N08.jpg


Рис. N8 : Комбинация «генераторная установка – ИБП» для обеспечения качественным электроснабжением


Мощность ИБП

Максимальная мощность ИБП должна обеспечивать:

  • Номинальную мощность питаемых нагрузок. Это сумма полных мощностей Sa, потребляемых каждой нагрузкой. Кроме того, чтобы не завысить мощность ИБП, необходимо учитывать перегрузочную способность ИБП (например, 1,5 In в течение 1 минуты и 1,25 In в течение 10 минут).
  • Мощность, необходимую для перезарядки батареи: ток пропорционален времени автономной работы, требуемому при заданной мощности. Параметр Sr ИБП рассчитывается по формуле: Sr = 1,17 x Pn

Таблица на рис. N9 определяет пиковые токи и устройства защиты в линии выпрямителя (линия 1) и резервной сети (линия 2).


Номинальная мощность
Pn (кВА)
Значение тока (А)
Линия 1 с трехфазным
выпрямителем, 400 В- I1
Линия 2 с трехфазным
питанием 400 В - Iu
40 86 60,5
60 123 91
80 158 121
100 198 151
120 240 182
160 317 243
200 395 304
250 493 360
300 590 456
400 793 608
500 990 760
600 1,180 912
800 1,648 1,215


Рис. N9 : Пиковый ток в линии выпрямителя (линия 1) и резервной сети (линия 2)


Комбинация «генераторная установка - ИБП»

  • Переключение выпрямителя ИБП на питание от генераторной установки

Выпрямитель ИБП может иметь систему плавного пуска зарядного устройства для предотвращения больших пусковых токов, когда питание нагрузки переключается на генераторную установку (см. рис. N10).


Рис N10.jpg


Рис. N10 : Плавный пуск выпрямителя ИБП, тип 2


  • Гармоники и искажение напряжения

Коэффициент искажения синусоидальной кривой напряжения:


Ku  = \frac {\sqrt {\Sigma U^{\ 2}_{hn}}}{U_1} \cdot 100%\ ,


где Uhn – гармоническая составляющая напряжения n-го порядка.

Это значение зависит от следующих параметров:
  -  гармонические токи, генерируемые выпрямителем (пропорциональны мощности Sr выпрямителя);
  -  продольное сверхпереходное реактивное сопротивление генератора X”d;
  -  мощность генератора Sg.

Мы определяем   U^{'}Rcc\ (%)= X^{''}d\ \frac{Sr}{Sg}   напряжение КЗ генератора , приведенное к мощности выпрямителя, т.е. t = f (U'Rcc).

Примечание 1: поскольку сверхпереходное реактивное сопротивление высокое, гармонические искажения, как правило, слишком велики в сравнении с допустимым значением (7-8%) для экономически обоснованных параметров генератора. Рекомендуемым решением является использование специального фильтра.

Примечание 2: гармонические искажения не представляют вреда для выпрямителя, но могут быть вредными для других нагрузок, питаемых параллельно с выпрямителем.

Применение: Для определения искажения Ku (TНDu) как функции U’Rcc используется график (см. рис. N11).


Рис N11.jpg


Рис. N11 : График для коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения Ku (TНDu) (%)


График дает:

  • значение Ku как функции U’Rcc;
  • значение U’Rcc как функции Ku.

На основе этого определяется мощность генератора Sg.


Пример: мощность генератора

  • ИБП 300 кВА без фильтра, сверхпереходное реактивное сопротивление 15%

Мощность выпрямителя (Sr) Sr = 1,17 х 3000 кВА = 351 кВА

Для Ku < 7% график дает U’Rcc = 4%, мощность Sg:

Sg=351 \times \frac{15}{4}\approx 1,400  кВА

  • ИБП 300 кВА с фильтром, сверхпереходное реактивное сопротивление 15%

Для Ku = 5% расчет дает U’Rcc = 12%, мощность Sg:

Sg=351 \times \frac{15}{12}\approx 500   кВА


Примечание: с питающим трансформатором 630 кВА на ИБП 300 кВА без фильтра получаемое значение равно 5%.

Это означает, что работа генераторной установки должна постоянно контролироваться на гармонические токи.

Если напряжение гармонических искажений очень большое, то использование фильтра в сети – наиболее эффективное решение для снижения гармонических искажений до значений, допустимых для чувствительных нагрузок.