Выбор рациональной схемы электроснабжения горного участка в условиях ООО «Разрез Тулунуголь»

Наведение ЭДС происходит только при пересечении проводниками магнитных силовых линий поля, что возможно лишь при неравенстве частот вращения ротора и поля статора (n 2 ≠ n 1). Частота тока в роторе равна f 2 = f 1 s, что обеспечивает взаимную неподвижность поля токов ротора и поля статора, а частота вращения ротора при этом равна n 2 = n 1(1 - s). При скольжении s = l ротор неподвижен (f 2 = f 1), преобразования механической энергии не происходит и имеет место трансформаторный режим работы машины.

Схемы пуска двигателей в ход должны предусматривать создание большого пускового момента при небольшом пусковом токе и, следовательно, при небольшом падении напряжения при пуске. При этом может требоваться плавный пуск, повышенный пусковой момент и т. д.

На практике применяются следующие способы пуска:

- непосредственное присоединение к сети — прямой пуск;

- понижение напряжения при пуске;

- включение сопротивления в цепь ротора в двигателях с фазовым ротором.

Прямой пуск применяется для двигателей с короткозамкнутым ротором. Для этого они проектируются так, чтобы пусковые токи, протекающие в обмотке статора, не создавали больших механических усилий в обмотках и не приводили к их перегреву. Но при прямом пуске двигателей большой мощности в сети могут возникать недопустимые, более 15%, падения напряжения, что приводит к неустойчивой работе пусковой аппаратуры (дребезжание), подгоранию контактов и практически к невозможности пуска. Такие явления могут быть в маломощной сети или при большом удалении от подстанции пускаемого двигателя.

В маломощной сети условия пуска двигателя ухудшаются для самого двигателя, ухудшается работа уже включенных двигателей и ламп накаливания, поэтому должны быть ограничения по мощности двигателя в зависимости от вида нагрузки сети и количества пусков двигателя.

Существуют следующие ограничения мощности двигателя.

Трансформатор, питающий чисто силовую сеть:

20% мощности трансформатора  при частых пусках;

30% мощности трансформатора  при редких пусках.

Трансформатор имеет смешанную нагрузку:

4% мощности трансформатора  при частых пусках;

8% мощности трансформатора  при редких пусках.

Электростанция малой мощности — 12% мощности электростанции.

В маломощных сетях следует ограничивать число пусков сравнительно мощных двигателей, при затруднении их пуска по возможности отключать другие двигатели.

Способ пуска при пониженном напряжении применяется для двигателей средней и большой мощности при ограниченной мощности сети. Рассмотрим некоторые способы понижения напряжения при пуске.

Переключение обмотки статора двигателя с пусковой схемы звезда на рабочую схему треугольник.

Для лучшего понимания способа пуска разберем схемы соединения обмоток двигателей и влияние этих схем на величину фазного напряжения двигателя при заданном линейном напряжении.

Обмотки двигателей могут соединяться звездой или треугольником. Тип соединения определяет соотношение между напряжением на зажимах двигателя и напряжением на фазах его обмотки, т.е. номинальным напряжением двигателя. Напряжение на зажимах двигателя измеряется между его зажимами и называется линейным, и на фазе обмотки — между ее началом и концом и называется фазным. Как известно, при соединении треугольником напряжения линейное и фазное равны, а при соединении звездой линейное напряжение больше фазного в 1,73 раза.

Двигатель может иметь в коробке зажимов три или шесть концов. При наличии шести концов возможно соединение двигателя звездой или треугольником в зависимости от напряжения сети, к которой будет присоединяться двигатель, и его номинального напряжения.

Если номинальное напряжение двигателя 220 В, то при линейном напряжении сети 380 В его нужно соединять звездой, а при линейном напряжении сети 220 В — треугольником. При номинальном напряжении двигателя 380 В и линейном напряжении сети 380 В двигатель нужно соединять треугольником, а при линейном напряжении сети 660 В — звездой.

Если в коробке зажимов двигателя имеется три вывода обмоток с зажимами, то он имеет определенную схему соединения обмоток в зависимости от напряжения, на которое он рассчитан.

Схема пуска двигателя включением на пусковую схему звезда и с переключением на рабочую схему треугольник показана на рис. 7.

 

Рис. 7. Схема пуска трехфазного асинхронного электродвигателя включением на пусковую схему «звезда» и с переключением на рабочую схему «треугольник»:

SB1— кнопка КМЕ4201 (красная); SB2—  кнопка КМЕ4201 (черная); КМ2.1, КМ2.2—  пускатель ПМА-3100У4, 220 В; КТ1 — промежуточное  реле РПЛ2204, 220 В, пневмоприставка ПВЛ1104; М2 — электродвигатель АО2-72-2,30 кВт, 2910 об/мин; QF2 —выключатель автоматический АЕ2046, 63 A; SF2 —выключатель автоматический А63, 4 A; QS1 —выключатель пакетный ПВЗ—100.

Перед пуском двигателя включаются выключатели QS1, QF2 и SF2. При нажатии на кнопку SB2 включается пускатель КМ2.1, соединяющий концы фазных обмоток двигателя в звезду. Одновременно включается реле времени КТ1, замыкая контакт КТ1.3, шунтирующий контакты кнопки SB2. С выдержкой времени, необходимой для разгона двигателя, отключается контакт КТ1.1 реле времени, отключая пускатель КМ2.1, и включается контакт КТ1.2, включающий пускатель КМ2.2, переключающий концы фазных обмоток двигателя на треугольник, и двигатель продолжает работать.

Так как при пуске двигателя при подключении по схеме звезда фазное напряжение обмотки уменьшается в 1,73 раза по сравнению со схемой треугольник, то фазные токи также уменьшаются в 1,73 раза, которые равны линейным токам при этой схеме. Но при схеме треугольник, являющейся рабочей в данном случае, фазные токи меньше линейных в 1,73 раза, а при пусковой схеме звезда получается еще уменьшение фазных токов в 1,73 раза, и в результате линейные токи, равные фазным при пусковой схеме звезда, уменьшаются в 3 раза.

После разгона двигателя обмотка его статора переключается на нормальную схему треугольник, поэтому схема пуска двигателя кратко называется схемой пуска переключением со звезды на треугольник.

Схема включения двигателя с помощью тиристорного регулятора напряжения представлена на рис. 8. В регуляторе напряжения в каждый фазный провод включаются встречно-параллельно два тиристора, один из которых работает условно в положительный полупериод напряжения сети, а другой в отрицательный. Регулирование напряжения на выходе регулятора осуществляется изменением времени включения каждого тиристора относительно момента, когда ток должен переходить с одного из трех тиристоров на другой (базовая точка), путем подачи на тиристор управляющего импульса, что дает возможность изменять время протекания тока через тиристор в течение полупериода напряжения сети и напряжение на его выходе, подаваемое на нагрузку, в данном случае на двигатель. Это напряжение не является синусоидальным, и его можно представить как среднее напряжение, которое можно менять, изменяя продолжительность работы тиристора в течение полупериода. Время включения тиристора относительно базовой точки выражается в градусах и называется углом регулирования. Изменяя угол регулирования тиристоров, можно получить необходимое напряжение для плавного пуски двигателя.

 

Рис. 8. Схема пуска трехфазного асинхронного электродвигателя с помощью тиристорного регулятора напряжения (ТРН).

Схема включения двигателя с фазовым ротором и получаемые при пуске механические характеристики показаны на рис. 9. Двигатель имеет контактные кольца, которые позволяют включать в цепь ротора при пуске добавочные сопротивления R1 и R2. В начале пуска включены обе ступени сопротивлений, при этом получается наибольший пусковой момент Мп1, разгон происходит по механической характеристике 1, частота вращения увеличивается, но не достигает номинальной и в точке б происходит отключение первой ступени сопротивлений R1 контроллером при замыкании контактов К1.1 и К1.2. При постоянной частоте вращения происходит увеличение пускового момента до Мп1 и снова разгон по характеристике 2 с более

высокой частотой вращения. В точке г отключается вторая ступень R2 сопротивлений контактами К2.1 и К2.2 и происходит переход на естественную механическую характеристику 3. Далее работа двигателя происходит при номинальной частоте вращения nн и при номинальном моменте Мн.

При пуске двигателя происходит не только уменьшение пусковых токов, но и увеличение пускового момента, что важно для двигателей, которые включаются под нагрузкой (различные транспортные приспособления и машины).

 

 

Рис. 9. Включение асинхронного электродвигателя с фазовым ротором:

а) схема включения; б) механические характеристики при пуске; R1, R2 — ступени сопротивлений, К1.1, К1.2, К2.1, К2.2 — контакты переключателя.

 

 

 

 

2.2 Проведение диагностики  баковому масляному выключателю

 

Основой конструкции бакового масляного выключателя является бак цилиндрической или эллипсоидальной формы, внутри которого и на нем монтируются контактная и дугогасительные системы, вводы и привод. Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 — 30 % объема бака) — воздушная буферная подушка, сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении.

Высота уровня масла над местом разрыва контактов должна быть такой, чтобы исключить выброс в воздушную подушку горячих газов, выделяющихся при отключении вследствие разложения масла. Прорыв этих газов может при определенных их соотношениях привести к образованию взрывчатой смеси (гремучего газа) и взрыву выключателя. Высота уровня масла над местом разрыва контактов определяется номинальными напряжениями и током отключения и может составлять от 300—600 мм в выключателях на напряжение 6—10 кВ и до 2500 мм в выключателях на напряжение 220 кВ.

При напряжениях 3—6 кВ и малых отключаемых токах применяется простой разрыв в масле. При напряжениях 10, 35 кВ и выше в зависимости от значений напряжения и отключаемого тока используются как простые, так и более сложные дугогасительные устройства с продольным, поперечным, продольно-поперечным дутьем, с одно- и многократным разрывом.

Масляные баковые выключатели на напряжение 35 кВ и выше имеют встроенные трансформаторы тока. На внутреннюю часть проходного изолятора надеты, и укреплены под крышкой выключателя сердечники со вторичными обмотками (один или два на изолятор). Токоведущий стержень проходного изолятора служит первичной обмоткой. Выключатели на напряжение 110 кВ и выше могут иметь емкостные трансформаторы напряжения, для выполнения которых используются обкладки маслонаполненных вводов конденсаторного типа, и трансформаторы напряжения с индуктивной катушкой.

Диагностика масляных выключателей включает в себя:

1. Определение скоростных  и временных характеристик

2. Измерение ходовых характеристик

3. Определение собственного  времени включения и отключения

4.Тепловизионный контроль

5. Физико-химический анализ  ДЖ

На внешней поверхности каждого масляного бака установлен термодатчик, который вместе с масляным баком и устройством подогрева масла внешне термоизолирован теплоизоляционным материалом. Дополнительно установленный управляющий контроллер, содержащий силовые управляющие выходы, информационные входы и информационный выход, соединен управляющими выходами с устройствами подогрева масла, информационными входами - с термодатчиками, а информационным выходом - с диспетчерским пунктом. Теплоизоляционный материал защищен влагомаслостойким и пожаростойким покрытием. Технический результат - обеспечение постоянно действующей диагностики состояния контактов выключателя без отключения высокого напряжения, что повышает надежность выключателя и его ресурс.

Надежность работы масляного выключателя высокого напряжения и его ресурс в значительной мере определяются техническим состоянием высоковольтных коммутируемых контактов. Техническое состояние высоковольтных контактов диагностируют по переходному сопротивлению, которое, например, для выключателя 110 кВ находится в диапазоне 50-700 мкОм. В замкнутом состоянии высоковольтных контактов выключателя высокого напряжения на них рассеивается тепловая мощность, величина которой согласно закону Ома пропорциональна переходному сопротивлению и квадрату рабочего тока. Ухудшение технического состояния высоковольтных контактов приводит к увеличению их переходного сопротивления, к увеличению тепловой мощности и разогреву контактов. При превышении некоторого порогового значения переходного сопротивления процесс разогрева высоковольтных контактов принимает лавинообразный характер, что может привести к их механическому разрушению, а зачастую и всего выключателя высокого напряжения.

Для диагностики рабочего состояния высоковольтных контактов масляного выключателя высокого напряжения необходимо вначале отключить его от высокого напряжения, затем замерить переходное сопротивление высоковольтных контактов и по его величине вынести решение о состоянии высоковольтных контактов. Можно также применить визуальный осмотр, для чего необходимо также отключить высоковольтный выключатель от высокого напряжения, частично разобрать его, а затем осмотреть высоковольтные контакты.

Известен маломасляный выключатель высокого напряжения (SU №1184020 А, МПК Н01Н 33/68) наружной установки, который содержит корпус, высоковольтные контакты, привод, дугогасительное устройство и устройство подогрева масла. Полость корпуса заполнена маслом.