CC BY
11ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ ОБМОТКИ СТАТОРА АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ АВТОНОМНЫХ ВЕТРО-СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Соболь А.Н.,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина», г. Краснодар, Россия, доцент
Андреева А.А.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина», г. Краснодар, Россия, студент
DIAGNOSTIC STATOR WINDING FAULTS ASYNCHRONOUS GENERATORS AUTONOMOUS
WIND-SOLAR POWER PLANTS
Sobol A.,
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kuban State Agrarian University
named after I. T. Trubilin", Krasnodar, Russia,
associate professor Andreeva A.
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kuban State Agrarian University
named after I. T. Trubilin", Krasnodar, Russia, student
АННОТАЦИЯ
Проблема эксплуатации автономных ветро-солнечных электростанций, связанна с возможными неисправностями автономных асинхронных генераторов ветроустановки. Самыми распространенными неисправностями являются замкнутые на коротко витки обмотки. Имея небольшое их количество (не более 5 %), генератор продолжает свою работу. При этом наблюдается перегрев обмоток, что может послужить причиной выхода из строя электрической машины, возникновения возгорания и, на конец, нарушения системы электроснабжения в целом. Необходимо диагностировать данные виды неисправностей, то есть получить соответствующей информации об параметрах токов и напряжений генератора.
ABSTRACT
The problem of operation of autonomous wind-solar power plants associated with possible malfunctions of autonomous asynchronous wind turbine generators. The most common faults are short-circuited windings. Having a small number of them (no more than 5%), the generator continues its work. In this case, overheating of the windings is observed, which can cause failure of the electric machine, the occurrence of fire and, at the end, a disruption of the power supply system as a whole. It is necessary to diagnose these types of malfunctions, that is, to obtain relevant information about the parameters of the generator currents and voltages.
Ключевые слова: эксплуатация, ветро-солнечная электростанция, витковые замыкания в обмотке статора, автономный асинхронный генератор.
Keywords: operation, wind-solar power plant, turn circuits in the stator winding, autonomous asynchronous generator.
Мировая тенденция роста тарифов на электроэнергию, которая связана с постоянным удорожанием не возобновляемых энергетических ресурсов планеты, ведет к тому, что мы все более решительно и напористо решаем вопросы использования альтернативной энергетики в нашей жизни. Одними из таких «дармовых» энергетических ресурсов для человечества и являются неиссякаемая энергия ветра и солнца.
Однако ученые пришли к выводу, что комплексное их применение в промышленности или частном секторе - намного эффективней, нежели применение этих энергоресурсов порознь. Исходя из таких соображения, на свет и родилась идея создания мобильных ветро-солнечных гибридных электростанций, использующих, как вы уже наверно поняли, в качестве энергоносителей - энергию ветра и солнца.
Данный тип мобильных электростанций - является гибридной системой накопительного инвер-торного типа, работающей в комплексе как на возобновляемых природных энергоресурсах, коими являются для человечества ветер и энергия солнечного излучения, а также и с использованием жидкого топлива.
Для условий, к примеру, России, а в особенности ее средней полосы, где количество ветряных (пасмурных) и солнечных дней в году примерно одинаково, применение таких гибридных ветросол-нечных электростанций небольшой мощности -просто идеальный вариант для его использования в частном секторе.
Такая гибридная электроустановка по выработке электроэнергии, способна обеспечить стабильность ее поступления в сети небольших коте-джных поселков, загородных домов и небольшого частного бизнеса.
Аккумуляция энергии, полученной от «первоисточников», в этих энергосистемах - происходит в аккумуляторных батареях, с их напряжением 12 или 24 Вольт. Далее, этот постоянный ток с аккумуляторных батарей станции, посредством инвертора, преобразуется в напряжение 220. В силовой электрической сети и частотой тока 50 Гц.
Электростанции данного типа предназначаются для энергопотребителей электрических бытовых сетей переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением в сети 220 В, а также потребителей постоянного тока с напряжением 12, 24 и 48 Вольт. Использоваться такие электростанции могут, как в стационарных условиях при их подключении к существующим бытовым электросетям, а также и для условий возникновения аварийных или чрезвычайных ситуаций - в качестве аварийно-резервного источника энергоснабжения.
Как указано в [1, с. 2], по сей день все еще актуальным остается вопрос использования автономных асинхронных генераторов (ААГ) с емкостным возбуждением в ветроэлектрических установках.
Асинхронные генераторы устойчивы к коротким замыканиям, а устройства автоматической регулировки напряжения сглаживают перепады напряжения. Поэтому они особенно востребованы для электросварки и питания активных нагрузок. Конструкция таких агрегатов более простая, а сами они более надежные и долговечные.
Клирфактор асинхронных агрегатов составляет не более 2%, и это обозначает, что они вырабатывают электроэнергию практически без вредных составляющих. Поэтому при использовании таких агрегатов телевизионные приемники, источники бесперебойного питания работают устойчивее, а сварочные аппараты обеспечивают более качественный шов.
Роторы асинхронных генераторов производят незначительное тепловыделение, не требующее охлаждения, что позволяет герметизировать внутреннюю полость агрегата. Благодаря этому значительно расширяется сфера использования агрегатов, которые могут эксплуатироваться в условиях повышенной запыленности и высокой влажности. Такая герметизация способствует и более продолжительному сроку службы электростанций. При эксплуатации асинхронных генераторов допускается подключение к разным фазам потребителей разной мощности (допустимое значение неравномерности нагрузок по фазам составляет до 70%), что практически невозможно в случае использования синхронных агрегатов.
Ветрогенераторы электростанций используют либо для зарядки аккумуляторов, либо как не единственные в системе, т.е. перегрузок в системе с вет-
рогенераторами быть не должно, поэтому и используются простые, эффективные и надёжные асинхронные генераторы. В других системах часто нет буферов (аккумуляторов) поэтому вероятность возникновения перегрузок достаточно высока, что и не даёт использовать асинхронные генераторы.
Асинхронные генераторы также подвержены различным техническим недостаткам как, например, нестабильностью напряжения. Кроме того, как отмечено в [2, с.3], существует еще одна возможная техническая проблема эксплуатации данного вида генераторов, связанная с возможными повреждениями в его обмотках. Так, в короткозамкнутой обмотке ротора возможно наличие поврежденных стержней. Данный вид повреждения называется обрывом стержня и может возникать из-за различных причин, например, из-за перегрева генератора.
В обмотке же статора, что описано в [3, с.2], также возможно возникновение различных повреждений. Среди данных неисправностей самыми распространенными являются замкнутые на коротко витки обмотки. Имея небольшое их количество (не более 5 %), генератор продолжает свою работу. При этом наблюдается перегрев обмоток, что может послужить причиной выхода из строя электрической машины, возникновения возгорания и, на конец, нарушения системы электроснабжения в целом. Это все обуславливает необходимость диагностирования данных видов неисправностей, то есть получения соответствующей информации об изменении токов и напряжений генератора. Зная соответствующую информацию, можно диагностировать данный вид нарушения нормальной работы генератора на ранней стадии и, соответственно, вовремя устранить конкретную неисправность. Кроме того, этот момент приобретает особую важность в свете того, что при выходе из строя электроустановки с генератором, мы получаем соответствующий технологический ущерб.
Для асинхронных электродвигателей были проведены исследования токов при внутренних повреждениях экспериментально и моделированием. В создании устройств релейной защиты асинхронных генераторов трудность заключается в том, что пока мало исследованы процессы при внутренних коротких замыканиях (КЗ) в обмотке статора генератора и не определены информативные параметры или признаки, характеризующие соответствующие повреждения [1, с.1].
Для эксперимента была подготовлена установка с асинхронным генератором, выполненная на базе асинхронного электродвигателя с короткоза-мкнутым ротором типа 4A100S4У3 (3 кВт, 1435 об/мин) [1, с.1]. Схема установки изображена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки
При использовании автономного асинхронного генератора его привод может иметь различную механическую характеристику. Характеристика может быть «жесткой», когда число оборотов практически не зависит от нагрузки, и «мягкой», при существенной зависимости числа оборотов привода от его нагрузки.
В эксперименте асинхронный генератор приводился во вращение двигателем постоянного тока (привод генератора с «мягкой» механической характеристикой, индекс «2»,) или асинхронным двигателем (привод генератора с «жесткой» механической характеристикой, индекс «1»). Мощность приводных двигателей была соизмерима с мощность асинхронного генератора. Напряжение генератора на момент замыкания поддерживалось равным 220 В.
Искусственные замыкания между различными витками в фазных обмотках автономного асинхронного генератора создавались с помощью специальных, предварительно выведенных наружу из лобовой части обмотки статора, выводов.
Опыты показали, что при витковых и междуфазных КЗ в обмотке статора и малом числе замкнувшихся витков генератор не теряет возбуждения, а ток в короткозамкнутой части обмотки увеличивается в 5-10 раз по сравнению с номинальным. Генератор теряет возбуждение только при 15-30 % замкнутых витков в зависимости от нагрузки и величины емкости возбуждения.
1.А
На рисунке 2 показаны кривые изменения токов КЗ ААГ с приводами, имеющими «мягкую» и «жесткую» характеристики в зависимости от процентного соотношения числа замкнутых витков к числу витков в фазе (^^ , %).
W = Wk/W0,
где
W,
к
число замкнутых витков;
Wn
, ■ число витков в фазе.
Из данных эксперимента видно, что вне зависимости от вида привода ток в замкнутых витках уменьшается при их увеличении. Уменьшение тока при малом числе замкнувшихся витков обусловлено влиянием сопротивления проводника закорачивающего витки.
Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено, что при наличии в статорной обмотке автономного асинхронного генератора 3 - 15 % короткозамкнутых витков он не теряет возбуждения и продолжает питать нагрузку. При этом ток в КЗ витках превышает номинальный в 4 - 7 раз. Поэтому для асинхронных генераторов для безопасной эксплуатации асинхронных генераторов в гибридных энергоустановках, они должны иметь надежную защиту от различных неисправностей, возникающих в их обмотках.
60 50 40 30 20 10
' ч ' .»•»*—а
\ 1
. Ч \ V _2_
Ч ч ч
ч _____ ч
10
20
30
40
%
Рисунок 2 - Кривые изменения токов КЗ витков ААГ: 1 - привод с «жесткой» характеристикой; 2 -
привод с «мягкой» характеристикой
Из данных эксперимента видно, что вне зависимости от вида привода ток в замкнутых витках уменьшается при их увеличении. Уменьшение тока при малом числе замкнувшихся витков обусловлено влиянием сопротивления проводника закорачивающего витки.
Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено, что при наличии в статорной обмотке автономного асинхронного генератора 3 - 15 % короткозамкнутых витков он не теряет возбуждения и продолжает питать нагрузку. При этом ток в КЗ витках превышает номинальный в 4 - 7 раз. Поэтому для асинхронных генераторов для безопасной эксплуатации асинхронных генераторов в гибридных энергоустановках, они должны иметь надежную защиту от различных неисправностей, возникающих в их обмотках.
В настоящее время имеется возможность использования устройств защиты реагирующих на несимметрию магнитного поля внутри генератора в случае виткового КЗ в статорной обмотке (при размещении кольца, охваченного ферромагнитным сердечником, внутри электрической машины) [5, с.2].
Возможно построение других защит, например, реагирующих на вибрацию корпуса генератора в случае повреждения обмотки статора или роторной обмотки. В качестве чувствительного устройства защиты, позволяющего определять и витковые замыкания обмоток статора автономного асинхронного генератора, имеется возможность использовать устройство, основанное на использовании датчика вибрации, который крепится на корпус генератора.
Литература
1. Богдан А.В. Обнаружение виткового замыкания в обмотке статора асинхронного генератора / А.В. Богдан, А.Н. Соболь, Н.С. Баракин // Сельский механизатор, № 7-8, 2018.
2. Богдан А.В. Информационные признаки повреждения обмотки статора для построения релейной защиты автономного асинхронного генератора / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Известия вузов. Электромеханика, № 6, 2017.
3. Богдан А.В. Математическая модель самовозбуждения автономного асинхронного генератора / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Известия вузов. Электромеханика, № 2, 2012.
ПАРАМЕТРЫ ЭВАКУАЦИИ ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА С УЧРЕЖДЕНИЙ СРЕДНЕГО ОБРАЗОВАНИЯ С ИНКЛЮЗИВНЫМ КЛАССАМИ
Ковалышин В.В., Хлевной А.В., Харышин Д.В.
Львовский государственный университет безопасности жизнедеятельности
Львов
PRIMARY SCHOOL-AGED CHILDREN EVACUATION FROM SECONDARY EDUCATION INSTITUTIONS WITH INCLUSIVE CLASSES
Kovalyshyn V., Khlevnoy O., Haryshyn D.
Lviv State University of Life Safety Lviv, Ukraine
АННОТАЦИЯ
В процессе создания инклюзивной образовательной среды прежде всего необходимо обеспечить безопасные условия обучения. Сбор и обработка статистических данных о параметрах движения эвакуационных потоков с инклюзивных классов является актуальной задачей.
В статье представлены результаты экспериментальных исследований параметров движения детей младшего школьного возраста на горизонтальных участках пути при эвакуации из учреждений школьного образования с инклюзивными классами. Установлены зависимости скорости и интенсивности движения от их плотности на горизонтальных участках пути.
ABSTRACT
The process of introducing an inclusive educational environment demands providing safe learning conditions. The collection and processing of statistical data on the parameters of evacuation flows movement from inclusive classes is an urgent task.
The article presents the results of experimental studies of the movement parameters of primary school-aged children on horizontal sections during evacuation from school institutions with inclusive classes. The dependences of the speed and intensity of evacuation flows on their density have been established.
Ключевые слова: начальная школа, дети с особыми образовательными потребностями, инклюзивный класс, эвакуация, натурные наблюдения, эксперимент, скорость, плотность, интенсивность.
