ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ ПО ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НА НАГРЕВ, СРОК СЛУЖБЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ СНИЖЕНИЯ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 621.315

Галеева Р. У. ст. преподаватель

Казанский Государственный Энергетический Университет

Россия, г.Казань Альмиева Д.С. магистр

Казанский Государственный Энергетический Университет

Россия, г.Казань

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ ПО ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НА НАГРЕВ, СРОК СЛУЖБЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ СНИЖЕНИЯ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Аннотация: Статья посвящена исследованию влияния несимметричных режимов работы сети на отдельные характеристики асинхронного двигателя, в результате которого получены зависимости и предложены мероприятия для минимизации негативных последствий несимметрии напряжения.

Ключевые слова: несимметрия напряжения по обратной последовательности, коэффициент снижения номинальной мощности, коэффициент дополнительных потерь, температура дополнительного перегрева, кратность снижения срока службы

Galeeva R. U. head teacher

Kazan State Power Engineering University

Russia, Kazan Almieva D.S. magister

Kazan State Power Engineering University

Russia, Kazan

INVESTIGATION OF THE EFFECT OF NEGATIVE SEQUENCE VOLTAGE RATIO ON A HEAT, SERVICE LIFE AND INDUCTION

MOTOR'S DERATING FACTOR Abstract. The article is devoted to the investigation of the asymmetrical operating conditions of network on certain characteristics of an induction motor. As a result, dependencies are obtained and measures are proposed to minimize the negative consequences of voltage asymmetry.

Keywords. negative sequence voltage ratio, derating factor, additional losses factor, overheat temperature, reduction ratio of service life

При эксплуатации асинхронных двигателей может возникнуть несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по

фазам или из-за аварийных ситуаций [1]. Несимметрия напряжений вызывает ряд негативных последствий, одним из которых является уменьшение располагаемой мощности асинронных двигателей (АД) [4,5]. Стандарт МЭК 60034-26 содержит график ухудшения параметров асинхронных электродвигателей при несимметрии напряжений, который может использоваться, когда эти явления выявлены или могут появиться в питании электродвигателя [2].

Коэффициент,который отражает снижение мощности электродвигателя называется коэффициентом снижения мощности и обозначается как Кр или К2.

Коэффициент снижения мощности при несимметрии напряжений источника питания определяется по формуле [2,6]:

К =-

Р

Р

Р

1

Р -1-Т2ЛР Л"2 Р

Рном ^ 1п ЛгномК211 ном

(1)

1 + К адК2и

Рном +АР2

где РНОм- номинальная мощность АД, ЛРтш - номинальные потери мощности АД, ЛР2[/ - потери мощности АД при несимметрии напряжения

по обратной последовательности, 1п - кратность пускового тока, Кад -коэффициент дополнительных потерь, К2[/ - коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

Проведено исследование влияния несимметрии напряжения по обратной последовательности на снижение мощности АД серии А4 мощностью 400кВт напряжением 6 и 10 кВ и серии 4А мощностью 250кВт напряжением 380 В при К2и = 2; 5; 8; 10; 15%

Кривые зависимости К2 = /(К2ц) построены с учетом Кад из справочника, а также с учетом расчетного Кад, определенного для каждого АД через каталожные параметры [3]. Результаты расчетов приведены на рисунке 1.

Рисунок 1- Зависимость К2=/(К2и) АД серий А4, 4А

Из графика (рис.1) видно,что несимметрия напряжения уменьшает располагаемую мощность электродвигателя. Поэтому, для оптимального выбора АД при работе сети с несимметричными нагрузками, необходимо учитывать снижение номинальной мощности электродвигателя. Разница между кривыми снижения мощности, посчитанными используя справочный коэффициент Кад и коэффициент расчетный, существенна (3,7-5,3%). Применение укрупненного отраслевого значения коэффициента Кад приводит к значительным погрешностям в расчете коэффициента снижения мощности.

Несимметрия напряжения по обратной последовательности так же оказывает значительное влияние на нагрев АД. Поскольку сопротивление обратной последовательности АД намного меньше сопротивления прямой последовательности, ток обратной последовательности, даже при малой величине напряжения обратной последовательности, получается большим, что приводит к перегреву АД.

Установившееся значение температуры дополнительного перегрева от тока обратной последовательности можно найти по формуле [9]

Л^ = ег9К\и (2)

где с29 - коэффициент передачи [8], °С /%2; К2[/ - коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

Коэффициент передачи с29 зависит от класса изоляции [23].

Кратность снижения срока службы АД определяется по выражению [9]

Г, 2 = ^ (3)

где Ь - параметр изоляции,характеризующий тепловые свойства, (°С)

[8]

Произведен расчет температуры дополнительного перегрева АД и кратности снижения срока службы АД марки 4АЗМ-1000/6000УХЛ4 при увеличении К2[/ с 2 до 5% с интервалом 0,5%.

Для 4АЗМ-1000/6000УХЛ4 с классом изоляции Б, коэффициент передачи с2& =0,833 °С /%2, значение кратности снижения срока службы ¿=0,052 (°С) 1.

Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Дополнительный перегрев и кратность снижения срока

службы АДмарки 4АЗМ-1000/6000УХЛ4 при увеличении Кж с 2 до 5%

К 2и Л$2, °С Г, 2

2,0 3,332 1,189

2,5 5,206 1,310

3,0 7,497 1,476

3,5 10,204 1,699

4,0 13,328 1,999

4,5 16,868 2,403

5,0 20,825 2,952

При максимально допустимом коэффициенте несимметрии к2и =4%, дополнительный перегрев составляет 13,328 °С .Нагрев вызывает сокращение срока службы АД. При кж =2% кратность сокращения срока службы составит 1,18, а при кж =4% кратность сокращения срока службы составит 1,99%.

На рисунках изображены графики, показывающие как несимметрия напряжения влияет на нагрев АД и срок службы.

25

О -I-1-,-,-,-,-1-

2 2.5 3 3,5 4 4,5 5

коэф. не симметрии га обр.гослед-ти К2и%

Рисунок 2 - График влияния несимметрии напряжения на нагрев АД

3,5

О Н-1-1-1-1-1-1-

2 2,5 3 3,5 4 4Г5 5

козф.несимметрии го обр.гослед-ти К2и%

Рисунок 3 - График влияния несимметрии напряжения на кратность снижения срока службы АД

Вывод:

1. Несимметрия напряжения уменьшает располагаемую мощность электродвигателя.

2. При выборе АД необходимо учитывать снижение номинальной мощности электродвигателя в случае работы сети с несимметричными нагрузками.

3. Для правильно расчета снижения мощности, необходимо учитывать расчетный коэффициент Кад.

4. Во избежание перегрева двигателя, необходимо снижать его загрузку. Согласно публикации 892 МЭК полная загрузка АД возможна лишь при коэффициенте обратной последовательности напряжения не более 1 %. При 2% загрузка должна быть снижена до 96%, при 3% - до 90 %, при 4% - до 83% и при 5% -до 76% [7].

Использованные источники:

1.Альмиева Д.С. Влияние несимметрии на характеристики асинхронного электродвигателя / Д.С. Альмиева, Р.У. Галеева // Материалы докладов X Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». - 2015. - Т.1. - С.158.

2.Альмиева Д.С. Исследование влияния несимметрии напряжения по обратной последовательности на коэффициенты снижения номинальной мощности асинхронных электродвигателей и дополнительных потерь / Д.С. Альмиева, Р.У. Галеева // Труды XVI Международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение». - 2016. - С.409 - 412.

3.Альмиева Д.С. Влияние несимметрии напряжения по обратной последовательности на характеристики высоковольтных асинхронных двигателей / Д.С. Альмиева, Р.У. Галеева // Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: материалы III российской научной школы-конференции. - Томск: Изд-во ООО «СКАН». -2015. - С.184 - 188.

4.Альмиева Д.С. Сравнительный анализ дополнительных потерь от несимметрии по напряжению обратной последовательности высоковольтных и низковольтных асинхронных электродвигателей / Д.С. Альмиева, Р.У. Галеева // Материалы докладов XI Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». - 2016. - Т.1. - С.162 - 163.

5.Альмиева Д.С. Определение коэффициента дополнительных потерь в высоковольтных асинхронных двигателях от несимметрии напряжения по обратной последовательности / Д.С. Альмиева, Р.У. Галеева // Материалы докладов XIX Аспирантско-магистерского научного семинара, посвященного «Дню энергетика». - 2016. - Т.1. - С.50 - 51.

6.Галеева Р.У. Исследование влияния несимметрии напряжения по обратной последовательности на коэффициент снижения номинальной мощности асинхронных электродвигателей / Р.У. Галеева, Д.С. Альмиева // Электроэнергетика глазами молодежи-2016: Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. - Т. 2. - 2016. - С. 148 -151.

7.Исследования взаимосвязи показателей качества электроэнергии и надежности электроснабжения / Ю.В.Шаров [и др.] // Энергоэксперт. - 2011. - № 6. - С. 78 - 83.

8.Кузнецов В.Г. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения / В.Г. Кузнецов, Э.Г. Куренный, А.П. Лютый. - Донецк: Изд-во «Донбасс», 2005. - 247 с.

9.Шакиров В.А. Исследование влияния несимметрии напряжения на работу асинхронных двигателей / В.А. Шакиров, А.М. Сыровешкин, О.А. Буянина // Труды Братского Государственного Университета, серия: естественные и инженерные науки. - 2011.