CC BY
47
решения адекватен установленному интервалу времени до реализации одного (первого) аварийного выезда бригады.
На сегодняшний день в Центральном производственном отделении филиала ПАО «МРСК-Волги «Оренбургэнерго»» уже организован контроль с 47 подстанций города и РЭС [4, 5]. Специалистами СИиС Центрального ПО и дежурным персоналом «Информэнергосвязь» ведётся наблюдение за 70 контрольными телесигналами, из которых 47 -контроль питания ИБП и 33 - контроль питания АВР «Байпас»». В течение 2018 г. планируется организация ещё 14 контрольных телесигналов, ориентировочная себестоимость которых находится в интервале от 900 до 1000 рублей на момент внедрения в производственные комплексы (оценка проводилась с учётом всех факторов, включая материально-техническое обеспечение передачи электроэнергии и проведения крепёжных операций).
Выводы. Факты выхода из строя средств диспетчерского и технологического управления свидетельствуют о необходимости поиска эффективных решений контроля над каналами передачи и трансляции информационных потоков по телемеханическим коммуникациям в системе электрических сетей.
В связи с тем что при отключении электропитания оборудование СДТУ переходит на режим
работы от бесперебойных источников, время функционирования которых ограниченно, наиболее целесообразно введение в схему реле контроля напряжений.
Предложенное электрическое решение в плане затрат (с учётом НДС) на организацию одного контроля не превышает 250 рублей.
Литература
1. Шахов В.А. Режимные параметры асинхронного электродвигателя при асимметрии напряжения / В.А. Шахов, А.С. Петров, В.Г. Петько [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2017. № 8. С. 68 - 72.
2. Абдюкаева А.Ф. Релейная защита — проблемы и перспективы / А.Ф. Абдюкаева, М.Б. Фомин, Е.М. Асманкин [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 2 (70). С. 142 — 144.
3. Абдюкаева А.Ф, Казачков И.А. Применение секционного трансформатора в системах устройств защиты и автоматики // Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК: матер. междунар. науч.-практич. конф. Оренбург 2015. С. 237 — 241.
4. Асманкин Е.М. К вопросу целесообразности терморезервирования при использовании низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоёв Земли / Е.М. Асманкин, И.А. Рахимжанова, И.Н. Дементьева [и др.] // Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК: матер. междунар. науч.-практич. конф. Оренбург, 2015. С. 36 — 38.
5. Асманкин Е.М. Использование гидроветротеплоэнергетиче-ской установки для энергообеспечения удалённых объектов / Е.М. Асманкин, М.Б. Фомин, В.Ю. Бибарсов [и др.] // Совершенствование инженерно-технического обеспечения технологических процессов в АПК: матер. междунар. науч.-практич. конф. Оренбург 2014. С. 54 — 59.
Параметры установившегося режима асинхронного электродвигателя при асимметрии питающего напряжения в сельской электрической сети
ВГ. Петько, д.т.н., профессор, А.С .Петров, преподаватель, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ
Асимметрия напряжений отрицательно влияет на работу трёхфазных токоприёмников, и в особенности трёхфазных асинхронных электродвигателей [1]. Определению допустимого уровня асимметрии при номинальных условиях эксплуатации посвящены работы И.И. Мартыненко, Э.Г. Куреного и др. [2, 3]. С целью количественной оценки степени влияния на режимные параметры электродвигателей асимметрии питающего напряжения, представленной ранее [4], был произведён расчёт токов, мощностей и моментов в диапазоне изменения угловой скорости от -юс до +юс. При этом степень асимметрии напряжений оценивалась однозначно определяющим её коэффициентом асимметрии к = Цг/^, где и и и - составляющие соответственно прямой и обратной последовательностей фаз.
Расчёт осуществлялся с использованием Г-образной схемы замещения (рис. 1) при подключении её раздельно на составляющие прямой и
обратной последовательностей фаз с последующим суммированием результатов расчёта по каждой из составляющих.
Так как магнитные поля, создаваемые токами прямой и обратной последовательностей фаз, вращаются во взаимно противоположных направлениях (юс1 = -юс2), а ротор вращается с угловой скоростью ю, то скольжения ротора относительно этих полей находятся в соотношении:
S2 = 2 - 51.
(1)
С учётом этого сопротивления гш'' и г2м'' определялись по формулам:
ГМ1'' = Г2''ю/(юС1 - ю) и ГМ2'' = -Г2''ю/(ЮС1 + ю).
(2)
Однако для оценки влияния отклонения режимных параметров в условиях асимметрии напряжения от номинальных режимных параметров на нагрев и сопутствующее ему старение изоляции электродвигателя полученных в предшествующей работе зависимостей этих параметров от угловой
скорости при той или иной степени асимметрии недостаточно. Необходимо определить величину этого отклонения в установившемся режиме, существующего в конечный промежуток времени, в течение которого и происходит перегрев и ускоренное старение изоляции, что и является целью настоящего исследования.
Материал и методы исследования. Поставленная цель может быть достигнута, если определить режимные параметры, в том числе и параметры, влияющие на нагрев электродвигателя, при установившейся угловой скорости электродвигателя, работающего при той или иной степени асимметрии на определённый вид механической нагрузки. Установится угловая скорость, когда динамический момент Мдин станет равным нулю:
Мдин(£,ю) = М(к,ю) - МсО?,ю), (3)
где М(к,ю) - момент двигателя, зависящий от коэффициента асимметрии и угловой скорости, Нм; Мс(г,ю) - момент сопротивления рабочей машины (механическая характеристика), зависящий от угловой скорости и степени загрузки электродвигателя, Нм.
Приравнивая правую часть уравнения к нулю и решая его относительно ю, находим установившуюся угловую скорость Юу(г,к) для любого фиксированного значения коэффициента асимметрии к при той или иной степени загрузки г. Режимные параметры
для этой скорости и коэффициента асимметрии определяются по методике, изложенной в ранее опубликованной работе [4]. Алгоритм определения установившейся угловой скорости и параметров установившегося режима приведён на рисунке 2.
Исходные данные заносятся в модуль 1 алгоритма и далее определяются:
- технические данные и параметры схемы замещения, не зависящие от режима работы электродвигателя (модуль 2);
- выражения механической характеристики электродвигателя М = /(к,ю) при различных значениях коэффициента асимметрии питающего напряжения и механической характеристики рабочей машины Мс = /(г,ю), в качестве которой для примера принят вентилятор (модуль 3);
- установившаяся угловая скорость Юу (модуль 4);
- параметры установившегося режима (модуль 5).
Результаты расчётов выводятся на печать (модуль 6).
Расчёт по приведённому алгоритму параметров электродвигателя в установившемся режиме при асимметрии напряжения на его зажимах произвели для того же электродвигателя 4А355Б6У3, что и в [1, 5], с целью сопоставления результатов. Программу расчётов реализовали в математической среде МаШСЛБ.
А®
и
Г1
Х1
т\ х1
Х2' Гм'= г2"(1-л)/л
а)
А 9
и2
Г1 Х1
гц хц
Г1
х1'
Г2
б)
х2'
гш" = Г2''(1-*2)/*2
Рис. 1 - Схема замещения асинхронного электродвигателя фазы А, подключённая на симметричные напряжения прямой (а) и обратной (б) последовательностей фаз:
П, х1 - активное и реактивное сопротивления обмотки статора при Т-образной схеме замещения, Ом; г1', х1 - скорректированные активное и реактивное сопротивления обмотки статора на Г-образную схему замещения, Ом; г2'', х2'' - активное и реактивное сопротивления обмотки ротора, приведённые к обмотке статора, скорректированные на Г-образную схему замещения, Ом; гц, хи - активное и реактивное сопротивления цепи намагничивания, Ом; гм1'' и гм2'' - активное сопротивление в цепи ротора, развиваемая электрическая мощность на котором имитирует механическую мощность на валу, Ом; 51 = (юС1 - ю)/юС и = (юС2 - ю)/юС - скольжения ротора относительно магнитного поля статора, соответственно относительно поля прямого и обратного вращения; юС1> юС2 и ю - соответственно синхронная угловая скорость вращения магнитного поля статора в прямом и обратном направлениях и угловая скорость вращения ротора, 1/с
г
Х
ц
Ц
м1
2
м2
Технические данные электродвигателя [6]:
- номинальная мощность - Рн = 160000 Вт;
- номинальное фазное напряжение - Цн.ф = 220 В;
- номинальная частота вращения - пн = 985 об/мин;
- номинальный коэффициент полезного действия - пн = 0,935;
- коэффициент мощности номинальный -Со8фН = 0,90;
- кратность критического момента - цк = 2,2;
- сопротивления схемы замещения в относительных единицах:
- индуктивное сопротивление цепи намагничивания - = 2,8;
- уточнённое активное сопротивление статора -Я1 = 0,023;
- уточнённое реактивное сопротивление статора - Х1 = 0,11;
- уточнённые активное и реактивное сопротивления ротора, приведённые к обмотке статора, - Я? = 0,016 и Х2'' = 0,14.
Расчёт параметров для всех режимов работы электродвигателя и различной степени асимметрии питающего напряжения осуществляли при напряжении прямой последовательности фаз, равном 220 В.
Результаты исследования. На рисунке 3 изображены полученные в результате проведённых расчётов кривые зависимостей от угловой скорости моментов сопротивления Мс(^,ю) (для примера вентиляторного типа) на валу электродвигателя при различной степени его загрузки г и момента электродвигателя М(к,ю) при коэффициенте асимметрии к, равном нулю. Установившийся режим наступает при равенстве абсолютных величин моментов сопротивления и электродвигателя (пересечение кривых).
Эти же зависимости для наглядности изображены на рисунке 4 в более узком диапазоне изменения угловой скорости.
Вид кривых показывает, что величина установившейся угловой скорости Юу зависит как от степени
к > кт.
да
г > г„
да
Рис. 2 - Алгоритм расчёта режимных параметров электродвигателя
загрузки электродвигателя г, так и от степени асимметрии напряжения к. Её величина при различной степени загрузки и асимметрии определяется путём решения уравнения М(к,ю) - Мс(г,ю) = 0 (модуль 4-го алгоритма). Зависимость этой угловой скорости от г и к наглядно иллюстрируется графиком, изображённым на рисунке 5.
4x10
Мс(1, ю) 3х103 Мс(0.8, ю) 2х103 Мс(0.6, ю) М (0, ю)
1x10
0
- 1x10
1 9 1
/ / А
_ 1 ■ 1
50
100
150
ю
Рис. 3 - Зависимости моментов сопротивления Мс(г,га) при 7 = 1; 0,8 и 0,6 и момента электродвигателя М(к,ш) при к = 0
Мс(1, ю) Мс(0.8, ю) Мс(0.6, ю) М (0, ю) М (1, ю)
4x10
3x10
2x10
1x10
- 1x10
Ч Ч N
\\ „
Оч
Х-
ч \\
\\
100 101 102 103 104 105
ю
Рис. 4 - Зависимости моментов сопротивления Мс(7,га) при г=1; 0,8 и 0,6, и момента электродвигателя М(к,га) при к = 0 и 1
Если диапазон изменения установившейся угловой скорости при достаточно широком изменении коэффициентов загрузки электродвигателя и асимметрии напряжения не превышает нескольких процентов, то изменение связанного с ней скольжения в установившемся режиме составляет от 60 до 120% по отношению к скольжению в номинальном режиме (рис. 6).
Определив установившуюся угловую скорость как функцию г и к, можно определить теперь и величины, непосредственно влияющие на нагрев и температуру электродвигателя в установившемся режиме. Эта часть расчётов осуществляется при выполнении модуля 5-го алгоритма. На рисунке 7 приведены полученные при этом графики зависимостей потерь мощности (мощности тепловыделения, Вт) от коэффициента асимметрии при различной степени загрузки электродвигателя.
Тепловыделение резко увеличивается с увеличением коэффициента асимметрии питающего напряжения. В диапазоне изменения коэффициента асимметрии от 0 до 1 мощность тепловыделения увеличивается более чем в 15 раз. В то же время уровень изменения тепловыделения несколько
120
5у%(1, к) 100 5у%(0.8, к) 80
5у%(0.6, к ) - 60
40
0 0.2
0.4 0.6
к
0.8
Рис. 6 - Зависимость установившегося скольжения в процентах к номинальному скольжению от коэффициента асимметрии к при степени загрузки электродвигателя 7 = 0,6; 0,8 и 1
104 103.8
юу (1, к)
- 103.6
юу(°.8,к) 1034
юу(0.6, к) 103.2 103 102.8
0.8
0 0.2 0.4 0.6
к
Рис. 5 - Зависимость установившейся угловой
скорости шу в 1/с от коэффициента асимметрии к при степени загрузки электродвигателя г = 0,6; 0,8 и 1
2x10
АРу (1, к) АРу (0.8, к) АРу (0.6, к)
1.5x10'
1x10
5x10
/ / ///
/у
У
0 0.2
0.4 0.6
к
0.8
Рис. 7 - Зависимость тепловыделения в установившемся режиме от коэффициента асимметрии к при степени загрузки электродвигателя г = 0,6; 0,8 и 1
0
1
ДРу% (1, к)
- 200
ДРу% (0.8, к)
ДРу% (0.6, к) 100
0
0 0.05 0.1 0.15 0.2
к
Рис. 8 - Зависимость мощности теплопотерь в процентах к номинальным теплопотерям от ко -эффициента асимметрии и степени загрузки электродвигателя
снижается при уменьшении степени загрузки электродвигателя. Более точное представление о влиянии в количественном отношении коэффициентов асимметрии и загрузки на мощность тепловыделения можно получить, рассматривая графики, изображённые на рисунке 8, где приведены кривые изменения мощности теплопотерь в процентном отношении к мощности теплопотерь в номинальном режиме (г = 1, к = 0).
Снижение степени загрузки электродвигателя позволяет сохранить теплопотери ниже номинальных теплопотерь и, следовательно, предотвратить перегрев электродвигателя при повышенном до некоторой степени коэффициенте асимметрии. Так, при степени загрузки 0,8 допустимый по условиям нагрева коэффициент асимметрии равен 0,05, а при 0,8 - уже 0,1.
Увеличение степени асимметрии и уменьшение загрузки приводит и к уменьшению коэффициента полезного действия в установившемся режиме (рис. 9).
Выводы. Предложенная методика и алгоритм расчёта эксплуатационных параметров асинхронного электродвигателя в установившемся режиме позволяет определить в первую очередь установившуюся угловую скорость при работе его на рабочую машину с известным типом механической
1
Пу (1, к) 0.8
Пу (°.8, к) 0 6--^ ^
Пу (0.6, к) --0.4
0.2-
0 0.2 0.4 0.6 0.8
к
Рис. 9 - Зависимость коэффициента полезного действия от степени загрузки электродвигателя и асимметрии напряжения
характеристики. При этом установившаяся угловая скорость определяется в функции степени загрузки электродвигателя и асимметрии напряжения. Далее определяется мощность тепловых потерь в функции тех же параметров, непосредственно влияющая на нагрев электродвигателя, что в дальнейшем открывает возможность определить допустимый уровень асимметрии напряжения при работе любого конкретного электродвигателя в конкретных условиях эксплуатации.
Литература
1. Данилов И.Н. Защита электродвигателей от аварийных режимов работы. // Техника в сельском хозяйстве. 1988. № 2. С. 19 — 22.
2. Мартыненко И.И. Допустимая мощность электродвигателей при асимметрии напряжений // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1957. №4. С. 21 — 23.
3. Оценка и нормирование несимметрии напряжений в системах электроснабжения общего назначения / Э.Г. Куренный, Е.Д. Дмитриева, А.П. Лютый [и др.] // Электричество. 2008. №4. С. 18 — 27.
4. Петров А.С. Режимные параметры асинхронного электродвигателя при асимметрии напряжения / А.С. Петров, В.Г. Петько, В.А. Шахов [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т 31. № 8. С. 68 — 73.
5. Назаров Г.И. Электропривод и применение электрической энергии в сельском хозяйстве / Г.И. Назаров, Н.П. Олейник, А.П. Фоменков [и др.]. Изд. 2-е перераб. и дополн. М., «КОЛОС», 1972. С. 18 — 19.
6. Асинхронные двигатели 4Ф: справочник А90 / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин [и др.]. М.: Энергоиздат, 1982 504 с. ил.
0 0.05 0.1 0.15 0
к
\>>>
Имитационная модель токового индукционного электромагнитного реле типа РТ-80, РТ-90
ЮИ. Никитин, к.т.н, Е.И. Меженина,
ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА;
Н.А. Мамаева, к.п.н, ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА,
ФГАОУ ВО национальный исследовательский ГУ
Система электроснабжения является сложным производственным комплексом, особенностями работы которого являются быстротечность про-
текающих явлений и неизбежность повреждений аварийного характера - коротких замыканий в электротехнических установках. Поэтому надёжная эксплуатация систем электроснабжения возможна только при её широкой автоматизации. Для этого используется целый комплекс различных устройств. Среди них первостепенное значение имеют системы релейной защиты.
