CC BY
39
УДК 681.5
СПОСОБ НАСТРОЙКИ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
The way to configure the device for protecting electrical equipment
Маркарянц Л.М., доктор технических наук, профессор. [email protected] Безик В.А., кандидат технических наук, доцент. [email protected] Markaryants L.M., Bezik V.A.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk state agricultural University
Реферат. Каждое устройство защиты, независимо от принципа работы и схемы, условно можно представить в виде трёх основных частей: преобразовательной цепи, реагирующего органа и вспомогательных устройств. Преобразовательная цепь и реагирующий орган образуют главную часть устройств защиты. Свойства преобразовательной цепи описываются её функцией преобразования, свойства реагирующего органа - его параметрами, свойства главной части - уравнениями срабатывания и возврата. При математическом описании устройств защиты свойства преобразовательных цепей определяются их функциями преобразования, свойства реагирующих органов - их уставками, свойства главных частей - их уравнениями срабатывания и возврата. Определены функция преобразования и уравнение срабатывания устройства защиты. Данные уравнения срабатывания позволяют определить чувствительность устройств защиты. Показатель чувствительности определен как величина, обратная минимальному приращению контролируемой величины, необходимому для срабатывания устройств защиты. Найдены зависимости, позволяющие определить координаты точки срабатывания. Эти соотношения позволяют произвести необходимую настройку комбинированных устройств защиты с учетом взаимного влияния цепей и воздействия мешающих факторов, что позволит повысить надежность и точность срабатывания.
Summary. Each security device, regardless of operating principles and circuits, can be presented in the form of three main parts: a Converter circuit responsive body and auxiliary devices. Converter circuit and responsive body to form the main part of the protection devices. Properties of Converter circuits are described by the transformation function, the properties of the reacting body - its parameters, properties of the principal part of the equations of actuation and return. In the mathematical description of devices of protection, properties of Converter circuits are determined by their functions, transformations, properties of the reacting bodies - their setpoints, the properties of the main parts - their equations of actuation and return. Defined conversion function and the equation of actuation of the protection device. These equations allow actuation to determine the sensitivity of the protection devices. The sensitivity index is defined as the reciprocal of the minimum increment of the controlled magnitude required to trigger the protection devices. The dependences, allowing to determine the coordinates of the point actuation. These relationships allow to make necessary adjustments combined devices of protection taking into account the mutual influence of the chains and the impact of confounding factors, which will improve the reliability and accuracy of operation.
Ключевые слова: устройство защиты, преобразовательная цепь, реагирующий орган, функция преобразования, уравнения срабатывания, уравнения возврата, уставка, показатель чувствительности, надежность, точность.
Keywords: protection device, a Converter circuit, responsive body, the transformation function of equation response equation of the return setpoint, the index of sensitivity, reliability, accuracy.
Научный подход к решению сложной многоплановой проблемы повышения эффективности защиты асинхронных двигателей должен базироваться на научных знаниях об асинхронном двигателе как объекте защиты, об устройствах защиты, о технической системе асинхронный двигатель - устройство защитного отключения -комбинированное устройство защиты.
Каждое устройство защиты, независимо от принципа работы и схемы, условно можно представить в виде трёх основных частей: преобразовательной цепи, реагирующего органа и вспомогательных устройств. Преобразовательная цепь (ПЦ) и реагирующий орган (РО) образуют главную часть устройств защиты. Свойства преобразовательной цепи описываются её функцией преобразования (ФП), свойства реагирующего органа (РО) - его параметрами, свойства главной части - уравнениями срабатывания и возврата. ФП - это функция с изменяющимися параметрами, на которую влияют наводки от внешних электромагнитных полей.
y[x, ах (v1...vm ап (v1...,vm \J,...Jk 1 О)
где y[xai(.i..ym),....,an(Yi....m),4i,..4kl- функция преобразования (фЩ
x - контролируемая величина;
a1....an - параметры функции преобразования;
vi....vm - мешающие факторы, оказывающие влияние на параметры ФП;
JJ... .J - наводки от внешних электромагнитных полей.
X —
Главная часть устройства защи-
Вспомогательные устройства
П
Р
п
Рисунок 1. Блок-схема устройства защиты
При отсутствии мешающих факторов функция преобразования имеет вид:
ах..., ап) (2)
При математическом описании устройств защиты, свойства преобразовательных цепей определяются их функциями преобразования, свойства реагирующих органов - их уставками, свойства главных частей - их уравнениями срабатывания и возврата. Уравнения срабатывания и возврата имеют вид:
У[Х а (у1...,ут ),....,а„ (у1...У т ^...Д ] = Ус
У[-Х а1 ^^■ ),...., ап (У1,..Ут ),^1,..4 ]= Ув (3)
У(Х а1,..., ап )= Ус
У(Х аl,..., ап ) = У«
На малом отрезке времени, после ввода новых устройств в эксплуатацию, величинами изменения параметров элементов ПЦ и РО, за счёт старения материалов и других факторов можно пренебречь и учитывать разброс и влияние текущих мешающих факторов (температура, давление, влажность).
Граничные реализации ФП и уставки РО соответствуют граничным значениям разброса и показателей мешающих факторов. Номинальным условиям ставятся соответственно номинальная ФП и номинальная уставка РО.
Свойства главной части устройства защиты при номинальных и граничных условиях описываются тремя уравнениями срабатывания и возврата.
Первыми записываются уравнения, соответствующие номинальной ФП и номинальной уставке РО; вторыми - соответствующие минимальной реализации ФП и максимальной реализации уставки РО; третьими - соответствующие максимальной реализации ФП и минимальной реализации уставки РО.
Уравнения срабатывания:
y (x, an )= yc,
У mm к a' -(W ),...an (v[,...v'm ^/„..^ J= yc max (4)
Ушах X a/ - ((/,..( m ),...a!(v;,...vm ),£..&'J = Ус min
Уравнения возврата: У(х' a',...,an ) = Ув
Ушт [X a/ •(.' ,..v'm Х-'a'n .I. U/v-lk J= Ув шах (5)
Ушах [x, a/-(v';,..v''m ),..<((,.(m= Ув min ,
где а\....а' у[ ...у'т ,^[...^'киа1,...а"п ,у",..у"т- значения параметров и мешающих факторов, относящиеся, соответственно, к минимальной и максимальной реализации функции преобразования;
Ус, Ус Ус тах - номинальная уставка РО и её минимальная и максимальная реализация;
Ув, У в тп, Ув тах - номинальная уставка возврата РО и её минимальная и максимальная реализация
Данные уравнения срабатывания позволяют определить чувствительность устройств защиты. При сравнении различных устройств защиты, безотносительно к конкретным электроустановкам, на которые они могут быть установлены, нужен показатель чувствительности самих устройств защиты. Определим его как величину, обратную минимальному приращению контролируемой величины, необходимому для срабатывания устройств защиты
К. = (6)
ШП1 д. X - хот
где д = Хс - Хот - относительная величина минимального приращения, необходимого
' Хот
для срабатывания защиты.
Показатели минимальной и максимальной чувствительности:
= Х°т_, (7)
А_______■ ХС ШаХ - Х0
с шах от
V = - 1 Х
А X шт - X
с шт от
Кратность срабатывания и минимальная кратность контролируемой величины определяются по следующим формулам:
N = 1 + Ас ■ (8)
N = кк,
где Кг - коэффициент чувствительности защиты
Применим полученные уравнения к комбинированным устройствам защитного отключения (УЗО). Так как УЗО контролирует ток нагрузки и ток утечки, то использование нелинейных функций позволяет контролировать две независимые величины одним реагирующим органом.
Предположим, в преобразовательной цепи одна величина (ток нагрузки) возводится в квадрат (характерно для электромагнитных исполнительных органов и при использовании в качестве датчика тока диодов, т.к. его вольтамперная характеристика близка к параболе), а другая (ток утечки) преобразуется линейно
ах2 + Ьу = г,
ах2 + ЬУ = Н ( ах]т + ЬУ0т ) , (9)
где Н - показатель отстройки
= Н (ах I, + ЬУ16 )- ах 2
, , 2 Ь-,- (10)
х = Н (ах 2 + ЬУб )- ЬУ
а
Данная функция показывает повышенную чувствительность к одной из величин, например к току утечки и позволяет определить координаты точки срабатывания.
с шах
Эти соотношения позволяют произвести необходимую настройку комбинированных устройств защиты с учетом взаимного влияния цепей и воздействия мешающих факторов, что позволит повысить надежность и точность срабатывания.
Снижение напряжения на зажимах обмотки статора асинхронного двигателя вызывает ослабление вращающегося магнитного поля, рост скольжения и, несмотря на снизившиеся напряжение, в большинстве случаев - рост токов в обмотках ротора и статора. Согласно ГОСТ 13109-97 на зажимах двигателя допускаются нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения Лиу = ±5% ^ ±10% и коэффициенты несимметрии напряжений по обратной последовательности и нулевой последовательности ки= 2% кои=2% соответственно.
Двигатель имеет два входа: со стороны обмотки статора и со стороны вала. Все режимы работы исправного двигателя задаются ему через эти входы. Симметричные режимы задаются парой величин напряжением и и моментом М. Несимметричные трёхфазные режимы задаются четвёркой величин йщ, М, ки, ¥ - напряжением первой гармоники питающего напряжения, моментом, коэффициентом несимметрии напряжения, углом несимметрии. Эти величины являются независимыми переменными (внешними факторами), а величины, контролируемые устройством защиты - их функциями.
В зависимости от числа одновременно действующих внешних факторов, ненормальные режимы делят на простые и сложные. При одновременном действии двух и более факторов режимы являются сложными [3].
Учитывая коэффициент несимметрии ки и угол несимметрии ¥ несимметричные системы векторов фазных и линейных напряжений описываются выражениями:
й _ иА1 +иА2в^,
ив _ и^'120 +йЛ2,е-^ е'¥ _ иА1е-^ +иА2е^° \
ис _ иА' +иА2е'°е' _ иА' + й'120\ (П)
иав _ ¿а -и, ¿вс _ ив-¿с, йсА _ йс-иА.
Модуль вектора напряжения
иА2 _ КиА (12)
Токи в фазах двигателя при несимметричном режиме определяются из выражений:
, _ Ца1 . КйА1е'¥
А I I ' ^ 1 2
й е- -Д20' к,ил,еК¥-2А0°) (13)
1в _
I _ ^И 1 с
7 7
12
ил,е-'240• . кПЛ1 е'(¥-120•)
77 12
Токи прямой и обратной последовательностей соответственно равны:
Г - Чж
1Л1 ~ у '
Г
* л 1
2
й е ~1120'
1 - и Л1с_
к й е -1240' 1 I - Л1с_с
/,, -
йе
-1240•
к й е-1120' е1* 1 - Л1с_с
1с2 2
у
у
Соответственно токи в фазах двигателя:
1 Л -1 Л1+1 Л2,
I„ -1 „,+1 „„ (15)
1Б ' *Б2
1С — 1 С1 + 1С 2.
Потери мощности в фазах обмотки статора:
Рл - 1Л R, Рв - IIRl,
(16)
Рс - 1С
АР. - « Й +12 + 1С ) (17)
Потери мощности в обмотке ротора:
АР, - 3122«2 - 3«2 (121 + 1222 )■ , (18)
где 121 и 122 - токи прямой и обратной последовательности в обмотке ротора.
Срок службы изоляции асинхронных двигателей зависит от температуры, превышение температуры каждой обмотки зависит от суммарных потерь мощности. Непосредственная связь срока службы изоляции с потерями мощности в ней и возможность определения этих потерь при ненормальных режимах делает целесообразным выражение чувствительности защиты через потери [1].
Кч - ^ , (19)
ч АР -АР
ст н
где АРн - потери мощности при номинальном режиме. Для расчетов в относительных единицах примем Рн=1, тогда
Кч _
ДР„ -1
(20)
1
В несимметричном режиме:
ДР _ ^ ^ + 1в2 + 1с)_ 1 & +1]. +) (21)
ст дрстм 3КХ12 3х А в с 7
Из формул (10) и (11) следует:
I + II. + II., (22)
3У а в с ' др -1
(I*. +1\ + II.)_—,
V А в с / ТУ-
То есть, чем ниже чувствительность, тем большая сумма квадратов токов требуется для срабатывания защиты. Настройка токов срабатывания защит должна производится из требуемого коэффициента чувствительности по максимально допустимой мощности потерь с учетом коэффициента загрузки машины и допустимых заводом изготовителем перегрузок с целью сохранения работоспособности оборудования.
Рассмотренные выражения позволяют анализировать модель «асинхронный двигатель -комбинированное устройство защиты» для правильной настойки средств защиты электрооборудования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Грундулис, А.О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве. - М.: Агропром-издат, 1988.
2. Сомов, И.Я. Повышение эффективности защиты асинхронных электродвигателей сельскохозяйственных электроустановок от ненормальных и аварийных режимов работы. -Волгоград, 2004.
3. Маркарянц, Л.М. Повышение безопасности работников, обслуживающих сельские электроустановки путем совершенствования их средств защиты: дис. ... канд. техн. наук. -СПб.: Изд-во гос. аграрный университет, 1999. - 171 с.
4. Маркарянц, Л.М. Требования к средствам защиты электроустановок и их обоснование: сб. науч. работ // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. работ. - Брянск, 2005. - С. 253-257.
5. Маркарянц, Л.М. Повышение надежности защит от поражения электрическим током / Л.М. Маркарянц, В.А. Безик, И.Э. Алексанян // Вестник МАНЭБ. - 2010. - Том 15, № 4201.
6. Патент №95433 Ш Российская Федерация МПК Н02Н 9/00 (2006.01) Н02Н 5/04 Комбинированное устройство защиты электроустановок / Безик В.А., Маркарянц Л.М., Алексанян И.Э. - опубл. 27.06.2010, Бюллетень №18.
7. Патент № 2428005 Российская Федерация. Устройство контроля сопротивления изоляции и сушки обмоток электродвигателя / Безик В.А., Маркарянц Л.М., Самородский П.А. - опубл. 25.01.2010.
8. Безик, В.А. Применение комбинированных устройств защиты//Актуальные про-
блемы энергетики АПК / В.А. Безик, Л.М. Маркарянц, И.Э. Алексанян // Материалы Международной научно-практической конференции / под ред. А.В. Павлова. - Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2010 - С. 44-47.
9. Алексанян, И.Э. Анализ состава и состояния электрооборудования сельскохозяйственных потребителей Рославльского района Смоленской области / И.Э. Алексанян, В.А. Безик // Проблемы энергетики, природопользования, экологии: сборник материалов международной научно-технической конференции / под общей редакцией Л.М. Маркарянц. -Брянск, 2009. - С. 7-11.
10. Безик, В.А. Экспериментальные исследования комбинированного устройства защиты / В.А. Безик, Л.М. Маркарянц, И.Э. Алексанян // Проблемы энергообеспечения, информатизации и автоматизации, безопасности и природопользования в АПК: сборник Международной научно-технической конференции / под общей редакцией Л.М. Маркарянц. - Брянск, 2013. - С. 3-8.
11. Маркарянц, Л.М. Повышение надежности электрооборудования путем использования устройства контроля сопротивления изоляции и сушки обмоток электродвигателя / Л.М. Маркарянц, В.А. Безик, П.А Самородский // Бюллетень научных работ Брянского филиала МИИТ. - 2012. - № 2. - С. 30-33.
УДК 621.891
ОПТИМИЗАЦИЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ И СМАЗОЧНОГО СЛОЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
Optimization offilm thickness and lubricant layer friction
Погонышев В.А., д. т. н., профессор, Логунов В.В., ассистент Pogonyshev V.A., Logunov V. V.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk state agricultural University
Аннотация. В данной работе рассмотрено взаимодействие пленки (медь) нанесенной на поверхности трения и жидкостной пленки. Исследованы смазочные свойства масла на поверхности шеек коленчатого вала. Получена в ходе эксперимента формула, выражающая зависимость величины износа от соотношения толщины медной пленки и смазки.
Summary. In hired cooperation of tape (copper) isconsidered inflicted on the surfaces of friction and liquidtape. Lubricating properties of oil are investigational on thesurface of necks of crankshaft. A formula is got during anexperiment, expressing dependence of size of wear oncorrela-tion of thickness of copper tape and greasing.
Ключевые слова: износ, трение, смазка, плёнка.
Keywords: wear, friction, greasing, tape.
Введение.
Как известно, медьсодержащая пленка полученная методом ФАБО (финишная антифрикционная безабразивная обработка) и смазка способствуют улучшению условий приработки и снижению коэффициента трения и износа поверхностей скольжения деталей ма-
