5. Проверка генераторов по провалу напряжения

Одно из требований, предъявляемых к СЭС: обеспечить необходимое качество электрической энергии.

Так, к системе регулирования напряжения генераторов переменного тока Правилами Речного Регистра [2] предъявляется следующее требование: внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, работающего при номинальных частоте вращения и напряжении, не должно вызывать снижения напряжения ниже 85 % и повышения выше 120 %. После этого напряжение генератора должно восстанавливаться до номинального значения в течении не более 1,5 с с отклонением не более 3 %.

Снижение величины напряжения, т.е. его провал, зависит от значения и характера включаемой нагрузки и параметров генератора, а характер восстановления напряжения определяется, в основном, параметрами регулятора напряжения.

Наиболее характерным примером внезапного наброса симметричной нагрузки для судовой электростанции является подключение к ее шинам асинхронного короткозамкнутого двигателя с мощностью, соизмеримой с мощностью генератора (или параллельно работающих генераторов).

Проверку генератора на провал напряжения необходимо делать в случае выполнения следующего условия:

Р_д.ном0,25Р_г.ном,

где Р_д.ном – номинальная активная мощность подключаемого электродвигателя; Р_г.ном – номинальная активная мощность генератора(ов) в соответствующем расчетном режиме.

При определении максимального провала напряжения, характер изменения напряжения генератора при пуске асинхронного двигателя представляют как наложение двух процессов понижения напряжения генератора без регулятора (кривая 1 на рисунке 5.1) и повышения напряжения генератора под действием регулятора (кривая 2), дающих результирующую кривую 3. Кривая 3 характеризуется мгновенным снижением напряжения генератора наU_нач, минимальным значением напряжения U_min и максимальным провалом напряжения U_max при t_min, а также полным временем восстановления напряжения t_в до первоначального значения.

Рисунок 5.1 – Кривые изменения напряжения синхронного

генератора после наброса нагрузки

В целях упрощения расчетов приняты следующие допущения: 1) генератор до пуска двигателя работал на холостом ходу; 2) пусковой ток двигателя чисто индуктивный; 3) учитываются только индуктивные сопротивления переходного (x'_d) и установившегося (x_d) режимов, а также соответствующие им э.д.с. генератора (E'_d, E_d).

Величина мгновенного снижения напряжения при пуске асинхронного двигателя и установившееся его значение (без учета действия регулятора) определяются как [5]

, (5.1)

, (5.2)

где ;E'_d, E_d – соответственно э.д.с. переходного и установившегося режимов (E'_d=E_d=1 о.е.); x'_d, x_d – индуктивные сопротивления обмотки статора генератора, соответствующие переходному и установившемуся режимам; х_дв – индуктивное сопротивление двигателя.

Индуктивное сопротивление двигателя в относительных единицах, приведенное к номинальным условиям генератора(ов), определяется по формуле

, (5.3)

где S_г.ном – полная номинальная мощность генератора(ов), кВА; U_г.ном – номинальное напряжение генератора, В; S_д.ном – полная номинальная мощность двигателя, кВА; U_д.ном – номинальное напряжение двигателя; k_пуск – кратность пускового тока двигателя (k_пуск5).

Полная номинальная мощность, потребляемая асинхронным электродвигателем, определяется как

, (5.4)

где Р_2ном – номинальная мощность на валу двигателя, кВт; _ном, cos_н - номинальные к.п.д. и коэффициент мощности двигателя.

Уравнение для определения минимального значения напряжения генератора при пуске асинхронного двигателя имеет следующий вид:

, (5.5)

где - постоянная времени обмотки возбуждения генератора при замкнутой обмотке статора на сопротивление х_дв; Т_d0 – постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутой обмотке статора генератора, с; К – коэффициент, характеризующий скорость нарастания напряжения возбуждения (для генераторов с самовозбуждением К=1520); t_min – время, при котором напряжение генератора достигает своего минимального значения (рисунок 5.1), определяется по формуле:

. (5.6)

Максимальный провал напряжения находится из выражения

U_max=(1U_min)100 %. (5.7)

Определение провалов напряжения при пуске двигателей необходимо производить для наиболее тяжелых условий, т.е. при минимально возможном числе работающих генераторов.

В тех случаях, когда U_max15 %, необходимо предусмотреть меры для снижения пускового тока двигателя (переключение обмоток статора со звезды на треугольник, введение сопротивления в цепь статора, выбор двигателя другого типа), а если это невозможно – изменить комплектацию СЭС, заменив генераторы на более мощные. Для случая переключения обмоток двигателя со звезды на треугольник в уравнении (5.3) необходимо разделить U_г.ном на и произвести повторный расчет.

Расчет провала напряжения производится в относительных единицах.

В справочных данных генераторов значения сопротивлений (кроме активных) даны в относительных единицах. При этом за базисные значения взяты номинальные мощность (S_г.ном) и линейное напряжение (U_г.ном). Необходимые данные по судовым синхронным генераторам приведены в приложении Д.